CN104142084B - 一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器，所述散热器包括散热基体和散热翅片，其中所述散热翅片设于散热基体上，其特征在于，所述散热翅片上开设多排平行的换热基管穿装孔，每排中任意两个相邻换热基管穿装孔之间都开设有桥型突起，所述桥型突起的两端与翅片本体相连，为与翅片本体成小于或等于90度角的面。本发明的有益效果是可以使散热器的各部分换热均衡，能有效地增强整体换热性能，翅片的整体阻力增加不多。

Description

一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器

技术领域：

本发明涉及一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器，该产品应用于火电厂、核电站等领域的空冷系统中，用于完成热量的交换。具体形式是其所用翅片采用是一种采用开桥形式的多排管翅片，开桥的数量逐渐增多，同时开桥的高度又有所不同。

背景技术

我国经济近年来持续高速发展，电力的供应日益紧张，因此电力工业加快发展大容量汽轮机组势在必行。电力工业生产不仅消耗大量的一次能源，同时也消耗大量的水资源。而我国是一个水资源缺乏并且分布极不平衡的国家，特别是我国的“三北”(华北、东北、西北)地区，煤炭资源丰富，但水资源十分贫乏。湿式冷却发电技术已经制约了电力工业的发展，空冷技术应运而生。由于空冷具有节水的特点，符合我国国情，符合国家产业政策，因而蠃得了市场，表现出良好的市场前景。

间接空冷系统的核心设备是换热器，换热器本体由若干管束组成，管束可采用铝管铝翅片或钢管钢翅片。目前大多项目采用多排铝管铝翅片形式，铝管与翅片之间胀接到一起成为管束。相对于钢管钢翅片，铝管铝翅片具有以下优点：

1)换热器的材质为纯铝具有较高的导热系数。

2)铝经过特殊的加强型表面钝化处理具有高耐蚀性。

3)铝的密度低，只有钢的34.5％。具有较高的比强度，是一种太空金属。因此设备总体重量轻，易搬运、易现场组装。

4)采用铝管胀接铝翅片从而避免了异种金属相接触产生的电偶腐蚀。

在现有技术中一般使用的翅片有波纹翅片、平直翅片和开缝翅片等。波纹翅片是由在翅片上顺着流动方向压制出波纹而形成的，由于不断改变流动方向而产生二次流及边界层分离而使传热效果得以增强；但由于其加工比较复杂，逐渐退出了竞争。平直翅片在上世纪80年代广泛的使用，它的结构比较简单，但是，平直翅片的换热能力远远达不到现今对高效换热器的要求。开缝翅片在沿着流动方向上翅片不是连续的，而是冲有一定的条片。开缝增加了流体的扰动，破坏了翅片附近的流动边界层，从而增强了换热器的换热性能。目前，采用开缝翅片是一种比较有效的强化换热方式，现有技术中还公开了一种百叶窗式开缝翅片，其所有的条片的扭转角度相同，这些翅片开缝方案虽然提高了换热性能，但是流体阻力会明显升高，而且加工也比较困难。开缝如果比较少，它对流体的扰动和对空气的流动边界层的破坏就会比较小，场协同性改善不够，不能有效的增强换热。所以，根据情况适当调节开缝数量可以有效地提高换热效率且避免阻力过高。

目前，公知的铝管铝翅片换热器为提高换热性能，采用了强化换热性能较好的翅片，一般为等距开桥翅片，四排管双流程。这种翅片在中小型电站机组的空冷设备上得到了广泛的应用，取得了良好的效果。随着技术的进步和市场的需要，百万机组应用间接空冷系统成为一种可行并较为优选的方案。

百万机组间接空冷系统需要的换热面积较大，采用四排管双流程换热器的数量较多，就会使得间冷塔尺寸过大，初投资增加。针对这一问题，如仍按原四排管双流程的翅片形式增加两排管对应的面积，换热系数虽然较高，但会大幅增加空气侧的阻力，被迫增加间冷塔的高度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新形式的高效换热器，以改进百万机组间接空冷系统中存在的不足。

为实现上述目的，本发明采用新型的开桥翅片。其中，所述翅片上开设多排平行的换热基管穿装孔，冷却水或制冷剂在换热基管内流动，换热基管安装到穿装孔中，每排任意两个相邻换热基管穿装孔之间都开有桥型突起。桥型突起的两端与翅片本体相连，为与翅片本体成小于等于90度角的斜面。桥型突起的顶部为矩形，与翅片本体平行，顶部与两端斜面和翅片本体共同构成等腰梯形(截面)，当然本发明中不限于梯形，桥型突起与翅片本体还可以构成矩形、三角形、圆弧等(截面)。

本发明提供一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器，所述散热器包括散热基体和散热翅片，其中所述散热翅片设于散热基体上，所述散热翅片上开设多排平行的换热基管穿装孔，每排中任意两个相邻换热基管穿装孔之间都开设有桥型突起，所述桥型突起的两端与翅片本体相连，为与翅片本体成小于或等于90度角的面；

进一步地，所述散热器满足如下公式：d＝n*d1+(n-1)*d2，其中d为每个换热基管穿装孔的直径，n为每排换热基管穿装孔对应的桥型突起的数量，d1为每个桥型突起顶部的宽度，d2为每排换热基管穿装孔对应的相邻桥型突起之间垂直间距；沿着空气流动方向，每排穿装孔对应的开桥数量增加；

进一步地，后一排穿装孔对应的开桥数量比前一排的开桥数量多一个；

进一步地，每排穿装孔对应的开桥数量为偶数，第一排穿装孔的开桥数量为两个，后一排穿装孔的开桥数量依次比前一排的开桥数量多两个；

进一步地，每排穿装孔对应的开桥数量为奇数，第一排穿装孔的开桥数量为一个，后一排穿装孔的开桥数量依次比前一排的开桥数量多两个；

进一步地，每排穿装孔对应的开桥数量为偶数，第一、二排穿装孔的开桥数量为两个，后面每两排穿装孔的开桥数量依次比前两排的开桥数量多两个；或者每排穿装孔对应的开桥数量为奇数，第一、二排穿装孔的开桥数量为三个，后面每两排穿装孔的开桥数量依次比前两排的开桥数量多两个；

进一步地，所述桥型突起分为高桥和低桥，高桥和低桥交替排列，其中低桥的高度为高桥的一半；

进一步地，每个单元内桥型突起的高度变化呈二次函数曲线变化，如下式所示：其中n表示一个单元内桥型突起数，y表示桥型突起高度，x表示桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，a可取11-15，b取低桥高度数值的一半；

进一步地，每个单元内桥型突起的高度的变化呈高斯正态分布曲线变化，其中y表示桥型突起的高度，x表示每一单元内桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，其中σ＝0.5,μ＝0；

进一步地，所述高桥的高度为1.3-1.8mm。

进一步地，所述桥型突起的两端与翅片本体相连所成的截面为等腰梯形、矩形或三角形。

本发明一个最显著的特点是翅片沿空气流动方向每排基管穿装孔对应的开桥数量逐步增加，相应的开桥间距沿迎风方向逐渐减小。因为迎风方向空气入口处翅片与空气的温差较大，换热效果好，开桥间距较大也能满足换热量的要求。延迎风方向空气出口处空气因经过换热，温度提高了很多，换热效果差，开桥加密可增加破坏空气边界层的效果，提高了此处的换热效果；另一特点是开桥的高度设定为多种规格，沿空气流动方向各排桥高度交替变化，可以增加破坏空气边界层的效果，使每一个开桥都尽可能大的发挥作用。

采用本发明可以使散热器的各部分换热均衡，能有效地增强整体换热性能，翅片的整体阻力增加不多。

附图说明

图1是本发明的一种整体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图旋转90°的示意图；

图3是图1的B-B剖视图；

图4是本发明实施例二的A-A剖视图旋转90°示意图；

图5是本发明实施例三的A-A剖视图旋转90°示意图；

图6是本发明实施例五的A-A剖视图旋转90°示意图；

图7是本发明实施例六的A-A剖视图旋转90°示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、3所示，本发明包括翅片本体1和在翅片本体1上平行布置的六排平行的换热基管穿装孔2，以及每个穿装孔对应的桥型突起3(3')，桥型突起沿空气流动方向通过两个换热基管穿装孔2的中心线对称布置。桥型突起的两端5(5')与翅片本体1相连，为与翅片本体成小于等于90度角的斜面。桥的顶部4(4')为矩形，与翅片本体1平行，顶部4(4')与两端斜面5(5')共同构成桥型突起(开桥)3(3')。

如图1、2所示，本发明翅片本体1沿空气流动方向每排基管穿装孔2对应的开桥3(3')数量逐步增加，也就是空气流动上游的桥片间距大于空气流动下游的桥型突起的间距。用公式说明如下：

d＝n*d1+(n-1)*d2，其中d为换热基管穿装孔的直径，n为每排换热基管穿装孔对应的桥型突起的数量，d1为每个桥型突起顶部的宽度，d2为每排换热基管穿装孔对应的相邻桥型突起之间垂直间距；在d、d1不变的时候，随着n的增加，d2必然会减小。

【实施例一】

参见图1，图2，本实施例第一排穿装孔对应2组桥型突起，第二排穿装孔对应3组桥型突起，依次类推，第六排穿装孔对应7组桥型突起。气流在各个桥片两侧的引导下沿预定方向流过换热翅片，没有受到强烈阻挡，所以风阻不会大幅增加。其中第一排穿装孔对应的桥型突起的间距为10mm；随着气流方向依次减小，第六排穿装孔对应的桥型突起的间距为1.2mm。

【实施例二】

如图4所示，在该实施例中，第一排穿装孔对应2组桥型突起，第二排穿装孔对应4组桥型突起，依次类推，第六排穿装孔对应12组桥型突起。在该实施例中桥型突起的数量为偶数个，其效果是气流在各个桥片两侧的引导下沿预定方向流过换热翅片，没有受到强烈阻挡，所以风阻不会大幅增加。

【实施例三】

如图5所示，在该实施例中，第一排穿装孔对应1组开桥，第二排穿装孔对应3组开桥，依次类推，第六排穿装孔对应11组开桥。在该实施例中桥型突起的数量为奇数个，其效果同上，气流在各个桥片两侧的引导下沿预定方向流过换热翅片，没有受到强烈阻挡，所以风阻不会大幅增加。

【实施例四】

如图2、3所示，在上述实施例一至三中，本发明开桥的高度设定为两种规格，桥型突起3为高桥，桥型突起3'为低桥，低桥3'的高度为高桥3的一半，所述桥型突起(高桥)3的高为0.6-2.5mm。沿空气流动方向高桥3与低桥3'交替变化，可以增加破坏空气边界层的效果，使每一个开桥都尽可能大的发挥作用。对本发明的换热翅片进行了模拟研究，结果表明，本发明的换热能力比一般开封翅片高出30％左右，阻力比一般开缝翅片高出15％左右。换热增加的比例比阻力增加的比例高，综合性能好。

【实施例五】

如图6所示，在实施例二中，单元内(每排排穿装孔对应的为一单元)桥型突起为偶数，高度的变化大致呈二次函数曲线变化，如下式所示：其中n表示一个单元内桥型突起数，y表示桥型突起高度，x表示桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，a可取11-15，b取低桥高度的一半，如b＝0.8。

采用这种方式，当空气流过时，气流会沿着桥型突起流动，由于桥型突起为二次函数曲线布置，两边高，中间低，且中部最接近换热管，桥型突起低点温度高于桥型突起高点温度，能有效地增加换热温差，从而增加换热效率。

【实施例六】

如图7所示，在实施例三中，单元内桥型突起为奇数，高度的变化呈高斯正态分布曲线变化，当σ＝0.5,μ＝0，y表示桥型突起的高度，x表示桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，高斯函数曲线由中间处开始分别向左右两侧逐渐均匀下降，不仅可以增加破坏空气边界层的效果，而且由于高斯分布的正态均匀分布，还可以有效地减小了风阻，增加换热效率。

本发明采用优化后的翅片与以往的间接空冷系统所用翅片相比，一方面，由于空气流动上游的桥片间距较大，开封密度小，当空气流经桥片时，使前排温度边界层扰动较小，但却增大了空气与后排换热器的温差，强化了后排换热器的换热效果；另一方面，空气经过前排时的风阻小，从而使经过后排的风速较大，后排桥片间距小，开封密度高，可以增加破坏空气边界层的效果，桥片的高低交替布置进一步加强了破坏空气边界层的效果，使每个桥片都发挥最大功效，从而增强了换热器的整体换热效果。

本发明合理的设计桥片形状、高度、数量、布置形式等，明显提高了换热能力，提高了换热效率和能效比。在塔体尺寸不变的前提下，换热量增加的比例要大于阻力增加的比例。即在消耗相同的泵功的情况下，换热能力更大。因此使用本发明的高效空冷换热器可以优化电站百万机组设计，节省可观的投资。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。因此，不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种用于电站百万机组间接空冷系统的换热器，所述换热器包括散热基体和散热翅片，其中所述散热翅片设于散热基体上，其特征在于，所述散热翅片上开设多排平行的换热基管穿装孔，每排中任意两个相邻换热基管穿装孔之间都开设有桥型突起，所述桥型突起的两端与翅片本体相连，为与翅片本体成小于或等于90度角的面；

所述换热器满足如下公式：d＝n*d1+(n-1)*d2，其中d为每个换热基管穿装孔的直径，n为每排换热基管穿装孔对应的桥型突起的数量，d1为每个桥型突起顶部的宽度，d2为每排换热基管穿装孔对应的相邻桥型突起之间垂直间距；沿着空气流动方向，每排穿装孔对应的开桥数量增加。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，后一排穿装孔对应的开桥数量比前一排的开桥数量多一个。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，每排穿装孔对应的开桥数量为偶数，第一排穿装孔的开桥数量为两个，后一排穿装孔的开桥数量依次比前一排的开桥数量多两个。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，每排穿装孔对应的开桥数量为奇数，第一排穿装孔的开桥数量为一个，后一排穿装孔的开桥数量依次比前一排的开桥数量多两个。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，每排穿装孔对应的开桥数量为偶数，第一、二排穿装孔的开桥数量为两个，后面每两排穿装孔的开桥数量依次比前两排的开桥数量多两个；或者每排穿装孔对应的开桥数量为奇数，第一、二排穿装孔的开桥数量为三个，后面每两排穿装孔的开桥数量依次比前两排的开桥数量多两个。

6.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述桥型突起分为高桥和低桥，高桥和低桥交替排列，其中低桥的高度为高桥的一半。

7.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，每个单元内桥型突起的高度变化呈二次函数曲线变化，如下式所示：其中n表示一个单元内桥型突起数，y表示桥型突起高度，x表示桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，a可取11-15，b取低桥高度数值的一半。

8.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，每个单元内桥型突起的高度的变化呈高斯正态分布曲线变化，其中y表示桥型突起的高度，x表示每一单元内桥型突起中心距每一单元对称排列中心线的距离，其中σ＝0.5,μ＝0。

9.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述高桥的高度为0.6-2.5mm。