CN114104250A - 自封堵共形冷却器及船体 - Google Patents

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柯志武
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王俊荣
吴君
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Abstract

本发明涉及船舶冷却器技术领域，并提供一种自封堵共形冷却器及船体，该冷却器包括换热管，换热管内的轴向两端分别设有自动封堵结构；自动封堵结构包括撑座和堵块，撑座绕设于换热管内壁，撑座开设有流道，堵块设于流道内并通过弹性连接件与撑座连接，堵块在受力增大的状态下移动至与撑座接触以将流道的一端封堵。本发明内嵌式的自动封堵结构，在堵块与撑座之间形成换热介质的流道，当换热管发生冲击破口海水进入换热管内部时，换热管内部压力增大，堵块在压力增大作用下向撑座移动，堵块移动至与撑座贴合以将流道封堵，实现换热管的自动封堵，避免海水混入管侧工质，有效保证了换热系统的正常运行，保障了船舶和船员的安全。

Description

自封堵共形冷却器及船体
技术领域
本发明涉及船舶冷却器技术领域，尤其涉及一种自封堵共形冷却器及船体。
背景技术
船舶换热设备作为船舶上的滑油冷却器、淡水冷却器、中央冷却器、柴油机冷却器、缸套水冷却器等主要设备，被广泛的应用在油轮，液化气船，集装箱船，散货船和工程船上，在船舶的航行过程中起到重要的作用。高腐蚀性、易结垢的海水运行条件考验了船舶换热设备的耐腐蚀和高效能，长时间持续的运行考验了船舶换热设备的安全和稳定。对于需要在海上长时间连续航行的船只来说，一个微小的设备故障可能会引发一系列致命的问题，严重威胁到船只和船员的安全。
大型船舶采用的集中冷却器冷却负荷较大，并且传热温差较低，导致冷却器体积庞大。如果将集中冷却器布置在船舱内将浪费大量舱室空间，导致输运经济性变差。为了解决上述问题，业内逐渐开始重点发展共形冷却技术，即将集中冷却器的外部轮廓设计成船体结构的一部分，利用船体的自有闲散空间承放集中冷却器，共形冷却器将换热管直接浸没在海水中，利用管外的海水直接冷却管内中间换热介质，从而达到释放舱室空间，提高有效吨位的目的。现代大型船舶吨位不断加大，动力系统等机械设备的功率负荷也不断增大，需要设置大型冷却器进行热量导出。在此背景下，共形冷却器作为一种新型冷却装置逐渐成为发展趋势。共形冷却器将换热管布置在舷侧压海水阀箱或压载水舱内，利用海水泵、自流发生器等驱动装置，或者凭借自然循环作用从船体进出口格栅吸进和排出冷却海水，实现舱室外部的集中热交换，显著提高舱室的有效利用率。由于共形冷却器布置在舱外，与复杂严酷的海洋环境直接连通，容易受到外浪涌等的冲击作用，极端情况下可导致换热管结构发生破损，使海水混入冷却器管内，污染内部循环工质，影响冷却系统正常工作。
发明内容
本发明提供一种自封堵共形冷却器及船体，用以解决现有技术中换热管破损导致海水渗入影响冷却系统正常工作的缺陷，实现对换热管破损后的冷却系统的自动有效保护，保证冷却系统的正常运行。
本发明提供一种自封堵共形冷却器，包括换热管，所述换热管内的轴向两端分别设有自动封堵结构；
所述自动封堵结构包括撑座和堵块，所述撑座绕设于所述换热管内壁，所述撑座开设有流道，所述堵块设于所述流道内并通过弹性连接件与所述撑座连接，所述堵块在受力增大的状态下移动至与所述撑座接触以将所述流道的一端封堵。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，所述堵块具有相邻于所述撑座的第一表面，所述撑座具有对应于所述第一表面的第二表面，在所述堵块与所述撑座接触状态下，所述第一表面和所述第二表面贴合。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，所述堵块为回转体，所述第一表面为所述回转体的第一弧面，所述第二表面为与所述回转体的第一弧面相对应的第二弧面。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，沿所述换热管的轴线方向，所述回转体从一端到另一端逐渐增大。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，所述堵块为锥形回转体，所述第一表面为所述锥形回转体的第一锥面，所述第二表面为与所述锥形回转体的第一锥面相对应的第二锥面。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，沿所述换热管的轴线方向，所述堵块包括两个呈镜像对称的锥形回转体，两个所述锥形回转体一体成型。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，所述堵块的轴向设有贯穿的多个通孔，多个所述通孔呈环形阵列设于所述堵块上，且多个所述通孔与所述第二表面相对应。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，所述自动封堵结构还包括套环，所述套环设于所述撑座与所述换热管内壁之间，所述弹性连接件对称设于所述堵块的两侧，且多个所述弹性撑杆绕设于所述堵块的周向上。
根据本发明提供的自封堵共形冷却器，还包括设于所述换热管两侧的集水室，所述换热管与所述集水室之间设有管板，所述集水室两侧通过气囊缓冲器弹性安装在船体支撑结构上。
本发明还提供一种船体，包括如上所述的自封堵共形冷却器，所述自封堵共形冷却器对称设于所述船体的外部两侧。
本发明提供的自封堵共形冷却器及船体，通过在换热管内的轴向两端分别设有自动封堵结构，该自动封堵结构包括撑座和堵块，撑座绕设于换热管内壁，堵块通过弹性撑杆与撑座连接，且堵块与撑座之间形成流道，堵块在受力增大的状态下移动至与撑座接触以将流道封堵。内嵌式的自动封堵结构，在堵块与撑座之间形成换热介质的流道，当换热管发生冲击破口海水进入换热管内部时，换热管内部压力增大，堵块在压力增大作用下向撑座移动，堵块移动至与撑座贴合以将流道封堵，实现换热管的自动封堵，避免海水混入管侧工质，有效保证了换热系统的正常运行，保障了船舶和船员的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的自封堵共形冷却器结构示意图；
图2是本发明提供的自封堵共形冷却器的单侧自动封堵结构示意图；
图3是图2中自动封堵结构A-A截面图；
图4是本发明提供的自封堵共形冷却器正常状态图；
图5是本发明提供的自封堵共形冷却器破口状态图；
图6是本发明提供的安装有自封堵共形冷却器的船体正视图；
图7是本发明提供的安装有自封堵共形冷却器的船体侧视图；
附图标记：
1：换热管； 2：自动封堵结构； 201：套环；
202：撑座； 203：堵块； 204：弹性连接件；
205：通孔； 3：管板； 4：集水室；
5：气囊缓冲器； 6：支撑结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。
如图1-图7所示，本发明实施例提供一种自封堵共形冷却器，该冷却器安装在船体外部，主要包括换热管1，换热管1的两端设有管板3，两端的管板3分别对应连接集水室4，换热管1两端连通两个集水室4，集水室4连通船体内部的其他换热部件，形成船舶换热系统。换热管1位于船体外部与海水接触，实现换热作用。
本实施例中，如图1所示，在换热管1内部两端靠近管板3位置处设有自动封堵结构2，具体的，每个换热管1内部可设置两个自动封堵结构2，两个单侧的自动封堵结构2成对布置，以实现换热管1内部中段与两侧的连通及封堵。
具体的，如图2所示，自动封堵结构2包括撑座202和堵块203，撑座202绕设于换热管1内壁，撑座202中部通空形成流道，用于流体介质流动。堵块203设置在撑座202中部通空的流道位置处，相当于堵块203与撑座202之间留有间隙，该间隙形成换热工质流动的流道。堵块203通过弹性连接件204弹性连接在撑座202上，弹性连接件204对堵块203起到一定的支撑作用，能够保证堵块203在介质流动的正常压力下保持静置不动，从而保证堵块203与撑座202之间的流道一致，保证了流道的正常空间。同时，弹性连接件204也使得堵块203能够活动，在换热管1破损，海水进入换热管1内部时，换热管1内部水压增大，堵块203受流体冲击沿流体流动的方向上产生移动，当堵块203移动至与撑座202接触时，堵块203与撑座202之间的流道被封堵，从而实现了换热管1内部的自动封堵，防止海水通过破口混入内部循环工质。
值得一提的是，本实施例中，堵块203具有相邻于撑座202的第一表面，撑座202相邻于堵块203的一侧具有第二表面，第一表面与第二表面相对应，且第一表面与第二表面之间即为上述的流道。在堵块203与撑座202接触状态下，第一表面和第二表面贴合，从而对流道进行了封堵。需要进一步说明的是，第一表面与第二表面相对应，即为第一表面与第二表面具有相同的倾斜角度，且其形状一致，以使第一表面与第二表面能够达到贴合密封的作用。或者可以理解为，第一表面与第二表面沿流体流动的方向上，其表面切线是相互平行的，保证两者可以贴合。
进一步地，可以将堵块203设置为回转体，例如圆柱体结构，圆柱体的轴向与换热管1轴向重合一致，第一表面为该回转体的第一弧面，第二表面为与该回转体的第一弧面相对应的第二弧面，通过移动回转体，第一弧面与撑座202的第二弧面完全接触，从而实现对流道的封堵。
优选的，可以沿换热管1的轴线方向，将回转体设置呈从一端到另一端逐渐增大地形状，例如设置呈圆台形，第一表面为该圆台形的侧面，第二表面为与该圆台形的侧面相对应的弧面，通过移动圆台形，其侧面与撑座202的弧面完全接触，从而实现对流道的封堵。
更进一步地，本实施例中将堵块203设置为锥形回转体，该锥形回转体沿换热管1轴向的两侧呈镜像对称，且一体成型，锥形回转体优选采用弹性材料制成。如图2和图3所示，锥形回转体的锥面为第一表面，撑座202的第二表面与锥形回转体的锥面相对应。需要注意的是，在换热管1的轴向上，撑座202的第二表面与锥形回转体的锥面必须有一段是对应一致的，这样在堵块203移动后便能够与撑座202贴合，实现封堵作用。
当然，堵块203的形状并不限于是锥形回转体，只要堵块203与撑座202接触位置的形状倾斜角度一致，能够贴合一致即可。所以，也可以将堵块203设置成棱锥状，此时，锥面为平面，撑座202对应的待接触面也为平面，只要堵块203的棱锥面与撑座202的待接触面平行一致，便能达到贴合效果，从而实现对流道的封堵作用。
进一步地，如图3所示，堵块203的两侧锥面设有沿堵块203轴向贯穿的通孔205，通孔205设有多个，多个通孔205环形阵列设于所述堵块203上。通孔205可以实现换热管1两侧的流通，减弱堵块203的截流效应。换热管1内部循环工质可通过撑座202和堵块203之间的流道以及通孔205流动，且阻力较小，使得自动封堵结构2不会产生较大功率损耗。
需要注意的是，通孔205的位置与第二表面是相对应的，即通孔205的端口正对于撑座202上的第二表面上，这样，在堵块203与撑座202接触时，第一表面与第二表面贴合，第二表面则将通孔205堵住，在封堵状态下，使通孔205封闭，保证换热管1被自动封堵结构2完全封堵。
本实施例中的弹性连接件204可以是橡胶连接件、弹性撑杆等弹性支撑结构，弹性连接件204对称设于堵块203的两侧，且多个弹性连接件204绕设于堵块203的周向上。如图4和图5所示，在正常工质流动状态下，弹性连接件204能够支撑堵块203与撑座202之间的位置状态，保证流道的导流效果。当换热管1内压力增大时，堵块203移动，两侧的弹性连接件204一边收缩，一边拉伸，配合堵块203的移动。其中，处于上游的拉伸状态的弹性连接件204可以在管内压力减少时回弹，将堵块203拉回原位，恢复到正常的工作状态；该上游的弹性连接件204也可以是一次性的，在拉伸时可以断裂，使堵块203完全的与撑座202接触。
本实施例中，自动封堵结构2中的撑座202与换热管1内壁之间还设有套环201，撑座202固定在套环201上，保证了自动封堵结构2的安装稳定性，同时也便于对自动封堵结构2进行拆卸。
如图6和图7所示，本实施例的自封堵共形冷却器安装在船体的两侧，具体的，换热管1两侧的两个集水室4通过气囊缓冲器5弹性安装在船体支撑结构6上，减弱外部冲击对换热管1的机械破坏作用，进一步降低换热管1破损概率。
本发明实施例还提供一种船体，该船体外部两侧设有如上所述的自封堵共形冷却器，能够在换热管1受到冲击破损，海水进入换热管1内部时，自动封堵结构2能够自动对换热管1进行封堵，防止海水通过破口混入内部循环工质。
本发明提供的自封堵共形冷却器及船体，通过在换热管1内部两端设有成对布置的自动封堵结构2，该内嵌式自动封堵结构2，在堵块203与撑座202之间形成换热工质的流道，当换热管1发生冲击破口海水进入换热管1内部时，换热管1内部压力增大，堵块203在压力增大作用下向撑座202移动，堵块203移动至与撑座202贴合以将流道封堵，实现换热管1的自动封堵，避免海水混入管侧工质，有效保证了换热系统的正常运行，保障了船舶和船员的安全。
通过将堵块203设计为双侧锥形回转体，同时在堵块203圆周设置环形布置的通孔205，减弱自动封堵结构2在正常工作下产生的流通阻力；通过在集水室4两侧设置气囊缓冲器5，将集水室4弹性安装在船体支撑结构上，可以对外部冲击作用进行缓冲，减弱外部冲击对换热管1的机械破坏作用，进一步降低换热管1破损概率，提高了换热器使用寿命。
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)

1.一种自封堵共形冷却器，其特征在于，包括换热管(1)，所述换热管(1)内的轴向两端分别设有自动封堵结构(2)；
所述自动封堵结构(2)包括撑座(202)和堵块(203)，所述撑座(202)绕设于所述换热管(1)内壁，所述撑座(202)开设有流道，所述堵块(203)设于所述流道内并通过弹性连接件(204)与所述撑座(202)连接，所述堵块(203)在受力增大的状态下移动至与所述撑座(202)接触以将所述流道的一端封堵。
2.根据权利要求1所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，所述堵块(203)具有相邻于所述撑座(202)的第一表面，所述撑座(202)具有对应于所述第一表面的第二表面，在所述堵块(203)与所述撑座(202)接触状态下，所述第一表面和所述第二表面贴合。
3.根据权利要求2所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，所述堵块(203)为回转体，所述第一表面为所述回转体的第一弧面，所述第二表面为与所述回转体的第一弧面相对应的第二弧面。
4.根据权利要求3所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，沿所述换热管(1)的轴线方向，所述回转体从一端到另一端逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，所述堵块(203)为锥形回转体，所述第一表面为所述锥形回转体的第一锥面，所述第二表面为与所述锥形回转体的第一锥面相对应的第二锥面。
6.根据权利要求3所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，沿所述换热管(1)的轴线方向，所述堵块(203)包括两个呈镜像对称的锥形回转体，两个所述锥形回转体一体成型。
7.根据权利要求2-6任一项所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，所述堵块(203)的轴向设有贯穿的多个通孔(205)，多个所述通孔(205)呈环形阵列设于所述堵块(203)上，且多个所述通孔(205)与所述第二表面相对应。
8.根据权利要求1-6任一项所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，所述自动封堵结构(2)还包括套环(201)，所述套环(201)设于所述撑座(202)与所述换热管(1)内壁之间，所述弹性连接件(204)对称设于所述堵块(203)的两侧，且多个所述弹性撑杆(204)绕设于所述堵块(203)的周向上。
9.根据权利要求1-6任一项所述的自封堵共形冷却器，其特征在于，还包括设于所述换热管(1)两侧的集水室(4)，所述换热管(1)与所述集水室(4)之间设有管板(3)，所述集水室(4)两侧通过气囊缓冲器(5)弹性安装在船体支撑结构(6)上。
10.一种船体，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的自封堵共形冷却器，所述自封堵共形冷却器对称设于所述船体的外部两侧。
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