CN117249705B - 一种lng船用高稳定性板翅式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，属于板翅式换热器技术领域，其主要包括换热罩、集风罩，换热罩中心轴线上设置有中置轴，中置轴上设置可绕轴转动的换热组件，集风罩内设置有转动轴和叶轮盘，风可通过叶轮盘带动转动轴转动；转动轴与换热组件传动连接，转动轴转动时可带动换热组件绕换热罩轴线转动。换热组件内进行冷热流体的换热；本发明在中置轴上设置环形连通腔和轴心通口，以使冷热流体在换热罩内形成连续的流道。LNG船行驶过程中，风力作用叶轮转动再传动组件带动换热板进行转动，使得处在换热板内的液体在离心力驱动下进行输送，离心力的驱动下会降低船舶行驶中海浪惯性对液体的影响，降低影响，保证换热效率。

Description

一种LNG船用高稳定性板翅式换热器

技术领域

本发明涉及板翅式换热器技术领域，尤其涉及一种LNG船用高稳定性板翅式换热器。

背景技术

LNG船又称液化天然气船，是一种设计用来运送液化天然气的液货船，板翅式换热器是用于LNG船上常用的换热器；板翅式换热器通常由隔板、翅片、封条、导流片组成，在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心，翅片是铝板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传热来完成，翅片的主要作用是扩大传热面积。

船用的板翅式换热器在进行使用时，其冷却液的动力来源于初始的动力，船舶在海上进行行驶时，在海上进行行驶中船舶本身提速降速造成的惯性，和海浪造成船舶晃动造成的惯性均会对换热板内的液体的流动造成干扰，位于船上的板翅式换热器会由于惯性的作用下出现内部的冷却液缓斥，造成冷却液流动受阻，这种情况下会严重影响换热器的换热效率，现有常用的解决方式是，通过加大冷却液和溶液的初始动力，这虽能提高换热流速，但是会减少接触时间，减少换热时间，影响换热效果，为此现提出一种LNG船用高稳定性板翅式换热器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在船身出现晃动时，位于船上的板翅式换热器会由于惯性的作用下出现内部的冷却液缓斥，造成冷却液流动受阻，这种情况下会严重影响换热器的换热效率的问题，而提出的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，能通过行驶过程中船舶产生的动力利用风力带动叶轮盘进行转动，叶轮转动进而通过传动组件带动驱动环转动，使得设置在驱动环内的换热板进行转动，使得处在换热板内的液体在离心力驱动下进行输送，离心力的驱动会降低船舶行驶中海浪惯性对换热板内的液体的影响，保证换热效率。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供了一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，包括安装座，所述安装座通过其上设置的缓冲支座连接有换热罩，所述换热罩左右两端开孔且在两端均设置有支撑端板，换热罩的中心轴线上设置有中置轴，中置轴两端连接在换热罩两侧的支撑端板上，所述中置轴外侧壁沿轴线方向均匀设置有N个换热组件，所述中置轴内靠近外壁处沿轴线方向设置有N+1级环形连通腔，且中置轴两端的第一级环形连通腔和第N+1级环形连通腔上均设置有换热连接环；所述中置轴内部中心处沿轴线方向等距离开设有N-1级轴心通口；中置轴两端中心处开设有轴心通道，轴心通道均外接有冷却外接管；

所述换热罩一端设置有集风罩，集风罩远离换热罩的一端开设有开口供海风进入；所述集风罩内壁通过环形支撑件设置有转动轴，所述转动轴可转动且其端部固定设置有叶轮盘，所述转动轴通过传动组件与所述换热组件传动连接。

优选的，所述N个换热组件结构完全相同，均包括转动设置在中置轴外侧壁上的转动连接环，所述转动连接环上设置有两个相互紧密接触的换热板，两个换热板另一端通过连接块固定连接有驱动环，所述驱动环内壁转动连接有密封转环，所述密封转环通过风力散热管与中置轴固定连接。

优选的，所述两个相互紧密接触的换热板分别为第一换热板和第二换热板，第一换热板和第二换热板结构相同，在其内壁开设有换热腔，所述换热腔内呈对称设置有斜楞导流条，位于相邻的两个斜楞导流条之间的所述换热板侧壁开设有风冷换热管，其中，第一换热板的换热腔与环形连通腔连通用于流通换热液体，第二换热板的换热腔与轴心通口连通用于流通冷却液。

优选的，每个环形连通腔均与多个风力散热管连接，第二级环形连通腔至第N级环形连通腔均与各自所在位置的换热组件的第一换热板的换热腔通过开设在转动连接环内的热连通口连通，所述驱动环内开设有外环腔，所述外环腔与第一换热板的换热腔连通，且外环腔另一端通过开设在密封转环上的接口与风力散热管连通；换热液体依次通过换热连接环、第一级环形连通腔、风力散热管、外环腔、第一换热板、下一级环形连通腔实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环流出。

优选的，所述中置轴内等距离开设有N-1级轴心通口，所述轴心通口两端分别开设有径向贯穿中置轴的入口和出口，所述入口与第二换热板的换热腔连通，所述第二换热板远离第一换热板的一侧设置有与第二换热板的换热腔相连通的回流管，所述回流管另一端与前一级轴心通口的出口连通；

中置轴右端的轴心通道开设有径向贯穿中置轴的出口，中置轴左端的轴心通道开设有径向贯穿中置轴的入口。

优选的，所述传动组件包括传动轴，所述传动轴与中置轴平行设置，传动轴由支撑端板进行支撑固定，且其朝向集风罩的一端伸出支撑端板外；所述传动轴位于换热罩内部的部分的外壁上沿轴线方向设置有N个传动齿轮，所述驱动环外侧壁设置有与所述传动齿轮啮合连接的环形齿槽，所述传动轴伸出换热罩的一端的外侧壁连接有啮合齿轮，所述转动轴上设置有驱动齿轮，驱动齿轮与啮合齿轮直接或间接啮合传动，从而使所述转动轴与所述传动轴形成传动连接。

优选的，所述支撑端板上密布开设有散热孔，所述缓冲支座底部设置有多个减震器，所述减震器设置在安装座上表面。

另一方面，本发明还提供了一种基于所述板翅式换热器的换热方法：将集风罩的开口朝向船舶行驶方向，船舶行驶中，行驶驱动力会使得风力通过集风罩进入到换热器内，设置在集风罩内的叶轮盘会在风力的作用下进行转动，叶轮盘的转动会带动转动轴转动，并使得与之传动连接的传动轴进行旋转；

在传动轴进行转动时，其上的传动齿轮带动相互啮合连接的驱动环进行转动，驱动环带动与之连接的换热组件进行绕中置轴的转动；

在换热组件的转动过程中，处在两个换热板内的液体被离心作用向外进行驱动，离心力的驱动下会降低船舶行驶中海浪惯性对液体的影响，避免出现液体在形式中无法预测的惯性作用下造成缓流的情况发生；

换热液体依次通过换热连接环、第一级环形连通腔、风力散热管、外环腔、第一换热板、下一级环形连通腔实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环流出；冷却液依次通过冷却外接管、轴心通道、回流管、第二换热板、第一级轴心通口、回流管、第二换热板、下一级轴心通口实现流动，并最终从中置轴另一端的轴心通道经冷却外接管流出，在此过程中换热液体在换热组件内与冷却液进行有效地换热，并且在风力散热管处的换热液体与集风罩吸入的海风进行充分接触，实现风力散热。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明通过行驶过程中船舶产生的动力利用风力带动叶轮盘进行转动，叶轮转动进而通过传动组件带动驱动环转动，使得设置在驱动环内的换热板进行转动，使得处在换热板内的液体在离心力驱动下进行输送，离心力的驱动会降低船舶行驶中海浪惯性对换热板内的液体的影响，保证换热效率。

2、本方案通过冷却液在换热板内进行液液换热。同时，在冷却液回流的过程中通过风力散热管与风力的接触，实现气液之间的换热，从而显著的提高散热效果，提高换热效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器的立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器的主体截面结构示意图；

图3为图2中A处的放大结构示意图；

图4为图2中B处的放大结构示意图；

图5为本发明提出的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器中换热板的结构示意图；

图6为本发明提出的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器中换热组件的结构示意图；

图7为图6中C处的放大结构示意图。

图中：1、安装座；2、缓冲支座；3、减震器；4、换热罩；5、支撑端板；6、中置轴；7、换热连接环；8、轴心通道；9、冷却外接管；10、集风罩；11、转动轴；12、叶轮盘；13、转动连接环；14、换热板；15、连接块；16、驱动环；17、密封转环；18、风力散热管；19、斜楞导流条；20、风冷换热管；21、环形连通腔；22、热连通口；23、外环腔；24、轴心通口；25、入口；26、出口；27、回流管；28、传动轴；29、传动齿轮；30、啮合齿轮；31、驱动齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

实施例

参照图1-7，本实施例提供了一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，包括安装座1，安装座1通过设置在其上表面的缓冲支座2连接有换热罩4，换热罩4呈空心圆柱形，其左右两端开口，换热罩4左右两端均设置有支撑端板5。进一步地，支撑端板5上密布开设有散热孔，风可从换热罩一端进入，从另一端流出。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，缓冲支座2底部设置有多个减震器3，所述缓冲支座2底部通过减震器3设置在安装座1上表面，在本发明的一个实施例中，所述减震器3有四个，均匀分布在缓冲支座2底部的四个角上。

如图2-5所示，换热罩4的中心轴线上设置有中置轴6，中置轴6固定安装不进行转动。具体的，中置轴6两端连接在换热罩两侧的支撑端板5上，中置轴6外侧壁均匀设置有N个换热组件，N≥1，优选的，N大于等于10；换热组件包括转动设置在中置轴6外侧壁上的转动连接环13，转动连接环13上设置有两个相互紧密接触的换热板14，两个相互紧密接触的换热板14分别为第一换热板和第二换热板，第一换热板和第二换热板结构相同，两个相互紧密接触的换热板14内，一个通换热液体，另一个通冷却液，从而实现换热液体与冷却液的热交换。换热板14另一端通过连接块15固定连接有驱动环16，驱动环16内壁转动连接有密封转环17，密封转环17通过风力散热管18与中置轴6固定连接。

其中需要说明的是，换热组件沿中置轴的轴向呈交错螺旋状态设置在中置轴6上，能确保不影响风冷的效果。

值得注意的是，在海上进行行驶中船舶本身提速降速造成的惯性，和海浪造成船舶晃动造成的惯性均会对换热板14内的液体的流动造成干扰，并且干扰具有方向的不确定性，在本方案中通过换热板14转动而产生的离心力来干预液体的流动，从而通过离心力来降低惯性造成的流动的影响。

如图6所示，进一步地，换热板14内壁开设有换热腔，换热腔内呈对称设置有斜楞导流条19，位于相邻的两个斜楞导流条19之间的换热板14侧壁上开设有风冷换热管20。

需要说明的是，风冷换热管20为S型管，从而能提高其与风力的接触面积，通过风力对风冷换热管20内的液体进行有效降温。

如图3所示，进一步地，内靠近外壁处沿轴线方向设置有N+1级环形连通腔21，且中置轴6两端的第一级环形连通腔和第N+1级环形连通腔上均设置有换热连接环7；每个环形连通腔21均一端与多个风力散热管18连接，第二级环形连通腔至第N级环形连通腔均与各自所在位置的换热组件的第一换热板的换热腔另一端通过开设在转动连接环13内的热连通口22与换热腔连接连通，所述驱动环16内开设有外环腔23，所述外环腔23与第一换热板的换热腔连通，且外环腔23另一端通过开设在密封转环17上的接口与风力散热管18连接连通；换热液体依次通过换热连接环7、第一级环形连通腔21、风力散热管18、外环腔23、第一换热板14、下一级环形连通腔21实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环7流出。

如图3所示，进一步地，中置轴6内部中心处沿轴线方向等距离开设有N-1级轴心通口24；中置轴6两端中心处开设有轴心通道8，轴心通道8均外接有冷却外接管9；中置轴6内等距离开设有多个N-1级轴心通口24，所述轴心通口24两端分别开设有径向贯穿中置轴6的入口25和出口26，所述入口25出口26与另一个第二换热板的换热腔连通，所述第二换热板远离第一换热板的14一侧设置有与第二换热板的换热腔相连通的回流管27，所述回流管27另一端与前一级轴心通口的出口26入口25连通；中置轴6右端的轴心通道8开设有径向贯穿中置轴6的出口26，中置轴6左端的轴心通道8开设有径向贯穿中置轴6的入口25。

支撑端板5的设置不影响其风力的流通，其中与轴心通道8连接的冷却外接管9贯穿支撑端板5向外延伸，进行外接冷却泵。

值得注意的是：换热液体依次通过换热连接环7、第一级环形连通腔21、风力散热管18、外环腔23、第一换热板14、下一级环形连通腔21实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环7流出；冷却液依次通过冷却外接管9、轴心通道8、回流管27、第二换热板14、第一级轴心通口、回流管27、第二换热板14、下一级轴心通口实现流动，并最终从中置轴另一端的轴心通道8经冷却外接管9流出。

如图1所示，换热罩4右端设置有集风罩10，集风罩10为左右开孔结构，左端与换热罩4相连，右端开孔供空气进入，集风罩10内壁通过环形支撑件连接有转动轴11，其中环形支撑件为镂空设置，不影响风力的输送，转动轴11可转动，转动轴11端部设置有叶轮盘12，转动轴11通过传动组件与换热组件连接。

其中船舶行驶过程中，行驶驱动力会使得风力通过集风罩10进入到换热器内，设置在集风罩10处的叶轮盘12会在风力的作用下进行转动，从而通过转动轴11、传动组件将转动传递给换热组件。

如图2所示，进一步地，传动组件包括两端转动设置在两个支撑端板5上的传动轴28，传动轴28外侧壁设置有多个传动齿轮29，驱动环16外侧壁设置有与传动齿轮29啮合连接的环形齿槽，传动轴28伸出换热罩4的一端外侧壁连接有啮合齿轮30，转动轴11上设置有与驱动齿轮31，驱动齿轮31与啮合齿轮30通过其间设置的中间齿轮进行啮合传动。

本发明在进行换热散热使用时，换热液体依次通过换热连接环7、第一级环形连通腔21、风力散热管18、外环腔23、第一换热板14、下一级环形连通腔21实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环7流出；冷却液依次通过冷却外接管9、轴心通道8、回流管27、第二换热板14、第一级轴心通口、回流管27、第二换热板14、下一级轴心通口实现流动，并最终从中置轴另一端的轴心通道8经冷却外接管9流出，在此过程中换热液体在换热组件内与冷却液进行有效地换热，并且在风力散热管18处的换热液体与集风罩10吸入的海风进行充分接触，实现风力散热。。

船舶行驶中，行驶驱动力会使得风力通过集风罩10进入到换热器内，设置在集风罩10处的叶轮盘12会在风力的作用下进行转动，在转动过程中，会带动与之通过驱动齿轮31和啮合齿轮30连接的传动轴28进行旋转，在传动轴28进行转动时，会使得与其上的传动齿轮29啮合连接的驱动环16进行转动，从而带动与之连接的换热板14绕中置轴6进行转动，在转动的过程中，会使得处在换热板14内的液体被离心作用向外进行驱动，离心力的驱动下会降低船舶行驶中海浪惯性对液体的影响，降低影响，避免出现液体在形式中无法预测的惯性作用下造成缓流的情况发生。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，包括安装座（1），其特征在于，所述安装座（1）通过其上设置的缓冲支座（2）连接有换热罩（4），所述换热罩（4）左右两端开孔且在两端均设置有支撑端板（5），换热罩（4）的中心轴线上设置有中置轴（6），中置轴（6）两端连接在换热罩两侧的支撑端板（5）上，所述中置轴（6）外侧壁沿轴线方向均匀设置有N个换热组件，所述中置轴（6）内靠近外壁处沿轴线方向设置有N+1级环形连通腔（21），且中置轴（6）两端的第一级环形连通腔和第N+1级环形连通腔上均设置有换热连接环（7）；所述中置轴（6）内部中心处沿轴线方向等距离开设有N-1级轴心通口（24）；中置轴（6）两端中心处开设有轴心通道（8），轴心通道（8）均外接有冷却外接管（9）；

所述换热罩（4）一端设置有集风罩（10），集风罩（10）远离换热罩（4）的一端开设有开口供海风进入；所述集风罩（10）内壁通过环形支撑件设置有转动轴（11），所述转动轴（11）可转动且其端部固定设置有叶轮盘（12），所述转动轴（11）通过传动组件与所述换热组件传动连接；

所述N个换热组件结构完全相同，均包括转动设置在中置轴（6）外侧壁上的转动连接环（13），所述转动连接环（13）上设置有两个相互紧密接触的换热板（14），两个换热板（14）另一端通过连接块（15）固定连接有驱动环（16），所述驱动环（16）内壁转动连接有密封转环（17），所述密封转环（17）通过风力散热管（18）与中置轴（6）固定连接；

每个环形连通腔（21）均与多个风力散热管（18）连接，第二级环形连通腔至第N级环形连通腔均与各自所在位置的换热组件的第一换热板的换热腔通过开设在转动连接环（13）内的热连通口（22）连通，所述驱动环（16）内开设有外环腔（23），所述外环腔（23）与第一换热板的换热腔连通，且外环腔（23）另一端通过开设在密封转环（17）上的接口与风力散热管（18）连通；换热液体依次通过换热连接环（7）、第一级环形连通腔（21）、风力散热管（18）、外环腔（23）、第一换热板、下一级环形连通腔（21）实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环（7）流出；

所述中置轴（6）内等距离开设有N-1级轴心通口（24），所述轴心通口（24）两端分别开设有径向贯穿中置轴（6）的入口（25）和出口（26），所述入口（25）与第二换热板的换热腔连通，所述第二换热板远离第一换热板的一侧设置有与第二换热板的换热腔相连通的回流管（27），所述回流管（27）另一端与前一级轴心通口的出口（26）连通；

中置轴（6）右端的轴心通道（8）开设有径向贯穿中置轴（6）的出口（26），中置轴（6）左端的轴心通道（8）开设有径向贯穿中置轴（6）的入口（25）。

2.根据权利要求1所述的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，其特征在于，所述两个相互紧密接触的换热板（14）分别为第一换热板和第二换热板，第一换热板和第二换热板结构相同，在其内壁开设有换热腔，所述换热腔内呈对称设置有斜楞导流条（19），位于相邻的两个斜楞导流条（19）之间的所述换热板（14）侧壁开设有风冷换热管（20），其中，第一换热板的换热腔与环形连通腔（21）连通用于流通换热液体，第二换热板的换热腔与轴心通口（24）连通用于流通冷却液。

3.根据权利要求1所述的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，其特征在于，所述传动组件包括传动轴（28），所述传动轴（28）与中置轴（6）平行设置，传动轴（28）由支撑端板进行支撑固定，且其朝向集风罩（10）的一端伸出支撑端板外；所述传动轴（28）位于换热罩内部的部分的外壁上沿轴线方向设置有N个传动齿轮（29），所述驱动环（16）外侧壁设置有与所述传动齿轮（29）啮合连接的环形齿槽，所述传动轴（28）伸出换热罩的一端的外侧壁连接有啮合齿轮（30），所述转动轴（11）上设置有驱动齿轮（31），驱动齿轮（31）与啮合齿轮（30）直接或间接啮合传动，从而使所述转动轴（11）与所述传动轴（28）形成传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种LNG船用高稳定性板翅式换热器，其特征在于，所述支撑端板（5）上密布开设有散热孔，所述缓冲支座（2）底部设置有多个减震器（3），所述减震器（3）设置在安装座（1）上表面。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述板翅式换热器的换热方法，其特征在于：

将集风罩的开口朝向船舶行驶方向，船舶行驶中，行驶驱动力会使得风力通过集风罩进入到换热器内，设置在集风罩内的叶轮盘会在风力的作用下进行转动，叶轮盘的转动会带动转动轴（11）转动，并使得与之传动连接的传动轴（28）进行旋转；

在传动轴（28）进行转动时，其上的传动齿轮（29）带动相互啮合连接的驱动环（16）进行转动，驱动环（16）带动与之连接的换热组件进行绕中置轴的转动；

在换热组件的转动过程中，处在两个换热板内的液体被离心作用向外进行驱动，离心力的驱动下会降低船舶行驶中海浪惯性对液体的影响，避免出现液体在形式中无法预测的惯性作用下造成缓流的情况发生；

换热液体依次通过换热连接环（7）、第一级环形连通腔（21）、风力散热管（18）、外环腔（23）、第一换热板、下一级环形连通腔（21）实现流动，并最终从第N+1级环形连通腔经换热连接环（7）流出；冷却液依次通过冷却外接管（9）、轴心通道（8）、回流管（27）、第二换热板、第一级轴心通口、回流管（27）、第二换热板、下一级轴心通口实现流动，并最终从中置轴另一端的轴心通道（8）经冷却外接管（9）流出，在此过程中换热液体在换热组件内与冷却液进行有效地换热，并且在风力散热管（18）处的换热液体与集风罩（10）吸入的海风进行充分接触，实现风力散热。