CN212361571U - 一种单元式风冷超导热管冷油器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单元式风冷超导热管冷油器，设置密封隔离的风冷单元和油冷单元，热传导连接风冷单元和油冷单元设置半螺旋管型超导热管；半螺旋管型超导热管沿轴向依次密封接设液体介质换热段和空气介质换热段；所述的液体介质换热段至少为螺旋管式结构，且液体介质换热段浸入油冷单元内；所述的空气介质换热段至少为带有翅片的管式结构，且空气介质换热段浸入风冷单元内。本实用新型的单元式风冷超导管冷油器，使动力旋转机械机组的轴承箱润滑油系统得到简化、运营高效、节能；并可采用单元式设计为各类不同负荷下的灵活组合形式，适应冷却油量范围进一步扩大，可标准化制造，提高产品性能质量。

Description

一种单元式风冷超导热管冷油器

技术领域

本实用新型属于工业旋转机械类(工业透平机组、汽轮机组等)轴承润滑油冷却换热领域，还属于工业系统流程优化及节能运营领域，具体涉及一种单元式风冷超导热管冷油器，涉及超导热管的应用。

背景技术

轴承润滑油冷却系统专业设计为油箱+射油泵+冷油器+过滤器为主的系统，其一般布置在透平机组轴承箱的低位位置，根据机组大小可能要低于轴承箱4-9m，射油泵运营中需要克服冷油器的阻力，增加了耗电量，而润滑油通过射油泵作用于轴承发挥润滑、冷却等作用之后，无压自流回到低位油箱，重力势能没有被利用，使射油泵的扬程增大，并在这里释放，该系统一般为常年连续运营可达8000h，一方面射油泵需要克服冷油器的流阻增大电耗，另一方面刚刚从轴承箱流出的较高温润滑油进入油箱混合后，温度有所降低，对后面的冷油器换热不利，还有轴承箱回油的高位差重力势能未有效利用，从这三方面分析，原系统有油路系统管路复杂、冷却传热不够合理、运营耗电多等不足之处，随着工业系统运营节能意识的增大，精细化管理运营的要求提出来，通过使工业系统优化、采用先进换热技术手段等方式，改进现状润滑油冷却器的设计，使系统简捷、节能、单元式组合，体现运营技术优势更加容易实现。

工业动力系统中，机械功率在0.5MW—50MW范围内的各类气体压缩机、离心风机、汽轮发电机组、汽轮拖动机组、高炉余压透平(TRT)机组等均有轴承箱总成单元，其需要配置润滑油系统，传统的润滑油系统采用低位油箱+射油泵+冷油泵+滤油器等组成，冷油器一般均设在射油泵后面，增大了射油泵的扬程，而自流回来的润滑油重力势能未被利用，造成系统能耗较大的弊端。

一般的润滑油在冷油器内通过循环水冷却，循环水在冷却塔内要通过风冷降温再回来形成循环，本设计直接采用风冷方式，同步减少了循环水的循环耗电损失和循环水管路成本，进一步实现节能运营。

工业系统优化设计、节能增效、运营降本等需要，受到国际政策支持和鼓励，也是生产运营企业的期望，新型高效传热元件的灵活多样应用，也得到运营一线工程技术人员得重视。

高效超导热管原件能够灵活多样的形式，以极低的油侧流阻设计形式，充分利用了轴承箱回油势能压头和回油较高温度的特点，及时把热量导出油路系统以外，减少的后面油箱内的气化时间和温度，并减小射油泵的扬程，节约长期运营耗电，降低系统运行成本。为此本领域技术人员提出了一种单元式风冷超导管冷油器，以解决上述背景中提出的节能增效问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种单元式风冷超导管冷油器，使动力旋转机械机组的轴承箱润滑油系统得到简化、运营高效；并可采用单元式设计为各类不同负荷下的灵活组合形式，适应于范围进一步扩大，可标准化制造，提高产品性能质量。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种单元式风冷超导热管冷油器，设置密封隔离的风冷单元和油冷单元，热传导连接风冷单元和油冷单元设置半螺旋管型超导热管；半螺旋管型超导热管沿轴向依次密封接设液体介质换热段和空气介质换热段；

所述的液体介质换热段至少为螺旋管式结构，且液体介质换热段浸入油冷单元内；

所述的空气介质换热段至少为带有翅片的管式结构，且空气介质换热段浸入风冷单元内。

可选的，所述的液体介质换热段至少设置螺旋换热管，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。

可选的，所述螺旋换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。

可选的，所述的螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍。

可选的，所述的空气介质换热段的翅化比＝6～10。

可选的，所述的空气介质换热段为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。

可选的，所述的螺旋管式结构为表面光滑的管体螺旋变形后形成或表面带有螺纹的管体螺旋变形后形成。

可选的，所述的密封接设通过轴向套设的密封套垫和压紧盖实现。

可选的，所述的风冷单元至少设置冷却风管，空气介质换热段浸入冷却风管内；所述的油冷单元至少设置油箱，液体介质换热段浸入油箱内；多个半螺旋管型超导热管实现冷却风管和油箱之间热传导。

可选的，在所述油箱一侧的顶端设置进油口和第一温度传感器；在所述油箱另一侧的顶端设置出油口和第二温度传感器。

与现有工业润滑油冷却系统相比较，本实用新型的有益效果是：

实现轴承箱润滑油高位重力势能有效利用，直接冷却，减少射油泵扬程，也减少原有系统的循环水耗能，使冷油器既可以与轴承箱配套一体化设计供货，对于小型供油系统可直接省去供油箱，也可以与供油箱一体化设计供货，减小射油泵扬程，节省运营耗电，还可以多单元灵活组合解决较大负荷下冷油需要，而单元化设计使超导热管规格种类大幅减少，实现通用化、标准化，增大互换性，降低生产成本，且实现运营管理简便等功能，保证润滑油系统的可靠、稳定、节能运行，最大程度回收系统余能，值得推广。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本实用新型的第一种单元式风冷超导管冷油器结构示意图；

图2为图1的密封连接处的结构放大图；

图3为本实用新型的第二种单元式风冷超导管冷油器结构示意图；

图4为本实用新型的单元式风冷超导管冷油器中使用的半螺旋管型超导热管结构示意图；

图5为图4的尺寸图；

图中各标号表示为：a-风冷单元、a1-冷却风管、a2-排风机、a3-排风管；

b-半螺旋管型超导热管、b1-液体介质换热段、b11-螺旋换热管、b12-连接过渡管、b2-空气介质换热段、b21-翅片、b22-换热管本体、b3-密封套垫、b4-压紧盖；

c-油冷单元、c1-密封法兰、c2-安装螺栓、c3-油箱盖板垫、c4-油箱盖板；

c’1-出油口、c’2-第一温度传感器、c’3-进油口、c’4-第二温度传感器、c’5- 排油口；

L1-液体介质换热段长度、L2-空气介质换热段长度、H-螺旋换热管管长、h-螺旋间距、D-螺旋换热管直径、α-螺旋升角、φ-螺旋换热管管体直径。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中所说的“轴向”指的是中间轴总成或二轴总成所在的轴向，本公开中所说的“上”、“下”、“左”、“右”均以图中的方位为准，“顶”、“底”、“侧”均为图片中的上为“顶”，“下”为“底”，周边为“侧”，如无特殊说明，上述规定适用本公开的所有内容。

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

结合图1-3，本公开的单元式风冷超导热管冷油器，设置密封隔离的风冷单元a和油冷单元c，热传导连接风冷单元a和油冷单元c设置半螺旋管型超导热管b；半螺旋管型超导热管b沿轴向依次密封接设液体介质换热段b1和空气介质换热段b2；液体介质换热段b1至少为螺旋管式结构，且液体介质换热段b1浸入油冷单元c内；空气介质换热段b2至少为带有翅片b21的管式结构，且空气介质换热段b2浸入风冷单元a内。该冷油器可直接布置于轴承箱的润滑油出口下端，依靠轴承箱在高位空间布置的特点，利用自然回流动力，减小供油系统射油泵的电耗，形成冷油器前置式供油系统；通过超导热管将轴承箱出来的较高温度润滑油(约60℃)在流入油箱之前进行一过式降温冷却，减少润滑油在高温阶段的停留时间，提高润滑有效质量的使用时间；超导热管设计为螺旋管型式，并可以根据冷却负荷的大小，设计采用不同管径制成螺旋直径不等装配成内外2层或者3层的超导热管传热元件组，实现在有效的空间内装配传热面积最大。

结合图4和5，本实用新型的半螺旋管型超导热管，沿轴向依次密封接设液体介质换热段1和空气介质换热段2；液体介质换热段1至少为螺旋管式结构；空气介质换热段2至少为带有翅片21的管式结构。本实用新型就是结合工业透平机组润换油降温的特定使用场场景下所设计的热管。超导热管通常使用无缝钢管(光管)制作，外部结构特征采用全光管或者光管带翅片(一段或者两段都带翅片)；或者光管压制螺纹槽形式的螺纹管；还可以有螺纹管带翅片(一段或者两段都带翅片)等形式；主要用于解决工业润滑油站中的油—气换热系数较小的问题，现有技术在该工艺中一般使用的是油-水换热，其缺点是换热系统管路复杂，占用空间大，供油电机功耗大；一般的润滑油从轴承箱出来在60～65℃回到油箱，通过供油泵升压至0.15～0.25MPa送出，先经列管换热器或者板式换热器，用循环冷却水降温至42±3℃即可符合轴承运行所需要润滑要求，此时循环水从33℃升至36～38℃，返回循环回水主管，回到室外冷却塔降温，向空气中释放热量；在此过程中，热油进入油箱内混合原有储油，使温度降低了5℃左右，这就减小了冷却传热温差，需要增大换热器的面积。

在本公开的实施例中，还在螺旋管式结构上还可以使用螺纹凹槽式的管体螺旋形成，上述结构的设置都是为了增大换热面积，在液体介质、特别是油介质热交换时，能快速的进行油侧的热量交换，发挥超导热管内部高效的传导的特点。

在本公开的实施例中，液体介质换热段1至少设置螺旋换热管11，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。常见的超导热管用于液-气相换热一般采用光管、半翅片光管、螺纹光管和半翅片螺纹管等形式，在有效换热长度范围内的液相没有面积扩展，或者面积扩展率极小(螺纹光管的面积扩展率不足20％)，对于液相为水介质的换热场景，使用是满足传热需要的，但对于油类液相介质，其在热管表面的换热系数小(与水比较，约为水介质的1/5～1/3)，因此，热管用于油类导热时，在油侧有必要对面积扩展，在有效换热长度范围内增大热管与介质的接触面积，但如果使用常规(现有技术)的翅片形式，由于液体介质的粘稠特性，在翅片之间流动性很差，甚至容易卡塞异物，反而影响传热，本实用新型就是针对油类粘稠介质，与热管壁面换热系数小的特征，设计出螺旋管式热管元件，其在单位长度上的面积扩展率可达8～12倍。

在本公开的实施例中，螺旋换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ10～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管(锅炉压力容器用)为螺旋换热管的管体，螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍(D＝3～6φ,面积扩展率与D不相关，只与螺旋升角α相关)，螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h不小于1.15φ，则螺旋换热管管长H范围内长度方向比直管的表面积扩展率为8～12倍；

在本公开的实施例中，螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍。本实用新型应用于液(油类)-气换热的场所，其中换热介质的液相空间大，流动阻力小，降低液相截止流动阻力消耗，节约运营动力成本；螺旋形热管具有自身弹性特点，防止换热面积垢，并在换热过程中受介质流动影响适度振动，提高换热效果；

在本公开的实施例中，空气介质换热段2设置换热管本体22，换热管本体22外设置翅片21。这是本实用新型的空气介质换热段2的一种具体实现形式，翅片21的结构在空气介质中换热快，结构简单。

在本公开的实施例中，空气介质换热段2的翅化比＝8～10。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ10～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管(锅炉压力容器用材料)，翅片管段采用常规翅片结构，用于空气换热，设计翅化比达到8～10，翅片段管长L2根据使用场景，结合使用当地环境气候条件(工程设计用常年温度、湿度等)，通过计算确定；

在本公开的实施例中，空气介质换热段2为管式结构、螺纹管式结构、翅片管式结构或螺纹翅片管式结构。具体为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。空气介质换热段2按照常见的换热管方式扩展换热面，也可以用本实用新型的液体介质侧相同的螺旋管式结构，可灵活设计。

在本公开的实施例中，螺旋管式结构为表面光滑的管体螺旋变形后形成、表面带有螺纹凹槽的管体螺旋变形后形成。本实用新型的技术方案可以根据实际应用的情况进行灵活的设置，以便适应不同的换热介质，不同的换热要求。

在本公开的实施例中，密封通过轴向套设的密封套垫3和压紧盖4实现。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ10～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管 (锅炉压力容器用)，液体介质换热段长度L1与螺旋换热管管长H之差(L1-H)为连接过渡管12，连接过渡管12长度根据使用场景需要确定任意长度；在连接过渡管12设计有密封套垫3和压紧盖4，用于组合式热管元件的安装和拆卸方便，有一定的密封性能。

结合图1-3，本实用新型的单元式风冷超导管冷油器，是一个单元式的小型润滑油冷却器，可多单元组合使用，也可与轴承箱一体化设计，也可与供油箱一体化设计，均采用此种特殊结构形式的超导热管原件，集成为润滑油冷却供油系统，可集成度高，功能较完善。比如风冷单元a至少设置冷却风管a1，空气介质换热段b2浸入冷却风管a1 内，冷却风管a1的后端还可以根据实际的换热需要设置排风机a2和排风管a3，用于对冷却风管a1中的空气进行及时的循环替换；油冷单元c至少设置油箱，液体介质换热段 b1浸入油箱内；多个半螺旋管型超导热管b实现冷却风管a1和油箱之间热传导。

还可以，将油箱在油箱一侧的顶端设置进油口c’3和第一温度传感器c’2；在油箱另一侧的顶端设置出油口c’1和第二温度传感器c’4，在油箱底部侧边还设置出油口c’1，用于油液的排出。再比如，结合图1，是一种简单的单元式风冷超导管冷油器，上部设置风冷单元a，比如为风管；下部设置油冷单元c，比如为油箱，两者通过半螺旋管型超导热管b实现热交换；风冷单元a和油冷单元c通过法兰等结构实现密封隔离，密封法兰c1通过安装螺栓c2将两者机械连接，油箱顶部还设置油箱盖板垫c3和油箱盖板c4对油箱进行密封，实现方便拆装的效果；即油箱顶为可拆式盖板，风管为可拆式管罩，单元式冷却风管接有通风机通过风管送至室外，单元式冷却油箱带有进出油接管、放油管、温度传感器等原件，实现出口油温与通风机转速之间连锁，确保出口油温达到 45℃以下，必要时可采用冷风循环(另外设计配置、此处不考虑)，一体式实现对轴承箱出口油的尽快降温冷却，减少后面射油泵的扬程。

本设计可将通风机转速与冷却油出口温度连锁控制，实现冬夏季不同环境温度时的节能运行，还可以将冷却风管连接成环形，增加冷却水盘管，实现循环风冷却。在系列化设计时，该单元冷油器可根据轴承箱需要的循环润滑油流量，结合动力机组的额定轴功率从2MW-50MW区间，设计成小型冷油器以3MW为单元、中型冷油器以9MW为单元，大型冷油器以15MW为单元的三种基本单元冷油器，可任意组合涵盖所有常用工业动力机组轴功率区间的各种需要。在润滑油冷却和供油系统设计时，该单元式冷油器可以适当增大1-2个单元，确保夏季温度下冷却效果，另外还可以通过各单元之间的连通管实现某一单元的短路切换，对该单元进行在线更换超导热管、清洗热管表面、清理油箱等操作，实现备用、检修的在线操作，确保系统常年连续生产运营的需要。

合理使用了高效的超导热管原件，并采用标准化、系列化设计为小、中、大几中典型的标准单元式冷油器；多个单元可以串并联形成解决2MW-50MW范围较大范围的工业透平机组轴承润滑油冷却的需要；多单元组合夏季运营时，可采用冷水盘管进行循环风降温。该冷油器采用了可方便拆装超导热管的结构形式，超导热管设计为几种标准型基本元件。

该单元式风冷超导管冷油器可实现多单元串联，并联组合形式，适用于较大降温负荷的机组，还可与冷却油箱一体化设计成机组，具有体积小、系统管路简捷、耗电少等特点。冷却油箱和冷却风管为分体式单元化设计，通过超导热管相连接，实现传热降温功能。冷却油箱上盖可打开式设计，并带有进出口油接管，放油管，进出口温度传感器。冷却风管可拆开，并带有排风机，排风机排气可接至室外。单元式设计、可以多台串并联组合，且以油侧串联为主、风冷侧并联为主的方式，实现较大负荷下的冷却需要。本冷油器可与润滑油供油箱集成一体化设计，使系统供油管路简捷，运营维护更方便。本单元式超导热管冷油器根据使用地区的环境温度条件，在夏季温度较高时，可采用冷风循环，确保冷却效果。本单元式超导热管冷油器根据冷却负荷较大时，多单元组合使用时，可共用调频排风机，实现风量与油温的连锁控制运行。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，设置密封隔离的风冷单元(a)和油冷单元(c)，热传导连接风冷单元(a)和油冷单元(c)设置半螺旋管型超导热管(b)；

半螺旋管型超导热管(b)沿轴向依次密封接设液体介质换热段(b1)和空气介质换热段(b2)；

所述的液体介质换热段(b1)至少为螺旋管式结构，且液体介质换热段(b1)浸入油冷单元(c)内；

所述的空气介质换热段(b2)至少为带有翅片(b21)的管式结构，且空气介质换热段(b2)浸入风冷单元(a)内。

2.根据权利要求1所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的液体介质换热段(b1)至少设置螺旋换热管(b11)，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。

3.根据权利要求2所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述螺旋换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。

4.根据权利要求2所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的4～6倍。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的空气介质换热段(b2)的翅化比＝8～12。

6.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的空气介质换热段(b2)为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。

7.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的螺旋管式结构为表面光滑的管体螺旋变形后形成或表面带有螺纹的管体螺旋变形后形成。

8.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的密封接设通过轴向套设的密封套垫(b3)和压紧盖(b4)实现。

9.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，所述的风冷单元(a)至少设置冷却风管(a1)，空气介质换热段(b2)浸入冷却风管(a1)内；

所述的油冷单元(c)至少设置油箱，液体介质换热段(b1)浸入油箱内；

多个半螺旋管型超导热管(b)实现冷却风管(a1)和油箱之间热传导。

10.根据权利要求9所述的单元式风冷超导热管冷油器，其特征在于，在所述油箱一侧的顶端设置进油口(c’3)和第一温度传感器(c’2)；

在所述油箱另一侧的顶端设置出油口(c’1)和第二温度传感器(c’4)。

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