專利名稱:一次表面回熱器的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種用于燃氣輪機技術領域的回熱器,具體是一種應用于燃氣輪機熱動系統上的一次表面回熱器。
背景技術:
燃氣輪機回熱器的功效是將高溫煙氣的熱量傳給低溫空氣,以提高流入燃燒室用作氧化劑的空氣溫度,從而提高燃氣輪機裝置的效率。在換熱器中,若換熱表面是由單一厚度的材料構成,其中一側流過熱流體,另一側流過冷流體,則它被稱為一次表面,只有當所有的熱交換表面都是一次表面時,該回熱器才稱為一次表面換熱器;如果整個換熱器既有一些一次表面又有一些非一次表面,則不能稱為一次表面換熱器,傳統的換熱器(如板翅式換熱器)都不是一次表面回熱器。
經檢索發現,目前國內已有的用于燃氣輪機的回熱器大都是板翅式回熱器,如專利申請號為02292133.8的實用新型專利,其特征自述為一種微型燃氣輪機回熱器,由導流網格、集流箱和芯體依次連接而成,芯體為板翅式結構,采用逆流換熱方式,在燃氣進口處設置導流網格,本實用新型具有結構簡單、燃氣阻力小、氣流能量損失小等特點。該專利技術只是對回熱器的外部進行了改進,比如增加了導流網格,從而減小燃氣熱阻,但是其實質仍然是一種板翅式的換熱器,并沒有大幅度的提高換熱性能和減小回熱器的體積。
發明內容
本發明的目的在于克服背景技術中存在的問題,提供了一種一次表面回熱器,使其從根本上改變了燃氣輪機回熱器的形式,即用緊湊高效的一次表面回熱器代替了傳統的板翅式回熱器。
本發明是通過以下技術方案實現的,本發明一次表面回熱器包括芯體、進出口管路、連桿壓力平衡件和外殼,芯體是回熱器的核心部件,位于回熱器的內部中心,壓力平衡件位于芯體的前后兩端,進出口管路包括低溫空氣進出口管和高溫煙氣進出口管,低溫空氣進出口管分別位于芯體的下端兩側和上端中部,外殼是回熱器的外包裝,芯體、壓力平衡件和空氣進出口管在外殼的內部,高溫煙氣進出口管分別位于外殼的上表面和下表面。
芯體是冷熱工質進行熱量交換的部件,它內部的換熱表面的形式決定了回熱器的換熱性能和尺寸,本發明芯體采用一次表面結構,即本發明芯體內部的換熱表面都是由單一厚度的材料構成,表面的一側流過冷流體,表面的另一側流過熱流體,本發明用這種一次表面結構代替了傳統的板翅式結構。芯體由氣室和室外邊條組成,每個氣室是由波紋板片和室內邊條組成的。波紋板片由波紋區和平面區組成,波紋區位于波紋板片的中心位置,平面區在波紋區的四周,從縱剖面來看,平面區處在波紋區的中平面上,波紋區由波紋通道組成,波紋通道滿足幾何曲線(橢圓、拋物線或正弦)方程,波紋通道的當量直徑在1.5mm,波紋通道與波紋板片的縱向對稱軸成15°夾角,波紋區是工質進行換熱的主要區域。平面區由平板組成,分為上導流平面區、下導流平面區和焊接平面區,上導流平面區位于波紋區的上方,下導流平面區位于波紋區的下方,上下導流平面區的作用是將工質導入和導出波紋區并輔助換熱,焊接平面區位于波紋區的兩側。本發明波紋板片所采用的材料應具有耐高溫抗高壓且導熱性能好的特性,優先采用奧氏體不銹鋼,板片的厚度為0.1mm。兩塊波紋板片交叉疊放,它們的之間波紋通道成30°夾角,室內邊條焊接于交叉疊放的兩塊波紋板片對應的焊接區之間的夾縫中,室內邊條將這兩塊波紋板片連接在一起形成一個氣室,多個氣室通過室外邊條依次焊接在一起形成一個芯體。
進出口管路是將回熱器外的冷、熱工質引入并分配至各流道和將工質送出回熱器的部件。進出口管路包括高溫煙氣進口管、高溫煙氣出口管、低溫空氣進口管和低溫空氣出口管。低溫空氣進口管兩根,它們分別橫向焊接于芯體的左下端和右下端,低溫空氣出口管橫向焊接在芯體的上端中部,高溫煙氣進口管縱向焊接在殼體的上表面,高溫煙氣出口管焊接在殼體的下表面。
連桿壓力平衡件支撐芯體,防止芯體在高溫高壓工質的作用下發生“鼓脹”現象。連桿壓力平衡件由兩塊剛性端板和三根螺栓連桿組成,兩塊剛性端板分別覆蓋在芯體的前后兩端,剛性端板為正方形,兩根螺栓連桿分別穿過前后兩塊端板的左上角和右上角,另一根螺栓連桿穿過前后端板的下端中部,剛性端板通過螺栓連桿桿夾緊芯體。
外殼是回熱器的外包裝,用于包裝芯體,防止高溫煙氣漏出。外殼包括殼體、外殼前端板和外殼后端板,芯體、進出口管路和連桿壓力平衡件位于殼體的內部,外殼前端板焊接于殼體前端,外殼后端板焊接于殼體后端。
本發明的一次表面回熱器在工作時,低溫空氣通過低溫空氣進口管進入芯體的氣室內部,低溫空氣從氣室內側波紋板片的下導流區流入波紋區,與波紋板片另一側(氣室外側)的高溫煙氣進行換熱,然后通過氣室內側波紋板片的上導流區流出芯體進入低溫空氣排氣管排出;高溫煙氣通過高溫煙氣管進入芯體的氣室外部,高溫煙氣從氣室外側波紋板片的上導流區進入波紋區,與波紋板片另一側(氣室內側)的低溫空氣進行換熱,然后通過氣室外側波紋板片的下導流區流出芯體進入高溫煙氣排氣管排出。由于波紋板片兩側的工質存在溫度差和壓力差,所以波紋板片會有“鼓脹”趨勢,壓力連接平衡件用來抑制這種趨勢。殼體用于防止高溫煙氣漏出。
本發明的優點為1)高溫工質和低溫工質在工作過程中的所有換熱表面都是一次表面,不存在類似板翅式換熱器中的二次表面,換熱效率大幅度提高,結構緊湊。2)芯體由氣室構成的芯體和對應的進排氣管路,可獲得高溫煙氣和低溫空氣分流的機制。3)芯體內的波紋板片厚度僅為0.1mm,使得換熱面導熱熱阻小且回熱器重量輕。4)芯體由多個氣室組成的結構使本回熱器的組裝、維修極為方便,對空氣加熱量的不同需求可通過調配氣室的數量方便的給予滿足。5)連桿壓力件能夠保證不需要在芯體內部令設結構桿件,有利于減少芯體的體積和重量。6)連桿壓力平衡件有利于減少因眾多波紋板片和較重支撐桿件受熱情況不同而產生的內部熱應力,保證系統的可靠性。
圖1本發明結構示意2本發明結構俯視3本發明結構側視4本發明帶低溫空氣進出口管的芯體示意5本發明圖4的俯視6本發明圖4的側視7本發明不帶邊條的多個氣室疊放示意8本發明氣室示意9本發明圖8的俯視10本發明圖8的側視11本發明波紋板片示意12本發明波紋板片A-A位置剖視圖具體實施方式
如圖1-圖12所示,本發明包括芯體1、進出口管路2、連桿壓力平衡件3和外殼4。芯體1位于回熱器的內部中心,壓力平衡件3位于芯體1的前后兩端,進出口管路2位于芯體1的上、下端和外殼4的上表面和下表面,外殼4是回熱器的外包裝,芯體1由多個氣室17和室外邊條20組成,氣室17是由波紋板片19和室內邊條18組成,波紋板片19由波紋區21和平面區22組成,波紋區21位于波紋板片19的中心位置,平面區22在波紋區21的四周,從縱剖面來看,平面區22處在波紋區21的中平面上,波紋區21由波紋通道組成,平面區22由平板組成,分為上導流平面區23、下導流平面區24和焊接平面區25,上導流平面區23位于波紋區21的上方,下導流平面區24位于波紋區21的下方,焊接平面區25位于波紋區21的兩側,兩塊波紋板片19交叉疊放,室內邊條18焊接于交叉疊放的兩塊波紋板片19對應的焊接平面區25之間的夾縫中,室內邊條18將兩塊波紋板片19連接在一起形成一個氣室17,多個氣室17通過室外邊條20依次焊接在一起形成芯體1。
波紋通道滿足橢圓、拋物線或正弦曲線方程,波紋通道的當量直徑在1.5mm,波紋通道與波紋板片19的縱向對稱軸成15°夾角,兩塊波紋板片19交叉疊放,它們的之間波紋通道成30°夾角。
進出口管路2由高溫煙氣進口管7、高溫煙氣出口管8、低溫空氣進口管5和低溫空氣出口管6組成,低溫空氣進口管5兩根,它們分別橫向焊接于芯體1的左下端和右下端,低溫空氣出口管6橫向焊接在芯體1的上端中部,高溫煙氣進口管7縱向焊接在殼體14的上表面,高溫煙氣出口8管焊接在殼體14的下表面。
芯體1、壓力平衡件3和低溫空氣進出口管5、6在外殼4的內部。
連桿壓力平衡件3由剛性端板9、10和螺栓連桿11、12、13組成,前剛性端板9和后剛性端板10分別覆蓋在芯體1的前后兩端,剛性端板為正方形,螺栓連桿12和螺栓連桿13分別穿過前剛性端板9和后剛性端板10的左上角和右上角,另一根螺栓連桿11穿過前剛性端板9和后剛性端板10的下端中部。
外殼4包括殼體14、外殼前端板15和外殼后端板16,芯體1、進出口管路2和連桿壓力平衡件3位于殼體4的內部,外殼前端板15焊接于殼體14前端,外殼后端板16焊接于殼體14后端。
權利要求
1.一種一次表面回熱器,包括芯體(1)、進出口管路(2)、連桿壓力平衡件(3)和外殼(4),其特征在于,芯體(1)位于回熱器的內部中心,壓力平衡件(3)位于芯體(1)的前后兩端,進出口管路(2)位于芯體(1)的上、下端和外殼(4)的上下表面,芯體(1)由多個氣室(17)和室外邊條(20)組成,氣室(17)是由波紋板片(19)和室內邊條(18)組成,波紋板片(19)由波紋區(21)和平面區(22)組成,波紋區(21)位于波紋板片(19)的中心位置,平面區(22)在波紋區(21)的四周,從縱剖面來看,平面區(22)處在波紋區(21)的中平面上,波紋區(21)由波紋通道組成,平面區(22)由平板組成,分為上導流平面區(23)、下導流平面區(24)和焊接平面區(25),上導流平面區(23)位于波紋區(21)的上方,下導流平面區(24)位于波紋區(21)的下方,焊接平面區(25)位于波紋區(21)的兩側,兩塊波紋板片(19)交叉疊放,室內邊條(18)焊接于交叉疊放的兩塊波紋板片(19)對應的焊接平面區(25)之間的夾縫中,室內邊條(18)將兩塊波紋板片(19)連接在一起形成一個氣室(17),多個氣室(17)通過室外邊條(20)依次焊接在一起形成芯體(1)。
2.根據權利要求1所述的一次表面回熱器,其特征是,波紋通道滿足橢圓、拋物線或正弦曲線方程,波紋通道的當量直徑在1.5mm,波紋通道與波紋板片(19)的縱向對稱軸成15°夾角,兩塊波紋板片(19)交叉疊放,它們的之間波紋通道成30°夾角。
3.根據權利要求1所述的一次表面回熱器,其特征是,進出口管路(2)由高溫煙氣進口管(7)、高溫煙氣出口管(8)、低溫空氣進口管(5)和低溫空氣出口管(6)組成,低溫空氣進口管(5)兩根,它們分別橫向焊接于芯體(1)的左下端和右下端,低溫空氣出口管(6)橫向焊接在芯體(1)的上端中部,高溫煙氣進口管(7)縱向焊接在殼體(14)的上表面,高溫煙氣出口(8)管焊接在殼體(14)的下表面。
4.根據權利要求1或者3所述的一次表面回熱器,其特征是,芯體(1)、壓力平衡件(3)和低溫空氣進出口管(5、6)在外殼(4)的內部。
5.根據權利要求1所述的一次表面回熱器,其特征是,連桿壓力平衡件(3)由剛性端板(9、10)和螺栓連桿(11、12、13)組成,前剛性端板(9)和后剛性端板(10)分別覆蓋在芯體(1)的前后兩端,剛性端板為正方形,螺栓連桿(12)和螺栓連桿(13)分別穿過前剛性端板(9)和后剛性端板(10)的左上角和右上角,另一根螺栓連桿(11)穿過前剛性端板(9)和后剛性端板(10)的下端中部。
6.根據權利要求1所述的一次表面回熱器,其特征是,外殼(4)包括殼體(14)、外殼前端板(15)和外殼后端板(16),芯體(1)、進出口管路(2)和連桿壓力平衡件(3)位于殼體(4)的內部,外殼前端板(15)焊接于殼體(14)前端,外殼后端板(16)焊接于殼體(14)后端。
全文摘要
一種一次表面回熱器,用于燃氣輪機熱動系統技術領域。芯體位于回熱器的內部中心,壓力平衡件位于芯體的前后兩端,進出口管路位于芯體上、下端和外殼上下表面,芯體由多個氣室和室外邊條組成,氣室是由波紋板片和室內邊條組成,波紋板片由波紋區和平面區組成,波紋區位于波紋板片的中心位置,平面區在波紋區的四周,從縱剖面來看,平面區處在波紋區的中平面上,波紋區由波紋通道組成,平面區由平板組成,兩塊波紋板片交叉疊放,室內邊條將兩塊波紋板片連接在一起形成一個氣室,多個氣室通過室外邊條依次焊接在一起形成芯體。本發明換熱效率大幅度提高,結構緊湊,換熱面導熱熱阻小且回熱器重量輕,維修方便,可靠性強。
文檔編號F02C7/14GK1587666SQ20041005286
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月15日 優先權日2004年7月15日
發明者程惠爾, 王斌, 張志軍, 楊靜 申請人:上海交通大學