專利名稱：熱交換器以及包含該熱交換器的鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換器，尤其是涉及使用在鍋爐和廢氣鍋爐中的熱交換器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在帶銷的管道式鍋爐的運(yùn)行期間，在某些情況下會(huì)產(chǎn)生不希望的和不可接受的高噪音水平。具有使用在鍋爐中諸如銷的表面擴(kuò)大元件的管道在先前的專利公開(kāi)中已經(jīng)被描述，例如US5,626,187，W003/005467A1，W003/033969A1，W090/02916A1，在此所有這些公開(kāi)作為參考結(jié)合入本說(shuō)明書(shū)中。
本發(fā)明涉及具有對(duì)流室的鍋爐，該對(duì)流室包括多個(gè)用于熱交換的管道，具體地說(shuō)，涉及包括管道的鍋爐，該管道裝配有用于改進(jìn)熱交換的表面擴(kuò)大元件，諸如多個(gè)銷。
這種類型的某些鍋爐已經(jīng)被證明會(huì)產(chǎn)生不可接受的高噪音水平，并且需要抑制或者消除這種噪聲的存在。這些噪音已經(jīng)被確定由范圍在300-700Hz之內(nèi)的單頻音調(diào)所組成。對(duì)造成該音調(diào)產(chǎn)生的噪音產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的徹底調(diào)查已經(jīng)進(jìn)行了分析，并且已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該音調(diào)起源于鍋爐的對(duì)流室。
解決策略分成四個(gè)種類。第一并且最簡(jiǎn)單的方法是在噪音源之后減少噪音，例如通過(guò)在鍋爐的排氣中安裝風(fēng)道消音器。
另一個(gè)策略在于阻礙或者中斷回流機(jī)構(gòu)。冷態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果表明，如果回流機(jī)構(gòu)被阻礙或者制止，能夠?qū)崿F(xiàn)減少高達(dá)60分貝。
第二策略在于在對(duì)流室中引入阻尼，以防止聲學(xué)響應(yīng)達(dá)到某個(gè)水平，在該水平下聲學(xué)響應(yīng)開(kāi)始顯著地影響作為噪音源頭的非穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，并且因此可阻止回流。
第三策略是引入分離板，以將傾向于回流模式的頻率移動(dòng)到激發(fā)頻率的范圍之外。
第四策略是改進(jìn)銷，以充分減少未耦合的激發(fā)，使得回流永不出現(xiàn)，或者中斷相互作用機(jī)構(gòu)，該相互作用機(jī)構(gòu)會(huì)引起能量從平均流動(dòng)到脈動(dòng)流動(dòng)和聲場(chǎng)的轉(zhuǎn)換。
這些常規(guī)策略不是互相排斥的，并且最終的解決方式可能包括所有四個(gè)策略。
聲音或者噪聲抑制裝置已經(jīng)在諸如EP0876539的專利公開(kāi)中描述，在此該公開(kāi)作為參考結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中。

發(fā)明內(nèi)容
上述要求以及許多目的，優(yōu)點(diǎn)和特征將根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，通過(guò)在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間交換熱的熱交換器被獲得，其中該許多目的，優(yōu)點(diǎn)和特征將從根據(jù)本發(fā)明的用于在第一和第二介質(zhì)之間交換熱的熱交換器的當(dāng)前和優(yōu)選實(shí)施例的下面詳細(xì)描述中變得明顯，該熱交換器包括一個(gè)殼體，該殼體具有一個(gè)包圍多個(gè)基本上平行的管道的分隔室，該分隔室包括進(jìn)口和出口，它們?nèi)绱嗽O(shè)置使得第一介質(zhì)被迫從進(jìn)口到出口以基本上平行于管道的流向進(jìn)行流動(dòng)；多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的表面擴(kuò)大部件，用于改進(jìn)熱交換，每個(gè)具有固定到其中一個(gè)管道上的第一端，并且相對(duì)于流向傾斜且基本橫向地延伸到第二自由端。
這些管道以諸如并排設(shè)置的許多的幾何形狀設(shè)置在熱交換器中，從而形成了類似正方形或者矩形的總的幾何形狀，優(yōu)選這些管道構(gòu)造為蜂巢狀結(jié)構(gòu)。
該表面擴(kuò)大部件由一個(gè)薄片形成，該薄片包括一個(gè)底座部分和一個(gè)包括多個(gè)具有自由端的部件的部分?？蛇x擇的，該表面擴(kuò)大部件可以分別地形成，例如，該表面擴(kuò)大部件能夠在單獨(dú)的過(guò)程中成形并且隨后固定到該管道上?；蛘撸摫砻鏀U(kuò)大部件可以與管道整體形成。
在本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，第二自由端相對(duì)于流向位于第一端的上游。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的表面擴(kuò)大部件已經(jīng)被定向，從而使得表面擴(kuò)大部件的自由端相對(duì)于流向位于第一端的下游，并且隨后冷凝水積聚表面上以及表面擴(kuò)大部件和管道的接合點(diǎn)處的問(wèn)題已經(jīng)被注意到。之前，該表面擴(kuò)大部件被這樣定向是因?yàn)榧俣ㄟ@樣的定向?qū)a(chǎn)生最低的壓降，同時(shí)獲得最大或者接近最大的傳熱，但是意外的已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)表面擴(kuò)大部件這樣的定向已經(jīng)加大了噪音水平，而壓降仍然一樣。
在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，熱交換器進(jìn)一步包括至少一個(gè)安裝在至少兩個(gè)管道之間的聲音抑制板，從而使得分隔室被再分成兩個(gè)或多個(gè)子分隔室。意外的發(fā)現(xiàn)該板可衰減在鍋爐中產(chǎn)生的噪音，而不會(huì)導(dǎo)致附加的壓降。設(shè)置具有表面擴(kuò)大部件的管道，從而使得能夠?qū)崿F(xiàn)單位面積的管道數(shù)最高，從而使表面擴(kuò)大部件之間的間距達(dá)到最小。該板可以包含多塊裝配成單一結(jié)構(gòu)的材料?？蛇x擇地，該板是單塊材料并且可以被彎曲或者定形，從而使得該板緊密的安裝在管道之間的空間中，例如在表面擴(kuò)大部件之間。
在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，表面擴(kuò)大部件基本上為管道形。表面擴(kuò)大部件優(yōu)選為管道形，即銷形。該表面擴(kuò)大部件的橫截面可以采用其它的形狀，例如梯形，正方形，矩形，橢圓或者這些形狀的任何結(jié)合和/或它們的變化。
表面擴(kuò)大部件可在第一和第二端之間定義一個(gè)距離為10到60mm的長(zhǎng)度，例如20到55mm，例如40到50mm，例如41到50mm，優(yōu)選43mm。該表面擴(kuò)大部件的長(zhǎng)度可以與所有的表面擴(kuò)大部件一樣，或者長(zhǎng)度可以不同，例如這些表面擴(kuò)大部件可具有兩個(gè)不同的長(zhǎng)度。可選擇地，這些表面擴(kuò)大部件的長(zhǎng)度可沿著管道增加或者減少。進(jìn)一步可選擇地，這些表面擴(kuò)大部件的長(zhǎng)度可以是隨機(jī)的或者擬隨機(jī)選擇。還進(jìn)一步可選擇地，這些表面擴(kuò)大部件的長(zhǎng)度可以作為離管道上特定的點(diǎn)的距離的函數(shù)進(jìn)行變化，例如離第一個(gè)表面擴(kuò)大部件。
優(yōu)選地表面擴(kuò)大部件由鋼例如不銹鋼制成，或者可選擇地由鋁或者銅制成。這些表面擴(kuò)大部件優(yōu)選由具有高溫熔點(diǎn)和高導(dǎo)熱性的材料制成。
可選擇地，表面擴(kuò)大部件可以定義為曲線。表面擴(kuò)大部件可定義為可微分的曲線，或者可選擇的，包括彎曲或者中斷的曲線，這些表面擴(kuò)大部件進(jìn)一步可選擇地包括多個(gè)彎曲或者中斷。
聲音抑制板包括多個(gè)尺寸在0.01mm到2mm范圍內(nèi)的孔，例如0.5到1.5mm，例如0.75到1.25mm，優(yōu)選基本上等于1mm。該聲音抑制板的孔可以具有不同的尺寸，或者所有的孔具有基本上相同的尺寸。孔的布置或者分布基本上均勻的橫過(guò)該板，或者孔可以設(shè)置在多個(gè)特定的區(qū)域。
孔可以基本上是橢圓的，圓形的，正方形，矩形或者它們的任意結(jié)合。優(yōu)選這些孔全部基本上為橢圓?？蛇x擇地，第一組孔可具有一個(gè)幾何形狀，第二組孔可具有另一個(gè)幾何形狀，進(jìn)一步可選擇地，多組孔中的每組可具有一個(gè)特定的幾何形狀，從而可以結(jié)合上述所有的幾何形狀。
優(yōu)選地聲音抑制板可以由鋼，不銹鋼，鋁，鍍鋅鋼制成，或者可選擇的由陶瓷材料制成。
聲音抑制板的厚度可以為0.020″到0.2″，例如0.040″，例如0.080″，例如0.120″，優(yōu)選1mm。
在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，第一介質(zhì)是煙道氣或者空氣，第二介質(zhì)主要是水和/或蒸汽。第一介質(zhì)優(yōu)選位于管道之間，并且從爐等設(shè)備中攜帶熱量到熱交換器中。但是，利用其它流體的另外的實(shí)施例可以被設(shè)想。熱量從第一介質(zhì)通過(guò)表面擴(kuò)大部件被吸收到第二介質(zhì)，并且第二介質(zhì)為水時(shí)，依靠在管道中的壓力，水最終可以到達(dá)一個(gè)水可以被蒸發(fā)為蒸汽的點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，鍋爐，尤其是用于安裝在海輪中的鍋爐，可以包含具有上述任何方面的熱交換器。相據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，鍋爐可以安裝在海輪中，例如運(yùn)輸船(freighter)，貨船，貨輪，一般貨船，油船等等。


在下文中，本發(fā)明將參見(jiàn)附圖進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1是包含根據(jù)本發(fā)明熱交換器的鍋爐的示意的橫截面視圖；圖2是圖1鍋爐的示意的垂直剖視圖；圖3是圖1鍋爐的對(duì)流室的示意的橫截面的部分從上到下的視圖；和圖4是圖3片斷的示意的提升視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是包括根據(jù)本發(fā)明熱交換器的鍋爐的水平截面?zhèn)纫晥D，鍋爐的整被標(biāo)明為附圖標(biāo)記10。鍋爐10包括安裝在鍋爐10頂部的燃燒器出口12。燃燒器出口12與位于鍋爐10內(nèi)部的爐腔14流體連通。燃燒室出口12釋放火焰16到爐腔14之中。熱氣借助于側(cè)壁20中的開(kāi)口18逃逸出爐腔14。熱煙道氣沿著多個(gè)管道24從對(duì)流室22的底部通過(guò)。管道24裝配有多個(gè)具有至少兩個(gè)不同長(zhǎng)度的銷。在本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，管道24的下部裝配有15排具有34mm長(zhǎng)度的銷。這些短銷裝配到管道上用于接收直接來(lái)自于爐腔14中的煙道氣，并且將其冷卻到大約150℃。在這部分中給管道裝配長(zhǎng)銷會(huì)導(dǎo)致這些長(zhǎng)銷熔化。在包括短銷26的該部分的上方部分中，可包括至少一個(gè)包含長(zhǎng)的部分。在當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，長(zhǎng)銷具有大約43mm的長(zhǎng)度。
所有的這些銷可以通過(guò)電阻焊接法焊接到管道上，例如電阻對(duì)焊，電阻閃光焊，電阻沖擊焊，電阻縫焊，電阻點(diǎn)焊，可選擇的任意其它的焊接技術(shù)，進(jìn)一步可選擇的包括它們的結(jié)合。這些銷可以在管道或者管道部分的形成期間與管道24整體形成。在本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，在管道24上的銷被拉或者推通過(guò)一個(gè)基體，該基體具有比裝配有多介銷的管道24的橫截面小的橫截面，從而導(dǎo)致長(zhǎng)銷相對(duì)管道24的表面被彎曲到一個(gè)角度。優(yōu)選地，短銷26不彎曲，但是較小的銷也可彎曲的實(shí)施例是可以預(yù)見(jiàn)的。由于張力和其它的物理現(xiàn)象，長(zhǎng)銷被從管道24的表面彎曲大約5mm。如果銷從管道24彎曲不同的距離，這些銷會(huì)在特定位置被削弱。
在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，這些銷處于基本上的定位位置，但是可以設(shè)想第一銷可以相對(duì)于設(shè)置在第一銷上方或者下方的第二銷進(jìn)行轉(zhuǎn)換的構(gòu)造。作為一個(gè)可選擇的方式將這些銷在管道周圍放置在水平的圓周上，這些銷被設(shè)置使得它們形成如建筑的樓梯，該構(gòu)造通常在采用具有連續(xù)表面的表面放大部件的熱交換器中可見(jiàn)?？梢詤⒖紝＠_(kāi)US3,752,228，US4,258,782，US4,227,572，US4,648,441，US5,240,070，US5,046,556，US3,621,178和US5,617,916，所有這些公開(kāi)以它們的全部?jī)?nèi)容作為參考結(jié)合在當(dāng)前的說(shuō)明書(shū)中以用于所有的目的。
已經(jīng)知道包括銷管道的鍋爐和熱交換器會(huì)產(chǎn)生難以接受的高水平噪音。該噪音已經(jīng)被確定為主要由在300-700Hz范圍內(nèi)的單頻音調(diào)組成。對(duì)造成該音調(diào)產(chǎn)生的噪音產(chǎn)生機(jī)理的徹底調(diào)查已經(jīng)進(jìn)行了分析，并且已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該音調(diào)起源于鍋爐的對(duì)流室。
在管道24上銷后面的氣流中的周期性波動(dòng)會(huì)在這些銷自身上面引起不穩(wěn)定的壓力波動(dòng)，這會(huì)在內(nèi)部作為聲源。假定不存在回流，這些聲源可合理的近似為具有頻率分布的點(diǎn)偶極子，該頻率分布的最大值圍繞著來(lái)自無(wú)量綱的斯特勞赫爾數(shù)的頻率，在此斯特勞赫爾數(shù)定義為壓力波動(dòng)的峰值頻率乘以銷的直徑并且除以自由氣流平均流速。
如果沒(méi)有回流，強(qiáng)加在對(duì)流室22中的聲音的頻率響應(yīng)依賴于該室的結(jié)構(gòu)，并且假定很少或者沒(méi)有阻尼，對(duì)設(shè)定的強(qiáng)制產(chǎn)生最大響應(yīng)的頻率等于對(duì)流室22的固有頻率。但是，當(dāng)存在顯著阻尼時(shí)，產(chǎn)生最大響應(yīng)的頻率偏離該模式復(fù)雜的固有頻率的實(shí)數(shù)部分。該數(shù)學(xué)的巧妙對(duì)所觀察的頻率的預(yù)測(cè)具有重要影響。
通過(guò)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)可以確定使彎曲的銷朝向氣流進(jìn)行彎曲來(lái)構(gòu)造管道24可以減少由在銷后面的氣流中的周期性波動(dòng)所產(chǎn)生噪音而不會(huì)有附加的壓降。在所有鍋爐的先前的實(shí)施例中，其中鍋爐包括具有表面擴(kuò)大部件的管道，例如銷或者鑲鋼片，該表面擴(kuò)大部件在隨著氣流的方向進(jìn)行彎曲，即下游方向。
噪音可以通過(guò)在對(duì)流室22的側(cè)壁上引入吸音材料得到進(jìn)一步的降低，例如Rockwoll材料，可選擇地該吸音材料可設(shè)置在壁36，44，40和42的外面之間，進(jìn)一步可選擇的吸音材料可應(yīng)用或者固定到鍋爐的外面，例如在從鍋爐導(dǎo)出的排氣管道的上面，或者可選擇的在排氣管道之中。
在煙道氣已經(jīng)通過(guò)包含短銷24的部分和包含長(zhǎng)銷26和28的部分之后，煙道氣通過(guò)排氣口30從鍋爐10中排出。
鍋爐10進(jìn)一步裝配有與管道接頭24流體連通的貯水槽32。該熱的煙道氣通過(guò)管道24的表面和表面擴(kuò)大部件，例如在管道上的銷，傳送熱量到管道24，因此將熱量傳送給從貯水槽32中搜集的在管道24內(nèi)部的水或者蒸汽。水在管道24內(nèi)部被加熱和蒸發(fā)，并且蒸汽上升進(jìn)入蒸汽室34中，在該室中蒸汽可再次冷凝成水，并且借助于爐腔14的側(cè)壁中的管道返回到貯水槽32中。在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，蒸汽釋放到?jīng)]有圖示的系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中蒸汽被用于其它的目的，例如，加熱燃燒器12中的油并且用于驅(qū)動(dòng)泵系統(tǒng)，在此也沒(méi)有示出。在鍋爐10內(nèi)部的水可以從外部水源中進(jìn)行補(bǔ)給。
圖2是沿著線A-A的圖1的鍋爐的剖視圖。圖2示出了由四排管道36，38，40和42構(gòu)成的對(duì)流室22中的管道24的布置。這些管道與焊接在相鄰管道之間的金屬條相互連接，從而建立一個(gè)壁。爐腔14由板壁44構(gòu)成。在構(gòu)成壁42的管道的頂部，一些管道向外彎曲以建立排氣口30，并且在該區(qū)域內(nèi)沒(méi)有金屬條被焊接到管道上。
圖2進(jìn)一步示出了如果在爐腔14中存在燃燒器出口12的布置。許多撐桿46被采用以支撐蒸汽室34的頂部和底部。
在對(duì)流室22中，在管道24之間內(nèi)設(shè)置的兩個(gè)吸音部件50，52被示出。吸音部件50，52部分地用來(lái)分隔對(duì)流室22，并且因此改變對(duì)流室22的音頻特性。吸音部件50，52優(yōu)選為具有不導(dǎo)致壓降的特性的類型。在本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，吸音部件50，52是在EP0876539B1中所描述的材料的板。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中采用的吸音部件是在市場(chǎng)上購(gòu)買的瑞典的公司Sontech Noisecontrol，產(chǎn)品名稱為AcustiMet的產(chǎn)品。
圖3是示出了吸音部件52和圖1和2的鍋爐的多個(gè)管道24的盒B的放大視圖。管道24放置成蜂窩狀的構(gòu)造，用于實(shí)現(xiàn)銷和管道的最大密度，但是其它的構(gòu)造也是可以設(shè)想的，例如正方形，圓形或者任何其它的幾何構(gòu)型或者它們的結(jié)合。吸音部件52可彎曲，使得其可放置在至少兩個(gè)相鄰的銷28之間的狹窄間隙中。在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，銷之間的間隙在3到5m之間變化。銷之間的理論上的間隙為6mm。
圖4是沿著圖3的線C-C的簡(jiǎn)圖，示出了相對(duì)于箭頭R所示出的熱氣流方向的銷28的空間分布，以及吸音部件52的布置。
一旦在鍋爐中產(chǎn)生噪音，其就會(huì)主要通過(guò)排氣管道傳播到船上。通過(guò)鍋爐構(gòu)件傳送到機(jī)艙的任何噪音相對(duì)于從諸如通風(fēng)系統(tǒng)中來(lái)的更高的內(nèi)部背景噪音水平來(lái)說(shuō)很可能是微不足道的，。
正常的管道消音器可通過(guò)采用設(shè)置在擋板中的穿孔金屬板后面的消音材料來(lái)使聲音衰減。在鍋爐的排氣管道中消音器的安裝不會(huì)消除噪音源，但是可用于在噪音產(chǎn)生之后吸收它。一個(gè)1m的消音器根據(jù)其能夠適應(yīng)的壓降可減少大約15-30dB(A)。
安裝消音器是簡(jiǎn)單，有效和靈活的解決方式。對(duì)于在可接受的壓降下給予需要的聲音衰減，而不會(huì)由于流過(guò)消音器本身引起附加的噪音增加，適當(dāng)?shù)南羝鞯倪x擇是相對(duì)直接的工藝規(guī)程。
還需要注意到如果除了通過(guò)排氣管道還存在噪音傳播通路，沒(méi)有在源頭上解決噪音問(wèn)題仍然會(huì)產(chǎn)生噪音可以被察覺(jué)的可能。
對(duì)流室之中的吸聲裝置引入的目的是防止該室的初始聲音響應(yīng)達(dá)到足夠促成回流過(guò)程的水平。冷態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果表明這是非常成功的方式來(lái)消除相互作用機(jī)理，并且因此顯著地減少聲音水平。
在對(duì)流室中的吸聲裝置可以為板，例如實(shí)心板或者多孔板。
該多孔板通過(guò)維持穿過(guò)該板的壓差同時(shí)允許通過(guò)板中的小孔流動(dòng)來(lái)工作。壓降是由于慣性和粘滯力的結(jié)合所引起的，并且導(dǎo)致聲能的損失，其相當(dāng)于由于在板的兩側(cè)上的壓力作用中的差異。實(shí)際上，該能量通過(guò)在流過(guò)該板中的粘滯作用而轉(zhuǎn)換為熱量。通過(guò)頗有策略地將這些板放置在室中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于某些模式的非常高的吸收作用。
冷態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果表明采用多孔板可以實(shí)現(xiàn)顯著的衰減。在一個(gè)試驗(yàn)中，所有的音調(diào)被完全的除去，導(dǎo)致大約50dB的衰減。
如果安裝多孔板為聲音解決方式，需要說(shuō)明的第一個(gè)問(wèn)題是關(guān)系這些板的布置，這些板的布置會(huì)產(chǎn)生最大的衰減和對(duì)阻礙回流作用所必要的衰減量。不幸地，冷態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果不能直接應(yīng)用到鍋爐上，因?yàn)殄仩t室的模態(tài)結(jié)構(gòu)與冷態(tài)試驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)完全不同。這是一部分由于不同的幾何結(jié)構(gòu)，并且部分由于在鍋爐中的大的垂直溫度梯度。
第一步驟是識(shí)別在觀察頻率和未經(jīng)處理的鍋爐的固有模式的頻率之間的一致性。這需要從未經(jīng)處理的鍋爐中得到音調(diào)頻率的測(cè)量值，同樣需要該鍋爐的對(duì)流室的固有頻率的計(jì)算值。一旦這些易于回流的模式被識(shí)別出來(lái)，通過(guò)在每個(gè)模式中對(duì)于不同布置計(jì)算衰減量就可以確定這些板的最佳布置。通過(guò)適當(dāng)?shù)販y(cè)量冷態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)衰減的適當(dāng)值做出有根據(jù)的估計(jì)是可能的，并且由此可以評(píng)價(jià)所選擇的布置是否能夠提供足夠的衰減來(lái)阻礙回流作用。
對(duì)于每個(gè)鍋爐尺寸，確定對(duì)流室中板的最佳布置的過(guò)程是類似的。
板的聲學(xué)特性可由其電阻率進(jìn)行描述，其描述了在穿過(guò)該板的壓降和通過(guò)其的流速之間的關(guān)系。電阻率具有與聲阻抗相同的單位，并且板的最佳電阻率等于其所放置的空氣的阻抗。這是一個(gè)必須說(shuō)明的關(guān)鍵的問(wèn)題，當(dāng)其在熱的鍋爐中作為解決策略接近多孔板時(shí)，在此溫度沿著該室的軸心顯著變化。在計(jì)算中適當(dāng)?shù)碾娮杪蕟?wèn)題必須被闡明以確定最優(yōu)的板布置。在給定溫度下傳送最佳電阻率的孔徑尺寸的問(wèn)題也必須闡明。
對(duì)多孔板的可選擇的方式是位于該室的壁上的吸聲材料。單個(gè)最重要的實(shí)際問(wèn)題是確定一種能夠在鍋爐中承受高溫并且同時(shí)能夠提供足夠的聲音吸收來(lái)阻礙回流作用的材料。
位于壁上的絕緣材料隨著時(shí)間其聲學(xué)特性會(huì)發(fā)生一定的退化，除非進(jìn)行定期的和適當(dāng)?shù)那鍧崱?br> 假設(shè)能夠找到合適的材料，適當(dāng)?shù)陌惭b其的過(guò)程與穿孔的板的安裝過(guò)程大致類似。但是在這種情況下，為阻礙回流作用必需衰減多少這一問(wèn)題是十分重要的，并且主要的問(wèn)題涉及到吸聲材料需要放置其上的壁的數(shù)目以及實(shí)現(xiàn)所需衰減所必需的材料的數(shù)量，特別是其厚度。
冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量連同每個(gè)模式下的衰減計(jì)算一起可允許有根據(jù)的估計(jì)怎樣構(gòu)成充分的衰減，不論給定的布置是否會(huì)提供足夠的衰減來(lái)阻礙回流作用。
引入吸音到該室的可選擇的解決方式是用實(shí)心板將室隔開(kāi)，試圖創(chuàng)建多個(gè)較小的室，這些較小的室的截面模式具有比在鍋爐中觀察到的最大流速的最高激發(fā)頻率更大的頻率。
在室頂部的溫度可確定最低頻率，在該頻率下給定的截面模式能夠存在。鍋爐頂部的溫度約300℃。為了最低的截面的固有模式的頻率在300℃時(shí)大于700Hz，子室的最長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)該不超過(guò)大約30cm。這相當(dāng)于將該室分為三角形的子室，每個(gè)子室包圍三個(gè)銷管道。
最終的解決策略在于引導(dǎo)不穩(wěn)定流以試圖引起不會(huì)導(dǎo)致能夠與流動(dòng)顯著地相互作用的聲音響應(yīng)的激發(fā)。實(shí)現(xiàn)比目的有兩種方式。第一，，如果斯特勞赫爾數(shù)能夠被減少以使最高激發(fā)頻率保持在截面模式的最低頻率之下，那么回流可以被避免或者被延遲到更高的流速。第二，其可能在流動(dòng)中利用三維效果，以產(chǎn)生對(duì)聲學(xué)響應(yīng)的影響較少一致、較少關(guān)聯(lián)和較少敏感的激發(fā)。
試驗(yàn)已經(jīng)表明當(dāng)43mm銷以標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行彎曲時(shí)，能夠產(chǎn)生最顯著的改進(jìn)，但是相反方向除外，從而使得它們被定位成傾斜于與固定端上游的銷自由端的流動(dòng)。該構(gòu)造導(dǎo)致在噪音水平的改進(jìn)以及音調(diào)開(kāi)始中的延遲到更高的速度。
與標(biāo)準(zhǔn)的43mm銷配置相比，250Hz左右的音調(diào)的開(kāi)始從8.7ms-1延遲到9.3ms-1(7％)，但是伴隨的噪音水平在開(kāi)始時(shí)高7dB，并且在最大值處高3dB。420Hz左右的音調(diào)從13.9ms-1延遲到15.8ms-1(14％)，噪音水平在開(kāi)始時(shí)降低7dB，并且在最大值處降低5dB。最后，690Hz左右的音調(diào)從21.1ms-1延遲到23.6ms-1(12％)，噪音水平在開(kāi)始時(shí)降低16dB。
這些結(jié)果看來(lái)表明在音調(diào)開(kāi)始處延遲大約10％。應(yīng)用到鍋爐上，這將意味著在70％負(fù)荷下出現(xiàn)的音調(diào)將延遲到大約75％。在調(diào)整之后，在93％負(fù)荷下出現(xiàn)的音調(diào)將延遲到96％。
權(quán)利要求
1.一種用于在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間交換熱量的熱交換器，包括一個(gè)殼體，該殼體具有一個(gè)包圍多個(gè)基本上平行的管道的分隔室，所述分隔室包括進(jìn)口和出口，它們?nèi)绱嗽O(shè)置使得所述第一介質(zhì)被迫從所述進(jìn)口到所述出口以基本上平行于所述管道的流向進(jìn)行流動(dòng)；多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的表面擴(kuò)大部件，用于改進(jìn)熱交換，每個(gè)具有固定到其中一個(gè)所述管道上的第一端，并且相對(duì)于所述流向傾斜且基本橫向地延伸到第二自由端。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第二自由端相對(duì)于所述流向位于所述第一端的上游。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器還包括至少一個(gè)安裝在至少兩個(gè)所述管道之間的聲音抑制板，從而使得所述分隔室被再分成兩個(gè)或更多的子分隔室。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述表面擴(kuò)大部件基本上是管道形狀。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述表面擴(kuò)大部件在所述第一端和所述第二端之間定義一個(gè)范圍為10到60m的長(zhǎng)度，例如20到55mm，例如40到50mm，例如41到49mm，優(yōu)選43mm。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述表面擴(kuò)大部件由鋼制成，例如不銹鋼，可選擇的由鋁或者銅制成。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述表面擴(kuò)大部件定義為曲線。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述聲音抑制板包括多個(gè)尺寸在0.01mm到2mm范圍內(nèi)的孔，例如0.5到1.5mm，例如0.75到1.25mm，優(yōu)選基本上等于1mm。
9.如權(quán)利要求8所述的熱交換器，其特征在于，所述孔基本上為橢圓形，圓形，正方形，矩形或者它們的任何結(jié)合。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述聲音抑制板由鋼，不銹鋼，鋁，鍍鋅鋼或者陶瓷材料制成。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述聲音抑制板可以具有0.020″到0.2″的厚度，例如0.040″，例如0.080″，例如0.120″，優(yōu)選1mm。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的熱交換器，其特征在于，所述第一介質(zhì)是氣體，優(yōu)選為煙道氣，并且所述第二介質(zhì)主要為水和/或蒸汽。
13.一種鍋爐，特別是安裝在海輪中的鍋爐，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間交換熱量的熱交換器，其包括一個(gè)殼體，該殼體具有一個(gè)包圍多個(gè)基本上平行的管道(24)的分隔室，該分隔室包括進(jìn)口和出口，如此設(shè)置使得第一介質(zhì)被迫從進(jìn)口到出口以基本上平行于管道的流向(R)進(jìn)行流動(dòng)；多個(gè)細(xì)長(zhǎng)表面擴(kuò)大部件(28)，用于改進(jìn)熱交換，每個(gè)具有固定到其中一個(gè)管道上的第一端，并且相對(duì)于流向傾斜且基本橫向地延伸到第二自由端，第二自由端相對(duì)于流向位于所述第一端的上游，該熱交換器進(jìn)一步包括至少一個(gè)安裝在管道之間的穿孔的聲音抑制板(52)，從而使得分隔室被再分為兩個(gè)或者更多的子分隔室。
文檔編號(hào)F28F1/34GK1989387SQ200580011479
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者托馬斯帕拉普·波澤森, 奧拉夫·克努森 申請(qǐng)人:奧爾堡工業(yè)有限公司