专利名称：热交换器元件的模件式构造的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及热交换器，更具体地涉及一种便于热交换器元件的运输和组装的新颖而有用的模件式构造。
近年来，热回收蒸汽发生器(HRSG)通常包括一立式放置的热交换器，热交换器包括位于一箱形结构内的螺旋翅片管，箱形结构的外部受支承。涡轮机高温废气经过这种箱形结构并从翅片管上流过，以便回收废气中的热量。
由于经济上的考虑，通常采用一种模件式的设计，它采用一种在工厂车间里加工并在工厂车间里组装的加热表面构造。较大的HRSG一般有两个或更多个模件宽。
已知的模件式构造典型地包括一个与顶端板和底端板完全结合在一起的翅片管加热表面。为了便于搬运，将这些工厂车间组装的模件式部件装在一用商业上可买得到的结构型钢制成的一整体式运输桁架组件内来运输。
翅片管加热面是以水平状态运输，并在装设现场转动到垂直方位。当处于其最终位置时，加热面一般由钢座架支承，座架乃是运输桁架组件的一部分。
已知的箱形结构设计包括采用一种壳体设计的内部加绝缘层并加衬里的壳板。这些壳板可以是运输模件的一部分，或者可以在HRSG压力件的模件放置于其最终位置后安装。连接至这些壳体的钢柱通过提供前后左右的约束给整个HRSG结构提供总的强度和稳固性，以抵抗可能由风和地震产生的潜在负荷。
在各模件转动到垂向位置而且并排设定之后去除各模件之间的运输用临时框架，而压力件置于自由站立状态。在已去除了运输钢架的情况下，在相邻的模件之间以及侧壁壳体和压力件之间形成空间或气道。为了保持这种锅炉的工作效率，需要用起挡气板作用的板阻挡这些气道以迫使气体流过热交换器的螺旋翅片管。
在大多数已知的设计结构中，这些挡气板的支承连接件仅限于在热交换器翅片表面和挡气板之间的焊缝。此外，用来在运输时约束和支承模件重量并在锅炉工作时防止挠曲和过度振动的水平的中间钢质条结构常常是用固定焊接直接连接于螺旋翅片表面。
然而，存在一个主要问题，就是通过与热交换器翅片表面焊接固定来支承载荷，其可造性不高。因为翅片一般较薄(0.06英寸)，很难获得有效强度的焊接固定。因为螺旋翅片管或者用水或者用蒸汽冷却，它们与暴露于热的涡轮机废气中的挡气板或钢质系结件以不同的速率发生热膨胀。这样，发现在压力件和系结件或挡气板之间的刚性焊接连接使得焊接固定于翅片之处的柔性降低。这种柔性的降低常常导致固定失效。
本发明是一种用来装纳热交换器元件的模件式构造，它包括一个座架和四个均以其一端可滑动地安装于座架的垂向桁架构件。每个垂向桁架构件设置与另一垂向桁架构件有一跨越座架的距离，以构成前、后、和左右两侧。热交换器元件装在座架和各垂向桁架构件内。
这种构造还包括至少两层不同的水平面，每层水平面有一固定于一垂向桁架构件的接合件。一水平的侧面桁架构件可转动地连接于各相邻垂向桁架构件的接合件。
一对角方向的桁架构件可卸除地连接于相邻两层水平面之间的接合件，而且是对角桁架构件从一层水平面的接合件对角地延伸至相邻一层水平面的接合件。垂向的、水平的和对角的桁架构件构成一个垂向的桁架。座架、桁架构件和热交换器元件构成一个模件。
本发明允许将两个或多个模件相互相邻设置，以便装于一个由两个相互隔开一段距离设置而构成前、后、和两个侧面部的垂向侧面桁架构成的结构内。通过将模件的垂向侧面桁架对准壳体框架结构件把模件安装在壳体框架内。
本发明还包括许多相互邻近的壳板，其中在相邻壳板之间有一连接件。壳板是壳体支承结构的一个部分，并且使装在其内的模件绝缘。
本发明包括一个成形于相邻壳体之间的连接件和一在连接件处每块壳板的壳体上的柔性法兰，法兰用来承受壳体框架的壳板的膨胀和收缩。
表征本发明之特征的各种特点和新颖性将在后附的权利要求书中具体给出，权利要求书也构成这个说明书的一部分。为了更好地理解本发明，其工作上的优点以及采用本发明而达到的特定目的，下面将参照表明本发明之一较佳实施例的附图及其描述性的内容。各图中
图1是热交换器模件构造的立体图;
图2是靠近壳体的一部分的视图;
图3是本发明的一个模件的主体图;
图4是本发明的一个模件构造的立体图;
图5是本发明的一个外部支承框架的立体图;
图6是本发明的一部分的立体图;
图7是本发明的一部分的前视图;
图8是图7中的第一部分的水平剖视图;
图9是图7中的第二部分的水平剖视图;
图10是与图7相似的视图;
图11是图10的一部分的放大图;
图12是图10的第二部分的水平剖视图;
图13是图10的第三部分的水平剖视图;
图14是本发明的座框架的立体图;
图15是本发明的一个水平剖面部分的立体图;
图16是本发明的模件式构造的立体图。
本发明提供了用于热回收蒸气发生器的一种新颖的模件式设计，其中采用模件结构来进行包装、搬运、吊运及竖立，且模件支承结构保留作为整个锅炉结构件的一个内部的、永久的部分。本发明保证只需去除少量的临时性钢构件。在锅炉工作时，本发明的内部结构用来执行各种支承和约束功能。
如图1所示，本发明将热回收蒸汽发生器装纳在各模件12内，各模件12被安排在主支柱钢框架12内并且相互靠近，钢框架21用作各模件12的外壳体。钢支柱框架21包括用于各模件12的壳板的一部分。一外壳体10连接于各钢支柱框架21之间，用来为系统的各模件12提供一绝缘壳体。钢顶梁70连接于钢支架21，用来完成系统顶部的组装。钢顶梁70是散装运输的，并且与模件12分开装运。一烟囱11连通于各模件12。
如图2所示，本发明提供了外壳体10，它包括许多具有绝缘衬里13的壳板3，衬里13靠近模件12。绝缘衬里13上有一绝缘层8，它夹在绝缘衬里13和壳体层10之间。壳板3位于钢支架21之间并相互靠近，用以在相邻壳板3之间形成一连接件4。
外壳体10上有一柔性膨胀法兰6，用以适应约为150F的最冷壳体温度，法兰6还允许模件12(图1)沿气流方向、即前后方向有挠性。膨胀法兰6可使前后方向上任何累积膨胀量为最小。每个模件12或每组并排的模件因此能够在前后方向上与相邻模件组无关地独立膨胀，如图1所示。柔性的膨胀法兰6位于常温的外壳体10内，以便在装设模件12时容易够及。
如图3所示，本发明的模件12有几个在四角处连接于一模件座架25的垂向构件20，用来构成一长方体形或称箱形结构。在工作时，流过模件12的气流是沿箭头23的方向流动。多个接合件28沿着垂向构件20设置。接合件28设置模件12的两侧。接合件28位于模件12的两侧27那两边;模件12的前后部分别用31、33表示。
每个模件有多层水平面18，它们由沿着垂向构件20的接合件28构成。水平侧面桁架构件40连接于位于模件12的相对两侧上的相邻垂直构件20的接合件28之间。水平侧面桁架构件40由接合销固定于接合件28。水平侧面桁架构件40由接合销42可转动地连接于接合件28，并且可绕接合销42转动。
临时的对角桁架构件50连接于每个水平面18处的对角方向的接合件28之间。对角桁架构件50可卸除地连接于接合件28，以实现运输和/或竖立之目的。参看图3和图4，通过卸除对角桁架构件50，由于允许水平侧面桁架构件40绕接合件28转动，就允许各垂直构件20之间的不同的轴向热伸长。诸如螺旋翅片管之类的多个加热表面15由模件座架25支承，并装纳在垂直构件20内。
本发明允许模件12分离运输，在现场架设就位并连接在一起。在可行的情况下，底部压力壳体是模件12的一部分。但是侧向壳体10是连接于其上的钢支柱21一起单独运输的。如图15所示，垂向构件20乃是矩形截面的管件，这些管件保持在位，用以成为永久的锅炉结构的一个整体部分。本发明能为锅炉工作期间的加热表面15(图3)提供附加的工作稳固性。如图3和图4所示，模件12有一底部支承框架座架25，它与模件12永久性地构成一体。
如图4、7和15所示，本发明的内部结构也支承羊中间钢系结件30和钢挡板26。永久的对角桁架构件35提供模件12在工作和运输期间的稳固性，而运输常常是用铁路车辆进行的。虽然是在底架25和模件12的顶部之间的每个中间层水平面处理都设有中间钢系结构30，但为了运输的目的，只要在模件12的后侧上有永久性的对角桁架构件35。在模件12的竖立过程，与挡板26(图7)有关的任何所需的结构连接件都做成是内部结构。在已知的HRSG系统中，档板是直接连接于加热表面。本发明在这方面与已知的设计不同，这将在以后描述。
图4显示了相邻的或并排的两个模件12。钢支架21是永久的外部支承结构，并连接于模件12，在四个单独的位置连接于模件12的底架25。
而且，如图4和图14所示，模件12的垂向构件20可滑动地连接于座架25的22处，即连接于垂向构件20的一端处。滑动连接件22允许模件12因在热的内部结构和常温的座架钢架25之间不同的热膨胀而在水平方向上伸长。图4显示了并排的座架钢架25在各模件12之间的拼接点82拼接在一起，且是用拼接板84拼接在一起的。模件12在连接点88处以模件12的座架25连接至钢柱21，以构成抗弯矩的外部框架的下部。图5显示了外部抗弯矩支承框架，其中为了图示的目的，卸除了模件和壳体。
图4还显示了通过下降管92处的约束件水平地连接的模件12的顶部、多个顶板94、联管箱96和钢质外部结构支承件98。特别是，联管箱96由外部结构支承件98固定于模件的顶部。板94水平地固定地联管箱96，且由下降管92约束。下降管92本身又连接于锅筒48。锅筒48的垂向膨胀是自由的，但它在前后系结点76处侧对侧地和前后地连接于外部结构支承件98。通过锅筒约束件将各单个模件12固定至顶部钢构件，如上所述，本发明就提供了能在锅炉工作期间承受地震状态的结构措施。图6显示出，当模件12安排得相互靠近时，两模件12之间就形成气道55。本发明利用挡气板26来阻挡模件12之间的气道55。用多个长度较短的搂板26来阻挡气道，以便于搬运和装拆。
如图7、8、9、10和11所示，挡气板26由模件支承结构的水平构件30定位和支承。这种类型的构造更可靠，因为内部结构的构件30和钢质挡板26保持处于同一温度。而且，在翅片管表面15(图1、6和16)和壳体衬里13(图9、11和12)之间没有刚性连接。如图9所示，板26和壳体衬里13处的弯曲产生紧配合，但能承受支承构件30和衬里板13之间的垂向的不同膨胀。图18显示出，中央挡板26变曲成一个角度，以承受框架30之间的侧对侧的膨胀。
图13显示的挡板26具有乃是U形托架29的端部，托架29在多个位置握住翅片管15。挡板26的托架29可承受在元件工作时横过两模件之间的挡板26的不同压力载荷。图为U形托架29只是握住翅片管15而不是焊接于管子15，就允许受压件15和钢质挡板26之间有不同的增长。
本发明可采用长方形结构件，这些结构件使得可以有效地设计运输桁架组件。这样，通过尽量减小运输桁架的尺寸、宽度和重量，可以获得最大数量的可运输的压力件。
本发明提供了用来支承重量和在工作状态下承受作用在中间系结件30和挡气板26上的载荷的有效结构措施。在锅炉工作期间永久保持在位的内部支承结构允许常温的钢座架25和热的模件支承结构件之间的不同的热膨胀。
本发明的内部支承结构提供了用来将地震载荷传递至压力件模件的顶部和底部的附加的结构措施。本发明还提供了内部支承结构水平构件端部，它们用销子连接以承受在工作状态下在前后垂向支承构件之间的不同垂向热膨胀的影响。
不需要在现场焊接本发明的翅片管15和挡气板26。由于挡气板26不是焊到翅片管15上，压力件和挡气板之间的垂直方向的不同热膨胀不受限制。而且，为了更好地承受地震载荷，内部支承结构的顶部是通过锅筒约束件沿水平方向固定至钢质顶构件。
虽然已详细地显示和描述了本发明的特定实施例，以说明本发明的原理的应用，但应当明白，本发明也能以不偏离这些原理的其他方式实施。
权利要求
1.一种用来装纳热交换器元件的模件式构造，此构造包括一座架；四个垂向的桁架构件，这些构件以其一端可滑动地安装于座架，每个垂向桁架构件设置成与另一垂向桁架构件有一横越座架的距离，以构成前、后和两侧构件，热交换器元件装在座架和垂向桁架构件内；至少有一层由四个垂向桁架构件支承的中间钢质系结件构成的水平面；至少有两层不同的水平面，每层水平面有固定至每个垂直桁架构件的接合件，而且一水平侧面桁架构件可转动地连接至各相邻垂向桁架构件的接合件；以及一对角的桁架构件，它延伸于相邻两层水平之间的接合件之间并可卸除地连接于这些接合件，座架、中间系结构、垂向桁架构件和热交换器元件构成了一个模件。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，水平的侧面桁架构件由固定装置可转动地连接于垂向构件。
3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，固定装置包括一销子。
4.如权利要求1所述的构造，其特征在于，包括相互间隔开的两个构成前、后和两个侧面的垂向的侧面桁架以及一个壳体框架，通过将模件的垂向侧面桁架对准壳体框架结构件而模件安装在壳体框架内。
5.如权利要求4所述的构造，其特征在于，包括相邻地安装在壳体框架内的两个模件，而且模件的侧面构件与壳体框架的框架侧面对准，两个模件形成两个模件之间的气道。
6.如权利要求5所述的构造，其特征在于，包括多个安装于壳体框架的框架侧面的壳板。
7.如权利要求6所述的构造，其特征在于，包括至少一个在相邻侧面桁架构件处连接于相邻模件的热交换器元件的挡气板，用来阻挡气道。
8.如权利要求6所述的构造，其特征在于，每个壳板包括一个壳体、位于壳体上的绝缘层和位于绝缘层上的衬里。
9.如权利要求8所述的构造，其特征在于，每个壳板设置成邻接另一壳板。
10.如权利要求9所述的构造，其特征在于，包括位于邻接壳板之间的一个连接件。
11.如权利要求10所述的构造，其特征在于，包括一个在连接件处的每个壳板的光体上的柔性法兰。
12.如权利要求5所述的构造，其特征在于，包括一个位于模件的顶上并由顶部钢构件横向约束的锅筒。
13.如权利要求12所述的构造，其特征在于，包括一个安装于模件顶部并由锅筒和顶部钢构件横向约束的顶板。
14.如权利要求1所述的构造，其特征在于，包括位于模件后部上的永久的对角桁架构件，用来提供模件在运输和工作过程中的稳固性。
全文摘要
一种用来装纳热交换器元件的模件式构造，包括一座架和四个均以其一端可滑动地安装于座架的垂向桁架构件各垂直桁架构件设置成相互间有一跨越座架离，以构成前、后和左右两侧。热交换器元件装在座架和垂向桁架构件内。中间系结件由四个垂直桁架构件支承。至少有两层不同的水平面，每层有一固定于每个垂向桁架构件的接合件。一水平侧面桁架构件可转动地连接于相邻各垂向杵架构件的接合件，一对角桁架构件延伸了接合件之间。
文档编号F22B37/24GK1111739SQ9410850
公开日1995年11月15日 申请日期1994年7月15日 优先权日1993年7月15日
发明者雷蒙德·杰拉尔德·基达罗斯基, 罗杰·阿兰·德策尔, 唐纳德·E·瑞安 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司