專利名稱：一種適用于微型燃氣輪機的原表面回熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于微型燃氣輪機的原表面回熱器，具體地說是一種為了有效提高燃氣輪機的熱效率而使用的一種原表面換熱器。
背景技術：
微型燃氣輪機是一種新型發動機，通常采用先進的回熱循環，由壓氣機、回熱器、燃燒室和燃氣透平組成。所謂的回熱循環是指燃氣輪機系統為有效利用排氣余熱來預熱壓氣機出口空氣而采用回熱器，提高裝置的熱效率。一般來說，這種回熱器需啟動與運行在溫度在500℃到800℃、壓力在0.14MPa到1.4MPa的范圍內，必須耐高溫高壓，而且必須滿足微型燃氣輪機對回熱器有效率高、阻力小、壽命長的要求，不僅如此，基于燃氣機緊湊性要求，設計者必須設計出體積和重量最小，成本最低的高效緊湊式回熱器。
在微型燃氣輪機回熱器中，應用較為廣泛的是板式換熱器，通常采用的換熱表面是原表面形式。回熱器由一系列薄波紋板通過焊接組裝在一起而成，首先是將兩片波紋板四周之間通過不同形式的封條焊接形成一個換熱單元，再將多組換熱單元焊接組裝形成相互間隔的冷、熱流體換熱通道，防止冷、熱兩種流體相混合。壓氣機出口的高壓空氣流過空氣側通道，燃燒室排出來的高溫燃氣流過與空氣側相間隔的通道來實現兩側的換熱傳遞。
由于燃氣輪機對回熱器材料必須耐高溫、高壓的要求，回熱器材料已經發展到采用薄合金板，例如用不銹鋼板經過沖壓、打褶形成波紋板，平行疊加組焊后行成波紋板式換熱器，但不銹鋼的導熱系數較低(一般在20W/m2*K)，要提高回熱器的傳熱系數，則必須減小壁厚。回熱器供熱側氣體通常給定參數為運行溫度(排氣溫度達500～800℃)，而受熱側氣體雖然通常為經過壓氣機壓縮的大氣中的空氣，但溫度通常不到200℃。高溫燃氣的熱量經波紋薄板直接傳遞給冷空氣，在薄板中產生較大的溫度梯度，從而容易在原表面板中產生高度的熱變形。
由于回熱器兩側介質進、出口結構的影響，造成換熱通道之間的流體不均勻分配，這種流體的不均勻分配使回熱器效率降低，壓降加大，這種影響隨著回熱器傳熱單元數的增大而加劇，不僅如此，流體的不均勻分配還可能造成通道內出現短路、旁路的現象，故在高效、緊湊式回熱器中，流體不均勻分配是個不容忽視的問題。
在回熱器換熱主體當中應盡可能做到局部熱負荷平衡，即使得沿回熱器橫向，各個通道的熱負荷在盡可能小的范圍內達到平衡，通道分配應使各個通道的流動長度基本相近，為使流體均布應使一側流體在各個通道阻力基本相同。
于2002年10月3日公開的專利號為WO NO.02/077557的專利中介紹了這樣一種分體式原表面回熱器回熱器由回熱器換熱主體與受熱氣體進、出口圓形管焊接組成。換熱表面采用的是CC(Cross Corrugated，交錯人字波紋)表面，即在兩片換熱板上沖壓出尺寸相同但方向不同的波紋，兩片換熱板組焊時交錯出一定的角度，這樣板間形成一個橫截面多變、曲折的流道，它能有效地使流體產生湍流，提高傳熱系數。兩片換熱波紋板通過對邊兩條直封條焊接形成燃氣通道，再與第三片換熱板通過對邊兩條“L”型封條形成空氣通道，依此類推，組焊形成整個換熱主體。
于2003年12月11日公開的專利號為U.S.NO.2003/0226655的專利介紹了一種帶導流片的原表面回熱器換熱板。換熱板采用CW(Cross Wavy，交錯波紋)表面，這種表面在流體流動方向通道是波動的，且呈180°的相位差，流體流動方向的改變將大大強化傳熱。在加工矩形換熱板時，先在換熱板芯子部分加工出呈平行四邊形的CW波紋，兩側預留出呈三角形的平板區，兩片換熱波紋板通過對邊兩條打摺的封條焊接形成燃氣通道，再與第三片換熱板通過對邊兩條直封條形成空氣通道。為了減少流體流動分布的不均勻對換熱造成的影響，在換熱板形成預留的三角形平板區分別插入沿介質流向的導流片，其中燃氣側導流板為沿燃氣進、出口腔方向的波紋板，空氣側導流板為沿空氣進、出口管方向的矩形通道。由于在換熱通道中燃氣進口側溫度要高于出口溫度，所以在燃氣進口側換熱板產生比出口側高的高溫變形與高溫腐蝕，因而在專利中將換熱板沿板進出口中心軸分為兩部分，一部分是在燃氣進口側，換熱板采用超級耐熱鎳不銹鋼材料，另一部分是在燃氣出口側，采用347不銹鋼(0Cr18Ni11Nb)，兩部分沿中心軸通過焊接的方式連接起來形成一塊完整的換熱板。
但是，上面介紹的兩篇公開的專利中前一個專利提到的回熱器存在下列的問題整塊矩形換熱板上加工出波紋，空氣是通過安置在回熱器主體右上角圓管進入回熱器，首先進入進口三角區，然后進入換熱板芯子部分平行四邊形區，由于換熱板通道具有一定的傾角，隨著流體遠離入口，流動阻力越大，流動速度降低，導致流體流動分布的嚴重不均勻，這種流體的不均勻分配將造成通道內出現短路現象，特別是該結構使部分流體很難到達入口三角區的頂部，即入口截面的下游，導致空氣很難流經該區域與燃氣進行換熱，在回熱器換熱主體當中將存在局部熱負荷不平衡。這種情形不僅引起換熱效率顯著下降，而且也影響回熱器的壽命。
在后一個專利中為了防止換熱板產生高溫變形與高溫腐蝕，將換熱板沿中心軸分為兩部分，采用不同的材料，但由于波紋板很薄，兩部分焊接時熔合與氣密性不易保證，而且在焊后會產生一定的翹曲變形。這不僅會增大流體在通道中的流動阻力，而且會影響回熱器整個主體組焊時的緊密性。此外，在專利中并沒有提及關于波紋表面具體形式及工藝方面的技術內容。
發明內容
本發明的目的就是提供一種燃氣輪機原表面回熱器，能夠使冷熱流體均能按照更加合理形式流動，以提高回熱器熱交換效率，并大大提高緊湊度及回熱器使用壽命。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種燃氣輪機原表面回熱器，包括回熱器主體，回熱器主體是由若干單元組片組焊而成，每個單元組片由兩片換熱板與波紋板各邊之間的直“L”型封條焊接而成，換熱板分兩部分中心呈平行四邊形的換熱波紋片，位于換熱波紋片左右兩側的三角形的踏平區，在踏平區介質進、出口方向安放空氣導流片和燃氣導流片，在回熱器主體兩個對角空氣進出口處布置空氣進、出口管，在回熱器主體的下部安裝有燃氣進口導流孔板，燃氣進口導流孔板設置在燃氣進氣腔上，在燃氣進氣腔中設置燃氣進氣管，空氣導流片是沿著空氣進、出回熱器主體的方向安放進踏平區，空氣導流片劃分成至少兩段區域，每個區域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結構，沿著流體的流動方向波紋逐漸變疏，每個區域段中波紋板都是采用CC波紋結構，換熱板在短邊沿空氣進、出口邊切掉45°兩個對角，在這兩個對角上布置空氣進、出口管，燃氣導流片波紋與燃氣進口方向夾角取12～16°。
所述踏平區是整板沖出波紋后，在四周踏平而成，踏平區位于換熱板的波峰和波谷中間平面位置。
踏平區厚度在0.3～0.45mm范圍內，踏平區的厚度與安放的空氣導流片和燃氣導流片厚度之和不大于換熱板中心波紋片的高度。
燃氣進氣管做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α取為3.8°～5.4°的范圍內，錐形筒沿燃氣進口伸進燃氣進氣腔，其伸入長度L最佳范圍為回熱器長度的2/5～3/5。
換熱板中心為CW表面，流動方向波紋曲線周期P、高度H之比為7，換熱板的波谷的內切圓半徑與波峰的內切圓半徑比值為空氣與燃氣的壓比，同樣，換熱板的波峰的內切圓半徑與波谷的內切圓半徑比值為空氣與燃氣的壓比。
燃氣進氣腔內底角采用圓弧板，圓弧板相切于燃氣腔的底板和側壁板。
孔板上的圓孔，離燃氣進氣管出口越近圓孔半徑越小，反之越大。
空氣進口管為錐形，沿著空氣流動方向口徑增大，并且在空氣進口管內沿進口五分之一處伸入進氣導流板，導流板延伸到進口管端部，導流板由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進口管直徑的矩形，前端拋物線區與進口管中心線的夾角為10.8°。
本發明回熱器換熱板采用CW(Cross Wavy，交錯波紋)表面，該表面在流體流動方向通道是波動的，且呈180°的相位差，流體流動方向的改變將大大強化傳熱，使兩側介質的換熱效果達到最佳。換熱板結構由橫截面方向和流動方向波紋尺寸來確定。
對于三角區，是在一塊換熱板中心平行四邊形上壓制波紋，預留出平板三角區，這樣由于采用的材料是不銹鋼，硬度很大，在波紋與平板分界區很容易產生斷裂，給加工成型帶來很大困難。本發明成型分兩部分，第一步是在一塊換熱板上全部沖壓出波紋，第二步是將三角區的波紋進行沖壓踏平，然后再來安放導流片。
對于回熱器導流區，除了充分實現使流體均勻進入波紋換熱區的作用外，由于導流部分面積在整個換熱面積中占相當比例，對于緊湊式高效回熱器，我們對導流區進行強化換熱。本發明導流片我們采用CC波紋片，使導流充分，壓降減小，而且增大換熱面積，有效提高換熱效率。此外，為了節約模具費用，兩側導流板采用相同的波紋結構。
對于空氣進口導流板，由于入口截面流體上、下游分配不均勻將造成通道內出現短路現象，為了使流體沿入口截面經導流板均勻進入回熱器主體，本發明將進口導流板分為三個區域段，三個區域段分別采用不同的波紋板結構，沿著流體的流動方向波紋逐漸變疏，每個區域段中波紋板結構是相同的，通過采用導流板的再分配將流體均勻導入回熱器主體，以減小分配不均勻性的影響。
空氣進、出口與圓管相接，所以進、出口面積較小，為增大進、出口面積，減少空氣進、出口造成的壓力損失，入口做成斜切口，也即將矩形換熱板兩個對角切掉，再將進、出口管焊接在切口上。
本發明不僅對回熱器芯子換熱板進行改進，以提高回熱器的換熱效率與結構的緊湊度，壓降減到最小，而且對回熱器的介質進口管路也進行了改進，為防止流體在通道中造成短路，空氣進口管做成錐形。
當空氣從進口管進入回熱器芯子時，由于介質隨著管長方向流動時阻力增大，為使空氣進入回熱器芯子時分布均勻，在進口管內伸入一定長度的傾斜板，形成空氣進氣管導流板。
回熱器入口結構形式對內部流量分配起著關鍵的作用，在回熱器芯體的入口迎面上，為使流體分布盡可能的均勻，在本發明中燃氣由燃氣進氣腔進入回熱器主體時，在燃氣進口管與芯體入口迎面之間安置一塊矩形孔板，板上根據燃氣流動分配狀況打出不同半徑的圓孔，燃氣從進口圓管進入燃氣腔，進而通過孔板的作用實現再分配，均勻地進入回熱器主體。在另一方面，加孔板可避免在燃氣進口管出口產生局部高速流區，并且使燃氣進口產生的壓降占整體流動阻力的比率盡量小。通過采用中間再分配的措施，以減小分配不均勻性的影響。
本發明將燃氣進氣腔內底角采用圓弧板，取代矩形腔的兩塊平板，圓弧板相切于燃氣腔的底部和側壁，其目的在于使燃氣充分均勻進入回熱器主體進行換熱，避免在底角形成渦流死角，從而減小流動阻力。
下面結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細描述。發明中的其他目的和優點也可在其中得以體現。
圖1(a)是本發明帶導流片原表面回熱器整體結構示意圖；圖1(b)是圖1(a)中沿B-B剖面圖；圖2(a)是本發明CW表面上換熱板結構示意圖；圖2(b)是圖2(a)中局部I放大示意圖；圖2(c)是圖2(a)中沿C-C的剖面圖；圖3(a)是本發明CW表面下換熱板結構示意圖；圖3(b)是圖3(a)中局部II放大示意圖；圖3(c)是圖3(a)中沿D-D的剖面圖；
圖4(a)是本發明燃氣側導流片采用CC表面的結構示意圖；圖4(b)是本發明空氣側導流片采用CC表面的結構示意圖；圖4(c)是圖4(a)、(b)分別沿E、F方向的示意圖；圖5是本發明改進后空氣入口導流板區域劃分示意圖；圖6是本發明燃氣進口導流孔板結構示意圖；圖7(a)是本發明空氣進口管結構示意圖；圖7(b)是本發明空氣進口管內導流板結構示意圖。
具體實施例方式
附圖是本發明的具體實施例。
下面結合附圖對本發明的具體內容作進一步詳細說明參照圖1(a)所示，原表面回熱器由回熱器主體1，圓形通道空氣進、出口管6、7，燃氣進氣管10，燃氣進氣腔11以及燃氣進氣導流孔板12焊接組成。回熱器主體是由若干換熱板2，3焊接而成，換熱板焊接時形成空氣進、出口4、5，空氣進、出口4、5外接圓形通道，空氣進、出口管6、7分別與空氣進口4、空氣出口5平行，被分別焊接在回熱器兩個對角，空氣從空氣進口管6流進空氣進口4，經空氣導流片13進入換熱波紋片18，進而從另一側導流板沿空氣出口5進入空氣出口管7，導出回熱器主體1，流出回熱器。燃氣從燃氣進口管10流進矩形燃氣進氣腔11，通過燃氣進口導流孔板12分配進入回熱器主體1，從回熱器主體1燃氣進口8經燃氣導流片14進入換熱板中心波紋片19進行充分換熱，進而從另一側導流板燃氣出口9流出回熱器。
本發明中原表面換熱器芯體即回熱器主體1由若干單元組片20組焊而成，每個單元組片20由兩片長方形波紋換熱板2，3與插在波紋板各邊之間的直“L”型封條16焊接而成，焊接的結構為踏平區15+直“L”型封條16+踏平區15，在兩塊波紋板之間形成空氣流動通道，每個單元組片20有與空氣流動通道連通的一個空氣進氣口4和一個空氣出氣口5，沿著空氣進、出口方向分別在踏平區15安放空氣導流片13。在各單元組片20之間與插入的打褶的封條17焊接形成燃氣通道，燃氣從燃氣進口8進入回熱器主體1進行換熱，從另一側燃氣出口9流出回熱器，同樣沿著燃氣進、出口方向分別在踏平區15安放燃氣導流片14。
本發明的一個實施例，兩片波紋換熱板2、3，波紋區換熱波紋片18、19波紋流動方向呈180°的相位差，通過四周密封條焊接形成的一個換熱單元組片20，間隔分別形成空氣、燃氣流動通道。換熱板2，3成型分兩部分第一步是在單片換熱平板上全部沖壓出波紋，第二步是將三角區的波紋進行沖壓踏平，然后再來安放導流片。
分別在踏平區15中安放的燃氣導流片13、14采用CC波紋板，使流體經過導流板的充分導流進入芯子波紋區進行充分換熱，達到熱平衡。為了節約模具費用，兩側燃氣導流片13、14采用相同的波紋結構。此外，CC波紋板具有一定的承壓能力。燃氣導流片13、14在流動方向采用直通道，壓損小，當兩種介質分別從各自進口流入，對于每一股流體它們流經整個換熱通道的路徑是相同的，也即壓降是相同的，避免了通道內流體流動不均。
在形成一個空氣側換熱通道時，為增大進、出口面積，減少空氣進、出口造成的壓力損失，入口做成斜切口，也即將矩形換熱板2、3兩個對角切掉，焊接兩塊換熱板2、3時將形成一系列各自平行的空氣進、出口4、5，即將空氣進、出口4、5布置在回熱器主體1的兩個對角。
在空氣進、出口4、5上分別焊接上對應的空氣進、出口管6、7，空氣進、出口管6、7焊接在回熱器主體1時，截面為切掉圓缺的圓，其圓缺的弦長分別與空氣進、出口4、5寬度相吻合，而且空氣進、出口管6、7還可以選用圓形、橢圓型等。
參照圖1(b)所示，是將燃氣進氣管10做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α直接影響燃氣進出口管壓降。對圓錐筒結構進行優化設計，半錐角α范圍取在3.8°～5.4°。此外，圓錐筒伸進燃氣進氣腔11一定長度，延伸長度影響燃氣進入回熱器主體1的分布狀況與壓降，因此圓錐筒伸入長度最佳范圍為回熱器長度的2/5～3/5。
將燃氣進氣腔11內底角采用圓弧板23，取代矩形腔的兩塊平板，圓弧板23相切于燃氣腔11的底板和側壁板，其目的在于使燃氣充分均勻進入回熱器主體1進行換熱，避免在底角形成渦流死角，從而減小流動阻力。
參照圖2(a)所示，上換熱板2分兩部分構成中心呈平行四邊形的換熱中心波紋片18，位于換熱板上的換熱中心波紋片18左右兩邊的三角形的踏平區15，踏平區15用來安放空氣導流片13。踏平區15的成型分兩部分，首先是在換熱板2上全部沖壓出波紋，然后是將三角區的波紋進行沖壓踏平。踏平區15的厚度大約為原來換熱板厚度的3倍左右，約占換熱中心波紋片18高度的1/5，在踏平區15安放空氣導流片13，踏平區15的厚度與安放的空氣導流片13厚度之和不大于換熱板中心波紋片18的高度。
本發明的一個實施例，為了使兩側介質的換熱效果達到最佳，取得適宜的壓降分布，換熱表面采用CW原表面，該表面在流體流動方向通道是波動的，且呈180°的相位差，流體流動方向的改變將大大強化傳熱。此結構由換熱板橫截面方向和流動方向波紋尺寸來確定。
如圖2(b)是CW原表面流動方向波紋示意圖，流動方向成波紋曲線，從強化傳熱的機理來看，利用二次流并不斷改變主流方向來強化傳熱。流動方向上的波紋曲線周期P、高度H之比影響流體流動的壓力損失與換熱效率。P/H之值偏大，換熱效率降低；P/H之值偏小，壓力損失變大。所以本發明P/H最佳值取為7。
圖2(c)是CW原表面橫截面方向的波紋示意圖，空氣和燃氣流通截面積不等，根據空氣燃氣兩側的壓力恢復系數及體積流量確定，使兩側流體流速相差不大，兩側介質的換熱效果達到最佳。換熱板中心波紋片18上的波形由波峰24和波谷26組成，波峰24的內切圓25半徑尺寸決定了空氣通道21截面面積，波谷26的內切圓27半徑尺寸決定了燃氣通道22截面面積。換熱板2的波谷26的內切圓27半徑與波峰24的內切圓25半徑比值為空氣與燃氣的壓比，當兩塊或更多換熱板焊接時，波峰和波谷沿著流動通道延伸，流體在波峰和波谷之間流動，波峰與波谷形成的流動通道決定著介質流動的特性。
參照圖3(a)所示，下換熱板3分兩部分構成中心呈平行四邊形的換熱中心波紋片19，位于換熱板上的換熱中心波紋片19左右兩邊的三角形的踏平區15，踏平區15用來安放導流片。踏平區15的成型同圖2(a)介紹的方法，這里不再贅述。
如圖3(b)是下換熱板3中CW原表面流動方向波紋示意圖，波紋曲線同圖2(b)中所介紹的結構。
圖3(c)是下換熱板3橫截面波紋示意圖，換熱中心波紋片19上的波形由波峰28和波谷30組成，波峰28的內切圓29半徑尺寸決定了燃氣通道22截面面積，波谷30的內切圓31半徑尺寸決定了空氣通道21截面面積。換熱板3的波峰28的內切圓29半徑與波谷30的內切圓31半徑比值為空氣與燃氣的壓比。
當形成一個空氣通道21時，換熱中心波紋片18上的波谷26與換熱中心波紋片19上的波峰28相接。相對的，換熱中心波紋片18上的波峰24與換熱中心波紋片19上的波谷30相接就形成了一個燃氣通道22。換熱中心波紋片18上的波峰24的內切圓25與換熱中心波紋片19上波谷30的內切圓31尺寸相同，同樣換熱中心波紋片18上的波谷26的內切圓27與換熱中心波紋片19上波峰28內切圓29尺寸相同。這樣我們通過調節內切圓25和27的半徑比，就可以得到空氣通道截面21面積與燃氣通道截面22面積的不同比。回熱器通過邊框條上的密封條焊接在一起，利用中間換熱波紋板波峰與波谷的接觸為支撐。
單元組件20通過與打褶封條17焊接形成了燃氣換熱通道，從而得到側面邊框上的燃氣進口8和另一側面邊框上的燃氣出口9。因空氣、燃氣兩種介質質量流量相差不大，而燃氣是由透平做功后排出來的，它的壓力只比大氣壓略高，空氣是經過壓縮機壓縮后壓力可達到3～6bar，因而空氣密度比燃氣密度大，為了使兩側流速相差不大，所以燃氣進出、口8、9比空氣進、出口4、5迎風橫截面積要大。
參照圖4(a)所示，燃氣導流片14采用呈梯形的CC波紋表面，此表面為在薄板上沖壓波形。為了進一步增強燃氣在導流區的換熱，波紋方向與燃氣進、出口方向有一定夾角，夾角越大，阻力越大，換熱增強，所以燃氣導流片14波紋方向與燃氣進氣方向夾角取12～16°。
參照圖4(b)所示，空氣導流片13采用同樣采用CC波紋板，空氣在導流片13中的流動方向與其進、出口流動方向一致。
圖4(c)是燃、空氣導流片14、13表面CC波紋示意圖，波紋高度由回熱器芯子換熱板波紋高度與踏平區厚度決定，其流動阻力系數較小，具有一定的承壓強度，可以使整個回熱器結構更加緊湊。
本發明的另一個實施例是將空氣入口導流板劃分成若干個區域段，區域段數的確定可根據回熱器的長度進行調整，劃分越多會相應增加模具成本，參照圖5，空氣入口導流板劃分成三個區域段I、II、III，每個區域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結構，沿著流體的流動方向波紋逐漸變疏，每個區域段中波紋板都是采用CC波紋結構，流體通過采用空氣導流片13的再分配均勻導入回熱器回熱器主體1，以減小分配不均勻性的影響。回熱器入口結構形式對內部流量分配起著關鍵的作用，通過這種進氣方式，可以使換熱介質均勻地進入換熱氣，避免了由于入口截面流體上、下游分配不均勻將造成通道內出現短路現象。
本發明的另一個實施例是在燃氣進氣腔11中安置燃氣進口導流孔板12，參照圖1及圖6在燃氣由燃氣進氣腔11進入回熱器主體1時，在燃氣進氣管10與燃氣進口8之間安置一塊矩形燃氣進口導流孔板12，燃氣進口導流孔板12上根據燃氣流動分配狀況打出不同半徑的圓孔，燃氣從進氣管10進入燃氣腔11，進而通過燃氣進口導流孔板12的作用實現再分配，均勻地進入回熱器主體1。在另一方面，加燃氣進口導流孔板12可避免在燃氣進口管出口產生局部高速流區，并且使燃氣進口產生的壓降占整體流動阻力的比例盡量小。燃氣進口導流孔板12的開孔形式可根據燃氣進氣管10的半錐角α以及伸入燃氣進氣腔11的深度不同，由燃氣氣動設計計算結果進行確定。
參照圖7(a)所示空氣進口管6做成圓管，在進口管內伸入一定長度的傾斜進氣導流板32，其目的在于使空氣進入回熱器芯子時分布均勻，避免在管子末端形成一個“死角”，導致兩側介質換熱不均勻。
圖7(b)為空氣進氣導流板32展開示意圖，導流板32由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進氣管6直徑的矩形。前端拋物線區與進氣管6中心線的夾角為10.8°。
以上通過具體實施方式
對本發明進行了詳細描述，本領域的技術人員應該明白實施例僅是示例形式。對本發明根據實際狀況應用時可進行各種變形和修改，這些變形和修改都應落在發明人主張的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種燃氣輪機原表面回熱器，包括回熱器主體(1)，回熱器主體(1)由單元組片(20)組焊而成，每個單元組片(20)由兩片換熱板(2、3)與波紋板各邊之間的直“L”型封條(16)焊接而成，換熱板(2、3)分兩部分中心呈平行四邊形的換熱波紋片(18、19)，位于換熱波紋片(18、19)左右兩側的三角形的踏平區(15)，在踏平區(15)介質進、出口方向安放空氣導流片(13)和燃氣導流片(14)，在回熱器主體(1)兩個對角空氣進出口(4、5)處布置空氣進、出口管(6、7)，其特征在于，在回熱器主體(1)的下部安裝有燃氣進口導流孔板(12)，燃氣進口導流孔板(12)設置在燃氣進氣腔(11)上，在燃氣進氣腔(11)中設置燃氣進氣管(10)，空氣導流片(13)是沿著空氣進、出回熱器主體(1)的方向安放進踏平區(15)，空氣導流片(13)劃分成至少兩段區域，每個區域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結構，沿著流體的流動方向波紋逐漸變疏，每個區域段中波紋板都是采用CC波紋結構，換熱板(2、3)在短邊沿空氣進、出口邊切掉45°兩個對角，燃氣導流片(14)波紋與燃氣進口方向夾角取12～16°。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，所述踏平區(15)是整板沖出波紋后，在四周踏平而成，踏平區(15)位于換熱板(2、3)的波峰和波谷中間平面位置。
3.根據權利要求1或2所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，踏平區(15)厚度在0.3～0.45mm范圍內，踏平區(15)的厚度與安放的空氣導流片(13)和燃氣導流片(14)厚度之和不大于換熱板中心波紋片(18、19)的高度。
4.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，燃氣進氣管(10)做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α取為3.8°～5.4°的范圍內，錐形筒沿燃氣進口伸進燃氣進氣腔(11)，其伸入長度L最佳范圍為回熱器長度的2/5～3/5。
5.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，換熱板(2、3)中心為CW表面，流動方向波紋曲線周期P、高度H之比為7，換熱板(2)的波谷(26)的內切圓(27)半徑與波峰(24)的內切圓(25)半徑比值為空氣與燃氣的壓比，同樣，換熱板(3)的波峰(28)的內切圓(29)半徑與波谷(30)的內切圓(31)半徑比值為空氣與燃氣的壓比。
6.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，燃氣進氣腔(11)內底角采用圓弧板(23)，圓弧板(23)相切于燃氣腔(11)的底板和側壁板。
7.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，孔板(12)上的圓孔，離燃氣進氣管(10)出口越近圓孔半徑越小，反之越大。
8.根據權利要求1所述的燃氣輪機原表面回熱器，其特征在于，空氣進口管(6)為錐形，沿著空氣流動方向口徑增大，并且在空氣進口管(6)內沿進口五分之一處伸入進氣導流板(32)，導流板(32)延伸到進口管(6)端部，導流板(32)由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進口管(6)直徑的矩形，前端拋物線區與進口管(6)中心線的夾角為10.8°。
全文摘要
本發明公開了一種適用于微型燃氣輪機的原表面回熱器，在回熱器主體兩個對角空氣進出口處布置空氣進、出口管，在回熱器主體的下部安裝有燃氣進口導流孔板，燃氣進口導流孔板設置在燃氣進氣腔上，在燃氣進氣腔中設置燃氣進氣管，空氣導流片是沿著空氣進、出回熱器主體的方向安放進踏平區，空氣導流片劃分成至少兩段區域，每個區域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結構，沿著流體的流動方向波紋逐漸變疏，每個區域段中波紋板都是采用CC波紋結構，換熱板在短邊沿空氣進、出口邊切掉45°兩個對角。本發明能夠使冷熱流體均能按照更加合理形式流動，提高回熱器熱交換效率、緊湊度及回熱器使用壽命。
文檔編號F02C7/10GK1696482SQ20051004272
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月26日 優先權日2005年5月26日
發明者王秋旺, 梁紅俠, 羅來勤, 曾敏, 吳一寧, 豐鎮平 申請人:西安交通大學