CN103615415A

CN103615415A - 一种紧凑式风机冷却器及风机

Info

Publication number: CN103615415A
Application number: CN201310656819.9A
Authority: CN
Inventors: 雒晓卫; 闵琪; 张丽; 吴馨莘; 刘俊杰; 何树延
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN103615415B

Abstract

本发明公开了一种紧凑式风机冷却器及风机，该冷却器包括冷却水进口管，冷却水出口管，以及用于隔离换热介质并承受换热介质间压差的换热管束。换热管束采用圆管结构，并且是多层交叉排列的布置方式。换热介质分别是冷却水和高压气体，其中冷却水位于所述换热管内侧，高压气体位于所述换热管束的外侧，换热介质间的压差在1Mpa以上。冷却器设置于风机腔室的顶部，当气体介质失去驱动力时，可以通过冷却水使气体介质自身建立起自然循环对风机腔室进行冷却。本发明的紧凑式风机冷却器，结构简单，能够在有限的空间内完成较大功率的换热，实现对气体的冷却，保证整个风机电机腔室内的温度保持在要求温度，确保电气部件的安全可靠运行。

Description

一种紧凑式风机冷却器及风机

技术领域

本发明涉及热力工程技术领域，特别是涉及一种用于风机的冷却器以及具有该风机冷却器的风机。

背景技术

在气冷堆中，为了能够使冷却气体在一回路内流动起来，需要相应的风机进行驱动。以高温气冷堆为例，其冷却剂为氦气，为了让氦气能够在一回路循环，需要氦风机进行驱动。为了便于风机的安全可靠运行，需要将电机的周围环境维持在较低的温度下，通常需要设置风机冷却器。风机冷却器用于主风机壳体电机腔内的冷却，即将电机的发热、蒸汽发生器对电机腔的传热、风机壳体外的环境向腔内的传热和自冷风扇的机械发热通过气体─水冷却器交换由冷却水带出风机壳体外。

风机冷却器应满足在风机额定工况及运行工况时，保证电机腔内温度在适当的温度范围，以保证电机正常运行。在热停堆工况时，一定时间内电机腔内温度应≤120℃，在该工况下冷却器设计应具有自然循环热交换能力，以保证电机停止运转状态下，电机及各种仪表、控制导线不受损坏，并确保机组重新启动运转的可靠性。

风机冷却器位于风机壳体腔室内，该腔室与一回路冷却介质是联通的。因此，风机壳体也作为一回路压力边界的一部分，为了尽可能的降低制造成本，要求风机冷却器的体积尽可能的小。同时，风机冷却器处于一回路冷却介质之中，须承受很高的外压。以HTR-PM氦风机冷却器为例，其承受的氦气外压在1MPa以上。同时，由于风机的发热量较大，要求冷却器的换热功率比较大，以HTR-PM氦风机冷却器为例，要求氦风机冷却器的换热功率要达到800kW。除此之外，通常还会对气体在冷却器中的压降有一定的要求。

根据以上的要求以及所处的周围环境特点，要求风机冷却器需要满足以下的特点或要求：

1）换热功率大，体积小，结构紧凑；

2）能够承受较高的外压。

3）气体介质在冷却器中的压降合理；

4）可以实现自然循环冷却；

能够补偿不同部件之间由于温度不同而引起的热膨胀差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计出一种紧凑式风机冷却器，使其可以应用到气冷反应堆中，用以冷却风机，并达到如下的技术要求：

1）换热功率大，体积小，结构紧凑；

2）能够承受较高的外压。

3）气体介质在冷却器中的压降合理；

4）可以实现自然循环冷却；

5）能够补偿不同部件之间由于温度不同而引起的热膨胀差。

为了解决上述技术问题，本发明设计了一种紧凑式风机冷却器，其包括：

冷却水进口管;

换热管束，用于隔离换热介质，并承受换热介质间的压差；所述换热管束采用圆管结构，并且是多层交叉排列的布置方式;

冷却水出口管。

所述换热介质分别是冷却水和高压气体，其中冷却水位于所述换热管内侧，高压气体位于所述换热管束的外侧；所述换热介质间的压差在1Mpa以上。

风机冷却器还具有多对对称布置的管箱；为了提高冷却器的紧凑度，所述管箱设置在所述风机冷却器的四周，用于冷却水的分流或者汇集；相对的两个管箱为一组，其中一个为进口管箱，设置在所述冷却水进口管和所述换热管束之间，另一个为出口管箱，设置在所述换热管束和所述冷却水出口管之间；在每个管箱不同的位置处还设置有隔板，所述隔板作为管箱的加强结构存在，并组织管箱内冷却水的流程;在每个管箱内不具有所述隔板的位置处还均匀设置有一定数目的支撑柱。

风机冷却器还具有还包括：风机壳体，所述冷却水进口管和所述冷却水出口管均穿过所述风机壳体并与其相固定；

冷却器上支撑板和上支撑连接螺栓组件，设置在所述风机冷却器和所述风机壳体之间，并用于将所述风机冷却器固定到所述风机壳体，并且所述上支撑螺栓组件还具有调节高压气体入口流通截面的作用；

冷却器下连接板与下连接板螺栓组件，设置在所述风机冷却器和被冷却的风机之间，用于将所述冷却器与所述被冷却的风机相连。

优选的，用于固定冷却器的上支撑螺栓组件中的螺柱，其中间的螺杆长度是可调节的，从而可起到调节气体入口流通截面的作用。

所述的风机冷却器还包括：入口遮挡板，设置在进口管箱内部，与冷却水进口管道相对；所述入口遮挡板既可以采用挡板的形式，也可以采用打孔的形式。

所述冷却水进口管设置有一定的弯头，用于补偿在热态时的热膨胀差。

风机冷却器还设有管束固定板，安装在所述相对管箱之间，对所述换热管束起横向支撑作用，防止换热管束在高压气体的横向冲刷下产生振动。

所述换热管束采用多层交叉的排列方式，相同方向换热管束的层数可以是一定的，也可以根据实际的情况变化；相同方向换热管束的布置方式，既可以采用顺排的布置方式，也可采用叉排的布置方式。

还提供了具有上述风机冷却器的风机，所述冷却器设置于风机腔体的顶部，当气体介质失去驱动力时，可以通过冷却水使气体介质自身建立起自然循环，对风机腔室起到冷却作用。

换热管在布置时，为了提高紧凑性，每隔一定的高度或层数改变一次布置方向。如以5层为例，第一个5层左右布置，那么紧接着的5层就前后布置，再接着为左右布置，以此类推。

冷却器上支撑板和上支撑连接螺栓组件一起将风机冷却器固定在风机壳体上，对风机冷却器起到固定和支撑作用。冷却器下连接板与下连接板螺栓组件将冷却器与风机相连，使得冷却后的低温气体流入风机的电机中进行冷却。

优选地，所述的管箱结构在布置时，采用四周布置方式，且左右和前后分别配对，以提高冷却器的紧凑性和结构强度；

优选地，所述的管箱中设置了隔板和支撑柱，以提高管箱的抗外压能力；

优选地，所述的换热管束在变化布置方向时，层间的间隙保持一致，以便于冷却器的加工制造；

优选地，所述的换热管束在同向采用叉排布置方式，以提高换热的效率；

优选地，所述的换热管束在同一层内的布置间隙可以适当的增大，以减小气体的流动阻力。

上述技术方案所提供的紧凑式风机冷却器，结构非常简单，设计巧妙，能够在非常有限的空间内，完成较大功率的换热，现实对气体的冷却，保证整个风机电机腔室的温度保持在要求的温度范围以内，确保电气部件的安全可靠运行，可以广泛的应用于气冷反应堆风机的冷却。目前20万千瓦高温气冷堆示范电站的氦风机冷却器就采用本设计方案。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种紧凑式风机冷却器示意图；

图2a为叉排管束示意图（选自《传热学》，陶文铨编著，西安，西北工业大学出版社，2006年12月）；

图2b为顺排管束示意图（选自《传热学》，陶文铨编著，西安，西北工业大学出版社，2006年12月）；

其中，1：冷却水进口管道；2：管箱；3：入口挡板；4：冷却器下连接板；5：上支撑连接螺栓组件；6：冷却器上支撑板；7：冷却水出口管道；8：管束组件；9：管束固定板；10：下连接板螺栓组件；11：风机壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

图1示出了本实施例一，一种紧凑式风机冷却器示意图。参照图示，本实施例主要包括以下几部分：

管箱2，用于冷却水的分流或者汇集，为了提高冷却器的紧凑度，在冷却器的四周均设有管箱。相对两个管箱为一组，其中一个为进口管箱，一个为出口管箱。为了组织管侧冷却水的流程，在管箱不同的位置处设置了隔板。管箱外侧为高压气体，隔板也起到加强结构的作用。

管束固定板9，对管束起横向支撑作用，防止换热管束在气体的横向冲刷下产生振动。

换热管束8，用于隔离换热介质，并承受换热介质间的压差。冷却水位于换热管内侧，用于冷却气体。高压气体位于换热管束的外侧，为了提高冷却器的抗外压能力，换热管束采用圆管结构。为了在体积一定的条件下，增大换热面积，提高冷却器的紧凑性，换热管束采用了多层交叉排列的布置方式，具体见附图2a及2b的示意。

当气体介质失去驱动力时，由于风机冷却器设置在风机腔体的顶部，可以通过冷却水使气体介质自身建立起自然循环，对风机腔室起到冷却作用。

在进行制造时，首先将管束固定板9与4个管箱2焊接成一体，形成一个安装换热管束8的支架，然后将换热管束一根一根的插入到支架中，并与管箱2的管板通过胀接加焊接的方式固定。

接着将入口遮挡板3，安装在冷却水进口管道1的正对面，以起到使冷却水在换热管束8中均匀分配的作用。接着分别将冷却水进口管1和冷却水出口管道7与管箱2焊接在一起，将冷却器上支撑板6和冷却器下连接板4分别与管箱2焊接成一体，使整个冷却器成为一体。在与氦风机壳体连接时，先通过上支撑连接螺栓组件5和下连接板螺栓组件10分别与氦风机壳体11支撑结构以及风机的连接结构相连，然后再将冷却水进口管1和冷却水出口管道7与氦风机壳体11的管嘴焊接在一起。

风机壳体11，形成一个风机的工作密闭腔室，使得风机处于一个低温高压氦气环境中，以便于风机的安全可靠运行。

以此完成整个冷却器的组装。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，包括：

冷却水进口管；

冷却水出口管。

2.根据权利要求1所述的风机冷却器，其特征在于，所述换热介质分别是冷却水和高压气体，其中冷却水位于所述换热管内侧，高压气体位于所述换热管束的外侧；所述换热介质间的压差在1Mpa以上。

3.根据权利要求1或2所述的风机冷却器，其特征在于，还具有多对对称布置的管箱；管箱设置在风机冷却器的四周，用于冷却水的分流或者汇集；相对的两个管箱为一组，其中一个为进口管箱，设置在冷却水进口管和换热管束之间，另一个为出口管箱，设置在换热管束和冷却水出口管之间；在每个管箱不同的位置处设置有隔板，所述隔板作为管箱的加强结构存在，并组织管箱内冷却水的流程;在每个管箱内不具有所述隔板的位置处还均匀设置有一定数目的支撑柱。

4.根据权利要求3所述的风机冷却器，其特征在于，还包括：

风机壳体，所述冷却水进口管和所述冷却水出口管均穿过所述风机壳体并与其相固定；

5.权利要求4所述的一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，用于固定冷却器的上支撑螺栓组件中的螺柱，其中间的螺杆长度是可调节的，从而可起到调节气体入口流通截面的作用。

6.根据权利要求1或2所述的风机冷却器，其特征在于，还包括：

入口遮挡板，设置在进口管箱内部，与冷却水进口管道相对，以使管束中冷却水的流量分布较为均匀；所述入口遮挡板既可以采用挡板的形式，也可以采用打孔的形式。

7.根据权利要求1或2所述的一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，所述冷却水进口管设置有一定的弯头，用于补偿在热态时的热膨胀差。

8.根据权利要求3所述的一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，还设有管束固定板，安装在所述相对管箱之间，对所述换热管束起横向支撑作用，防止换热管束在高压气体的横向冲刷下产生振动。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，所述换热管束采用多层交叉的排列方式，相同方向换热管束的层数可以是一定的，也可以根据实际的情况变化；相同方向换热管束的布置方式，既可以采用顺排的布置方式，也可采用叉排的布置方式。

10.一种风机，其包括如权利要求3-9任一所述的一种紧凑式风机冷却器，其特征在于，所述冷却器设置于风机腔室的顶部，当气体介质失去驱动力时，可以通过冷却水使气体介质自身建立起自然循环，对风机腔室起到冷却作用。