[发明专利]一种回转体布局的燃气轮机回热器及其换热过程

说明书

技术领域

本发明涉及一种回转体布局的燃气轮机回热器，属于换热器技术领域。

背景技术

燃气轮机动力装置作为舰船主动力装置,具有体积小、重量轻、启动快、运行维护方便、辅机和系统简单等优点。随着造船界对于舰船高速推进系统主动力装置要求的不断提高,燃气轮机所具有的单机比功率大、尺寸小、重量轻、变速性能好、操作简单、维护方便、滑油消耗量少以及水下噪音小等一系列优点显得日益突出。

间冷回热循环（ICR- IntercoolingRecuperated） 燃气轮机是在简单循环燃气轮机基础上增加了压缩空气中间冷却器、排气回热器等部件的燃气轮机，其突出优点是在设计工况及低工况下均具有较高的热效率，弥补了简单循环燃气轮机在低工况下热效率低的缺点，从而为军民用舰船采用全燃动力装置创造了条件。采用ICR燃气轮机可使总运行油耗下降23 %～25 %，功率输出增加25%～30%。

回热器，作为ICR循环燃气轮机的关键部件，其工作条件，比较复杂：燃气具有腐蚀性，需要承受950K以上的高温，400K的温差，其内部承受十几个大气的压力。燃气轮机回热器属于气- 气热交换器，气体的换热系数比较小，为达到一定的换热效率，回热器的体积有可能变得很庞大。因此，对燃气轮机回热器的结构布局，变得非常重要。

燃气轮机的回热器设计与制造，有三大难点：1.散热量较大，特别是大型船舶用燃气轮机，回热器的散热量达到2-3万千瓦，甚至更高；2.燃气和压缩空气的流动阻力小，一般只有自身压力的5%左右，特别是燃气侧的流动阻力，紧紧只容许在5kPa左右；3.热负荷、热膨胀、热冲击大，回热器的可靠性要求高。同时，回热器也有一个特点，燃气的进口压力小，接近于正常大气压，密封要求不高，容许少量泄漏。

发明内容

本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种结构简单、换热性能好的一种回转体布局的燃气轮机回热器及其换热过程。

为此本发明采用的技术方案是：本发明包括壳体（1），壳体（1）内设有热交换器（2）；所述热交换器（2）由一组呈扇形状的换热芯体（21）组成，各换热芯体（21）环向布置形成一环形体，各换热芯体（21）相互独立，在换热芯体（21）两侧设固定支撑臂（22）和浮动支撑臂（23）；热交换器（2）形成高温燃气、高压气体逆向流动的通道。

所述热交换器（2）一端连接扩压管（3）、整流罩（4），扩压管（3）和整流罩（4）之间形成燃气进气腔（5），该进气腔（5）设置在所述热交换器（2）外圆周外侧，热交换器（2）内圆周延伸形成一燃气出气腔（6），燃气从热交换器（2）外部径向的沿燃气进气腔（5）流向燃气出气腔（6）。

所述热交换器的另一端设置高压气体进气管（7）、高压进气出气管（8），高压气体进气管（7）上沿其圆周方向均布有若干环形设置的和所述换热芯体换热进口连通的压缩空气进气歧管（9），高压气体出气管（8）上沿其圆周方向均布有若干环形设置的和所述换热芯体换热出口连通的压缩空气出气歧管（10）：所述压缩空气出气歧管（10）设置在压缩空气进气歧管（9）内侧，使压缩空气和高温燃气流向逆向。

所述固定支撑臂(22)设置在高压气体一侧，浮动支撑臂（23）设置在高温燃气的一侧；固定支撑臂（22）暴露在空气之中，浮动支撑臂（23）设置在整流罩（4）内部。

一种回转体布局的燃气轮机回热器的换热过程，按照以下步骤进行：

高温燃气从扩压管（3）、整流罩（4）进入燃气进气腔（5），高压气体从高压气体进气管（7）、压缩空气进气歧管（9）进入换热芯体换热进口，换热过程中，高温燃气从热交换器（2）外部的间隙中从热交换器（2）的外圆周流向热交换器（2）内圆周形成的燃气出气腔（6）；高压气体从热交换器（2）内部形成的通道从热交换器（2）内端流向外端形成和高温燃气的逆流向，形成热交换；

在进行热交换前，通过高温燃气侧的扩压管（3）、整流罩（4）和燃气进气腔（5），以及燃气出气腔（6）的直径选择，将高温燃气的流速控制在25-35m/s；

对压缩空气进气和出气，使其流速亦控制在25-35m/s。

本发明的优点是：针对回热器散热量问题，我们选用了结构紧凑、承压能力和刚度较大的板翅式热交换器，并通过回转体布局，集成了十多个回热器芯体，以增大散热能力；采用逆流方式布置燃气和压缩空气的流道，使得散热效率达到最高；并根据燃气侧和压缩空气侧温度、压力、密度的不同，采用不同高度的翅片结构进行优化，提高回热器的综合散热能力。