專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有內(nèi)旁路裝置的熱交換器，操縱此熱交換器便可以控制熱交換器管列周圍熱燃氣的旁路，并可以引導(dǎo)燃氣流進入一旁路回路。本發(fā)明特別涉及與燃氣渦輪或燃氣發(fā)動機/柴油發(fā)動機連接在一起并從排氣中吸取熱量的熱交換器。
此類通用于從燃氣渦輪或燃氣發(fā)動機/柴油發(fā)動機排氣中回收熱量的熱交換器通常被設(shè)計得具有一位于熱交換管列和其殼體以外的旁通回路，并且流向熱交換器管列回路和旁路回路的排氣流由一個或兩個舌形閥或類似的閥門，如稱之為阻尼器的閥門來控制。在那些眾所周知裝置中，只用一個阻尼器控制通過兩個回路的燃氣流。在另一類具有兩個調(diào)節(jié)閥(阻尼器)的那些裝置中，一個調(diào)節(jié)閥控制通過熱交換器管列回路的氣流，另一個調(diào)節(jié)閥則控制通過旁路回路的氣流。這兩種類型的裝置都顯得既笨重而又復(fù)雜，而且為了控制連續(xù)變化的燃氣流而連續(xù)調(diào)整這些調(diào)節(jié)閥時，又遇到了可靠性問題。例如，在使用兩個調(diào)節(jié)閥的裝置中，曾由于兩個調(diào)節(jié)閥同時關(guān)閉，而不是其中一個回路總是開著，以至造成反壓過高而使發(fā)動機損壞。
按照本發(fā)明，用于回收排氣中熱量的熱交換裝置包括熱交換管道裝置、旁路管道裝置、置于熱交換管道裝置內(nèi)的熱交換管列裝置和可以改變流過旁路管道裝置而不流過熱交換管道裝置之排氣流量的而且位置可變的一套筒閥裝置，熱交換管列裝置則圍繞在位置可變的套筒閥裝置的周圍；該后者(套筒閥)則限定旁路管道裝置和熱交換管道裝置的內(nèi)壁；位置可變的套筒閥裝置包括兩個管道裝置之軸向可移動的套筒裝置，依此同時控制通過熱交換管道裝置和旁路管道裝置的排氣流量。
最好該套筒裝置被制成可以相對于排氣管道裝置的進口裝置和旁路管道裝置的出口裝置在兩個極端位置之間連續(xù)軸向移動的，因而在一個極端位置，該熱交換管道裝置的進口裝置是開啟的，而套筒裝置則關(guān)閉旁路管道裝置的出口裝置；在另一個極端位置，套筒裝置關(guān)閉熱交換管道裝置的進口裝置，而旁路管道裝置的出口裝置是開啟的。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是該套筒閥調(diào)節(jié)機構(gòu)是構(gòu)成熱交換器裝置的一個組成部分，而不是此設(shè)備的一個分離構(gòu)件；而且這種設(shè)計方案比以前的調(diào)節(jié)閥方案更為簡單，調(diào)節(jié)工作也更為可靠。其另一個優(yōu)點是，這種套筒閥裝置固有的安全性，因為它不可能同時把兩股氣流的通道都關(guān)閉了，而可以保護上游不致因壓力過高而損壞。它還有一個優(yōu)點是，本發(fā)明的裝置比較輕，所需的空間比現(xiàn)有技術(shù)的裝置的更少，這對那些非地面用(offshore)設(shè)備來說是一個極為重要的優(yōu)點。
此外，在那些已知的設(shè)計方案中，通常在熱交換器裝置的上游或下游的燃氣回路中安裝了一個單獨的消音器。在本發(fā)明中，有可能更有利地設(shè)計在套筒的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)有消音襯以降低在旁路管道和/或熱交換管道中的噪音。還可以在旁路管道設(shè)置一個位于套筒裝置中心的氣流分離器，并在此氣流分離器面對套筒裝置的表面上也敷以消音襯。這些措施都是為了避免使用單獨的消音裝置。
本發(fā)明的另外一些特征和優(yōu)點將在下述介紹和權(quán)利要求中予以說明。
以下將參照附圖介紹本發(fā)明的典型實施例，這些附圖包括

圖1為，按照本發(fā)明，通過熱交換中心線截取的一局部剖視圖，此裝置有一可移動的內(nèi)套筒閥，圖中所示的位置表明，熱燃氣正流過熱交換器管列；圖2為類似于圖1的一剖視圖，圖中示出了同一個熱交換器裝置，但是在圖中所示的套筒閥位置，使熱燃氣旁路了(即未流過)熱交換器管列，而由中心通道通過；圖3為類似于圖2的一剖視圖，圖中示出了本發(fā)明的另一實施例；圖4A為套筒閥的一側(cè)視圖，圖中示出了在熱交換器內(nèi)套筒閥是如何上下滑動的；圖4B為沿圖4A的B-B截面的局部放大圖；圖4C和圖4D分別示出了引導(dǎo)機構(gòu)的側(cè)視和剖視放大平面詳圖，圖4D為通過圖4C的D-D截面的剖視圖。
圖5和圖6為本發(fā)明的另兩種實施例的局部剖側(cè)視簡圖。
附圖所示的那些熱交換裝置都適用于從排氣中回收熱量，例如可用于非地面使用的(offshore)油氣行業(yè)。這些裝置通常是圓筒形的，圖中那些裝置的主軸方向都畫成了垂直的。如圖1所示，這一裝置正準備接納來自一燃氣渦輪發(fā)動機或其他發(fā)動機(圖中未示出)的、并通過燃氣進氣管道34進入的熱燃氣10，燃氣因與熱獎器管列2中循環(huán)的流體熱交換而被冷卻，并且被冷卻的燃氣18向前流動從燃氣出口管道7排出，流向一排氣管，或另作他用。熱交換流體36通過同心管38流進并流出熱交換器管列2，此流體36則可用作工作流體，或用于產(chǎn)生蒸氣，或其他類似用途。
現(xiàn)參閱圖1和圖2，熱交換器裝置包括一其內(nèi)有一環(huán)形熱交換器管列2的、通常為筒形的外殼或罩1，一內(nèi)套筒閥3和一閥塞4。套筒閥3在熱交換器管列2內(nèi)兩個極端位置間可以軸向移動。在圖1中，所示套筒閥3正處于其上方極端位置，以到此閥的套筒的中央通道19，稱為旁路通道，被完全關(guān)閉了，實際上所有排出的燃氣從熱交換器管列2(周圍)流過。在此位置，當(dāng)套筒閥3的上“刀口”14緊靠到設(shè)在閥塞4上的閥座13時，形成了阻止氣流流過旁路通道19所需的氣體密封。
在圖2中，所示套筒閥3正處在其下方極端位置，故基本上所有熱燃氣10都從旁路通道19流過，而未流過熱交換器管列2。在此位置，在套筒閥3底部的截錐形的閥座12與在熱交換器管列2下面連接在外殼1上的互補截錐形閥座11一起形成了一氣密結(jié)構(gòu)，致使熱燃氣10只能流過旁路管道19，并經(jīng)由閥塞4和出口組件之間的環(huán)形開口16流出閥塞4。
閥塞4在旁路管道19內(nèi)由一沿外殼縱向軸線延伸的中心支撐桿40支撐在其軸向位置上，同時閥塞與外殼1同心。中心支撐桿40則由分別在它的頂部和底部設(shè)置的支桿9和支桿15支撐在外殼1上。在這些頂部和底部位置之每個上，應(yīng)有至少三根支桿，而這些支桿又圍繞此裝置等角度間隔地配置。
圖1的右邊(非剖視部分)特別示出，套筒閥3在其下端與連桿20相連，以便套筒閥能在熱交換器組件內(nèi)軸向地上下移動。這些連桿20穿過氣體密封墊17，并由支板30連接在燃氣進口管道22上的操縱裝置9來操縱。操縱裝置9可以是液壓的、氣動的、電動的或手動的。例如，連桿20，因而還有套筒閥3，可以用球形螺旋裝置在由電動機驅(qū)動的導(dǎo)螺桿上來升降。此外，至少應(yīng)有三根連桿，每一根由一操縱裝置驅(qū)動，而這些操縱裝置圍繞此裝置等角間隔地配置。
有利方式是，可以把空氣32通過氣密封墊17引到熱交換器下方的空間21中，或者引到由多個固定的密封件形成的空間(圖中未示出)，以便用使熱交換器回路與熱燃氣10完全隔絕的方法，達到密封的目的。再者，或者說，當(dāng)熱燃氣10只是流過旁路管道19時，這部分空氣可以用來吸收(除去)熱交換器管列2內(nèi)工作流體不需要的熱量。
為了吸收熱交換器管道內(nèi)的噪音，在外殼1內(nèi)側(cè)和套筒閥3的外側(cè)分別敷有消音襯5和6。這些消音襯還有隔溫作用，因此可以減少通過熱交換器管道壁面的熱損失。
圖3示出了本發(fā)明的一種較為優(yōu)選的實施例。如圖2所示，此裝置處于旁路管道完全打開的狀態(tài)，然而這里的閥塞4設(shè)有一向下延伸段8，它軸向地通過旁路管道19，與外殼1和中心支撐桿40同心。此延伸段8起著氣流分離器的作用，它有一筒形的上部和一錐形的下端部。為了改善旁路管道19內(nèi)的消音作用，至少在氣流分離器8的部分長度上，與套筒閥3面對的、氣流分離器8之筒形部分的外表面上敷有消音襯35。此外，在套筒閥3的下面部分的內(nèi)表面上也敷有消音襯42。然而，套筒閥3上部約五分之一的部分并沒有敷設(shè)消音襯42，以避免氣流通過旁路管道的環(huán)形出口16時干擾氣流或產(chǎn)生節(jié)流。
如圖4A至圖4D所示，除了那些連桿20提供的支撐外，套筒還需要橫向支撐，以避免套筒閥過分的振動。可以通過各種不同的方法來解決這個問題。在此實施例中，套筒3裝有固定在其外表面上的三條導(dǎo)軌24。這些導(dǎo)軌24在套筒的長度方向上延伸，它們圍繞套筒在空間上各相隔120°地配置。相似地，此裝置的外殼1也相應(yīng)地裝有與導(dǎo)軌24相面對的三條導(dǎo)軌22。導(dǎo)軌的尺寸應(yīng)選擇得使相對面的那些導(dǎo)軌的表面之間的間隙44比較小。有幾對導(dǎo)板23安裝在靠近導(dǎo)軌22的頂部和底部，并由此延伸以很小的間隙把導(dǎo)軌24圍在其間，以防止套筒3上的導(dǎo)軌24移動時偏離與外殼1上導(dǎo)軌22的對準位置。如圖4A、4C和4D所示，套筒3上每一條導(dǎo)軌24的底部都有一個滾輪機構(gòu)25。在此滾輪機構(gòu)中，滾輪46可以通過繞軸47轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)軌22的表面自由滾動。支承板49在該軸47的兩端把軸47固定，而支承板49則連接在滾輪塊48的上端。滾輪塊48又通過減振接頭45依次在其上下兩端連接在導(dǎo)軌24上。從圖4A還可以看到，外殼1上每一條導(dǎo)軌22的上端也裝有一套類似的滾輪機構(gòu)。滾輪機構(gòu)25′與滾輪機構(gòu)25不同，那是因為滾輪機構(gòu)25′的滾輪塊48′是連接在導(dǎo)軌22上的，而且它的滾輪是沿導(dǎo)軌24的表面滾動的。
圖5和圖6示出了本發(fā)明的另兩個實施例，用以說明導(dǎo)引套筒3移動的另外兩種方法。在圖5和圖6中，對相似的部件都標以與圖1至圖4相應(yīng)部件相同的代號，但是不再對它們進行說明了，因為它們只是在尺寸和形狀上有所不同。
在圖5中，套筒3在所示的最低位置處由連接在外殼1頂部和底部的四根連桿53引導(dǎo)。閥塞4也由連桿53支撐，以便與套筒3保持同心。套筒3可以通過連接在套筒3上的管狀軸承54沿連桿53滑動。此實施例的另一特征是閥塞4可以沿連桿53向上軸向地滑動一段小距離，這就提供了一種限制操縱裝置9施加在套筒3和閥塞4上的負載的措施，從而可以防止因任何原因在套筒3向上軸向移動過量時，損壞設(shè)備。
如圖6所示，套筒3正位于其最上端的位置，也就是旁路管道被關(guān)閉了。在此實施例中，閥塞4有一筒形延伸段58，此延伸段經(jīng)過旁路管道19軸向向下延伸到閥座11以下的一位置。閥塞4的頂部由若干柱形支承桿55作橫向支撐，而那些柱形桿又連接在外殼1上。閥套筒3由兩個引導(dǎo)軸承56引導(dǎo)，并橫向支撐在閥塞4上。
雖然在以上圖1至圖6中只示出了套筒閥3在其兩個極端位置處的情況，但是應(yīng)該理解為根據(jù)操縱裝置9控制的不同輸入(量)，套筒3的位置是可以變化的。因此，套筒閥3可以處于中間的位置，依此一部分熱燃氣10流過旁路管道19，另一部分則流過熱交換器管列2。
此外，雖然在上述的裝置中，套筒3限定了旁路管道19和熱交換器管道的內(nèi)壁，但是它也可能具有一在可移動的套筒3上附加的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁，以達到把旁路管道與熱交換器管列分開的目的。
除了以上圖1至圖6中介紹的熱交換器內(nèi)部設(shè)置方法外，還可以在本發(fā)明的范疇內(nèi)引伸出其他設(shè)置方法。
外殼1、熱交換器管道和內(nèi)旁路管道19最好做成筒形的，然而制作成非圓形截面形狀的此類構(gòu)件也可以完成同樣的功能。
熱交換器的結(jié)構(gòu)也可以做成燃氣是向相反方向排出的，只需對圖中所示相應(yīng)部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作很小的修改即可。
在本發(fā)明所示的所有附圖中熱交換器的位置都是最適宜動作的垂直結(jié)構(gòu)配置，然而，對圖中所示相應(yīng)部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作很小的修改后，它也可以在其他安放位置下工作，包括水平安放，甚至把它顛倒過來安放。還可以變換熱交換器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使閥塞位于熱交換器的另一端，這種安排在某些應(yīng)用場合可能是有利的。
操縱機構(gòu)的位置和操縱機構(gòu)連桿的連接也可以從熱交換器的下端改變到上端。
除了以上文字和附圖中介紹的以外，在本發(fā)明的范疇外，套筒還可以用其他方式來操縱和引導(dǎo)。
權(quán)利要求
1．一種用于回收熱燃氣熱量的熱交換裝置包括熱交換管道裝置、旁路管道裝置、位于熱交換管道裝置內(nèi)的熱交換管列裝置和一用于改變流經(jīng)旁路管道裝置而不流經(jīng)熱交換管道裝置的熱燃氣流量的位置可變的套筒閥裝置，熱交換管列裝置圍繞著位置可變的套筒閥設(shè)置，該位置可變的調(diào)節(jié)閥裝置包括兩個管道裝置之軸向可移動的套筒裝置由此同時控制流經(jīng)熱交換管道裝置和旁路管道裝置的熱燃氣流量。
2．按權(quán)利要求1的熱交換裝置，其特征在于，套筒裝置限定該旁路管道裝置和一熱交換管道裝置的內(nèi)壁。
3．按權(quán)利要求1或2的熱交換裝置，其特征在于，套筒裝置適于相對于熱交換管道裝置的進口裝置和旁路管道裝置的出口裝置在兩個極端位置間軸向移動，從而在一個極端位置，熱交換管道裝置的進口裝置是打開的，而套筒裝置則關(guān)閉了旁路管道裝置的出口裝置，在另一個極端位置，套筒裝置關(guān)閉了熱交換管道裝置的進口裝置，而旁路管道裝置的出口裝置卻是開著的。
4．一帶有實質(zhì)上安全的內(nèi)旁路閥的熱交換裝置包括一個外殼；一組在外圍并縱向延伸的熱交換器管列；一個相對于熱交換器管列可以軸向移動的套筒閥；一個閥塞；一個外殼閥座；和套筒閥的操縱裝置；因此，內(nèi)套筒閥形成了實質(zhì)上安全的閥門，由操縱裝置操縱的熱交換器之軸向可移動的套筒裝置可在軸向行程的一個極端位置于閥塞上形成一氣密封，致使燃氣流經(jīng)熱交換器管列，而在其行程的另一個極端位置，可在外殼閥座處形成一氣密封，致使燃氣流經(jīng)包括閥門套筒之中央通道的旁路管道，而未流經(jīng)熱交換器管列。
5．按權(quán)利要求4的熱交換裝置，其特征在于，包括把密封空氣引到外殼閥座和熱交換器管列之間的環(huán)形空間的裝置。
6．按上述權(quán)利要求中任一的熱交換裝置，其特征在于，其與發(fā)動機成串聯(lián)配置，以接納發(fā)動機排出的燃氣。
7．按上述權(quán)利要求中任一的熱交換裝置，其特征在于，旁路管道含有消音襯以降低由此裝置發(fā)出的噪音能級。
8．按上述權(quán)利要求中任一的熱交換裝置，其特征在于，旁路管道裝有一氣流分離器以利于引導(dǎo)熱燃氣通過此裝置。
9．按權(quán)利要求8并從屬于權(quán)利要求4的熱交換裝置，其特征在于，該氣流分離器包括一閥塞的延伸段。
全文摘要
用于回收熱燃氣熱量的熱交換器裝置有一組固定在筒形外殼(1)之間熱交換管道內(nèi)的熱交換管列(2)和一可滑動的輔助內(nèi)套筒(3)。此套筒(3)和位于此裝置上端的塞狀閥(4)一起形成了一位置可變的套筒閥裝置,此閥門裝置可以同時控制通過熱交換管道和旁路管道的熱燃氣的流量。
文檔編號F28F27/02GK1312904SQ9980945
公開日2001年9月12日 申請日期1999年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月8日
發(fā)明者R·雅米森, M·維克哈姆 申請人:阿爾斯托姆英國有限公司