專利名稱：急冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用來冷卻熱氣流的急冷器，它基本上包含一個圓筒殼套，這個圓筒殼套通過一個氣體入口連接件與熱氣管線相連并通過一個氣體出口連接件與冷氣管線相連，而且它還具有一個噴水裝置。本發(fā)明還涉及這種急冷器在開放的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中的應(yīng)用。
新型的和頂級性能的燃?xì)廨啓C(jī)都以很高的渦輪機(jī)入口溫度工作，這使得燃燒室，轉(zhuǎn)子和葉片的冷卻變得極為重要。為此，通常在壓縮機(jī)的出口處要排出高度壓縮的空氣。因?yàn)楝F(xiàn)代的預(yù)混合燃燒需要很大量的壓縮空氣，一方面由于只能有極少量的冷卻空氣用于冷卻的目的。另一方面，這種用于冷卻的空氣由于壓縮而又已經(jīng)變得很熱，因此若能預(yù)先將它冷卻就更為可取了。
因此，采用原本熟知的(氣體急冷)噴水法再次對空氣進(jìn)行冷卻是較為適當(dāng)?shù)摹＠鋮s空氣的高值熱能僅僅只部分地被這種方法所利用，在現(xiàn)代機(jī)器中其含量可達(dá)20MW。但是，采用這種方法卻可獲得很多勝過對流冷卻器的重要優(yōu)點(diǎn)，而這種對流冷卻器也是可行的，它是建立在空氣/空氣或液體/空氣的熱交換基礎(chǔ)上的。
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于高溫氣體和液體并處于高壓條件下的高效急冷器。如果這種裝備是用在現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，則對這類裝置有如下的具體熱水力學(xué)要求氣體入口的高溫應(yīng)在300-530℃之間，氣體側(cè)的高壓應(yīng)在20和35bar之間，在氣體和液體側(cè)都有少量的壓力損失，以及比較高的氣體冷卻范圍，這個范圍應(yīng)大于250℃。
按照本發(fā)明，這個目的可這樣來實(shí)現(xiàn)，將一充填柱安置于噴水裝置的下游，而這充填柱充滿了流動所通過的殼套的橫切面。如果將這充填柱設(shè)計成一個可以推進(jìn)圓筒形外殼并具有一分離殼套的充填料筒將是特別有利有的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)尤其表現(xiàn)在緊湊的，易維修的設(shè)備結(jié)構(gòu)上。由于在安裝和維修過程中空間的要求可能是一個決定性的因素，因而這一點(diǎn)就顯得特別重要。
附圖中借助于一個燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備來表示本發(fā)明的一個實(shí)施例。只示出了對理解本發(fā)明起重要作用的元件。
如果參考后面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖進(jìn)行考慮則本發(fā)明將變得更好理解，因而，本發(fā)明的較為全面的評價和它的許多注目的優(yōu)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)都會變得容易，這些附圖是

圖1.畫出了一個燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的簡化示意圖，圖2.畫出了一個具有噴水和監(jiān)控系統(tǒng)的急冷器的剖面圖。
現(xiàn)在參考附圖，其中相同的標(biāo)號在所有幾個附圖中都表示同一的或相應(yīng)的部件，這里只畫出了對于理解本發(fā)明極為重要的零件，而箭頭表示工作介質(zhì)的流動方向，在圖1中1的位置上從大氣吸入的新鮮空氣在燃?xì)廨啓C(jī)的工作循環(huán)過程中被壓縮機(jī)2加壓到工作壓力。壓縮空氣在燃燒室3中被劇烈加熱，例如，用天然氣或燃料氣體燃燒，這樣形成的燃料氣體在燃?xì)廨啓C(jī)4中膨脹，以便做功。在這個做功過程中獲得的能量被傳送到發(fā)電機(jī)5或者壓縮機(jī)2。從燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的廢氣通過廢氣管路6和煙道(未畫出)排入大氣。
對于冷卻所要求的空氣而言，空氣管路7從壓縮機(jī)2的出口分支到急冷器8。在它流過后者以后，經(jīng)冷卻的空氣就經(jīng)過冷卻管路9傳送到各個消耗裝置。在水方面，則通過管路22被水泵15送入這個急冷器。
這個急冷器8可借助圖2加以詳細(xì)解釋待冷卻的介質(zhì)經(jīng)過熱氣管路7送進(jìn)管路---這里，管路7就是從壓縮機(jī)引出的空氣管路。該裝置基本上包含氣體入口連接件11，它一方面被法蘭連接到空氣管路而另一方面又用一法蘭與圓筒套殼10相連。在出口邊，這個殼套10同時又通過一法蘭與氣體出口連接件12相連，連接件12又被一法蘭連到冷氣管路9上---這里，就是冷卻管路。
噴水裝置以分布在圓的橫切面上的方式安裝在殼套的入口處。這個噴水裝置包含有很多的壓力霧化嘴30。一方面，可從圍繞該裝置的環(huán)型腔20向它們供水而另一方面，又從圍繞該裝置的環(huán)型腔21向它們供應(yīng)蒸汽。這種蒸汽用來使水霧化，在噴嘴口可獲得微米尺寸的霧滴。
用來使水在噴水裝置30中霧化的蒸汽的制備可方便地在熱氣管路中發(fā)生，在這里就是指在空氣管路7中發(fā)生，而這個管路從壓縮機(jī)通到急冷卻器8。工作介質(zhì)首先經(jīng)過水泵15傳送進(jìn)水的預(yù)熱器16。從這里，大部分水通過水管22被引導(dǎo)到環(huán)型腔20。在這個水管22中安置有一控制閥18。一些水在預(yù)熱器的出口處被轉(zhuǎn)送入水的蒸發(fā)器17。這個水蒸發(fā)器在預(yù)熱器的上游的空氣側(cè)被連接到熱氣管路中。產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽管23從蒸發(fā)器傳送進(jìn)環(huán)型腔21，在蒸汽管中安置有一穩(wěn)壓閥19。
在壓力霧化嘴30的下流，殼套10的圓形切面上裝有一個填料柱13式的靜態(tài)混合器，而流動就通過這個圓形橫切面。這樣的圓筒柱13含有層狀的填充材料，以下就叫做填充料。在這種情形，填充可以是灌裝，也就是所謂的無序填充。但有規(guī)則的填充則更為適宜，由于特別均勻的分布因而它具有壓力下降較小而又能高度混合的優(yōu)點(diǎn)。原本已知的用于這種填充的適宜材料是高級合金鋼或陶瓷，它們在水系統(tǒng)中都具有良好的可濕性的特點(diǎn)。
噴射的水和空氣單向流過多層有序的填充層。在填充層中發(fā)生這兩個物相的完全混合，在這個混合過程中水這部分被汽化。在這過程中，熱空氣釋放出汽化焓，因而裝置中就會發(fā)生空氣溫度等焓地降低。
這可用很多例子來更詳細(xì)地加以解釋不言而喻，關(guān)于裝置尺寸的絕對值，尤其是必須的充填長度是不可能用數(shù)值來加以說明的，因?yàn)樗鼈兣c太多的參數(shù)都有關(guān)，所以絕對值無論如何都無太大的意義。設(shè)計的唯一決定因素是噴射的水發(fā)生全部汽化。
讓待冷卻的空氣進(jìn)入時的狀態(tài)處于大約34bar和大約500℃；空氣的流量為大約35kg/sec。噴射水的流量為大約10kg/sec。經(jīng)由空氣出口連接件12，工作介質(zhì)那時就會作為冷卻空氣離開裝置，其溫度約為170℃。因此，在本情形中空氣的溫度大約下降了330℃。
這樣的裝置的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊而且工作時無明顯壓力損失。緊湊性和只需要一些短的管子就能緊靠著機(jī)器把急冷器建立起來。因而它可包含在由阻熱材料塊構(gòu)成的隔聲區(qū)域中。
燃?xì)廨啓C(jī)的輸出將會因?yàn)榧崩淅鋮s而增加，這是由于進(jìn)入渦輪機(jī)的質(zhì)量流至少部分地被汽化的水所增加；這是因?yàn)槔鋮s介質(zhì)在完成了它的冷卻功能之后還繼續(xù)用來在燃?xì)廨啓C(jī)的葉片組中做功的緣故。
充填材料以薄片形式安裝在分離殼套14內(nèi)的充填柱中而且被設(shè)計成一個能被推入圓形殼套筒10的充填筒。這具有下述優(yōu)點(diǎn)殘留的蒸汽不可能存留在實(shí)際的裝置殼套10上。當(dāng)在維修過程中將充填柱拆除時，形成一層的殘留蒸汽因而仍在充填筒中。這樣還消除了顆粒從殼套壁10脫落下來并可能被送進(jìn)待冷卻的消耗裝置的危險。
引入燃?xì)廨啓C(jī)的較熱部件的冷卻空氣流不應(yīng)含有任何水滴，因?yàn)檫@些水滴在沖擊較熱部件時會導(dǎo)致部件的損害。如果在冷卻空氣流中發(fā)現(xiàn)有水則應(yīng)將機(jī)器關(guān)掉。對于在現(xiàn)有的高壓和高溫條件下的含水率的檢測設(shè)備目前市場上還不能買到。在靜態(tài)混合器中的溫度測量本身在這里就可提供一種補(bǔ)救，為此目的，將幾個適當(dāng)?shù)臒犭娕?5安置在充填料的內(nèi)部。由于有水碰到由充填材料構(gòu)成的隔壁，因而充填材料的溫度就會迅速下降。如果水流足夠大，則充填材料的溫度將下降到潮濕蒸汽的溫度。這樣的測量因而是適宜在短時間內(nèi)對接觸充填材料的水的檢測。
監(jiān)測充填柱中水和水蒸汽的存在的再一個方法是測量靜態(tài)混合器的上游和下游的溫度。為此，用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑾鄳?yīng)的熱電偶26和27穿過殼套10并將它們適當(dāng)?shù)胤植荚诹鲃咏?jīng)過的橫切面中?；旌掀魅肟诤统隹谥g的溫差的檢測可指示出有適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)存在。
在急冷器中聚集的任何冷凝液都將通過排泄管24流進(jìn)與煙道相連的廢氣管6中。用這種測量就可免除掉慣常的擴(kuò)容箱，在這種擴(kuò)容箱中處于壓力狀態(tài)下的冷凝液被膨脹到大氣壓同時由于與冷水混合而降溫。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上面所表述的典型實(shí)施例。原則上，新穎的裝置概念可應(yīng)用到其中涉及具有高溫和甚至高壓的工作介質(zhì)的一切過程。
顯然，根據(jù)上述技術(shù)對本發(fā)明作出很多改進(jìn)和變化都是可能的。因而，應(yīng)知道，除了在這里所具體描述的而外，本發(fā)明還可在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施。
標(biāo)號一覽表1壓縮機(jī)入口 15水泵2壓縮機(jī) 16水預(yù)熱器3燃燒室 17水的蒸發(fā)裝置4燃?xì)廨啓C(jī) 18控制閥5發(fā)電機(jī) 19穩(wěn)壓閥6廢氣管 20水的環(huán)形腔7熱氣管 21蒸汽的環(huán)形腔8急冷器 22通到20的水管9冷氣管 23通到21的蒸汽管108的殼套 24通向6的排泄管11氣體進(jìn)口連接件25熱電偶12氣體出口連接件26熱電偶13填料柱27熱電偶14 13的殼套 30噴水裝置，壓力霧化嘴
權(quán)利要求
1.用來冷卻熱的流動氣體的急冷器，基本上包括一個圓筒形的殼套(10)，該殼套通過一個氣體入口連接件(11)與熱氣管(7)相連，通過一個氣體出口連接件(12)與冷氣管(9)相連，該殼套還具有一個噴水裝置(30)，其特征在于充滿了外殼套(10)內(nèi)流動所經(jīng)過的橫切面的充填柱(13)安裝在噴水裝置(30)的下游。
2.按照權(quán)利要求1所述的急冷器，其特征在于充填柱(13)被設(shè)計成一個可推入圓筒形殼套(10)并具有一個分離的殼套(14)的充填料筒。
3.按照權(quán)利要求1所述的急冷器，其特征在于充填柱(13)中裝有一些熱電偶(25)。
4.按照權(quán)利要求1所述的急冷器，其特征在于熱電偶(26，27)安裝在充填柱(13)的上游和下游的流動所經(jīng)過的殼套(10)的橫切面上。
5.按照權(quán)利要求1所述的急冷器，其特征在于噴水裝置(30)是一些可供入水和蒸汽的壓力霧化嘴。
6.按照權(quán)利要求5所述的急冷器，其特征在于蒸汽是在安置于熱氣管路(7)上的蒸發(fā)設(shè)備(17)中產(chǎn)生的。
7.按照權(quán)利要求1或6所述的急冷器在燃?xì)廨啓C(jī)過程中的應(yīng)用，其中，氣體入口連接件(11)是與燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)(2)的出口相連，而氣體出口連接件(12)是與和燃?xì)廨啓C(jī)(4)相通的冷氣管(9)相連，而且聚集在急冷器(8)中的冷凝液直接經(jīng)過排泄管(24)進(jìn)入與煙道相通的廢氣管(6)。
全文摘要
用于冷卻熱流氣體的急冷器，主要由一圓筒形的殼套(10)構(gòu)成，該殼套與一熱氣管(7)和一冷氣管(9)相連，它具有一個噴水裝置(30)。一充填柱(13)安置于噴水裝置(30)的下游，而這充填柱(13)充滿了流動所通過的殼套(10)的橫切面。這充填柱被設(shè)計成一個可以推進(jìn)圓筒型外殼(10)并具有一分離殼套(14)的充填料筒。
文檔編號F28C3/06GK1155650SQ9612152
公開日1997年7月30日 申請日期1996年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月13日
發(fā)明者H·伊爾布魯克 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司