一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞骷捌鋼Q熱過(guò)程的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞骷捌鋼Q熱過(guò)程。包括殼體（1），殼體（1）內(nèi)設(shè)有熱交換器（2）；所述熱交換器（2）由一組呈扇形狀的換熱芯體組成（21），各換熱芯體（21）環(huán)向布置形成一環(huán)形體，各換熱芯體（21）相互獨(dú)立，在換熱芯體（21）兩側(cè)設(shè)固定支撐臂（22）和浮動(dòng)支撐臂（23）；熱交換器（2）形成高溫燃?xì)?、高壓氣體形成逆流向的通道。本發(fā)明通過(guò)回轉(zhuǎn)體布局，集成了十多個(gè)回?zé)崞餍倔w，以增大散熱能力；采用逆流方式布置燃?xì)夂蛪嚎s空氣的流道，使得散熱效率達(dá)到最高；并根據(jù)燃?xì)鈧?cè)和壓縮空氣側(cè)溫度、壓力、密度的不同，采用不同高度的翅片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高回?zé)崞鞯木C合散熱能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞骷捌鋼Q熱過(guò)程

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?屬于換熱器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置作為艦船主動(dòng)力裝置，具有體積小、重量輕、啟動(dòng)快、運(yùn)行維護(hù)方便、輔機(jī)和系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。隨著造船界對(duì)于艦船高速推進(jìn)系統(tǒng)主動(dòng)力裝置要求的不斷提高，燃?xì)廨啓C(jī)所具有的單機(jī)比功率大、尺寸小、重量輕、變速性能好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、滑油消耗量少以及水下噪音小等一系列優(yōu)點(diǎn)顯得日益突出。
[0003]間冷回?zé)嵫h(huán)(ICR-1ntercoolingRecuperated)燃?xì)廨啓C(jī)是在簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)基礎(chǔ)上增加了壓縮空氣中間冷卻器、排氣回?zé)崞鞯炔考娜細(xì)廨啓C(jī)，其突出優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)工況及低工況下均具有較高的熱效率，彌補(bǔ)了簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下熱效率低的缺點(diǎn)，從而為軍民用艦船采用全燃動(dòng)力裝置創(chuàng)造了條件。采用ICR燃?xì)廨啓C(jī)可使總運(yùn)行油耗下降23 %?25 %，功率輸出增加25%?30%。
[0004]回?zé)崞?，作為ICR循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵部件，其工作條件，比較復(fù)雜:燃?xì)饩哂懈g性，需要承受950K以上的高溫，400K的溫差，其內(nèi)部承受十幾個(gè)大氣的壓力。燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鲗儆跉?氣熱交換器，氣體的換熱系數(shù)比較小，為達(dá)到一定的換熱效率，回?zé)崞鞯捏w積有可能變得很龐大。因此，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鞯慕Y(jié)構(gòu)布局，變得非常重要。
[0005]燃?xì)廨啓C(jī)的回?zé)崞髟O(shè)計(jì)與制造，有三大難點(diǎn):1.散熱量較大，特別是大型船舶用燃?xì)廨啓C(jī)，回?zé)崞鞯纳崃窟_(dá)到2-3萬(wàn)千瓦，甚至更高；2.燃?xì)夂蛪嚎s空氣的流動(dòng)阻力小，一般只有自身壓力的5%左右，特別是燃?xì)鈧?cè)的流動(dòng)阻力，緊緊只容許在5kPa左右；3.熱負(fù)荷、熱膨脹、熱沖擊大，回?zé)崞鞯目煽啃砸蟾?。同時(shí)，回?zé)崞饕灿幸粋€(gè)特點(diǎn)，燃?xì)獾倪M(jìn)口壓力小，接近于正常大氣壓，密封要求不高，容許少量泄漏。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱性能好的一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞骷捌鋼Q熱過(guò)程。
[0007]為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括殼體(1)，殼體(I)內(nèi)設(shè)有熱交換器
(2);所述熱交換器(2)由一組呈扇形狀的換熱芯體組成(21)，各換熱芯體(21)環(huán)向布置形成一環(huán)形體，各換熱芯體(21)相互獨(dú)立，在換熱芯體(21)兩側(cè)設(shè)固定支撐臂(22)和浮動(dòng)支撐臂(23 );熱交換器(2 )形成高溫燃?xì)?、高壓氣體形成逆流向的通道。
[0008]所述熱交換器(2) —端連接擴(kuò)壓管(3)、整流罩(4)，擴(kuò)壓管(3)和整流罩(4)之間形成燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5 )，該進(jìn)氣腔(5 )設(shè)置在所述熱交換器(2 )外圓周外側(cè)，熱交換器(2 )內(nèi)圓周延伸形成一燃?xì)獬鰵馇?6)，燃?xì)鈴臒峤粨Q器(2)外部徑向的沿燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)流向燃?xì)獬鰵馇?6)。
[0009]所述熱交換器的另一端設(shè)置高壓氣體進(jìn)氣管(7)、高壓進(jìn)氣出氣管(8)，高壓氣體進(jìn)氣管(7)上沿其圓周方向均布有若干環(huán)形設(shè)置的和所述換熱芯體換熱進(jìn)口(8)連通的壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)，高壓氣體出氣管(8)上沿其圓周方向均布有若干環(huán)形設(shè)置的和所述換熱芯體換熱出口(9)連通的壓縮空氣出氣歧管(10):所述壓縮空氣出氣歧管(10)設(shè)置在壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)內(nèi)側(cè)，使壓縮空氣和高溫燃?xì)饬飨蚰嫦颉?br> [0010]所述固定支撐臂(22)設(shè)置在高壓氣體一側(cè)，浮動(dòng)支撐臂(23)設(shè)置在高溫燃?xì)獾囊粋?cè)；固定支撐臂(22)暴露在空氣之中，浮動(dòng)支撐臂(23)設(shè)置在整流罩(4)內(nèi)部。
[0011]一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鞯膿Q熱過(guò)程，按照以下步驟進(jìn)行:
高溫燃?xì)鈴臄U(kuò)壓管(3)、整流罩(4)進(jìn)入燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)，高壓氣體從高壓氣體進(jìn)氣管
(7)、壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)進(jìn)入換熱芯體換熱進(jìn)口(8)，換熱過(guò)程中，高溫燃?xì)鈴臒峤粨Q器
(2)外部的間隙中從熱交換器(2)的外圓周流向熱交換器(2)內(nèi)圓周形成的燃?xì)獬鰵馇?6);高壓氣體從熱交換器(2)內(nèi)部形成的通道從熱交換器(2)內(nèi)端流向外端形成和高溫燃?xì)獾哪媪飨?，形成熱交換；
在進(jìn)行熱交換前，通過(guò)高溫燃?xì)鈧?cè)的擴(kuò)壓管(3)、整流罩(4)和燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)，以及燃?xì)獬鰵馇?6)的直徑選擇，將高溫燃?xì)獾牧魉倏刂圃?5-35m/s ；
對(duì)壓縮空氣進(jìn)氣和出氣，使其流速亦控制在25-35m/s。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:針對(duì)回?zé)崞魃崃繂?wèn)題，我們選用了結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力和剛度較大的板翅式熱交換器，并通過(guò)回轉(zhuǎn)體布局，集成了十多個(gè)回?zé)崞餍倔w，以增大散熱能力；采用逆流方式布置燃?xì)夂蛪嚎s空氣的流道，使得散熱效率達(dá)到最高；并根據(jù)燃?xì)鈧?cè)和壓縮空氣側(cè)溫度、壓力、密度的不同，采用不同高度的翅片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高回?zé)崞鞯木C合散熱能力。
[0013]針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞髁鲃?dòng)阻力問(wèn)題，我們?cè)诹鞯涝O(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)燃?xì)鈧?cè)的擴(kuò)壓管、整流罩和進(jìn)氣管，以及燃?xì)獬鰵夤艿闹睆降陌才?，將燃?xì)獾牧魉伲刂圃?0m/s左右。對(duì)壓縮空氣進(jìn)氣和出氣，根據(jù)不同溫度下密度的不同，同樣采用了等流速設(shè)計(jì)。
[0014]針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鞯臒嶝?fù)荷及熱沖擊問(wèn)題，在材料選用上，采用耐熱性能好，線性膨脹系數(shù)小，熱蠕變強(qiáng)度高的耐熱不銹鋼。在減少熱負(fù)荷和熱沖擊方面，通過(guò)設(shè)計(jì)，使得每一個(gè)回?zé)崞餍倔w，都具有相對(duì)獨(dú)立的懸掛，和單獨(dú)的進(jìn)出壓縮空氣流道，避免了芯體之間的互相牽連，降低回?zé)崞髡w的線性膨脹，減少熱負(fù)荷沖擊；每個(gè)單獨(dú)的芯體，都采用柔順化設(shè)計(jì)，降低芯體零部件的剛度，避免熱膨脹下的應(yīng)力集中。芯體的懸掛裝置，主固定支撐設(shè)計(jì)在回?zé)崞鞯牡蜏貍?cè)外面，與環(huán)境空氣接觸，使得熱負(fù)荷與熱變形減少；輔助浮動(dòng)支撐，設(shè)計(jì)在整流罩內(nèi)部，通過(guò)整流罩的保護(hù)，避免了熱負(fù)荷的直接沖擊，得到緩沖。由于采用了回轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)，熱交換器整體是軸向?qū)ΨQ(chēng)，流體的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，也是對(duì)稱(chēng)平衡的，避免了熱應(yīng)力弓I起的應(yīng)力集中。同時(shí)，充分利用了熱交換器燃?xì)鈧?cè)壓力接近常壓的特點(diǎn)，燃?xì)饬鞯赖谋诤裨O(shè)計(jì)較薄，降低了流道的剛度，以適應(yīng)熱負(fù)荷引起的外殼變形，而不影響密封性。
[0015]通過(guò)采取以上的措施，回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?，效法自然界中，草本植物抵抗風(fēng)雨時(shí)圍團(tuán)成蔟、每片葉子都?xì)w根于根系、相互獨(dú)立的柔順?lè)椒?，將之運(yùn)用到回?zé)崞髦校捎没剞D(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的布局、每個(gè)芯體獨(dú)立懸掛，通過(guò)降低回?zé)崞鞯膭偠龋蛊溥m應(yīng)由于回?zé)崞鞲邷匾鸬臒嶙冃魏蜔釠_擊，提高回?zé)崞鞯目垢邷責(zé)釠_擊和熱變形的能力，滿足燃?xì)廨啓C(jī)的回?zé)峁r需要，同時(shí)，降低制造成本，提高可靠性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1的正向視圖。
[0018]圖3為圖2的A-A向視圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為圖4的正視圖。
[0021]圖6為圖4的側(cè)視圖。
[0022]圖7為圖4的俯視圖。
[0023]圖中I為殼體、2為熱交換器、3為擴(kuò)壓管、4為整流罩、5為燃?xì)膺M(jìn)氣腔、6為燃?xì)獬鰵馇弧?為高壓氣體進(jìn)氣管、8為高壓氣體出氣管、9為壓縮空氣進(jìn)氣歧管、10為壓縮空氣出氣歧管、11為進(jìn)氣分配罩、12為出氣匯流罩；
21為換熱芯體、22為固定支撐臂、23為浮動(dòng)支撐臂。

【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的回?zé)崞靼んwI，將燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪導(dǎo)出的高溫燃?xì)?，通過(guò)燃?xì)鈹U(kuò)壓3、燃?xì)庹髡?共同構(gòu)成高溫燃?xì)獾娜細(xì)膺M(jìn)氣腔5，流入回?zé)崞鲹Q熱芯體21，與550K左右的壓縮空氣進(jìn)行熱交換。高溫燃?xì)?，在回?zé)崞鲀?nèi)部沿徑向通過(guò)換熱芯體21，匯總到熱交換器2的中心，由燃?xì)獬鰵馇?流出回?zé)崞?，通往外部?；責(zé)崞鳠峤粨Q器2由一組扇形的板翅式換熱芯體21組成，通過(guò)扇形角度的彼此相接，共同形成了回轉(zhuǎn)體的布局。換熱芯體21之間沒(méi)有直接的聯(lián)接關(guān)系，相互獨(dú)立，避免了熱膨脹引起的相互之間的熱應(yīng)力。每個(gè)回?zé)崞鲹Q熱芯體21，通過(guò)回?zé)崞鞴潭ㄖ伪?2和回?zé)崞鞲?dòng)支撐臂23，獨(dú)立懸掛在回?zé)崞魅細(xì)馔ǖ纼?nèi)。燃?xì)廨啓C(jī)高壓壓氣機(jī)的壓縮空氣進(jìn)氣，通過(guò)高壓氣體進(jìn)氣管7和壓縮空氣進(jìn)氣分配罩11，均勻分配到壓縮空氣進(jìn)氣歧管9，進(jìn)入回?zé)崞鲹Q熱芯體21，沿與燃?xì)饽媪鞣较颍鞒龌責(zé)崞鲹Q熱芯體21，在換熱芯體21流通后經(jīng)壓縮空氣出氣歧管10，匯總到壓縮空氣出氣匯流罩12,通過(guò)壓縮空氣出氣管8,流入燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)獍l(fā)生器。
[0025]本發(fā)明的固定支撐臂22、浮動(dòng)支撐臂23使換熱芯體21徑向方向得到約束，使換熱芯體21能和壓縮空氣進(jìn)氣歧管9、壓縮空氣出氣歧管10準(zhǔn)確對(duì)接，避免因換熱芯體21在徑向上的移動(dòng)造成密封性的問(wèn)題及避免歧管和換熱芯體21之間的碰撞造成兩者的損傷；同時(shí)浮動(dòng)支撐臂23的設(shè)置使換熱芯體21軸向方向有一定的浮動(dòng)，緩沖因高溫燃?xì)?、高壓氣體帶來(lái)的沖擊，保護(hù)熱交換2的使用壽命。
[0026]本發(fā)明通過(guò)燃?xì)鈧?cè)的擴(kuò)壓管、整流罩和進(jìn)氣管，以及燃?xì)獬鰵夤艿闹睆降陌才牛瑢⑷細(xì)獾牧魉?，控制?0m/s左右。對(duì)壓縮空氣進(jìn)氣和出氣，根據(jù)不同溫度下密度的不同，同樣采用了等流速設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)回?zé)崞餍倔w時(shí)，通過(guò)調(diào)整扇形角度和芯體兩端的寬度，彌補(bǔ)燃?xì)庠诓煌瑴囟葧r(shí)，由于密度不同，造成的流速不均，增大燃?xì)鈧?cè)流道的翅片高度，降低流速，減少流動(dòng)阻力。通過(guò)上述措施，將流動(dòng)阻力，降低到容許的范圍。
[0027]本發(fā)明的壓縮空氣進(jìn)氣歧管9、壓縮空氣出氣歧管10的根數(shù)和換熱芯體21的個(gè)數(shù)一致，每根壓縮空氣進(jìn)氣歧管9、壓縮空氣出氣歧管10分別對(duì)應(yīng)一個(gè)換熱芯體21，因此高壓氣體在每個(gè)換熱芯體的流動(dòng)時(shí)相互獨(dú)立的，相鄰之間的換熱芯體21之間也存在間隙，因此增大的換熱面積，提高了換熱效果。
【權(quán)利要求】
1.一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?其特征在于,包括殼體(I),殼體(I)內(nèi)設(shè)有熱交換器(2);所述熱交換器(2)由一組呈扇形狀的換熱芯體組成(21)，各換熱芯體(21)環(huán)向布置形成一環(huán)形體，各換熱芯體(21)相互獨(dú)立，在換熱芯體(21)兩側(cè)設(shè)固定支撐臂(22)和浮動(dòng)支撐臂(23);熱交換器(2)形成高溫燃?xì)?、高壓氣體形成逆流向的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?，其特征在于，所述熱交換器(2) —端連接擴(kuò)壓管(3)、整流罩(4)，擴(kuò)壓管(3)和整流罩(4)之間形成燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)，該進(jìn)氣腔(5)設(shè)置在所述熱交換器(2)外圓周外側(cè)，熱交換器(2)內(nèi)圓周延伸形成一燃?xì)獬鰵馇?6)，燃?xì)鈴臒峤粨Q器(2)外部徑向的沿燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)流向燃?xì)獬鰵馇?6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?，其特征在于，所述熱交換器的另一端設(shè)置高壓氣體進(jìn)氣管(7)、高壓進(jìn)氣出氣管(8)，高壓氣體進(jìn)氣管(7)上沿其圓周方向均布有若干環(huán)形設(shè)置的和所述換熱芯體換熱進(jìn)口(8)連通的壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)，高壓氣體出氣管(8)上沿其圓周方向均布有若干環(huán)形設(shè)置的和所述換熱芯體換熱出口(9)連通的壓縮空氣出氣歧管(10):所述壓縮空氣出氣歧管(10)設(shè)置在壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)內(nèi)側(cè)，使壓縮空氣和高溫燃?xì)饬飨蚰嫦颉?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞?，其特征在于，所述固定支撐?22)設(shè)置在高壓氣體一側(cè)，浮動(dòng)支撐臂(23)設(shè)置在高溫燃?xì)獾囊粋?cè)；固定支撐臂(22 )暴露在空氣之中，浮動(dòng)支撐臂(23 )設(shè)置在整流罩(4)內(nèi)部。
5.一種回轉(zhuǎn)體布局的燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鞯膿Q熱過(guò)程，其特征在于，按照以下步驟進(jìn)行: 高溫燃?xì)鈴臄U(kuò)壓管(3)、整流罩(4)進(jìn)入燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)，高壓氣體從高壓氣體進(jìn)氣管(7)、壓縮空氣進(jìn)氣歧管(9)進(jìn)入換熱芯體換熱進(jìn)口(8)，換熱過(guò)程中，高溫燃?xì)鈴臒峤粨Q器(2)外部的間隙中從熱交換器(2)的外圓周流向熱交換器(2)內(nèi)圓周形成的燃?xì)獬鰵馇?6);高壓氣體從熱交換器(2)內(nèi)部形成的通道從熱交換器(2)內(nèi)端流向外端形成和高溫燃?xì)獾哪媪飨?，形成熱交換； 在進(jìn)行熱交換前，通過(guò)高溫燃?xì)鈧?cè)的擴(kuò)壓管(3)、整流罩(4)和燃?xì)膺M(jìn)氣腔(5)，以及燃?xì)獬鰵馇?6)的直徑選擇，將高溫燃?xì)獾牧魉倏刂圃?5-35m/s ； 對(duì)壓縮空氣進(jìn)氣和出氣，使其流速亦控制在25-35m/s。
【文檔編號(hào)】F02C7/10GK104295374SQ201410445138
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】吳一鵬 申請(qǐng)人:高郵市榮清機(jī)械電子有限公司