CN102434286A - 一种高效低压损紧凑型一次表面回热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效低压损紧凑型一次表面回热器，包括芯体、外壳、烟气进出口管路和空气进出口管路，芯体外侧套设外壳，烟气进出口管路和空气进出口管路分设于外壳的上下端，芯体由若干波纹板片依次叠放而成，波纹板片之间各层形成相互按层间隔的烟气气室和空气气室。波纹板片包括波纹板和平面板，波纹板置于平面板之上，位于其中间处并固定，平面板上下端部具有第一导流区和第二导流区，第一导流区设有烟气或空气进口，第二导流区设有烟气或空气出口，空气和烟气气室是由波纹板片叠放而成，气室通道无交错夹角。本发明采用改进的波纹板，结构紧凑，传热效率高、流体流动分布均匀、流阻大幅降低，不易结垢。

Description

一种高效低压损紧凑型一次表面回热器

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机技术领域的回热器，具体是一种应用于燃气轮机热动系统上的高效低压损紧凑型一次表面回热器。 

背景技术

燃气轮机回热器是提高燃气轮机热效率关键的部件之一，回热器有效利用涡轮后排出的烟气余热将压缩空气加热后导入燃烧室，从而提高了装置的热效率。目前，回热器一般采用波纹板交错叠放，波纹通道成一定夹角，两相邻波纹板之间的平面区用边条焊接密封，冷热流体上下间隔地被分流。 

经检索，目前国内已有的比较有代表性的用于燃气轮机的回热器有三个。一个是公开号为CN1587666A的发明专利，其特征自述为：一种一次表面回热器，用于燃气轮机热动系统技术领域。芯体位于回热器的内部中心，压力平衡件位于芯体的前后两端，进出口管路位于芯体上、下端和外壳上下表面，芯体有多个气室和室外边条组成，波纹板片有波纹区和平面区组成，波纹区位于波纹板片的中心位置，平面区在波纹区的四周，从纵剖面来看，平面区处在波纹区的中平面上，波纹区由波纹通道组成，平面区由平板组成，两块波纹板片交叉叠放，室内边条将两块波纹板片连接在一起形成一个气室，多个气室通过室外边条以此焊接在一起形成芯体。该发明换热效率大幅度提高，结构紧凑，换热面导热热阻小且换热器重量轻，维修方便，可靠性强。但是该回热器的流体流动分布不均匀，尤其是该回热器空气或烟气入口处边侧存在空气和烟气很难到达的“死区”，在导流区由于没有导流条或导流板，导致导流区刚度下降，在压力较高时，相邻板片的平面区很容易叠在一起阻碍了气流的进入和流出，另外波纹板片交叉叠放，波纹通道形成30°夹角，这造成了流阻的增加。其余两个发明专利是，公开号为CN1560437A的发明专利和公开号为CN1696482A的发明专利，两项专利的空气进入管都与导流区平面成垂直方向，并且波纹板片交叉叠放，波纹通道形成一定夹角，这不但增大了压损，而且回热器容易结垢堵塞。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低压损紧凑型一次表面回热器，其进出气流顺畅、流体压损大幅降低，以提高回热器热效率、紧凑度和使用寿命。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

一种回热器，其包括芯体、外壳、烟气进出口管路和空气进出口管路，芯体外侧套设外壳，烟气进出口管路和空气进出口管路分设于外壳的上下端，芯体由若干波纹板片依次叠放 而成，波纹板片之间各层形成相互按层间隔的烟气气室和空气气室。 

进一步，所述波纹板片包括波纹板和平面板，波纹板置于平面板之上，位于其中间处并固定，平面板上下端部具有第一导流区和第二导流区，第一导流区设有烟气或空气进口，第二导流区设有烟气或空气出口。 

所述第一导流区设有两根导流条，两根导流条的一端相交，并位于第一导流区与波纹板的交界处的中心，两根导流条的另一端位于第一导流区的外沿，将第一导流区的外沿三等分，第一导流区外沿的三等分中的中间部分设有边条；所述第二导流区设有两根导流条，两根导流条的一端位于第二导流区的外沿，将第二导流区的外沿三等分，两根导流条的另一端位于第二导流区与波纹板的交界处的两端，第二导流区外沿的三等分中的两侧部分设有边条。 

所述波纹板片以波谷对波谷、波峰对波峰的形式相叠放，且相邻波纹板片之间以旋转180度的方式依次叠放。 

所述波纹板片之间通过边条焊接固定。 

所述烟气进出口管路包括烟气进口管路和烟气出口管路，空气进出口管路包括空气进口管路和空气出口管路，烟气进口管路同心套于空气出口管路外侧，并设于回热器外壳的一端；空气进口管路同心套于烟气出口管路外侧，并设于回热器外壳的另一端。 

所述烟气出口管路和空气出口管路的表面设有螺旋翅片。 

本发明涉及一种高效低压损紧凑型一次表面回热器，包括：回热器主体、烟气进出口管路、空气进出口管路，回热器主体是由若干波纹板片叠放焊接而成，波纹板由波纹区、平面区和导流区组成，导流区安放了一定数量的导流条，平面区位于侧面，起到焊接边条以密封芯体的作用，空气自空气进口管路经导流条进入回热器主体，空气流过导流条从空气出口管路流出，通过间隔焊接波纹板片的上、下部密封边条区形成空气进出口和烟气进出口，烟气自烟气进口管路经导流条进入回热器主体，烟气流过导流条从烟气出口管路流出。 

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：1)由于进出管路采用套管式结构，可以对流进空气进行预热，对流出空气进行再加热作用，增大了换热面积，有效提高换热效率，同时还降低了板片冷热面的热应力，有利于提高回热器的寿命。2)导流区安放了导流条，实现了流体均匀分布，避免了换热“死区”，同时导流条还增加了导流区的刚度。3)在流体流进导流区时采用了流体流动方向与导流区平面成0°角结构方式，而且流体从回热器前后端两侧进入，后前端的中间流出，有效的避免了气流“死区”，减少了压损，提高了回热器的换热效率。4)采用S形波纹通道，流体进入换热通道后产生二次流动，强化了传热的作用，另外，两块波纹板之间无交错叠放，波纹片是线接触，这样大幅降低了压损，回热器不但不容易结垢堵塞，而且提高了结构刚度，从而提高了回热器的使用寿命。5)采用卷板翅片机连续加工波纹，工艺简单，降低了成本，有利于自动化规模生产。 

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。 

图2为本发明空气、烟气进出管路结构示意图。 

图3为本发明波纹板片的结构示意图。 

图4为本发明不带边条的多个气室叠放示意图。 

图5为本发明回热器前后端导流条间隔焊接示意图。 

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 

如图1-图5所示，本发明包括：回热器芯体1、回热器外壳2、烟气进出口管路3、空气进出口管路4，回热器体芯1位于回热器内部中心，由若干波纹板片5叠放焊接而成，回热器外壳2套设于回热器芯体1外侧，烟气进出口管路3和空气进出口管路4位于回热器的上下端，与回热器外壳2焊接固定。波纹板片5包括波纹板51和平面板52，波纹板51置于平面板52之上位于其中间处并固定，波纹板51略小于平面板52，平面板52上下两端部具有第一导流区53和第二导流区54。平面板52一端的第一导流区53设有两根导流条6，两根导流条6的其中一端相交，并位于第一导流区53与波纹板51的交界处的中心；两根导流条6的另一端位于第一导流区53的外沿，将第一导流区53的外沿三等分；且第一导流区53外沿的三等分中的中间部分用边条9焊接密封，从而两根导流条6形成指向波纹板51的尖角，烟气或空气从被三等分的第一导流区53外沿的两侧可进入。平面板52另一端的第二导流区54设有两根导流条6，两根导流条6的其中一端位于第二导流区54的外沿，将第二导流区54的外沿三等分；两根导流条6的另一端位于第二导流区54与波纹板51的交界处的两端；且第二导流区54外沿的三等分中的两侧部分用边条9焊接密封，从而两根导流条6形成顶部开口的等腰梯形，空气或烟气从被三等分的第二导流区54外沿的中间可流出。波纹板片5以波谷对波谷、波峰对波峰的形式相叠放，并通过边条9将相邻波纹板片5焊接固定，而且相邻的波纹板片5以旋转180度的方式依次叠放形成芯体1。 

由于相邻波纹板片间按波谷相对波谷，波峰相对波峰的方式叠放，从而在相邻两块波纹板片之间形成一层S形波纹通道，通道的形状为椭圆形，两块波纹板片的波纹板为线接触，波纹通道与波纹板片水平线成0°-15°夹角。由于相邻波纹板片间按旋转180度的方式依次叠放，从而形成按层间隔的烟气通道7和空气通道8，无论烟气通道7还是空气通道8，其第一导流区53处为进气口，第二导流区54处为出气口。 

烟气进出口管路3包括烟气进口管路31和烟气出口管路32，分别设于回热器的上下端，与回热器外壳2焊接固定。烟气出口管路32表面有螺旋翅片。空气进出口管路4包括空气进口管路41和空气出口管路42，分别设于回热器的上下端，与回热器外壳2焊接固定。空气出口管路42表面有螺旋翅片。其中烟气进口管路31与空气出口管路42同处于回热器的一端，同心套在空气出口管路42外侧，烟气经过空气出口管路42表面可以再次加热被加热的空气，然后经过回热器芯体1前端两侧分流进入回热器芯体1，烟气出口管路42焊接在回热器芯体1后端中心位置。空气进口管路41与烟气出口管路32同处于回热器的另一端，同心套在烟气出口管路32外侧，空气经过烟气出口管路32表面可以初次被加热，然后经过回热器芯体1后端两侧分流进入回热器芯体1，空气出口管路32焊接在回热器芯1体前端中心位置。 

对于回热器导热区，为了实现流体均匀进入波纹换热区而避免流体“死区”，在导流区安放了导流条，一方面有效引导流体的流动，另一方面增加了导流区平面的刚度。 

为了让流体充分均匀的进入回热器主体而且不会使压损过高，本发明在流体流进导流区时采用了流体流动方向与导流区平面平行的结构方式，而且流体从回热器前后端两侧进入，后前端的中间流出，有效的避免了气流“死区”，减少了压损，提高了回热器的换热效率。 

本发明烟气、空气的进出管路采用套管式结构，并且内管外表面有螺旋翅片，这样可以对流进空气进行预热，对流出空气进行再加热作用，增大了换热面积，有效提高换热效率，另外，对空气的预热可以减少板片两面的温差，从而减少了热应力，使回热器寿命得到一定的提高。 

本发明采用卷板翅片机加工方式，这样就使加工连续进行，减少了加工板片的工作量，使工艺简单，降低了成本，同时也使大规模自动化生产回热器成为可能。 

本发明采用S形波纹通道，波纹通道与波纹板片水平夹角为0°-15°(0°为直通道)，流体进入换热通道后产生二次流动，这样对边界层的生成产生扰动作用，可以到达强化传热的作用，另外，为了使压损大幅降低，两块波纹板之间无交错叠放，板片波纹片是线接触，这样回热器不但不容易结垢堵塞，而且提高了结构刚度，从而提高了回热器的使用寿命。 

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种回热器，其包括芯体、外壳、烟气进出口管路和空气进出口管路，芯体外侧套设外壳，烟气进出口管路和空气进出口管路分设于外壳的上下端，其特征在于：芯体由若干波纹板片依次叠放而成，波纹板片之间各层形成相互按层间隔的烟气气室和空气气室。

2.如权利要求1所述的回热器，其特征在于：所述波纹板片包括波纹板和平面板，波纹板置于平面板之上，位于其中间处并固定，平面板上下端部具有第一导流区和第二导流区，第一导流区设有烟气或空气进口，第二导流区设有烟气或空气出口。

3.如权利要求2所述的回热器，其特征在于：所述第一导流区设有两根导流条，两根导流条的一端相交，并位于第一导流区与波纹板的交界处的中心，两根导流条的另一端位于第一导流区的外沿，将第一导流区的外沿三等分，第一导流区外沿的三等分中的中间部分设有边条；所述第二导流区设有两根导流条，两根导流条的一端位于第二导流区的外沿，将第二导流区的外沿三等分，两根导流条的另一端位于第二导流区与波纹板的交界处的两端，第二导流区外沿的三等分中的两侧部分设有边条。

4.如权利要求3所述的回热器，其特征在于：所述波纹板片以波谷对波谷、波峰对波峰的形式相叠放，且相邻波纹板片之间以旋转180度的方式依次叠放。

5.如权利要求4所述的回热器，其特征在于：所述波纹板片之间通过边条焊接固定。

6.如权利要求1所述的回热器，其特征在于：所述烟气进出口管路包括烟气进口管路和烟气出口管路，空气进出口管路包括空气进口管路和空气出口管路，烟气进口管路同心套于空气出口管路外侧，并设于回热器外壳的一端；空气进口管路同心套于烟气出口管路外侧，并设于回热器外壳的另一端。

7.如权利要求6所述的回热器，其特征在于：所述烟气出口管路和空气出口管路的表面设有螺旋翅片。

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