一種高效低壓損緊湊型一次表面回熱器的製作方法

2023-07-01 07:36:36 1

專利名稱：一種高效低壓損緊湊型一次表面回熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於燃氣輪機技術領域的回熱器，具體是一種應用於燃氣輪機熱動系統上的高效低壓損緊湊型一次表面回熱器。
背景技術：
燃氣輪機回熱器是提高燃氣輪機熱效率關鍵的部件之一，回熱器有效利用渦輪後排出的煙氣餘熱將壓縮空氣加熱後導入燃燒室，從而提高了裝置的熱效率。目前，回熱器一般採用波紋板交錯疊放，波紋通道成一定夾角，兩相鄰波紋板之間的平面區用邊條焊接密封，冷熱流體上下間隔地被分流。經檢索，目前國內已有的比較有代表性的用於燃氣輪機的回熱器有三個。一個是公開號為CN1587666A的發明專利，其特徵自述為一種一次表面回熱器，用於燃氣輪機熱動系統技術領域。芯體位於回熱器的內部中心，壓力平衡件位於芯體的前後兩端，進出口管路位於芯體上、下端和外殼上下表面，芯體有多個氣室和室外邊條組成，波紋板片有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以此焊接在一起形成芯體。該發明換熱效率大幅度提高，結構緊湊，換熱面導熱熱阻小且換熱器重量輕，維修方便，可靠性強。但是該回熱器的流體流動分布不均勻，尤其是該回熱器空氣或煙氣入口處邊側存在空氣和煙氣很難到達的「死區」，在導流區由於沒有導流條或導流板，導致導流區剛度下降，在壓力較高時，相鄰板片的平面區很容易疊在一起阻礙了氣流的進入和流出，另外波紋板片交叉疊放，波紋通道形成30°夾角，這造成了流阻的增加。其餘兩個發明專利是，公開號為CN1560437A的發明專利和公開號為CN1696482A的發明專利，兩項專利的空氣進入管都與導流區平面成垂直方向，並且波紋板片交叉疊放，波紋通道形成一定夾角，這不但增大了壓損，而且回熱器容易結垢堵塞。

發明內容
本發明的目的是提供一種高效低壓損緊湊型一次表面回熱器，其進出氣流順暢、 流體壓損大幅降低，以提高回熱器熱效率、緊湊度和使用壽命。為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是一種回熱器，其包括芯體、外殼、煙氣進出口管路和空氣進出口管路，芯體外側套設外殼，煙氣進出口管路和空氣進出口管路分設於外殼的上下端，芯體由若干波紋板片依次疊放而成，波紋板片之間各層形成相互按層間隔的煙氣氣室和空氣氣室。進一步，所述波紋板片包括波紋板和平面板，波紋板置於平面板之上，位於其中間處並固定，平面板上下端部具有第一導流區和第二導流區，第一導流區設有煙氣或空氣進口，第二導流區設有煙氣或空氣出口。所述第一導流區設有兩根導流條，兩根導流條的一端相交，並位於第一導流區與波紋板的交界處的中心，兩根導流條的另一端位於第一導流區的外沿，將第一導流區的外沿三等分，第一導流區外沿的三等分中的中間部分設有邊條；所述第二導流區設有兩根導流條，兩根導流條的一端位於第二導流區的外沿，將第二導流區的外沿三等分，兩根導流條的另一端位於第二導流區與波紋板的交界處的兩端，第二導流區外沿的三等分中的兩側部分設有邊條。所述波紋板片以波谷對波谷、波峰對波峰的形式相疊放，且相鄰波紋板片之間以旋轉180度的方式依次疊放。所述波紋板片之間通過邊條焊接固定。所述煙氣進出口管路包括煙氣進口管路和煙氣出口管路，空氣進出口管路包括空氣進口管路和空氣出口管路，煙氣進口管路同心套於空氣出口管路外側，並設於回熱器外殼的一端；空氣進口管路同心套於煙氣出口管路外側，並設於回熱器外殼的另一端。所述煙氣出口管路和空氣出口管路的表面設有螺旋翅片。本發明涉及一種高效低壓損緊湊型一次表面回熱器，包括回熱器主體、煙氣進出口管路、空氣進出口管路，回熱器主體是由若干波紋板片疊放焊接而成，波紋板由波紋區、 平面區和導流區組成，導流區安放了一定數量的導流條，平面區位於側面，起到焊接邊條以密封芯體的作用，空氣自空氣進口管路經導流條進入回熱器主體，空氣流過導流條從空氣出口管路流出，通過間隔焊接波紋板片的上、下部密封邊條區形成空氣進出口和煙氣進出口，煙氣自煙氣進口管路經導流條進入回熱器主體，煙氣流過導流條從煙氣出口管路流出。由於採用了上述方案，本發明具有以下特點1)由於進出管路採用套管式結構， 可以對流進空氣進行預熱，對流出空氣進行再加熱作用，增大了換熱面積，有效提高換熱效率，同時還降低了板片冷熱面的熱應力，有利於提高回熱器的壽命。2)導流區安放了導流條，實現了流體均勻分布，避免了換熱「死區」，同時導流條還增加了導流區的剛度。幻在流體流進導流區時採用了流體流動方向與導流區平面成0°角結構方式，而且流體從回熱器前後端兩側進入，後前端的中間流出，有效的避免了氣流「死區」，減少了壓損，提高了回熱器的換熱效率。4)採用S形波紋通道，流體進入換熱通道後產生二次流動，強化了傳熱的作用，另外，兩塊波紋板之間無交錯疊放，波紋片是線接觸，這樣大幅降低了壓損，回熱器不但不容易結垢堵塞，而且提高了結構剛度，從而提高了回熱器的使用壽命。5)採用卷板翅片機連續加工波紋，工藝簡單，降低了成本，有利於自動化規模生產。


圖1為本發明的整體結構示意圖。圖2為本發明空氣、煙氣進出管路結構示意圖。圖3為本發明波紋板片的結構示意圖。圖4為本發明不帶邊條的多個氣室疊放示意圖。圖5為本發明回熱器前後端導流條間隔焊接示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。如圖1-圖5所示，本發明包括回熱器芯體1、回熱器外殼2、煙氣進出口管路3、空氣進出口管路4，回熱器體芯1位於回熱器內部中心，由若干波紋板片5疊放焊接而成， 回熱器外殼2套設於回熱器芯體1外側，煙氣進出口管路3和空氣進出口管路4位於回熱器的上下端，與回熱器外殼2焊接固定。波紋板片5包括波紋板51和平面板52，波紋板51 置於平面板52之上位於其中間處並固定，波紋板51略小於平面板52，平面板52上下兩端部具有第一導流區53和第二導流區M。平面板52 —端的第一導流區53設有兩根導流條 6，兩根導流條6的其中一端相交，並位於第一導流區53與波紋板51的交界處的中心；兩根導流條6的另一端位於第一導流區53的外沿，將第一導流區53的外沿三等分；且第一導流區53外沿的三等分中的中間部分用邊條9焊接密封，從而兩根導流條6形成指向波紋板51 的尖角，煙氣或空氣從被三等分的第一導流區53外沿的兩側可進入。平面板52另一端的第二導流區M設有兩根導流條6，兩根導流條6的其中一端位於第二導流區M的外沿，將第二導流區M的外沿三等分；兩根導流條6的另一端位於第二導流區M與波紋板51的交界處的兩端；且第二導流區M外沿的三等分中的兩側部分用邊條9焊接密封，從而兩根導流條6形成頂部開口的等腰梯形，空氣或煙氣從被三等分的第二導流區M外沿的中間可流出。波紋板片5以波谷對波谷、波峰對波峰的形式相疊放，並通過邊條9將相鄰波紋板片5 焊接固定，而且相鄰的波紋板片5以旋轉180度的方式依次疊放形成芯體1。由於相鄰波紋板片間按波谷相對波谷，波峰相對波峰的方式疊放，從而在相鄰兩塊波紋板片之間形成一層S形波紋通道，通道的形狀為橢圓形，兩塊波紋板片的波紋板為線接觸，波紋通道與波紋板片水平線成0° -15°夾角。由於相鄰波紋板片間按旋轉180度的方式依次疊放，從而形成按層間隔的煙氣通道7和空氣通道8，無論煙氣通道7還是空氣通道8，其第一導流區53處為進氣口，第二導流區M處為出氣口。煙氣進出口管路3包括煙氣進口管路31和煙氣出口管路32，分別設於回熱器的上下端，與回熱器外殼2焊接固定。煙氣出口管路32表面有螺旋翅片。空氣進出口管路4包括空氣進口管路41和空氣出口管路42，分別設於回熱器的上下端，與回熱器外殼2焊接固定。空氣出口管路42表面有螺旋翅片。其中煙氣進口管路31與空氣出口管路42同處於回熱器的一端，同心套在空氣出口管路42外側，煙氣經過空氣出口管路42表面可以再次加熱被加熱的空氣，然後經過回熱器芯體1前端兩側分流進入回熱器芯體1，煙氣出口管路42 焊接在回熱器芯體1後端中心位置。空氣進口管路41與煙氣出口管路32同處於回熱器的另一端，同心套在煙氣出口管路32外側，空氣經過煙氣出口管路32表面可以初次被加熱， 然後經過回熱器芯體1後端兩側分流進入回熱器芯體1，空氣出口管路32焊接在回熱器芯 1體前端中心位置。對於回熱器導熱區，為了實現流體均勻進入波紋換熱區而避免流體「死區」，在導流區安放了導流條，一方面有效引導流體的流動，另一方面增加了導流區平面的剛度。為了讓流體充分均勻的進入回熱器主體而且不會使壓損過高，本發明在流體流進導流區時採用了流體流動方向與導流區平面平行的結構方式，而且流體從回熱器前後端兩側進入，後前端的中間流出，有效的避免了氣流「死區」，減少了壓損，提高了回熱器的換熱效率。本發明煙氣、空氣的進出管路採用套管式結構，並且內管外表面有螺旋翅片，這樣可以對流進空氣進行預熱，對流出空氣進行再加熱作用，增大了換熱面積，有效提高換熱效率，另外，對空氣的預熱可以減少板片兩面的溫差，從而減少了熱應力，使回熱器壽命得到
5一定的提高。本發明採用卷板翅片機加工方式，這樣就使加工連續進行，減少了加工板片的工作量，使工藝簡單，降低了成本，同時也使大規模自動化生產回熱器成為可能。本發明採用S形波紋通道，波紋通道與波紋板片水平夾角為0° -15° (0°為直通道)，流體進入換熱通道後產生二次流動，這樣對邊界層的生成產生擾動作用，可以到達強化傳熱的作用，另外，為了使壓損大幅降低，兩塊波紋板之間無交錯疊放，板片波紋片是線接觸，這樣回熱器不但不容易結垢堵塞，而且提高了結構剛度，從而提高了回熱器的使用壽命。上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明的範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種回熱器，其包括芯體、外殼、煙氣進出口管路和空氣進出口管路，芯體外側套設外殼，煙氣進出口管路和空氣進出口管路分設於外殼的上下端，其特徵在於芯體由若干波紋板片依次疊放而成，波紋板片之間各層形成相互按層間隔的煙氣氣室和空氣氣室。
2.如權利要求1所述的回熱器，其特徵在於所述波紋板片包括波紋板和平面板，波紋板置於平面板之上，位於其中間處並固定，平面板上下端部具有第一導流區和第二導流區， 第一導流區設有煙氣或空氣進口，第二導流區設有煙氣或空氣出口。
3.如權利要求2所述的回熱器，其特徵在於所述第一導流區設有兩根導流條，兩根導流條的一端相交，並位於第一導流區與波紋板的交界處的中心，兩根導流條的另一端位於第一導流區的外沿，將第一導流區的外沿三等分，第一導流區外沿的三等分中的中間部分設有邊條；所述第二導流區設有兩根導流條，兩根導流條的一端位於第二導流區的外沿， 將第二導流區的外沿三等分，兩根導流條的另一端位於第二導流區與波紋板的交界處的兩端，第二導流區外沿的三等分中的兩側部分設有邊條。
4.如權利要求3所述的回熱器，其特徵在於所述波紋板片以波谷對波谷、波峰對波峰的形式相疊放，且相鄰波紋板片之間以旋轉180度的方式依次疊放。
5.如權利要求4所述的回熱器，其特徵在於所述波紋板片之間通過邊條焊接固定。
6.如權利要求1所述的回熱器，其特徵在於所述煙氣進出口管路包括煙氣進口管路和煙氣出口管路，空氣進出口管路包括空氣進口管路和空氣出口管路，煙氣進口管路同心套於空氣出口管路外側，並設於回熱器外殼的一端；空氣進口管路同心套於煙氣出口管路外側，並設於回熱器外殼的另一端。
7.如權利要求6所述的回熱器，其特徵在於所述煙氣出口管路和空氣出口管路的表面設有螺旋翅片。
全文摘要
本發明公開了一種高效低壓損緊湊型一次表面回熱器，包括芯體、外殼、煙氣進出口管路和空氣進出口管路，芯體外側套設外殼，煙氣進出口管路和空氣進出口管路分設於外殼的上下端，芯體由若干波紋板片依次疊放而成，波紋板片之間各層形成相互按層間隔的煙氣氣室和空氣氣室。波紋板片包括波紋板和平面板，波紋板置於平面板之上，位於其中間處並固定，平面板上下端部具有第一導流區和第二導流區，第一導流區設有煙氣或空氣進口，第二導流區設有煙氣或空氣出口，空氣和煙氣氣室是由波紋板片疊放而成，氣室通道無交錯夾角。本發明採用改進的波紋板，結構緊湊，傳熱效率高、流體流動分布均勻、流阻大幅降低，不易結垢。
文檔編號F02C7/08GK102434286SQ20111028728
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者吳俐俊, 陸祖安 申請人:同濟大學