阅读说明：本技术 一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置 (A fountain temperature adjusting device for intercooling circulation marine gas turbine ) 是由 张智博 赵煜 刘文文 马正军 张晓云 李贝贝 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置,它涉及间冷循环船用燃气轮机技术领域。本发明解决了现有的间冷循环船用燃气轮机换热器存在冷热水掺混不均匀,难以控制冷热水的掺混比例,导致去往海水换热器入口水温不固定的问题。本发明的盖板安装在筒体上部,热水环安装在盖板第一圆孔内,热水环底部及内侧壁上均设置若干热水喷淋孔,冷水管竖直同轴插装在热水环的中部,冷水管侧壁上设置若干冷水喷淋孔,多个挡流板由上至下依次水平设置在筒体内部并与筒体的侧壁密封连接,挡流板上设有过渡孔。本发明用于将海水换热器出口的热水与原本应进入海水换热器入口的冷水掺混均匀后再注入海水换热器,达到去往海水换热器入口温度恒定的目的。(A spray type water temperature adjusting device for a gas turbine for an intercooling circulation ship relates to the technical field of gas turbines for intercooling circulation ships. The invention solves the problems that the existing indirect cooling circulation marine gas turbine heat exchanger has uneven mixing of cold water and hot water, and the mixing proportion of the cold water and the hot water is difficult to control, so that the water temperature at the inlet of the seawater heat exchanger is not fixed. The cover plate is arranged on the upper part of the cylinder body, the hot water ring is arranged in a first circular hole of the cover plate, a plurality of hot water spraying holes are formed in the bottom and the inner side wall of the hot water ring, the cold water pipe is vertically and coaxially inserted in the middle of the hot water ring, a plurality of cold water spraying holes are formed in the side wall of the cold water pipe, a plurality of flow baffles are sequentially and horizontally arranged in the cylinder body from top to bottom and are in sealed connection with the side wall of the cylinder body, and transition holes are formed in the flow baffles. The invention is used for uniformly mixing hot water at the outlet of the seawater heat exchanger with cold water which should originally enter the inlet of the seawater heat exchanger and then injecting the mixture into the seawater heat exchanger, thereby achieving the purpose of constant temperature of the mixture to the inlet of the seawater heat exchanger.)

一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置

技术领域

本发明涉及间冷循环船用燃气轮机技术领域,具体涉及一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置。

背景技术

燃气轮机具有体积小、功率密度大、启动快等特点，被广泛应用于航空、舰船、电力和天然气输送等工业领域中。间冷循环是一种新型热力循环方式，通过间冷器降低高压压气机入口空气温度，可实现降低高压压气机耗功、提高燃气轮机出力的目的。海水换热器是间冷循环燃气轮机的核心部件，其作用为使用低温海水带走内循环中高温淡水的热量，降低低压压气机后空气温度的作用。对于船用燃气轮机，需要入口水温可调节，如调节至我国海军条件规定的27℃或美国海军条件规定的32℃，以真实模拟标准海洋环境下船用燃气轮机性能。因此，有必要为间冷循环船用燃气轮机设计专门的水温调节装置。

对间冷循环船用燃气轮机的研究主要集中在以下几个方面：一是间冷循环船用燃气轮机的型号研制，上世纪60年代初，前苏联研制了首台船用间冷回热燃气轮机——гту-20型，并投入到“巴黎公社”号干货船上率先使用；上世纪80年代中期，英国罗罗公司成功实施了简单循环斯贝SMIC机的间冷回热改造，在相同外界条件下，最大功率提升20％，热效率达到了41.5％；上世纪90年代美、英、法三国联合研制了WR-21型间冷回热船用燃气轮机，等等。二是间冷循环船用燃气轮机性能优化分析研究，如海军工程大学的刘德忠针对间冷回热燃气轮机在舰船动力系统中的应用进行了相关分析，并采用实例阐述了间冷回热燃气轮机所产生的积极意义；哈尔滨工程大学的刘顺隆等人采用高阶偏差法对间冷回热燃气轮机的变工况性能进行了计算，并对其总体与系统做了相关分析；七〇三研究所的闻雪友、肖东明等人对间冷循环改造进行了可行性研究分析，并针对不同方案下的间冷器进行了数值模拟和优化。三是间冷循环船用燃气轮机整机或关键部件的仿真技术研究，如任兰学进行了间冷循环船用燃气轮机压气机气动设计方面的研究；文超柱设计了一种间冷器，并通过对通道流场进行数值模拟，分析了该间冷器在不同工况下的工作性能；苏明等人不仅对间冷回热循环燃气轮机中的板翅式换热器进行了结构与性能之间的优化，还进行了换热器数值模拟以及重量与换热性能关系之间的相关研究。虽然国内外学者和企事业单位已开展了大量研究，但从公开资料中看，尚无针对间冷循环船用燃气轮机海水换热器水温调节功能及实现该功能的相关装置或结构的设计工作。

目前间冷循环船用燃气轮机换热器普遍存在的问题是：冷却能力随海水量和海水温度波动变化，海水换热器入口温度不固定，无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能。在不同型号的间冷循环船用燃气轮机进行关键性能比较时，由于所处海洋环境温度不同，只能通过性能折算方法进行比对计算。但对于间冷循环燃气轮机，性能折算方法尚不成熟，无统一标准，造成性能比较时的不确定因素过多，影响比较的准确性和客观公正性。

综上所述，现有的间冷循环船用燃气轮机换热器内的水是由来自冷却水塔的高压冷水和来自海水换热器出口的高压热水混合而成，存在冷热水掺混不均匀，难以控制冷热水的掺混比例，导致去往海水换热器入口水温不固定，进而无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的间冷循环船用燃气轮机换热器内的水是由来自冷却水塔的高压冷水和来自海水换热器出口的高压热水混合而成，存在冷热水掺混不均匀，难以控制冷热水的掺混比例，导致去往海水换热器入口水温不固定，进而无法准确测试间冷循环船用燃气轮机在标准海洋环境下真实的船用燃气轮机性能的问题，进而提供一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置。

本发明的技术方案是：

一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置，它包括筒体1、盖板2、冷水管3、热水环4、环形连接板5和多个挡流板6，筒体1包括筒身1-1和桶底1-2，筒身1-1为圆筒状结构，桶底1-2为圆形板状结构，桶底1-2安装在筒身1-1底部，所述桶底1-2与筒身1-1密封连接，桶底1-2的中部设有出水口1-2-1，盖板2为圆形板状结构，盖板2安装在筒体1上部，盖板2与筒体1密封连接，盖板2的中部设有第一圆孔，热水环4安装在盖板2的第一圆孔内，所述热水环4与盖板2密封连接，热水环4的上部设有热水进口4-1，热水环4的底部及内侧壁上均设置若干热水喷淋孔4-2，冷水管3竖直同轴插装在热水环4的中部，冷水管3与热水环4之间设有环形连接板5，冷水管3通过环形连接板5与热水环4密封连接，所述冷水管3的上部设有冷水进口3-1，冷水管3的侧壁上设置若干冷水喷淋孔3-2，所述所有冷水喷淋孔3-2均位于盖板2下方，多个挡流板6由上至下依次水平设置在筒体1内部并与筒体1的侧壁密封连接，每个挡流板6设有一个过渡孔6-1。

进一步地，多个挡流板6分别为上层挡流板6-2、中层挡流板6-3和下层挡流板6-4，上层挡流板6-2和下层挡流板6-4上的过渡孔6-1与中层挡流板6-3上的过渡孔6-1的位置是相对的，即上层挡流板6-2和下层挡流板6-4上的过渡孔6-1的位置相同，中层挡流板6-3上的过渡孔6-1的位置相反。

进一步地，上层挡流板6-2与盖板2之间的筒体1侧壁上设有溢流孔1-3。

进一步地，盖板2上设有通气孔2-2。

进一步地，热水环4的内部为空腔结构，热水环4包括上端板4-3、下端板4-4和中间环板4-5，中间环板4-5竖直设置，上端板4-3和下端板4-4分别密封连接在中间环板4-5的两端，下端板4-4上开有多个直径为10mm的热水喷淋孔4-2，热水喷淋孔4-2的布置方式为：每层均匀布置40个，共布置5层，层间距40mm；中间环板4-5的内侧壁上开有多个直径为10mm的热水喷淋孔4-2，热水喷淋孔4-2的布置方式为：每层均匀布置18个，共布置3层，层间距25mm；上端板4-3、下端板4-4和中间环板4-5的厚度均为6mm。

进一步地，冷水管3为圆管状结构，冷水管3包括管身3-3和管底3-4，管底3-4密封连接在管身3-3的下端，管身3-3的上端开设冷水进口3-1，冷水管3的壁厚为6mm，冷水管3的直径为200mm，冷水管3的侧壁上开有多个直径为10mm的冷水喷淋孔3-2，冷水喷淋孔3-2的布置方式为：每层均匀布置20个，共布置15层，层间距25mm。

进一步地，每个挡流板6的直径为1500mm，挡流板6上的过渡孔6-1的直径为200mm。

进一步地，筒体1的直径为1500mm，筒体1的高度为2000mm。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置，利用所述喷淋式水温调节装置，可将冷热水进行均匀掺混。冷、热水分别从冷水管和热水环喷淋出，在筒体内进行掺混和换热，基本掺混均匀后的水流过三层带有过渡孔的挡流板，进一步加大流动距离，以实现水温均匀的目的，最终通过出水口流出。喷淋式水温调节装置上部设置有溢流孔和通气孔，保证喷淋式水温调节装置内部常压，并在满溢时通过溢流孔将多余的水排出。本发明利用海水换热器出口的热量加热海水换热器进口海水，使进口水温达到预定的设定温度。具体来说，来自海水换热器出口的热水和原本应进入海水换热器入口的冷水，按照一定的流量比进入喷淋式水温调节装置，在喷淋式水温调节装置中冷热水充分掺混。通过监测掺混水箱出口(即海水换热器)水温，并控制冷热水掺混比例，以达到去往海水换热器入口温度恒定的目的。

2、本发明适用性广，可用于任何型号间冷循环船用燃气轮机的外循环系统，可为不同型号间冷循环船用燃气轮机的性能对比提供统一环境条件，从技术角度保证了对比结果的客观公正性。

附图说明

图1是本发明的喷淋式水温调节装置的俯视图；

图2是图1在A-A处的剖视图；

图3是图2在B-B处的剖视图；

图4是本发明的热水环4的轴测图；

图5是本发明的热水环4的结构示意图；

图6是本发明的冷水管3的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式的一种用于间冷循环船用燃气轮机的喷淋式水温调节装置，它包括筒体1、盖板2、冷水管3、热水环4、环形连接板5和多个挡流板6，筒体1包括筒身1-1和桶底1-2，筒身1-1为圆筒状结构，桶底1-2为圆形板状结构，桶底1-2安装在筒身1-1底部，所述桶底1-2与筒身1-1密封连接，桶底1-2的中部设有出水口1-2-1，盖板2为圆形板状结构，盖板2安装在筒体1上部，盖板2与筒体1密封连接，盖板2的中部设有第一圆孔，热水环4安装在盖板2的第一圆孔内，所述热水环4与盖板2密封连接，热水环4的上部设有热水进口4-1，热水环4的底部及内侧壁上均设置若干热水喷淋孔4-2，冷水管3竖直同轴插装在热水环4的中部，冷水管3与热水环4之间设有环形连接板5，冷水管3通过环形连接板5与热水环4密封连接，所述冷水管3的上部设有冷水进口3-1，冷水管3的侧壁上设置若干冷水喷淋孔3-2，所述所有冷水喷淋孔3-2均位于盖板2下方，多个挡流板6由上至下依次水平设置在筒体1内部并与筒体1的侧壁密封连接，每个挡流板6设有一个过渡孔6-1。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的多个挡流板6分别为上层挡流板6-2、中层挡流板6-3和下层挡流板6-4，上层挡流板6-2和下层挡流板6-4上的过渡孔6-1与中层挡流板6-3上的过渡孔6-1的位置是相对的，即上层挡流板6-2和下层挡流板6-4上的过渡孔6-1的位置相同，中层挡流板6-3上的过渡孔6-1的位置相反。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的上层挡流板6-2与盖板2之间的筒体1侧壁上设有溢流孔1-3。如此设置，在满溢时通过溢流孔1-3将多余的水排出。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的盖板2上设有通气孔2-2。如此设置，保证水温调节装置内部保持常压。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的热水环4的内部为空腔结构，热水环4包括上端板4-3、下端板4-4和中间环板4-5，中间环板4-5竖直设置，上端板4-3和下端板4-4分别密封连接在中间环板4-5的两端，下端板4-4上开有多个直径为10mm的热水喷淋孔4-2，热水喷淋孔4-2的布置方式为：每层均匀布置40个，共布置5层，层间距40mm；中间环板4-5的内侧壁上开有多个直径为10mm的热水喷淋孔4-2，热水喷淋孔4-2的布置方式为：每层均匀布置18个，共布置3层，层间距25mm；上端板4-3、下端板4-4和中间环板4-5的厚度均为6mm。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式的冷水管3为圆管状结构，冷水管3包括管身3-3和管底3-4，管底3-4密封连接在管身3-3的下端，管身3-3的上端开设冷水进口3-1，冷水管3的壁厚为6mm，冷水管3的直径为200mm，冷水管3的侧壁上开有多个直径为10mm的冷水喷淋孔3-2，冷水喷淋孔3-2的布置方式为：每层均匀布置20个，共布置15层，层间距25mm。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的每个挡流板6的直径为1500mm，挡流板6上的过渡孔6-1的直径为200mm。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式的筒体1的直径为1500mm，筒体1的高度为2000mm。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

工作原理

结合图1至图6说明本发明的工作原理：

首先，根据热力循环计算，确定冷热水的流量，然后按计算值向冷水进口3-1中通入来自冷却水塔的高压冷水进入冷水管3，并通过冷水管3上布置的若干冷水喷淋孔3-2喷出。同时向热水进口4-1中通入来自海水换热器出口的高压热水，经热水环4上布置的若干热水喷淋孔4-2喷出。冷、热水在筒体1内的上层空间(盖板2到上层挡流板6-2之间的区域)中进行均匀掺混，然后通过三层带过渡孔6-1的挡流板6呈曲线形式流向出水口1-2-1；需要说明的是，三层挡流板6的开孔位置是相对的，即上、下层开孔位置相同，中间层开孔位置相反，通过这种布置，实现增加掺混水行程、使掺混后的水温分部更加均匀的目的。所述出水口1-2-1处连接水泵，用于将所述水温调节装置中混合均匀后的水抽出后返回海水换热器进口。通过监测出水口1-2-1处的(即海水换热器)水温，并控制冷热水掺混比例，以达到去往海水换热器入口水温恒定的目的。