一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器及風(fēng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器及風(fēng)機(jī)，該冷卻器包括冷卻水進(jìn)口管，冷卻水出口管，以及用于隔離換熱介質(zhì)并承受換熱介質(zhì)間壓差的換熱管束。換熱管束采用圓管結(jié)構(gòu)，并且是多層交叉排列的布置方式。換熱介質(zhì)分別是冷卻水和高壓氣體，其中冷卻水位于所述換熱管內(nèi)側(cè)，高壓氣體位于所述換熱管束的外側(cè)，換熱介質(zhì)間的壓差在1Mpa以上。冷卻器設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室的頂部，當(dāng)氣體介質(zhì)失去驅(qū)動力時，可以通過冷卻水使氣體介質(zhì)自身建立起自然循環(huán)對風(fēng)機(jī)腔室進(jìn)行冷卻。本發(fā)明的緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，結(jié)構(gòu)簡單，能夠在有限的空間內(nèi)完成較大功率的換熱，實(shí)現(xiàn)對氣體的冷卻，保證整個風(fēng)機(jī)電機(jī)腔室內(nèi)的溫度保持在要求溫度，確保電氣部件的安全可靠運(yùn)行。
【專利說明】一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器及風(fēng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱力工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于風(fēng)機(jī)的冷卻器以及具有該風(fēng)機(jī)冷卻器的風(fēng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在氣冷堆中，為了能夠使冷卻氣體在一回路內(nèi)流動起來，需要相應(yīng)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。以高溫氣冷堆為例，其冷卻劑為氦氣，為了讓氦氣能夠在一回路循環(huán)，需要氦風(fēng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。為了便于風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，需要將電機(jī)的周圍環(huán)境維持在較低的溫度下，通常需要設(shè)置風(fēng)機(jī)冷卻器。風(fēng)機(jī)冷卻器用于主風(fēng)機(jī)殼體電機(jī)腔內(nèi)的冷卻，即將電機(jī)的發(fā)熱、蒸汽發(fā)生器對電機(jī)腔的傳熱、風(fēng)機(jī)殼體外的環(huán)境向腔內(nèi)的傳熱和自冷風(fēng)扇的機(jī)械發(fā)熱通過氣體一水冷卻器交換由冷卻水帶出風(fēng)機(jī)殼體外。
[0003]風(fēng)機(jī)冷卻器應(yīng)滿足在風(fēng)機(jī)額定工況及運(yùn)行工況時，保證電機(jī)腔內(nèi)溫度在適當(dāng)?shù)臏囟确秶?，以保證電機(jī)正常運(yùn)行。在熱停堆工況時，一定時間內(nèi)電機(jī)腔內(nèi)溫度應(yīng)< 120°C，在該工況下冷卻器設(shè)計應(yīng)具有自然循環(huán)熱交換能力，以保證電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，電機(jī)及各種儀表、控制導(dǎo)線不受損壞，并確保機(jī)組重新啟動運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
[0004]風(fēng)機(jī)冷卻器位于風(fēng)機(jī)殼體腔室內(nèi)，該腔室與一回路冷卻介質(zhì)是聯(lián)通的。因此，風(fēng)機(jī)殼體也作為一回路壓力邊界的一部分，為了盡可能的降低制造成本，要求風(fēng)機(jī)冷卻器的體積盡可能的小。同時，風(fēng)機(jī)冷卻器處于一回路冷卻介質(zhì)之中，須承受很高的外壓。以HTR-PM氦風(fēng)機(jī)冷卻器為例，其承受的氦氣外壓在IMPa以上。同時，由于風(fēng)機(jī)的發(fā)熱量較大，要求冷卻器的換熱功率比較大，以HTR-PM氦風(fēng)機(jī)冷卻器為例，要求氦風(fēng)機(jī)冷卻器的換熱功率要達(dá)到800kW。除此之外，通常還會對氣體在冷卻器中的壓降有一定的要求。
[0005]根據(jù)以上的要求以及所處的周圍環(huán)境特點(diǎn)，要求風(fēng)機(jī)冷卻器需要滿足以下的特點(diǎn)或要求:
[0006]I)換熱功率大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；
[0007]2 )能夠承受較高的外壓。
[0008]3)氣體介質(zhì)在冷卻器中的壓降合理；
[0009]4)可以實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)冷卻；
[0010]能夠補(bǔ)償不同部件之間由于溫度不同而引起的熱膨脹差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是設(shè)計出一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，使其可以應(yīng)用到氣冷反應(yīng)堆中，用以冷卻風(fēng)機(jī)，并達(dá)到如下的技術(shù)要求:
[0012]I)換熱功率大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；
[0013]2 )能夠承受較高的外壓。
[0014]3)氣體介質(zhì)在冷卻器中的壓降合理；
[0015]4)可以實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)冷卻；[0016]5)能夠補(bǔ)償不同部件之間由于溫度不同而引起的熱膨脹差。
[0017]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計了一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其包括:
[0018]冷卻水進(jìn)口管；
[0019]換熱管束，用于隔離換熱介質(zhì)，并承受換熱介質(zhì)間的壓差；所述換熱管束采用圓管結(jié)構(gòu)，并且是多層交叉排列的布置方式；
[0020]冷卻水出口管。
[0021]所述換熱介質(zhì)分別是冷卻水和高壓氣體，其中冷卻水位于所述換熱管內(nèi)側(cè)，高壓氣體位于所述換熱管束的外側(cè)；所述換熱介質(zhì)間的壓差在IMpa以上。
[0022]風(fēng)機(jī)冷卻器還具有多對對稱布置的管箱；為了提高冷卻器的緊湊度，所述管箱設(shè)置在所述風(fēng)機(jī)冷卻器的四周，用于冷卻水的分流或者匯集；相對的兩個管箱為一組，其中一個為進(jìn)口管箱，設(shè)置在所述冷卻水進(jìn)口管和所述換熱管束之間，另一個為出口管箱，設(shè)置在所述換熱管束和所述冷卻水出口管之間；在每個管箱不同的位置處還設(shè)置有隔板，所述隔板作為管箱的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)存在，并組織管箱內(nèi)冷卻水的流程；在每個管箱內(nèi)不具有所述隔板的位置處還均勻設(shè)置有一定數(shù)目的支撐柱。
[0023]風(fēng)機(jī)冷卻器還具有還包括:風(fēng)機(jī)殼體，所述冷卻水進(jìn)口管和所述冷卻水出口管均穿過所述風(fēng)機(jī)殼體并與其相固定；
[0024]冷卻器上支撐板和上支撐連接螺栓組件，設(shè)置在所述風(fēng)機(jī)冷卻器和所述風(fēng)機(jī)殼體之間，并用于將所述風(fēng)機(jī)冷卻器固定到所述風(fēng)機(jī)殼體，并且所述上支撐螺栓組件還具有調(diào)節(jié)高壓氣體入口流通截面的作用；
[0025]冷卻器下連接板與下連接板螺栓組件，設(shè)置在所述風(fēng)機(jī)冷卻器和被冷卻的風(fēng)機(jī)之間，用于將所述冷卻器與所述被冷卻的風(fēng)機(jī)相連。
[0026]優(yōu)選的，用于固定冷卻器的上支撐螺栓組件中的螺柱，其中間的螺桿長度是可調(diào)節(jié)的，從而可起到調(diào)節(jié)氣體入口流通截面的作用。
[0027]所述的風(fēng)機(jī)冷卻器還包括:入口遮擋板，設(shè)置在進(jìn)口管箱內(nèi)部，與冷卻水進(jìn)口管道相對；所述入口遮擋板既可以采用擋板的形式，也可以采用打孔的形式。
[0028]所述冷卻水進(jìn)口管設(shè)置有一定的彎頭，用于補(bǔ)償在熱態(tài)時的熱膨脹差。
[0029]風(fēng)機(jī)冷卻器還設(shè)有管束固定板，安裝在所述相對管箱之間，對所述換熱管束起橫向支撐作用，防止換熱管束在高壓氣體的橫向沖刷下產(chǎn)生振動。
[0030]所述換熱管束采用多層交叉的排列方式，相同方向換熱管束的層數(shù)可以是一定的，也可以根據(jù)實(shí)際的情況變化；相同方向換熱管束的布置方式，既可以采用順排的布置方式，也可采用叉排的布置方式。
[0031]還提供了具有上述風(fēng)機(jī)冷卻器的風(fēng)機(jī)，所述冷卻器設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔體的頂部，當(dāng)氣體介質(zhì)失去驅(qū)動力時，可以通過冷卻水使氣體介質(zhì)自身建立起自然循環(huán)，對風(fēng)機(jī)腔室起到冷卻作用。
[0032]換熱管在布置時，為了提高緊湊性，每隔一定的高度或?qū)訑?shù)改變一次布置方向。如以5層為例，第一個5層左右布置，那么緊接著的5層就前后布置，再接著為左右布置，以此類推。
[0033]冷卻器上支撐板和上支撐連接螺栓組件一起將風(fēng)機(jī)冷卻器固定在風(fēng)機(jī)殼體上，對風(fēng)機(jī)冷卻器起到固定和支撐作用。冷卻器下連接板與下連接板螺栓組件將冷卻器與風(fēng)機(jī)相連，使得冷卻后的低溫氣體流入風(fēng)機(jī)的電機(jī)中進(jìn)行冷卻。
[0034]優(yōu)選地，所述的管箱結(jié)構(gòu)在布置時，采用四周布置方式，且左右和前后分別配對，以提高冷卻器的緊湊性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；
[0035]優(yōu)選地，所述的管箱中設(shè)置了隔板和支撐柱，以提高管箱的抗外壓能力；
[0036]優(yōu)選地，所述的換熱管束在變化布置方向時，層間的間隙保持一致，以便于冷卻器的加工制造；
[0037]優(yōu)選地，所述的換熱管束在同向采用叉排布置方式，以提高換熱的效率；
[0038]優(yōu)選地，所述的換熱管束在同一層內(nèi)的布置間隙可以適當(dāng)?shù)脑龃?，以減小氣體的流動阻力。
[0039]上述技術(shù)方案所提供的緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，結(jié)構(gòu)非常簡單，設(shè)計巧妙，能夠在非常有限的空間內(nèi)，完成較大功率的換熱，現(xiàn)實(shí)對氣體的冷卻，保證整個風(fēng)機(jī)電機(jī)腔室的溫度保持在要求的溫度范圍以內(nèi)，確保電氣部件的安全可靠運(yùn)行，可以廣泛的應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆風(fēng)機(jī)的冷卻。目前20萬千瓦高溫氣冷堆示范電站的氦風(fēng)機(jī)冷卻器就采用本設(shè)計方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器示意圖；
[0041]圖2a為叉排管束示意圖(選自《傳熱學(xué)》，陶文銓編著，西安，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年12月);
[0042]圖2b為順排管束示意圖(選自《傳熱學(xué)》，陶文銓編著，西安，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年12月);
[0043]其中，1:冷卻水進(jìn)口管道；2:管箱；3:入口擋板；4:冷卻器下連接板；5:上支撐連接螺栓組件；6:冷卻器上支撐板；7:冷卻水出口管道；8:管束組件；9:管束固定板；10:下連接板螺栓組件；11:風(fēng)機(jī)殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0045]實(shí)施例一:
[0046]圖1示出了本實(shí)施例一，一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器示意圖。參照圖示，本實(shí)施例主要包括以下幾部分:
[0047]管箱2，用于冷卻水的分流或者匯集，為了提高冷卻器的緊湊度，在冷卻器的四周均設(shè)有管箱。相對兩個管箱為一組，其中一個為進(jìn)口管箱，一個為出口管箱。為了組織管側(cè)冷卻水的流程，在管箱不同的位置處設(shè)置了隔板。管箱外側(cè)為高壓氣體，隔板也起到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用。
[0048]管束固定板9,對管束起橫向支撐作用，防止換熱管束在氣體的橫向沖刷下產(chǎn)生振動。
[0049]換熱管束8,用于隔離換熱介質(zhì),并承受換熱介質(zhì)間的壓差。冷卻水位于換熱管內(nèi)偵牝用于冷卻氣體。高壓氣體位于換熱管束的外側(cè)，為了提高冷卻器的抗外壓能力，換熱管束采用圓管結(jié)構(gòu)。為了在體積一定的條件下，增大換熱面積，提高冷卻器的緊湊性，換熱管束采用了多層交叉排列的布置方式，具體見附圖2a及2b的示意。
[0050]當(dāng)氣體介質(zhì)失去驅(qū)動力時，由于風(fēng)機(jī)冷卻器設(shè)置在風(fēng)機(jī)腔體的頂部，可以通過冷卻水使氣體介質(zhì)自身建立起自然循環(huán)，對風(fēng)機(jī)腔室起到冷卻作用。
[0051]在進(jìn)行制造時，首先將管束固定板9與4個管箱2焊接成一體，形成一個安裝換熱管束8的支架，然后將換熱管束一根一根的插入到支架中，并與管箱2的管板通過脹接加焊接的方式固定。
[0052]接著將入口遮擋板3，安裝在冷卻水進(jìn)口管道I的正對面，以起到使冷卻水在換熱管束8中均勻分配的作用。接著分別將冷卻水進(jìn)口管I和冷卻水出口管道7與管箱2焊接在一起，將冷卻器上支撐板6和冷卻器下連接板4分別與管箱2焊接成一體，使整個冷卻器成為一體。在與氦風(fēng)機(jī)殼體連接時，先通過上支撐連接螺栓組件5和下連接板螺栓組件10分別與氦風(fēng)機(jī)殼體11支撐結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)的連接結(jié)構(gòu)相連，然后再將冷卻水進(jìn)口管I和冷卻水出口管道7與氦風(fēng)機(jī)殼體11的管嘴焊接在一起。
[0053]風(fēng)機(jī)殼體11，形成一個風(fēng)機(jī)的工作密閉腔室，使得風(fēng)機(jī)處于一個低溫高壓氦氣環(huán)境中，以便于風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行。
[0054]以此完成整個冷卻器的組裝。
[0055]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，包括: 冷卻水進(jìn)口管； 換熱管束，用于隔離換熱介質(zhì)，并承受換熱介質(zhì)間的壓差；所述換熱管束采用圓管結(jié)構(gòu)，并且是多層交叉排列的布置方式； 冷卻水出口管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，所述換熱介質(zhì)分別是冷卻水和高壓氣體，其中冷卻水位于所述換熱管內(nèi)側(cè)，高壓氣體位于所述換熱管束的外側(cè)；所述換熱介質(zhì)間的壓差在IMpa以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，還具有多對對稱布置的管箱；管箱設(shè)置在風(fēng)機(jī)冷卻器的四周，用于冷卻水的分流或者匯集；相對的兩個管箱為一組，其中一個為進(jìn)口管箱，設(shè)置在冷卻水進(jìn)口管和換熱管束之間，另一個為出口管箱，設(shè)置在換熱管束和冷卻水出口管之間；在每個管箱不同的位置處設(shè)置有隔板，所述隔板作為管箱的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)存在，并組織管箱內(nèi)冷卻水的流程；在每個管箱內(nèi)不具有所述隔板的位置處還均勻設(shè)置有一定數(shù)目的支撐柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，還包括: 風(fēng)機(jī)殼體，所述冷卻水進(jìn)口管和所述冷卻水出口管均穿過所述風(fēng)機(jī)殼體并與其相固定; 冷卻器上支撐板和上支撐連接螺栓組件，設(shè)置在所述風(fēng)機(jī)冷卻器和所述風(fēng)機(jī)殼體之間，并用于將所述風(fēng)機(jī)冷卻器固定到所述風(fēng)機(jī)殼體，并且所述上支撐螺栓組件還具有調(diào)節(jié)高壓氣體入口流通截面的作用； 冷卻器下連接板與下連接板螺栓組件，設(shè)置在所述風(fēng)機(jī)冷卻器和被冷卻的風(fēng)機(jī)之間，用于將所述冷卻器與所述被冷卻的風(fēng)機(jī)相連。
5.權(quán)利要求4所述的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，用于固定冷卻器的上支撐螺栓組件中的螺柱，其中間的螺桿長度是可調(diào)節(jié)的，從而可起到調(diào)節(jié)氣體入口流通截面的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，還包括: 入口遮擋板，設(shè)置在進(jìn)口管箱內(nèi)部，與冷卻水進(jìn)口管道相對，以使管束中冷卻水的流量分布較為均勻；所述入口遮擋板既可以采用擋板的形式，也可以采用打孔的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，所述冷卻水進(jìn)口管設(shè)置有一定的彎頭，用于補(bǔ)償在熱態(tài)時的熱膨脹差。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，還設(shè)有管束固定板，安裝在所述相對管箱之間，對所述換熱管束起橫向支撐作用，防止換熱管束在高壓氣體的橫向沖刷下產(chǎn)生振動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，所述換熱管束采用多層交叉的排列方式，相同方向換熱管束的層數(shù)可以是一定的，也可以根據(jù)實(shí)際的情況變化；相同方向換熱管束的布置方式，既可以采用順排的布置方式，也可采用叉排的布置方式。
10.一種風(fēng)機(jī)，其包括如權(quán)利要求3-9任一所述的一種緊湊式風(fēng)機(jī)冷卻器，其特征在于，所述冷卻器設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室的頂部，當(dāng)氣體介質(zhì)失去驅(qū)動力時，可以通過冷卻水使氣體介質(zhì)自身建立起自然循環(huán)，對風(fēng)機(jī)腔室起到冷卻作用。
【文檔編號】F28D7/00GK103615415SQ201310656819
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】雒曉衛(wèi), 閔琪, 張麗, 吳馨莘, 劉俊杰, 何樹延 申請人:清華大學(xué)