一种用于微型燃气轮机的高效低成本管式回热器

摘要

本发明公布了一种微型燃气轮机管式回热器，回热器换热管安装孔在端板上按照渐开线形式布置，能增加回热管的安装数量，提高回热效率；任意相邻的两行和两列组成的4个换热管为一个换热单元，每个换热单元相邻换热管的螺旋管为异名绕向，对角线方向的螺旋管为同名绕向，提高了回热器的紧凑度；换热管通过压板挤压锥头，实现与端板的密封；换热盒由下端板包络上端板，通过直接压装方式实现换热盒的密封和安装。与传统管式回热器相比，本发明的管式回热器通过结构上的创新，提高了回热效率和紧凑度，在密封和安装上不需要焊接，降低了生产成本，提高了单个部件的灵活度，可维修性好。本发明具有结构简单，回热效果好，生产成本低等突出优点。

权利要求

1.一种微型燃气轮机管式回热器，以任意相邻的两行和两列交叉的4个换热管(4)为一个换热单元(18)，其特征在于：上端板(1)的换热管安装孔(2)按照渐开线(3)形式布置，在充分利用上端板(1)面积的同时，保证了所述换热管(4)两两之间等距排列，所述换热单元(18)相邻换热管(4)的螺旋线为异名绕向，对角线方向上换热管(4)的螺旋线为同名绕向，缩短了换热管(4)之间的间距，压板(7)通过螺栓(6)定位，并挤压锥头(5)实现换热管(4)与上端板(1)的密封，热气盒(9)是由所述上端板(1)包络下端板(8)，通过直接压装方式实现热气盒(9)的密封和安装。

2.根据权利要求1所述的微型燃气轮机管式回热器，其特征在于：所述换热管(4)在安装时按照渐开线(3)形式布置。

3.根据权利要求1所述的微型燃气轮机管式回热器，其特征在于：所述任意两个相邻的换热管(4)之间距离相等。

4.根据权利要求1所述的微型燃气轮机管式回热器，其特征在于：所述换热管(4)上的螺旋管(14)直径和节距相等。

说明书

一种用于微型燃气轮机的高效低成本管式回热器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于燃气轮机的管式回热器，更具体地说，本发明涉及一种用于微型燃气轮机的高效低成本管式回热器。技术背景

[0002] 微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，它广泛应用于分布式供电、热电联供、备用电源等。具有尺寸小、质量轻、结构简单、多燃料、低噪声、低排放、低振动、低维修率等优点。

[0003] 微型燃气轮机是一种开放的持续喷油燃烧系统。早期的微型燃气轮机最高热效率只有17％左右，极大地影响了微型燃气轮机的使用和普及；近几年研究和开发的微型燃气轮机热效率达到26％～30％，其关键技术就是采用了高效回热器。

[0004] 在回热器中，来自微型燃气轮机涡轮的高温燃气与流经回热器的高压空气进行热交换，热量由高温燃气流向高压空气，从而提高了进入燃烧室的高压空气焓值，不仅节省燃料，而且能够提高微型燃气轮机的热效率。

[0005] 目前的微型燃气轮机回热器主要由管式、板翅式和主表面式。管式回热器的换热面为圆管状，采用焊接、熔焊等方式密封，冷热端采用交叉逆流流型，回热效率小于85％，紧凑度低；板翅式回热器的换热面为错列的翅形成的二次面，通过焊接的方式密封，冷热端采用逆流流型，回热效率大于90％，紧凑度高；主表面式回热器的换热面为成型的板，采用熔接的方式密封，冷热端采用逆流流型，回热效率大于90％，紧凑度高。与板翅式和主表面式回热器相比，管式回热器具有工作压力大，工作温度高，在通道堵塞时能进行介质换热等优点，考虑到微型燃气轮机的工作条件，使用管式回热器更加适合。但是，目前管式回热器存在回热效率偏低，紧凑度不高等缺点，而且对于微型燃气轮机回热器普遍存在由于部件尺寸小、回热管路多，使用焊接等方式工作量大，难度和成本高等问题。同时，对于众多的回热管路，焊接使部件之间永久性连接，当一处发生故障时，替换或维修非常不方便，可维修性低。此外，密集的焊接工作对部件造成的热变形和热应力，影响部件结构的准确性和使用寿命。因此需要一种管式回热器，它能够在提高紧凑度和回热效率的同时，具有维修方便，密封、安装便捷以及较低的生产和维护成本。

发明内容

[0006] 本发明的目的是解决现有管式回热器紧凑度低和回热效率低等问题，并提供一种简单便捷的密封和安装方法，增加管式回热器的可维修性，降低成本。

[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

[0008] 一种微型燃气轮机管式回热器，回热器包括换热管(4)、换热单元(18)、压板(7)、锥头(5)、上端板(1)、下端板(8)、热气盒(9)、冷气盒(10)等组成。其中，换热单元(18)是由任意相邻的两行和两列换热管相交得到的4个换热管(4)组成，换热管(4)上的主要换热段为螺旋管(14)，换热盒包括热气盒(9)和冷气盒(10)，分别由其对应的上端板(1)与下端板(8)压装而成。其特征在于：所述换热管安装孔(2)按照渐开线(3)形式布置，保证在上端板(1)有限面积上尽可能多的布置距离相等的换热管(4)，从而提高回热器的回热效率。所述换热管(4)上的螺旋管(14)直径与节距相等，所述换热单元(18)相邻换热管(4)的螺旋线为异名绕向，对角线方向上的螺旋线为同名绕向，使相邻换热管的螺旋管(14)可以相互嵌套，缩短了换热管(4)之间的间距，提高了回热器的紧凑度。所述换热管(4)通过压板(7)拧紧螺栓(6)固定，并使压板(7)挤压锥头(5)，产生的轴向上的分力通过上端板密封面(15)和压板密封面(17)实现锥头(5)与端板和压板的密封，产生的径向上的分力通过换热管密封面(16)实现换热管(4)与锥头(5)的密封。所述热气盒(9)通过对应的上端板(1)和下端板(8)直接压装，实现密封和安装，所述冷气盒(10)的密封和安装方法与所述热气盒(9)方法类似。通过所述换热管(4)和换热盒的密封及安装方法，避免了焊接工作，在提高了生产效率，降低了工艺成本的同时，由于采用非焊接连接方式，增大了单个部件的灵活性，对故障部件可方便的实施单个替换，降低了维护成本和维修难度，并避免了密集的焊接工作对部件造成的热变形和热应力对部件准确性和使用寿命的影响。

附图说明

[0009] 图1是本发明的换热管安装孔布置示意图；

[0010] 图2是本发明的回热器结构示意图；

[0011] 图3是本发明的回热器换热管封装结构图；

[0012] 图4是本发明的回热器工作原理示意图。

[0013] 图面说明：

[0014] 1上端板，2换热管安装孔，3渐开线，4换热管，5锥头，6螺栓，7压板，8下端板9热气盒，10冷气盒，11燃气进口，12燃气出口，13外壳，14螺旋管，15上端板密封面，16换热管密封面，17压板密封面，18换热单元。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

[0016] 参见图1、图2、图3，图4，本发明主要由换热管(4)，换热单元(18)，压板(7)，锥头(5)，上端板(1)，下端板(8)，热气盒(9)，冷气盒(10)等部件组成。换热管的布置方式如图1所示，换热管安装孔(2)按照渐开线(3)形式布置，保证在上端板(1)有限面积上尽可能多的布置距离相等的换热管(4)，提高管式回热器的回热效率。回热器的结构示意图如图2所示，对于热气盒(9)一侧的结构描述如下：换热管(4)上的螺旋管(14)直径与节距相等，换热单元(18)相邻换热管(4)的螺旋线为异名绕向，对角线方向上的螺旋线为同名绕向，使相邻两个换热管上的螺旋管(14)可以相互嵌套，以缩短换热管(4)之间的间距，提高管式回热器的紧凑度。回热器换热管的密封如图2，3所示，换热管(4)通过压板(7)拧紧螺栓(6)固定，同时压板(7)挤压锥头(5)，产生的轴向上的分力通过上端板密封面(15)和压板密封面(17)实现锥头(5)与端板和压板的密封，产生的径向上的分力通过换热管密封面(16)实现换热管(4)与锥头(5)的密封。热气盒(9)由上端板(1)和下端板(8)通过压装直接形成，工艺简单，成本较低。对于冷气盒(10)一侧与换热管(4)的密封及冷气盒(10)的安装方法与上述热气盒(9)一侧类似。本发明的管式回热器工作过程如图3所示，微型燃气轮机排出的高温尾气通过燃气进口(11)进入回热器，并从换热管(4)外侧流过，由燃气出口(12)排出，外界空气通过压气机增压后进入回热器冷气盒(10)，经过众多换热管(4)与外侧高温燃气发生热交换，温度升高，流经热气盒(9)再进入燃烧室。在回热器中，由于热交换使进入燃烧室的空气焓值增大，从而减小了燃料消耗量，提高了热效率。