CN110332826B - 基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器 - Google Patents

基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器 Download PDF

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Abstract

基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，涉及燃气轮机海水换热器领域。为解决现有海水换热器的冷却能力随海水量和海水温度波动变化，温度不固定，导致无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能，在对比时影响比较的准确性和客观公正性的问题。定温掺混系统的输出端上设有一号温度传感器，并与海水转热器的输入口固定连接，海水转热器的输入口设有球阀，定温掺混系统的循环输出端上设有二号温度传感器，并与海水转热器的输出口固定连接，海水转热器输出口上设有球阀，定温掺混系统的一个输入端与热水管连接，定温掺混系统的另一个输入端与冷凝水管连接。本发明适用于间冷循环船用燃气轮机海水换热器。

Description

基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器
技术领域
本发明涉及燃气轮机海水换热器领域，具体涉及基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器。
背景技术
燃气轮机是一种典型的常规燃料动力装置，它具有体积小、功率大、重量轻和启动快等特点，被广泛应用在航空、电力、舰船和天然气输送等工业核心领域中。间冷循环燃气轮机在简单循环燃气轮机的基础上通过增加中间冷却器，优化了热力循环方式，可降低空气进入高压压气机的温度，降低高压压气机耗功，是以最小的改动、最简洁的技术途径提高功率，快速获得一型大功率燃气轮机的最佳手段。海水换热器是间冷循环燃气轮机外循环换热系统的核心部件，其作用为使用低温海水带走内循环中高温淡水的热量，最终起到降低低压压气机后空气温度的作用。一般情况时，对海水换热器入口温度没有特殊要求。但是，对于船用燃气轮机，在研制阶段，需要将入口温度控制在定值，如我国海军条件规定的27℃或美国海军条件规定的32℃，以更好的测试标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能。因此，有必要为间冷循环船用燃气轮机海水换热器设计专门的定温掺混系统。
对间冷循环船用燃气轮机的研究主要集中在以下几个方面：一是间冷循环船用燃气轮机的型号研制，如美国海军指定Rollse-Royce公司、AlliedSignal公司和CAE电子公司共同开发了WR-21型燃机；欧盟多国在第6框架下研制了新概念高压比间冷航空发动机； GE公司联合瑞典沃尔沃航发发动机公司、意大利Avion公司、日本三井住友公司研制了间冷式重型燃气轮机LMS-100等。二是间冷循环船用燃气轮机性能优化分析研究，如 R.C.Wilcock等人论证了提高涡轮进口温度对间冷循环燃气轮机性能的影响；刘顺隆等人对ICR循环总体与系统进行了分析研究并用高阶偏差法计算分析了ICR燃气轮机的变工况性能等。三是间冷循环船用燃气轮机整机或关键部件的仿真技术研究，如骆平平采用容积惯性法在Matlab/Simulink仿真平台上建立了间冷循环燃气轮机仿真模型；王建请采用面向对象模块化建模的方法，建立了间冷循环燃气轮机仿真模型，并对比分析了不同间冷度情况下的运行特性；文超柱等人开发除了间冷器设计程序，可设计并分析间冷器多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布和变化趋势；黄育先基于Easy5仿真平台建立了简单循环和间冷回热循环燃气轮机的仿真模型，分别对其进行了稳态特性分析，并将两种循环方式下进行了比较，最后对间冷回热燃气轮机进行了动态特性的研究，并初步对不同循环方式下的燃气轮机进行了控制策略方面的探索。虽然国内外学者和企事业单位已开展了大量研究，但从公开资料中看，尚无针对海水换热器的定温掺混系统的设计工作。
目前间冷循环船用燃气轮机海水换热器普遍存在的问题是：冷却能力随海水量和海水温度波动变化，海水换热器入口温度不固定，导致无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能。在不同型号的间冷循环船用燃气轮机进行关键性能比较时，由于所处海洋环境温度不同，只能通过性能折算方法进行比对计算。但对于间冷循环燃气轮机，性能折算方法尚不成熟，无统一标准，造成性能比较时的不确定因素过多，影响比较的准确性和客观公正性。
综上所述，现有的间冷循环船用燃气轮机海水换热器的冷却能力随海水量和海水温度波动变化，海水换热器入口温度不固定，导致无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能，只能利用现有的性能折换算法对不同型号的间冷循环船用燃气轮机进行关键性能的对比计算，计算出的结果没有统一得标准进行衡量，影响比较的准确性和客观公正性。
发明内容
本发明为解决现有的间冷循环船用燃气轮机海水换热器的冷却能力随海水量和海水温度波动变化，海水换热器入口温度不固定，导致无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能，测量结果没有统一得标准进行衡量，影响比较的准确性和客观公正性的问题，而提出基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器。
本发明的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其组成包括定温掺混系统、一号温度传感器、二号温度传感器和海水转热器；
定温掺混系统的输出端上设有一号温度传感器，并与海水转热器的输入口固定连接，海水转热器的输入口设有球阀，定温掺混系统的循环输出端上设有二号温度传感器，并与海水转热器的输出口固定连接，海水转热器的输出口上设有球阀，定温掺混系统的一个输入端与热水管连接，定温掺混系统的另一个输入端与冷凝水管连接；
进一步的，所述的定温掺混系统包括溢流管止回阀、溢流管、掺混水箱、进口流量计、进口电动调节阀、出口电动截止阀、补水泵、出口截止阀、出口流量计、过滤器、离心泵、电机三通调节阀、回水管、一号水管、二号水管、三号水管、四号水管和冷却水供水管；
掺混水箱的一侧沿轴线方向均匀的设有一根溢流管和一根回水管，且溢流管和回水管分别与掺混水箱连通设置，溢流管上设有溢流管止回阀，回水管上设有电动三通调节阀，电动三通调节阀的C号输出口与一号水管的一端固定连接，掺混水箱的地面均匀的设有一根三号水管和一根四号水管，且三号水管和四号水管分别与掺混水箱连通设置，三号水管的输出端和四号水管的输出端连通设置，三号水管上依次设有离心泵和过滤器，四号水管上依次设有出口截止阀、补水泵和出口电动截止阀，三号水管的输出端与二号水管的一端连接，二号水管上设有出口流量计，掺混水箱的另一侧面设有冷却水供水管，冷却水供水管上从左到右依次设有进口流量计和进口电动调节阀；
进一步的，所述的溢流管为定温掺混系统一个输入端，回水管为定温掺混系统的另一个输入端；
进一步的，所述的二号水管的另一端为定温掺混系统的输出端，并与海水换热器的输入口固定连接；
进一步的，所述的一号水管的另一端为定温掺混系统的循环输出端，并与海水换热器的输出口固定连接；
进一步的，所述的出口流量计设置在三号水管与二号水管的连接处；
进一步的，所述的海水换热器的输出端和输入端上的球阀均为电动球阀；
进一步的，掺混水箱的一侧均匀的设有一根溢流管和一根回水管，掺混水箱的另一侧设有一根冷却水供水管，冷却水供水管的一端为冷却水进口，来自冷却水塔的冷水进入掺混水箱；回水管的一端为热水进口，来自海水换热器出口的热水，通过电动三通调节阀，一部分进入掺混水箱，一部分返回回水管，在四号水管上设置补水泵，用于将掺混水箱中混合均匀后的水抽出并经过三号水管上的过滤器过滤掉杂质后返回海水换热器输入口；掺混水箱的底面设有一路四号水管，四号水管用于进行补水，并在四号水管上设置出口截止阀、补水泵、出口电动截止阀，利用补水泵，在出口水泵工作前对系统管路中充满水，, 保持进口电动调节阀的开度固定，并将进口电动调节阀调制一开度，使用现有的自动控制程序监测海水换热器入口温度，并对回水管上的电动三通调节阀进行调节，且固定在三通开度，保证温度恒定，掺混水箱上的溢流管的一端和空气连通口，保证掺混水箱内部常压，并在满溢时可通过溢流管将多余的水返回回水管。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明克服了现有技术的缺点，采用定温掺混系统，对进入海水转热器的海水温度保持一定，当在掺混水箱中的海水温度较高时，打开冷却水供水管上的进口电动调节阀向掺混水箱中注入冷凝水，可使海水的温度降低，并将海水注入到海水转热器中，实现了海水换热器入口温度全程自动监测、进口水流量自动控制，无需人为参与，即可将海水换热器入口温度稳定在任何所需的温度值。
二、本发明采用了定温掺混系统，对海水转热器的输入口温度保持一致，在对任何型号间冷循环船用燃气轮机的外循环系统进行性能对比时，提供统一的和稳定的环境条件，从技术角度保证了对比结果的客观公正性。
三、本发明使用简单，节省人力物力。
附图说明
图1是为本发明的所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器示意图；
图1 中电动三通调节阀12的二个输出口依次为B输出口、C输出口，电动三通调节阀12的输入口为A输入口。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器包括定温掺混系统、一号温度传感器13、二号温度传感器15和海水转热器14；
定温掺混系统的输出端上设有一号温度传感器13，并与海水转热器14的输入口固定连接，海水转热器14的输入口设有球阀，定温掺混系统的循环输出端上设有二号温度传感器15，并与海水转热器14的输出口固定连接，海水转热器14的输出口上设有球阀，定温掺混系统的一个输入端与热水管连接，定温掺混系统的另一个输入端与冷凝水管连接；
本具体实施方式，采用定温掺混系统，对海水转热器的输入口温度保持一致，在对任何型号间冷循环船用燃气轮机的外循环系统进行性能对比时，提供统一的和稳定的环境条件，从技术角度保证了对比结果的客观公正性；
掺混水箱3的一侧均匀的设有一根溢流管2和一根回水管16，掺混水箱3的另一侧设有一根冷却水供水管21，冷却水供水管21的一端为冷却水进口，来自冷却水塔的冷水进入掺混水箱3；回水管16的一端为热水进口，来自海水换热器出口的热水，通过电动三通调节阀12，一部分进入掺混水箱3，一部分返回回水管16，在四号水管20上设置补水泵，用于将掺混水箱3中混合均匀后的水抽出并经过三号水管19上的过滤器10过滤掉杂质后返回海水换热器14输入口；掺混水箱3的底面设有一路四号水管20，四号水管20 用于进行补水，并在四号水管20上设置出口截止阀8、补水泵7、出口电动截止阀6，利用补水泵7，在出口水泵工作前对系统管路中充满水，,保持进口电动调节阀5的开度固定，并将进口电动调节阀5调制一开度，使用现有的自动控制程序监测海水换热器入口温度，并对回水管16上的电动三通调节阀12进行调节，且固定在三通开度，保证温度恒定，掺混水箱3上的溢流管2的一端和空气连通口，保证掺混水箱3内部常压，并在满溢时可通过溢流管2将多余的水返回回水管16。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的定温掺混系统包括溢流管止回阀1、溢流管2、掺混水箱3、进口流量计4、进口电动调节阀5、出口电动截止阀6、补水泵7、出口截止阀8、出口流量计9、过滤器10、离心泵11、电动三通调节阀12、回水管16、一号水管17、二号水管 18、三号水管19、四号水管20和冷却水供水管21；
掺混水箱3的一侧沿轴线方向均匀的设有一根溢流管2和一根回水管16，且溢流管2和回水管16分别与掺混水箱3连通设置，溢流管2上设有溢流管止回阀1，回水管16 上设有电动三通调节阀12，电动三通调节阀12的C号输出口与一号水管的一端固定连接，掺混水箱3的地面均匀的设有一根三号水管19和一根四号水管20，且三号水管19和四号水管20分别与掺混水箱3连通设置，三号水管19的输出端和四号水管20的输出端连通设置，三号水管19上依次设有离心泵11和过滤器10，四号水管上依次设有出口截止阀8、补水泵7和出口电动截止阀6，三号水管19的输出端与二号水管18的一端连接，二号水管18上设有出口流量计9，掺混水箱3的另一侧面设有冷却水供水管21，冷却水供水管21上从左到右依次设有进口流量计4和进口电动调节阀5；
本具体实施方式，采用温掺混系统，对进入海水转热器的海水温度保持一定，当在掺混水箱中的海水温度较高时，打开冷却水供水管上的进口电动调节阀向掺混水箱中注入冷凝水，可使海水的温度降低，并将海水注入到海水转热器中，实现了海水换热器入口温度全程自动监测、进口水流量自动控制，无需人为参与，即可将海水换热器入口温度稳定在任何所需的温度值。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的溢流管2为定温掺混系统一个输入端，回水管16为定温掺混系统的另一个输入端。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的二号水管18的另一端为定温掺混系统的输出端，并与海水换热器14的输入口固定连接。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的一号水管17的另一端为定温掺混系统的循环输出端，并与海水换热器14的输出口固定连接。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的出口流量计9设置在三号水管19与二号水管18的连接处；
本具体实施方式，采用出口流量计9设置在三号水管19与二号水管18的连接处，可用于精准的测量三号水管19与二号水管18的连接处的海水的流量值，以免造成海水流量上的误差。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的定温掺混系统的进一步的限定，本实施方式所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，所述的海水换热器14的输出端和输入端上的球阀均为电动球阀。
工作原理
掺混水箱3的一侧均匀的设有一根溢流管2和一根回水管16，掺混水箱3的另一侧设有一根冷却水供水管21，冷却水供水管21的一端为冷却水进口，来自冷却水塔的冷水进入掺混水箱3；回水管16的一端为热水进口，来自海水换热器出口的热水，通过电动三通调节阀12，一部分进入掺混水箱3，一部分返回回水管16，在四号水管20上设置补水泵，用于将掺混水箱3中混合均匀后的水抽出并经过三号水管19上的过滤器10过滤掉杂质后返回海水换热器14输入口；掺混水箱3的底面设有一路四号水管20，四号水管20 用于进行补水，并在四号水管20上设置出口截止阀8、补水泵7、出口电动截止阀6，利用补水泵7，在出口水泵工作前对系统管路中充满水，,保持进口电动调节阀5的开度固定，并将进口电动调节阀5调制一开度，使用现有的自动控制程序监测海水换热器入口温度，并对回水管16上的电动三通调节阀12进行调节，且固定在三通开度，保证温度恒定，掺混水箱3上的溢流管2的一端和空气连通口，保证掺混水箱3内部常压，并在满溢时可通过溢流管2将多余的水返回回水管16。

Claims (5)

1.基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其特征在于：包括定温掺混系统、一号温度传感器(13)、二号温度传感器(15)和海水转热器(14)；
定温掺混系统的输出端上设有一号温度传感器(13)，并与海水转热器(14)的输入口固定连接，海水转热器(14)的输入口设有球阀，定温掺混系统的循环输出端上设有二号温度传感器(15)，并与海水转热器(14)的输出口固定连接，海水转热器(14)的输出口上设有球阀，定温掺混系统的一个输入端与热水管连接，定温掺混系统的另一个输入端与冷凝水管连接；所述的定温掺混系统包括溢流管止回阀(1)、溢流管(2)、掺混水箱(3)、进口流量计(4)、进口电动调节阀(5)、出口电动截止阀(6)、补水泵(7)、出口截止阀(8)、出口流量计(9)、过滤器(10)、离心泵(11)、电动三通调节阀(12)、回水管(16)、一号水管(17)、二号水管(18)、三号水管(19)、四号水管(20)和冷却水供水管(21)；
掺混水箱(3)的一侧沿轴线方向均匀的设有一根溢流管(2)和一根回水管(16)，且溢流管(2)和回水管(16)分别与掺混水箱(3)连通设置，溢流管(2)上设有溢流管止回阀(1)，回水管(16)上设有电动三通调节阀(12)，电动三通调节阀(12)的C号输出口与一号水管的一端固定连接，掺混水箱(3)的地面均匀的设有一根三号水管(19)和一根四号水管(20)，且三号水管(19)和四号水管(20)分别与掺混水箱(3)连通设置，三号水管(19)的输出端和四号水管(20)的输出端连通设置，三号水管(19)上依次设有离心泵(11)和过滤器(10)，四号水管上依次设有出口截止阀(8)、补水泵(7)和出口电动截止阀(6)，三号水管(19)的输出端与二号水管(18)的一端连接，二号水管(18)上设有出口流量计(9)，掺混水箱(3)的另一侧面设有冷却水供水管(21)，冷却水供水管(21)上从左到右依次设有进口流量计(4)和进口电动调节阀(5)；
所述的出口流量计(9)设置在三号水管(19)与二号水管(18)的连接处。
2.根据权利要求1所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其特征在于所述的溢流管(2)为定温掺混系统一个输入端，回水管(16)为定温掺混系统的另一个输入端。
3.根据权利要求1所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其特征在于所述的二号水管(18)的另一端为定温掺混系统的输出端，并与海水转 热器( 14)的输入口固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其特征在于所述的一号水管(17)的另一端为定温掺混系统的循环输出端，并与海水转 热器( 14) 的输出口固定连接。
5.根据权利要求1所述的基于定温掺混系统的间冷循环船用燃气轮机海水换热器，其特征在于所述的海水转 热器(14)的输出端和输入端上的球阀均为电动球阀。
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