CN112357035A - 船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及船舶冷却器技术领域，提供一种船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统。所述船舶舷外共形冷却器包括多个换热管，所述换热管为变径管，所述换热管包括支撑部，多个所述换热管对应的所述支撑部相互接触支撑，以在多个所述换热管之间形成冷却水流道。本发明实施例提供的船舶舷外共形冷却器及舷外共形冷却系统，通过设置具有支撑部的换热管，多个换热管通过其支撑部相互接触形成支撑结构，能够有效抑制流激振动，避免管束结构周期疲劳及相互之间碰撞产生的应力损伤，提高了冷却器长期使用的可靠性。

Description

船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶冷却器技术领域，尤其涉及一种船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统。

背景技术

船舶通海冷却系统是为各种换热器提供冷却海水的复杂管路系统。为了缩短通海冷却系统的海水管路、减少海水泵的数量以及降低管路系统的腐蚀泄露风险和提高换热设备的可靠性，目前大型船舶普遍采用中央冷却技术，将不同热源设备产生的热量通过中间淡水管路汇集到集中冷却器，由集中冷却器集中冷却后释放到海洋环境。

传统的船舶冷却系统中的冷却器布置在舱内，而为了满足冷却量需求及换热效率，集中冷却器的体积通常十分庞大，导致中央冷却系统占用大量的舱内空间。因此，部分船舶开始采用舷外冷却技术，将集中冷却器放置在舷外，即舷体内外壳之间，并将冷却器直接浸没在冷却水中对中间淡水回路中的淡水进行冷却，降温后的淡水在中间淡水回路循环水泵驱动下冷却各船用用户。

在传统舷外冷却系统中，通常借助加热海水产生的自然循环实现热量导出，但这种舷外冷却器体积较大。进而有产品借助舷外水流与船体的相对速度产生强迫循环带走热量，但是舷外冷却器的换热管束在流体冲刷下容易产生流激振动，长期使用容易发生结构疲劳破损，从而影响冷却器长期使用的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供一种船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统，用以解决现有技术中舷外冷却器的换热管束易产生流激振动，从而影响冷却器长期使用的可靠性的问题。

本发明实施例提供一种船舶舷外共形冷却器，包括多个换热管，所述换热管为变径管，所述换热管包括支撑部，多个所述换热管对应的所述支撑部相互接触支撑，以在多个所述换热管之间形成冷却水流道。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，所述换热管还包括换热部，所述换热部的管壁构造有导流翅，用于将所述冷却水流道内的冷却水从冷却水入口向冷却水出口的方向导流。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，所述导流翅沿所述换热部的轴向设置，其横截面形状为从所述管壁向外延伸的渐缩形。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，所述导流翅远离所述管壁的一侧低于所述支撑部的外侧壁。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，呈蜂窝式或矩阵式排列的多个相邻所述换热管的所述支撑部之间存在间隙。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，多个所述换热管布设于舷体的内壳与外壳之间。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，还包括壳体，多个所述换热管安装于所述壳体内，所述壳体包括相对设置的内侧壳壁和外侧壳壁，所述内侧壳壁与所述内壳共形，所述外侧壳壁与所述外壳共形。

根据本发明一个实施例的船舶舷外共形冷却器，还包括与所述换热管两端连通的封头，所述封头内设有分程隔板，所述分程隔板将多个所述换热管分为多组以形成多管程流道。

本发明实施例提供一种船舶冷却系统，包括循环泵、用户换热器和上述任一种船舶舷外共形冷却器，所述用户换热器的用户冷却介质出入口分别与所述换热管的两端相连通，所述循环泵安装于所述用户换热器和所述船舶舷外共形冷却器的连通管路上。

根据本发明一个实施例的船舶冷却系统，还包括自流发生器，所述自流发生器与所述船舶舷外共形冷却器的冷却水入口连通。

本发明实施例提供的船舶舷外共形冷却器及船舶冷却系统，通过设置具有支撑部的换热管，多个换热管通过其支撑部相互接触形成支撑结构，不仅能够有效抑制流激振动，如涡脱激励和湍流激振等诱导产生的管束结构振动，还可以减小风浪等冲击下管路的震颤幅度，避免管束结构周期疲劳及相互之间碰撞产生的应力损伤，提高了冷却器的使用寿命和长期使用的可靠性；多个换热管的支撑部相互接触形成流道隔板，起到分流作用，避免壳程流道内产生换热死区，提高了换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例船舶舷外共形冷却器的主视图；

图2是本发明实施例船舶舷外共形冷却器的右视图；

图3是本发明实施例船舶舷外共形冷却器的俯视图；

图4是本发明实施例中换热管的结构示意图；

图5是图4中换热管的正视图；

图6是图5中换热管的A-A向剖视图；

图7是图5中换热管的B-B向剖视图；

图8是本发明一实施例的换热管排布方式；

图9是本发明实施例船舶冷却系统的结构示意图。

附图标记：

1、换热管；11、支撑部；12、换热部；121、小径段；122、过渡段；13、导流翅；21、冷却水主流道；211、主流流线；221、并联流线；231、串联流线；3、壳体；31、冷却水入口；32、冷却水出口；33、内侧壳壁；34、外侧壳壁；35、冷却水进口水室；36、冷却水出口水室；4、封头；41、分程隔板；42、待冷却流体入口；43、已冷却流体出口；100、船舶舷外共形冷却器；200、用户换热器；300、循环泵；400、自流发生器；500、冷却水排放装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图8描述本发明实施例提供的船舶舷外共形冷却器。

如图1所示为本发明实施例船舶舷外共形冷却器的主视图，如图2所示为本发明实施例船舶舷外共形冷却器的右视图，如图3所示为本发明实施例船舶舷外共形冷却器的俯视图。该船舶舷外共形冷却器包括多个换热管1，换热管1为变径管，换热管1包括支撑部11，多个换热管1对应的支撑部11相互接触支撑，以在多个换热管1之间形成冷却水流道。该船舶舷外共形冷却器作为船舶集中冷却器时，管程流道内流通的待冷却流体为用户冷却介质如淡水，壳程流道内流通海水。当然，该船舶舷外共形冷却器也可直接作为用户换热器使用，待冷却流体则为用户热源流体如汽轮机的乏汽等。

具体的，多个换热管1通过支撑部11相互接触而形成换热管束，换热管束安装于该船舶舷外共形冷却器的壳体3内，壳体3上设有冷却水入口31和冷却水出口32。冷却水入口31与换热管束之间的空间为冷却水进口水室35，冷却水出口32与换热管束之间的空间为冷却水出口水室36。冷却水从冷却水入口31进入壳体3的冷却水进口水室35，然后流经冷却水流道与换热管1进行热交换，最后到达冷却水出口水室36并从冷却水出口32排出。其中，可沿换热管长度方向设置多个支撑部11，具体的数量和间距根据换热管1的长度及实际工况确定。

换热管束中的换热管1通过支撑部11相互接触而形成流道隔板，将冷却水入口31到冷却水出口32之间的壳程流道分隔成为多个并列的冷却水主流道21。例如，换热管1具有一个支撑部11时，在支撑部11两侧形成两个冷却水主流道21；换热管1具有两个支撑部11时，则形成三个冷却水流道。

本发明实施例提供的船舶舷外共形冷却器，通过设置具有支撑部11的换热管，多个换热管1通过其支撑部11相互接触形成支撑结构，不仅能够有效抑制流激振动，如涡脱激励和湍流激振等诱导产生的管束结构振动，还可以减小风浪等冲击下管路的震颤幅度，避免管束结构周期疲劳及相互之间碰撞产生的应力损伤，提高了冷却器的使用寿命和长期使用的可靠性；多个换热管1的支撑部11相互接触形成流道隔板，起到分流作用，避免壳程流道内产生换热死区，提高了换热效率。

其中，换热管1还包括换热部12，多个换热管1的支撑部11相互接触支撑后，换热部12位于冷却水主流道21内，冷却水主要通过冷却水主流道21与换热部12进行换热。如图4所示为本发明实施例中换热管的结构示意图，换热管1包括大径段和小径段121，大径段作为支撑部11，小径段121位于换热部12。换热管1的管中心距与大径段的外径相同，多个换热管1的大径段相互接触后，构成彼此的支撑结构。进一步的，换热部12还包括连接大径段和小径段121的过渡段122，过渡段122的外径从小径段121向大径段逐渐增大，使小径段121到大径段形成平缓过渡，避免管径突变导致的应力集中。换热管1由大径段、过渡段122和小径段121沿其长度方向周期性重复组成。

进一步的，换热部12的管壁构造有导流翅13，导流翅13用于将冷却水流道内的冷却水从冷却水入口31向冷却水出口32的方向导流。具体的，如图5所示为图4中换热管的正视图，如图6所示为图5中换热管的A-A向剖视图，如图7所示为图5中换热管的B-B向剖视图，导流翅13沿换热部12的轴向设置，其横截面形状为从换热部12的管壁向外延伸的渐缩形。在换热部12上形成两个与换热部12中心轴平行的两个相交的导流面，横掠换热部12的冷却水由导流翅13的两个导流面进行导流，降低了换热管束对冷却水的流阻，有利于采用高效自流冷却技术，提高被冷却的动力系统能效。

可以在换热部12靠近冷却水出口32的一侧设置导流翅13，还可以在换热部12靠近冷却水入口31的一侧设置导流翅13。当两侧均设置导流翅13时，两个导流翅13相对设置，使得换热部12的横截面呈翼型，可以减弱管外流体流经换热部12的过程中的涡街脱落以及由此引起的流激振动。两个导流翅13的翼尖分别指向冷却水进口水室35和冷却水出口水室36，沿翼尖两端所指方向具有较小的流动阻力。为实现更好的导流效果，导流翅13从换热部12的一端一直延伸到另一端。需要说明的是，导流翅13的设置方式和形状还可以有其他形式的变形，只要能实现将冷却水从冷却水入口31到冷却水出口32方向的导流即可，本发明实施例不做具体限定。

换热管1的排布方式不同，导流翅13呈现不同的导流效果。当换热管1呈如图2所示的蜂窝式排列时，每两个换热管1之间的冷却水由导流翅13进行分流，可减小分流时的流阻，提高换热效率。

如图8所示为本发明一实施例的换热管排布方式，当换热管1呈如图8所示的矩阵式排列时，换热部12及其上的导流翅13将冷却水主流道21分隔成为多个并行的主流流道。冷却水主要在主流流道内从冷却水入口31向冷却水出口32的方向流动，如图8所示的主流流线211所指的方向为主流流道的流通方向。其中，导流翅13远离换热部12的管壁的一侧低于支撑部11的外侧壁，使得冷却水进口水室35指向冷却水出口水室36方向上的相邻换热管1的相邻导流翅13之间存在间隙，形成主流流道的分支并联流道，如图8中并联流线221所指方向为并联流道的流通方向，并联流道的阻力系数相比于主流流道要大，从而使冷却水主要沿主流流道流动，最大程度的发挥冷却作用，且流阻较小，从而增大换热效率。导流翅13之间的间隙可以起到平衡各主流流道的压差的作用，从而均衡各主流流道的流量，充分发挥各换热管1的换热作用。

进一步的，呈蜂窝式或矩阵式排列的多个相邻换热管1的支撑部11之间存在间隙。如图2所示的换热管呈蜂窝式排列，呈圆周分布的相邻三个换热管1的支撑部11之间形成连通两个冷却水主流道21的间隙；或者，如图8所示的换热管呈矩阵式排列，其中呈圆周分布的相邻四个换热管1的支撑部11之间形成连通两个冷却水主流道21的间隙。上述间隙形成串联流道，如图8所示的串联流线231所指的方向为串联流道的流通方向，该串联流道可连通相邻的两个冷却水主流道21，起到平衡各冷却水主流道21压差的作用，在一定程度上均衡各冷却水主流道21的流量，从而充分发挥各冷却水主流道21内换热管1的换热作用。

进一步的，当无导流翅13时，换热管1沿其长度方向的管壁厚度相同；当有导流翅13时，换热管1未与导流翅13连接的管壁部的壁厚相同。以使换热管1的管壁整体较薄，以利于通过换热管1实现较均匀的导热。

在上述实施例的基础上，多个换热管1布设于船舶的舷体的内壳与外壳之间，有效利用船体舷外空间，以减小冷却系统占据的舱内空间，节省舱内的宝贵空间。该船舶舷外共形冷却器的壳体3包括相对设置的内侧壳壁33和外侧壳壁34，内侧壳壁33与舷体的内壳共形，外侧壳壁34与舷体的外壳共形。

具体的，可以将舷体的外壳作为该船舶舷外共形冷却器的外侧壳壁34，将舷体的内壳作为该船舶舷外共形冷却器的内侧壳壁33，即内侧壳壁33和外侧壳壁34分别与舷体的内壳和外壳共用，使换热管1排满由舷体内壳和外壳所围成的扇形空间，从而最大程度的利用舷体内外壳之间的空间；壳体3的内侧壳壁33和外侧壳壁34也可独立于舷体的内壳和外壳之间，且内侧壳壁33与舷体的内壳平行，外侧壳壁34与舷体的外壳平行，换热管1排满由内侧壳壁33和外侧壳壁34所围成的扇形空间。这样可方便冷却器整体装拆于舷体空间。

进一步的，如图1所示，本发明实施例提供的船舶舷外共形冷却器还包括与换热管1两端连通的封头4，封头4内设有分程隔板41，分程隔板41将多个换热管1分为多组以形成多管程流道。该多管程流道为首尾相连的多个管程流道组成，如图1中两端的封头4内均设置了一个分程隔板41，两个封头4的分程隔板41错位设置，从而将整体换热管束分为三组形成三管程流道，待冷却流体流经第一管程流道后经两次折返到达第三管程流道，以增大换热管1内的流动速度，提高换热效率。其中，封头4上还设有待冷却流体入口42和已冷却流体出口43，待冷却流体入口42与第一个管程入口连通，已冷却流体出口43与最后一个管程出口连通。

本发明实施例还提供一种船舶冷却系统，如图9所示为本发明实施例船舶冷却系统的结构示意图，该船舶冷却系统包括循环泵300、用户换热器200和上述任一实施例所述的船舶舷外共形冷却器100，用户换热器200的用户冷却介质进出口分别与换热管1的两端相连通，循环泵300安装于用户换热器200和船舶舷外共形冷却器100的连通管路上。

船舶用户产生的热量通过用户换热器200传递给循环用户冷却介质如淡水，淡水在循环泵300的驱动下进入船舶舷外共形冷却器100，通过待冷却流体入口42进入封头，当封头4内设有分程隔板41时，淡水在分程隔板41和封头4的围堵下进入各换热管1，经多个管程流道折返后通过已冷却流体出口43回流到用户换热器200，形成闭式循环。在该闭式循环过程中，淡水携带的热量在本发明实施例船舶舷外共形冷却器100内被冷却水携带排出，从而最终实现用户换热器200热量的间接导出。

本发明实施例提供的船舶冷却系统，通过设置船舶舷外共形冷却器100，使多个换热管1通过其支撑部11相互接触形成支撑结构，不仅能够有效抑制流激振动，如涡脱激励和湍流激振等诱导产生的管束结构振动，还可以减小风浪等冲击下管路震颤幅度，避免管束结构周期疲劳及相互之间碰撞产生的应力损伤，提高了冷却器的使用寿命，进而提高了该船舶冷却系统的长期工作的可靠性。多个换热管1的支撑部11相互接触形成流道隔板，起到分流作用，避免壳程流道内产生换热死区，提高了换热效率。

进一步的，本发明实施例提供的船舶冷却系统还包括自流发生器400，自流发生器400与船舶舷外共形冷却器100的冷却水入口31连通。形成自流式冷却系统。其中，还包括冷却水排放装置500，自流发生器400和冷却水排放装置500均可设置于舷体，通过管路分别与船舶舷外共形冷却器100的冷却水入口31和冷却水出口32连通。当外侧壳壁34与舷体的外壳共用时，自流发生器400和冷却水排放装置500均可直接设置在外侧壳壁34。在上述闭式循环进行的同时，自流发生器400利用船舶航行过程中产生的迎面动压使作为冷却水的海水受迫进入冷却水入口31，在冷却水进口水室35分配进入各个由支撑部11分隔形成的多个冷却水流道，而后汇集到冷却水出口水室36，经冷却水出口32和冷却水排放装置500排放到外部环境。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种船舶舷外共形冷却器，其特征在于，包括多个换热管，所述换热管为变径管，所述换热管包括支撑部，多个所述换热管对应的所述支撑部相互接触支撑，以在多个所述换热管之间形成冷却水流道。

2.根据权利要求1所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，所述换热管还包括换热部，所述换热部的管壁构造有导流翅，用于将所述冷却水流道内的冷却水从冷却水入口向冷却水出口的方向导流。

3.根据权利要求2所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，所述导流翅沿所述换热部的轴向设置，其横截面形状为从所述管壁向外延伸的渐缩形。

4.根据权利要求3所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，所述导流翅远离所述管壁的一侧低于所述支撑部的外侧壁。

5.根据权利要求1所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，呈蜂窝式或矩阵式排列的多个相邻所述换热管的所述支撑部之间存在间隙。

6.根据权利要求1～5任一项所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，多个所述换热管布设于舷体的内壳与外壳之间。

7.根据权利要求6所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，还包括壳体，多个所述换热管安装于所述壳体内，所述壳体包括相对设置的内侧壳壁和外侧壳壁，所述内侧壳壁与所述内壳共形，所述外侧壳壁与所述外壳共形。

8.根据权利要求1～5任一项所述的船舶舷外共形冷却器，其特征在于，还包括与所述换热管两端连通的封头，所述封头内设有分程隔板，所述分程隔板将多个所述换热管分为多组以形成多管程流道。

9.一种船舶冷却系统，其特征在于，包括循环泵、用户换热器和如权利要求1～8任一项所述的船舶舷外共形冷却器，所述用户换热器的用户冷却介质出入口分别与所述换热管的两端相连通，所述循环泵安装于所述用户换热器和所述船舶舷外共形冷却器的连通管路上。

10.根据权利要求9所述的船舶冷却系统，其特征在于，还包括自流发生器，所述自流发生器与所述船舶舷外共形冷却器的冷却水入口连通。

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