换热器制造技术

本发明专利技术涉及一种换热器，尤其是一种用于伴随剧烈的负荷变化和／或温度变化工作的设备的换热器，例如用作燃气轮机的冷却空气冷却器，该换热器带有将放热介质，尤其是空气，与吸热介质，尤其是水，分隔开的管子（７），其中以逆流方式进行换热，作为吸热介质流动通路的管子（７）成蛇曲状延伸，设置在入口总管（５）和出口总管（６）之间，并且放热介质环绕此成蛇曲状延伸的管子（７）流动。为进一步设计此类换热器（１），使其可以安全、可靠地补偿频繁且快速产生的负荷变化和伴随负荷变化的压力和温度波动，并且制做成本低廉，推荐总管（５、６）从两端穿透换热器（１）的外壳（２），其中总管（５、６）在入口侧和出口侧与外壳（２）密封连接并且在对面端通向一与外壳（２）密封连接的吸收室（１１）。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种换热器，尤其是一种用于伴随剧烈的负荷变化和/或温度变化工作的设备的换热器，例如用作燃气轮机的冷却空气冷却器，该换热器带有将放热介质，尤其是空气，与吸热介质，尤其是水，分隔开的管子，其中换热以逆流方式进行，作为吸热介质流动通路的管子成蛇曲状延伸，设置在入口总管和出口总管之间，并且放热介质环绕此成蛇曲状延伸的管子流动。通常采用空气流对燃气轮机叶片进行冷却，该空气流常常是从用于燃气轮机燃烧室的压缩助燃空气分配的分气流。对在压缩时也加给该分气流的热必须在馈送给燃气轮机叶片之前在一冷却空气冷却器内重新加以消除。由于频繁的启动和停机以及由于很高的压力和温度差，因而该换热器要承受极大交变负荷的作用，这将导致换热器提前报废。EP-OS 0203445对本说明书引言部分中描述的冷却空气冷却器做了记载。在该构成前序的换热器中，入口一和出口总管与纯然气入口管路或纯燃气出口管路刚性连接，因而仅能对负荷交变应力进行不充分的补偿。DE-OS 4742375.5记载了另一种用于燃气轮机的冷却空气冷却器。在这种已知的换热器中，实心的管板用于将充注空气与充注吸热介质的室分隔开。待冷却的空气流入管子，管子将两块设置在换热器上端和下端的实心的管板相互连接在一起并刚性固定在管板上。为补偿产生的压力和温度应力，在该已知的换热器上两块实心的管板中的一块采用单侧夹固的设计，使它在一定程度上可以补偿压力和温度应力。此外，换热器的外壳还配备有用于吸收产生的长度变化的波纹式补偿器。虽然这种已知的换热器可以实现对因频繁地且快速地负荷变化而产生的压力和温度波动的一定的补偿，但由于换热管刚性夹固在两块坚实的管板之间，因而妨碍了对该负荷的有效衰减。另外，采用实心的管板由于其重量大并且对应于温度应力不能柔曲，也是不利的。据此，本专利技术的目的在于，进一步改进本说明书引言部分中所述的换热器，该换热器应能安全、可靠地补偿频繁且快速产生的负荷变换及伴随前者的压力和温度波动，并且制造成本低廉。根据本专利技术，作为该目的的技术解决方案建议，总管从两侧穿透换热器的外壳，其中总管在入口和出口侧与外壳气密密封连接并且在对面端通向一与外壳密封连接的吸收室。由于采用了这种弹性设置总管的方法，因而实现了对产生的负荷交变应力的附加补偿，这是因为总管至少在一侧是非固定地夹固在换热器的外壳上的。此外，总管还可以膨胀延伸进入吸收室。由于换热管是弹性设置的，因而这种在换热器横向上的膨胀延伸不会在这些管上附加产生应力。此外，由于总管穿透换热器的外壳，因而在管子出现泄漏的情况下可以从外部很简单地对各换热管进行截断或堵死。由于吸热介质的流动通道的结构为蛇曲状设置在两总管间的换热管，因而可以以特别简单和有效的方式方法实现对产生的压力和温度波动的补偿，这是因为被弯成蛇曲状的管束的整体，其作用有如一个大弹簧。这样，往复盘绕的换热管就可以承受可能出现的负荷变化，避免不允许的过高应力状态的危险。依照本专利技术的优选实施方式，或蛇曲状延伸的管子被一在端部开口并在入口端与放热介质入口接管连接的内壳环围，该内壳构成放热介质的流动通路。输入的待冷却的空气流通过该内壳强制地沿成蛇曲状延伸的换热管流动，因而该待冷却的气流是不能直接从换热管侧流向出口接管的。为了实现换热器外壳不直接与温度高达500℃的待冷却的热介质的接触，在换热器外壳与环围管子的内壳之间，构成一环状的中间室并且在出口总管附近设置放热介质的出口接管。通过外壳与内壳间构成的中间室防止了热直接被传导到换热器的外壳上。通过下述措施可进一步提高外壳对待冷却介质的高入口温度的隔热能力，出口接管设置在出口总管附近并因此也就设置在放热介质的入口接管附近，从而使沿换热管流动的被冷却介质在由换热器中流出之前必须穿流内壳体和外壳间的整个中间室，这反之又有益于对外壳的隔热。为了保证良好的抗热性并且还为了确保待冷却的介质不受到污染，与放热介质接触的表面是奥氏体钢制成的。此外，本专利技术的主要考虑在于，用水作为吸热介质的换热器可以作为预热器、蒸发器、过热器、带蒸发器的预热器、带过热器的蒸发器或带蒸发器和过热器的预热器加以使用。基于本专利技术具有多种应用可能，因而该换热器可根据当时的压力和温度状况不需改装，即可适用于多种用途。从下述按本专利技术设计的换热器的实施例的示意图的说明可进一步了解本专利技术的细节和优点。图中示出附图说明图1换热器的纵剖面图；图2图1换热器的纵剖面，但围绕纵轴旋转90°；图3图1和图2换热器的俯视图。图1和图2示出一换热器1，该换热器由带有放热介质入口接管3和出口接管4以及吸热介质的入口总管5和出口总管6的焊接制成外壳2构成，其中入口总管5和出口总管6通过成蛇曲状延伸的管子7相互连接在一起。为保证通过入口接管3流入的待冷却的介质沿换热管7流动，这些管子7在轴向上被内壳8环围，该内壳在两端开口并在入口侧与入口接管3连接。图2中的箭头表示放热介质和吸热介质在换热器1中的流向。放热介质经入口接管3流入换热器1中并由构成放热介质流动通道的内壳8导向由上至下沿管子7流动，管子7内充注吸热介质并被自下而上穿流。此时被冷却的介质在由内壳8流出后，在所述实施例中，被换热器1底部9偏转并流入一在换热器1的外壳2与内壳8间构成的中间室10，接着介质经出口接管4又流出换热器1。在所述实施例中，出口接管4设置在出口总管6附近，以便使被冷却的介质尽可能沿外壳2的总轴向延伸流动并因此使外壳2与未经冷却流入的放热介质高温绝热。吸热介质，尤其是水，通过入口总管5进入换热器1，并自下而上穿流成蛇曲状延伸的管于7，接着进入出口总管6，并从换热器1中流出。通过图中所述的连接方式放热介质与吸热介质以交叉逆流方式实现极其有效的热交换。鉴于尤其是采用这种换热器1作燃气轮机的冷却空气冷却器时，换热器1将受到大量的负荷和/或温度变化的影响，因此换热器1及设置在其内的所有构件必须能对这种频繁且快速的负荷变化进行充分的补偿。为此，入口和出口总管5、6及与总管5、6连接的薄壁管7都是被弹性悬固的并且与已有技术已知的管板相比总管5、6的壁要薄。入口总管5和出口总管6是这样弹性悬固的，即总管从两端穿透换热器1的外壳2，其中总管5、6在入口和出口侧与外壳2密封地连接并在对面端通向一与外壳2密封连接的吸收室11。由于总管5、6弹性安装在换热器1的外壳2上，因而总管5、6可以对由于产生的负荷变化而出现的应力进行补偿。为了使在连接总管5、6的管子7上由于负荷变换及总管5、6的弹性支承不致产生不允许的应力，管子7成蛇曲状设置在入口总管5与出口总管6之间，从而使整个管子7束形成一弹簧并因此可以有效地补偿产生的应力。权利要求1.换热器，尤其是一种用于伴随剧烈的负荷变化和/或温度变化工作的设备的换热器，例如用作燃气轮机的冷却空气冷却器，该换热器带有将放热介质，尤其是空气，与吸热介质，尤其是水，分隔开的管子(7)，其中换热以逆流方式进行，作为吸热介质流动通路的管子(7)成蛇曲状延伸，设置在入口总管(5)和出口总管(6)之间并且放热介质环绕此成蛇曲状延伸的管子流动，其特征在于总管(5，6)从两端穿透换热器(1)的外壳(2)，其中总管(5，6)在入口和出口侧与外壳(2)密封连接并且在对面端通向一与外壳(2)密封连接的吸收室(11)本文档来自技高网...

【技术保护点】
换热器，尤其是一种用于伴随剧烈的负荷变化和／或温度变化工作的设备的换热器，例如用作燃气轮机的冷却空气冷却器，该换热器带有将放热介质，尤其是空气，与吸热介质，尤其是水，分隔开的管子（７），其中换热以逆流方式进行，作为吸热介质流动通路的管子（７）成蛇曲状延伸，设置在入口总管（５）和出口总管（６）之间并且放热介质环绕此成蛇曲状延伸的管子流动，其特征在于：总管（５，６）从两端穿透换热器（１）的外壳（２），其中总管（５，６）在入口和出口侧与外壳（２）密封连接并且在对面端通向一与外壳（２）密封连接的吸收室（１１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯希尔特，威廉布鲁克曼，
申请(专利权)人：巴尔克德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]