一種緊湊式風機冷卻器及風的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緊湊式風機冷卻器及風機，該冷卻器包括冷卻水進口管，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。冷卻器設置于風機腔室的頂部，當氣體介質(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)對風機腔室進行冷卻。本發(fā)明的緊湊式風機冷卻器，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，實現(xiàn)對氣體的冷卻，保證整個風機電機腔室內(nèi)的溫度保持在要求溫度，確保電氣部件的安全可靠運行。
【專利說明】一種緊湊式風機冷卻器及風機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及熱力工程【技術領域】，特別是涉及一種用于風機的冷卻器以及具有該風機冷卻器的風機。
【背景技術】
[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，需要相應的風機進行驅(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)，需要氦風機進行驅(qū)動。為了便于風機的安全可靠運行，需要將電機的周圍環(huán)境維持在較低的溫度下，通常需要設置風機冷卻器。風機冷卻器用于主風機殼體電機腔內(nèi)的冷卻，即將電機的發(fā)熱、蒸汽發(fā)生器對電機腔的傳熱、風機殼體外的環(huán)境向腔內(nèi)的傳熱和自冷風扇的機械發(fā)熱通過氣體一水冷卻器交換由冷卻水帶出風機殼體外。
[0003]風機冷卻器應滿足在風機額定工況及運行工況時，保證電機腔內(nèi)溫度在適當?shù)臏囟确秶?，以保證電機正常運行。在熱停堆工況時，一定時間內(nèi)電機腔內(nèi)溫度應< 120°C，在該工況下冷卻器設計應具有自然循環(huán)熱交換能力，以保證電機停止運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，電機及各種儀表、控制導線不受損壞，并確保機組重新啟動運轉(zhuǎn)的可靠性。
[0004]風機冷卻器位于風機殼體腔室內(nèi)，該腔室與一回路冷卻介質(zhì)是聯(lián)通的。因此，風機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，要求風機冷卻器的體積盡可能的小。同時，風機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氦風機冷卻器為例，其承受的氦氣外壓在IMPa以上。同時，由于風機的發(fā)熱量較大，要求冷卻器的換熱功率比較大，以HTR-PM氦風機冷卻器為例，要求氦風機冷卻器的換熱功率要達到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，要求風機冷卻器需要滿足以下的特點或要求:
[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)可以實現(xiàn)自然循環(huán)冷卻；
[0010]能夠補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)明要解決的技術問題是設計出一種緊湊式風機冷卻器，使其可以應用到氣冷反應堆中，用以冷卻風機，并達到如下的技術要求:
[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)可以實現(xiàn)自然循環(huán)冷卻；[0016]5)能夠補償不同部件之間由于溫度不同而引起的熱膨脹差。
[0017]為了解決上述技術問題，本發(fā)明設計了一種緊湊式風機冷卻器，其包括:
[0018]冷卻水進口管；
[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]風機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，所述管箱設置在所述風機冷卻器的四周，用于冷卻水的分流或者匯集；相對的兩個管箱為一組，其中一個為進口管箱，設置在所述冷卻水進口管和所述換熱管束之間，另一個為出口管箱，設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置有隔板，所述隔板作為管箱的加強結(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置有一定數(shù)目的支撐柱。
[0023]風機冷卻器還具有還包括:風機殼體，所述冷卻水進口管和所述冷卻水出口管均穿過所述風機殼體并與其相固定；
[0024]冷卻器上支撐板和上支撐連接螺栓組件，設置在所述風機冷卻器和所述風機殼體之間，并用于將所述風機冷卻器固定到所述風機殼體，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，設置在所述風機冷卻器和被冷卻的風機之間，用于將所述冷卻器與所述被冷卻的風機相連。
[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]所述的風機冷卻器還包括:入口遮擋板，設置在進口管箱內(nèi)部，與冷卻水進口管道相對；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]所述冷卻水進口管設置有一定的彎頭，用于補償在熱態(tài)時的熱膨脹差。
[0029]風機冷卻器還設有管束固定板，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機冷卻器的風機，所述冷卻器設置于風機腔體的頂部，當氣體介質(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)，對風機腔室起到冷卻作用。
[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機冷卻器固定在風機殼體上，對風機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機相連，使得冷卻后的低溫氣體流入風機的電機中進行冷卻。
[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)強度；
[0035]優(yōu)選地，所述的管箱中設置了隔板和支撐柱，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?shù)脑龃?，以減小氣體的流動阻力。
[0039]上述技術方案所提供的緊湊式風機冷卻器，結(jié)構(gòu)非常簡單，設計巧妙，能夠在非常有限的空間內(nèi)，完成較大功率的換熱，現(xiàn)實對氣體的冷卻，保證整個風機電機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行，可以廣泛的應用于氣冷反應堆風機的冷卻。目前20萬千瓦高溫氣冷堆示范電站的氦風機冷卻器就采用本設計方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明實施例一的一種緊湊式風機冷卻器示意圖；
[0041]圖2a為叉排管束示意圖(選自《傳熱學》，陶文銓編著，西安，西北工業(yè)大學出版社，2006年12月);
[0042]圖2b為順排管束示意圖(選自《傳熱學》，陶文銓編著，西安，西北工業(yè)大學出版社，2006年12月);
[0043]其中，1:冷卻水進口管道；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:風機殼體。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0045]實施例一:
[0046]圖1示出了本實施例一，一種緊湊式風機冷卻器示意圖。參照圖示，本實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有管箱。相對兩個管箱為一組，其中一個為進口管箱，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置了隔板。管箱外側(cè)為高壓氣體，隔板也起到加強結(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]當氣體介質(zhì)失去驅(qū)動力時，由于風機冷卻器設置在風機腔體的頂部，可以通過冷卻水使氣體介質(zhì)自身建立起自然循環(huán)，對風機腔室起到冷卻作用。
[0051]在進行制造時，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。在與氦風機殼體連接時，先通過上支撐連接螺栓組件5和下連接板螺栓組件10分別與氦風機殼體11支撐結(jié)構(gòu)以及風機的連接結(jié)構(gòu)相連，然后再將冷卻水進口管I和冷卻水出口管道7與氦風機殼體11的管嘴焊接在一起。
[0053]風機殼體11，形成一個風機的工作密閉腔室，使得風機處于一個低溫高壓氦氣環(huán)境中，以便于風機的安全可靠運行。
[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)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種緊湊式風機冷卻器，其特征在于，包括: 冷卻水進口管； 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)權利要求1所述的風機冷卻器，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)權利要求1或2所述的風機冷卻器，其特征在于，還具有多對對稱布置的管箱；管箱設置在風機冷卻器的四周，用于冷卻水的分流或者匯集；相對的兩個管箱為一組，其中一個為進口管箱，設置在冷卻水進口管和換熱管束之間，另一個為出口管箱，設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置有隔板，所述隔板作為管箱的加強結(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置有一定數(shù)目的支撐柱。
4.根據(jù)權利要求3所述的風機冷卻器，其特征在于，還包括: 風機殼體，所述冷卻水進口管和所述冷卻水出口管均穿過所述風機殼體并與其相固定; 冷卻器上支撐板和上支撐連接螺栓組件，設置在所述風機冷卻器和所述風機殼體之間，并用于將所述風機冷卻器固定到所述風機殼體，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，設置在所述風機冷卻器和被冷卻的風機之間，用于將所述冷卻器與所述被冷卻的風機相連。
5.權利要求4所述的一種緊湊式風機冷卻器，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)權利要求1或2所述的風機冷卻器，其特征在于，還包括: 入口遮擋板，設置在進口管箱內(nèi)部，與冷卻水進口管道相對，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)權利要求1或2所述的一種緊湊式風機冷卻器，其特征在于，所述冷卻水進口管設置有一定的彎頭，用于補償在熱態(tài)時的熱膨脹差。
8.根據(jù)權利要求3所述的一種緊湊式風機冷卻器，其特征在于，還設有管束固定板，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)權利要求1所述的一種緊湊式風機冷卻器，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。
10.一種風機，其包括如權利要求3-9任一所述的一種緊湊式風機冷卻器，其特征在于，所述冷卻器設置于風機腔室的頂部，當氣體介質(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)，對風機腔室起到冷卻作用。
【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