CN112595131A

CN112595131A - 一种冷凝器及冷却系统

Info

Publication number: CN112595131A
Application number: CN202011412603.4A
Authority: CN
Inventors: 邹振海; 李辉; 尤小健; 雷斌; 郭彪; 刘佳; 徐广展; 代涛; 魏协宇; 刘一萌
Original assignee: Wuhan No 2 Ship Design Institute No 719 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Current assignee: Wuhan No 2 Ship Design Institute No 719 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-04-02

Abstract

本发明公开了一种冷凝器及冷却系统，涉及冷凝器技术领域，包括：壳体和若干椭圆形冷却水管，壳体水平方向两端面分别设有冷却水的进口和出口、竖直方向两端面分别设有蒸汽的进口和出口，所述壳体的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄；若干椭圆形冷却水管设于壳体内且两端分别与所述冷却水的进口和出口连通，所有所述冷却水管适应所述椭圆形壳体的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管的长轴方位适应所述壳体的竖直截面形成蒸汽的导流通道。本发明中的冷凝器的壳体横向尺寸较小，可减少冷凝器所占的空间。同时，椭圆形冷却水管表面凝结的冷凝水能够容易地从管束外表面沿管壁滴落，减薄水膜厚度，可增加冷凝器的工作效率。

Description

一种冷凝器及冷却系统

技术领域

本发明涉及冷凝器技术领域，特别涉及一种冷凝器及冷却系统。

背景技术

目前，海洋及岛礁资源的开发正在大力推进，而海上能源供给是从事海洋及岛礁资源开发的基础。现有的海上能源保障方式如化石燃料发电、燃油发电等，存在一定的局限性，间隔一段时间需要补充燃料。海洋核动力平台作为新型的海上能源供给方案，其具有一次装料运行周期长、功率密度大、节能环保、节省陆地空间等优点，满足可持续性发展需求。冷凝器作为海洋核动力平台冷却系统的重要组成部分，其用途是接受来自汽轮机和旁路系统的蒸汽，使之冷凝成水，建立并保持汽轮机运行所需的背压。

相关技术中，传统冷凝器中的冷却水管一般为圆形管，采用正方形或菱形排列形式布置在壳体内，沿蒸汽流动方向冷却水管之间通道尺寸可以根据需求设置较大，以减小蒸汽的流动阻力。

上述方案虽然可以减小蒸汽的流动阻力，但是，存在以下两个问题：

1、冷却水管之间通道尺寸越大，会导致冷凝器的尺寸越大；

2、上排冷却水管流下的冷凝水恰好覆盖在下排冷却水管的外壁，增大下排冷却水管表面的液膜厚度，增大热阻，降低冷凝器冷凝效率。

发明内容

本发明实施例提供一种冷凝器及冷却系统，以解决相关技术中冷凝器的尺寸较大，冷凝效率较低的技术问题。

第一方面，提供了一种冷凝器，包括：

壳体，其水平方向两端面分别设有冷却水进口和冷却水出口、竖直方向两端面分别设有蒸汽进口和蒸汽出口，所述壳体的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄；

若干椭圆形冷却水管，其设于所述壳体内且两端分别与所述冷却水进口和冷却水出口连通，所有所述椭圆形冷却水管适应所述壳体的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管的长轴方位适应所述壳体的竖直截面形成蒸汽的导流通道。

一些实施例中，所述壳体的竖直截面的上部和下部分别为三角形和倒三角形。

一些实施例中，所述椭圆形冷却水管沿所述壳体中轴面呈对称布置。

一些实施例中，所述壳体内靠近水平方向两端面分别设有连接板，所有所述冷却水管的两端分别与两个所述连接板连接，以与所述冷却水进口和冷却水出口连通。

一些实施例中，所述冷却水进口、冷却水出口、蒸汽进口以及蒸汽出口均为法兰接口。

一些实施例中，所述蒸汽进口的尺寸大于所述蒸汽出口的尺寸。

一些实施例中，所述椭圆形冷却水管的长短轴比为3:1～4:1。

一些实施例中，所述椭圆形冷却水管由不锈钢管制成。

一些实施例中，所述壳体内壁涂覆有阻尼材料。

第二方面，提供了一种冷却系统，包括上述实施例中的冷凝器，所述冷却系统还包括：

汽轮机，所述汽轮机的蒸汽出口与所述冷凝器的蒸汽进口连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种冷凝器及冷却系统，由于冷凝器的壳体的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄，若干椭圆形冷却水管适应壳体的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有椭圆形冷却水管的长轴方位适应壳体的竖直截面形成蒸汽的导流通道。因此，椭圆形冷却水管在蒸汽入口附近对蒸汽起导流作用，使蒸汽与椭圆形冷却水管充分接触，随着蒸汽凝结成冷凝水，冷凝器下部逐渐缩窄，利于蒸汽和冷凝水从蒸汽出口流出，即在保证较小蒸汽流动阻力的前提下，使得壳体的尺寸尽量小，减少冷凝器所占的空间。同时，由于采用的是椭圆形冷却水管，相比于圆形冷却水管，椭圆形冷却水管具备更大的蒸汽流通面积，其表面凝结的冷凝水能够更容易地从管束外表面沿管壁滴落，减薄其外表面水膜厚度以提高传热效率，增加冷凝器的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种冷凝器的正视图；

图2为本发明实施例提供的图1的A-A向剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种冷凝器的左视图；

图4为本发明实施例提供的图3的B-B向剖视图；

图中：1、壳体；11、冷却水进口；12、冷却水出口；13、蒸汽进口；14、蒸汽出口；15、连接板；2、椭圆形冷却水管。

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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种冷凝器，其能解决相关技术中冷凝器的尺寸较大，冷凝效率较低的技术问题。

参见图1和图2所示，一种冷凝器，包括：壳体1和若干椭圆形冷却水管2。

所述壳体1水平方向两端面分别设有冷却水进口11和冷却水出口12、竖直方向两端面分别设有蒸汽进口13和蒸汽出口14，所述壳体1的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄。

若干所述椭圆形冷却水管2设于壳体1内且两端分别与所述冷却水进口11和冷却水出口12连通，所有所述椭圆形冷却水管2适应所述壳体1的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管2的长轴方位适应所述壳体1的竖直截面形成蒸汽的导流通道。图2中，壳体1内箭头方向为蒸汽的流向。

本发明实施例中的一种冷凝器，由于其壳体1的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄，若干椭圆形冷却水管2适应所述壳体1的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管2的长轴方位适应所述壳体1的竖直截面形成蒸汽的导流通道。因此，椭圆形冷却水管2在蒸汽入口附近对蒸汽起导流作用，使蒸汽与椭圆形冷却水管2充分接触，随着蒸汽凝结成冷凝水，冷凝器下部逐渐缩窄，利于蒸汽和冷凝水从蒸汽出口流出，即在保证较小蒸汽流动阻力的前提下，使得壳体1的尺寸尽量小，减少冷凝器所占的空间。同时，由于采用的是椭圆形冷却水管，相比于圆形冷却水管，椭圆形冷却水管2具备更大的蒸汽流通面积，其表面凝结的冷凝水能够更容易地从管束外表面沿管壁滴落，减薄其外表面水膜厚度以提高传热效率，增加冷凝器的工作效率，提升海洋核动力平台冷却系统的安全性与经济性。

作为可选的实施方式，所述壳体1的竖直截面的上部和下部分别为三角形和倒三角形，三角形结构稳定，也易于制造加工。

作为可选的实施方式，所述椭圆形冷却水管2沿所述壳体1中轴面呈对称布置，有助于蒸汽对称流动，减小流动阻力。

作为可选的实施方式，参见图3和图4所示，所述壳体1内靠近水平方向两端面分别设有连接板15，所有所述椭圆形冷却水管2的两端分别与两个所述连接板15连接，以与所述冷却水进口11和冷却水出口12连通，结构简单，易于制造加工。

作为可选的实施方式，所述冷却水进口11、冷却水出口12、蒸汽进口13以及蒸汽出口14均为法兰接口，易于制造加工，也便于安装可拆卸。进一步，所述蒸汽进口13的尺寸大于所述蒸汽出口14的尺寸，便于蒸汽快速进入壳体1内。

作为可选的实施方式，所述椭圆形冷却水管2的长短轴比为3:1～4:1，该长短轴比的椭圆形冷却水管2，具备较大的蒸汽流通面积，其表面凝结的冷凝水能够更容易地从管束外表面沿管壁滴落，减薄冷却水管外表面水膜厚度以提高传热效率。

作为可选的实施方式，所述椭圆形冷却水管2由不锈钢管制成。不锈钢管刚性好，可以减小介质流过时引起的振动，进而减小振动对冷凝器结构的损害，而且不锈钢管抗腐蚀性好，可提高所述椭圆形冷却水管2的使用寿命。

作为可选的实施方式，所述壳体1内壁涂覆有阻尼材料，减小蒸汽对所述壳体1的冲击，使所述壳体1振动小，有利于设备降噪。

本发明实施例提供了一种冷却系统，包括上述的冷凝器，所述冷却系统还包括汽轮机，所述汽轮机的蒸汽出口与所述冷凝器的蒸汽进口13连接。由于冷凝器的壳体1的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄，若干椭圆形冷却水管2适应所述壳体1的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管2的长轴方位适应所述壳体1的竖直截面形成蒸汽的导流通道。因此，椭圆形冷却水管2在蒸汽入口附近对蒸汽起导流作用，使蒸汽与椭圆形冷却水管2充分接触，随着蒸汽凝结成冷凝水，冷凝器下部逐渐缩窄，利于蒸汽和冷凝水从蒸汽出口流出，即在保证较小蒸汽流动阻力的前提下，使得壳体1的尺寸尽量小，减少冷凝器所占的空间。同时，由于采用的是椭圆形冷却水管，相比于圆形冷却水管，椭圆形冷却水管2具备更大的蒸汽流通面积，其表面凝结的冷凝水能够更容易地从管束外表面沿管壁滴落，减薄其外表面水膜厚度以提高传热效率，增加冷凝器的工作效率，提升海洋核动力平台冷却系统的安全性与经济性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种冷凝器，其特征在于，包括：

壳体(1)，其水平方向两端面分别设有冷却水进口(11)和冷却水出口(12)、竖直方向两端面分别设有蒸汽进口(13)和蒸汽出口(14)，所述壳体(1)的竖直截面自上到下由窄变宽、再由宽变窄；

若干椭圆形冷却水管(2)，其设于所述壳体(1)内且两端分别与所述冷却水进口(11)和冷却水出口(12)连通，所有所述椭圆形冷却水管(2)适应所述壳体(1)的竖直截面呈多行平行间隔排列，且所有所述椭圆形冷却水管(2)的长轴方位适应所述壳体(1)的竖直截面形成蒸汽的导流通道。

2.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：

所述壳体(1)的竖直截面的上部和下部分别为三角形和倒三角形。

3.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：所述椭圆形冷却水管(2)沿所述壳体(1)中轴面呈对称布置。

4.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：

所述壳体(1)内靠近水平方向两端面分别设有连接板(15)，所有所述椭圆形冷却水管(2)的两端分别与两个所述连接板(15)连接，以与所述冷却水进口(11)和冷却水出口(12)连通。

5.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：

所述冷却水进口(11)、冷却水出口(12)、蒸汽进口(13)以及蒸汽出口(14)均为法兰接口。

6.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：所述蒸汽进口(13)的尺寸大于所述蒸汽出口(14)的尺寸。

7.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：所述椭圆形冷却水管(2)的长短轴比为3:1～4:1。

8.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：所述椭圆形冷却水管(2)由不锈钢管制成。

9.如权利要求1所述的一种冷凝器，其特征在于：所述壳体(1)内壁涂覆有阻尼材料。

10.一种冷却系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的冷凝器。