专利名称：管片式高效氢气冷却去湿器的制作方法
技术领域：
本实用新型是管片式高效氢气冷却器，属发电机组的冷却去湿技术设备。
背景技术：
作为氢冷发电机组的机械压缩制冷式氢气去湿干燥设备，达到国标、行业规定的指标的关键在于机械压缩制冷式氢气去湿装置所采用的氢气冷却去湿器与氢气热交换器。已有的氢气冷却去湿器未采用合适的强化传热技术进行研制，氢气去湿干燥效能较低，以至于发电机内额定气压下的氢气湿度通常在4.5g/m3以上，露点温度在0℃以上。不仅未达到大容量发电机组对氢气绝对湿度的更高要求(＜2g/m3)，并且还高于国内国标、行业规定指标。长期氢气湿度超标将严重影响发电机定子、转子绕组的对地绝缘性，也会加速保护环的应力腐蚀，从而影响发电机组的效率和发电厂的运行安全。原有氢气冷却去湿器出于对去湿器密封方面的考虑，蒸发器芯子采用的是盘管式结构，或“冷包”等仅由光滑管组成的结构，钢质圆管内流通氢气，紫铜管内流通制冷剂。尽管紫铜管内制冷剂的蒸发温度在-20℃以下，但由于该种结构的氢气冷却去湿器总传热系数小，热阻大，且氢气在圆筒内的停留时间短，流过的氢气几乎处于层流状态。因此，被处理后的氢气温度大都在0℃以上，相应的绝对湿度在4.5g/m3以上，相应的露点温度在0℃以上，达不到规定的指标要求。
目前，我国大多数汽轮发电机组均采用水氢氢冷却方式或全氢冷却方式。氢冷发电机应在纯度为96％以上的冷干氢气中运行，氢气湿度过高或超标将严重影响发电机定子、转子绕组的对地绝缘性，会加速保护环的应力腐蚀，增加发电机的通风损耗，从而会降低发电机运行效率、加速绝缘材料的腐蚀速度、缩短发电机使用寿命，对发电机安全运行造成极大的危害，影响到发电厂的运行安全。近年来，国内200MW、300MW氢冷发电机组由于氢气湿度过高引起的端部绕组短路击穿事故已达几十起，引起转子保护环腐蚀断裂事故也有20多起，给国家造成了极大的经济损失，已经严重影响了汽轮发电机组的运行安全。促使国家和各发电厂更加重视更高标准的发电机内氢气湿度行业标准(机内额定氢压下，绝对湿度d＝1～2g/m3，露点温度Td＝-25～-5℃)以提高发电机组的效率和运行的安全性。
目前我国电力行业中所采用的机械压缩制冷式氢气去湿器装置的去湿性能远达不到上述要求，其主要原因是装置中使用的氢气热交换器(氢气预冷气)和氢气冷却去湿器这两个关键部件未能采用适用于电力、制冷行业中的强化传热技术研制。其氢气冷却去湿器仅采用完全由光滑管构成的盘管式结构，或“冷包”等，该类结构传热效能低，不能有效地将被处理氢气的温度降低至-10℃以下，从而发电机内氢气绝对湿度也达不到2g/m3以下，满足不了大容量发电机组对氢气湿度的要求(机内额定氢压下，绝对湿度d＝1～2g/m3，露点温度Td＝-25～-5℃)。影响了发电机组的效率和发电厂的运行安全。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服和解决现有氢气冷却去湿器的氢气去湿干燥效能低，严重影响发电机定子、转子绕组的对地绝缘性、加速保护环的应力腐蚀、增加发电机通风损耗，从而降低发电机运行效率、加速绝缘材料的腐蚀速度、缩短发电机使用寿命、极大危害发电机及发电厂运行安全等的缺点和问题，为达到国内国标、行业规定的要求，甚至对于大容量发电机组内氢气湿度更高的行业标准(机内额定氢压下，绝对湿度d＝1～2g/m3，露点温度Td＝-25～-5℃)的要求，以适应电力生产行业对高效机械压缩制冷式氢气干燥装置的需求，采用强化传热技术，研制、设计一种管片式高效氢气冷却去湿器，以便可将从发电机组出口来的氢气(温度T＝35℃～45℃，绝对湿度d＝15～20g/m3)进行处理，使其达到更高的行业标准(机内额定氢压下，绝对湿度d＝1～2g/m3，露点温度Td＝-25～-5℃)，并满足发电厂对氢气冷却去湿器在密封、耐压、防腐方面的要求，以解决长期以来困扰我国电力行业中氢冷发电机组因冷却氢气湿度超标而影响发电机安全运行的难题。
本实用新型是通过下述技术方案来实现的管片式高效氢气冷却去湿器的结构示意图如图1所示，高效管片式蒸发器芯子结构示意图如图2所示，管片式高效氢气冷却去湿器外壳前视示意图如图3所示，管片式高效氢气冷却去湿器外壳右视示意图如图4所示。它由冷却去湿器外壳1、回气管2、高效管片式蒸发器芯子3、外壳左端板4、进液管5、底板6、下加强肋7共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下高效管片式蒸发器芯子3通过螺母紧固底板6、下加强肋7而与外壳1相连接，回气管2通过焊接与外壳左端板4固接，进液管5通过焊接与外壳左端板4固接；其中高效管片式蒸发器芯子3由回气管2、回气集管8、顶板9、后端板10、蛇形管11、底板6、翅片12、进液分管13、分液头14、进液管5、前端板15共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下回气管2通过回气集管8与进液分管13相连接通，回气管2通过焊接与回气集管8相连接通，回气集管8通过焊接与蛇形管11相连接通，后端板10通过铆接与顶板9相连接，后端板10通过液压胀接与蛇行管11相连接，翅片12通过液压胀接与蛇形管11相连接；后端板10通过焊接与底板6相连接，进液分管13通过焊接与蛇形管11相连接通，进液管5通过分液头14与进液分管13相连接通，进液管5通过焊接与分液头14相连接通，进液分管13通过焊接与分液头14相连接通，顶板9通过铆接与前端板15相连接，前端板15通过液压胀接与蛇形管11相连接，前端板15通过焊接与底板6相连接；冷却去湿器外壳1由氢气管16、顶盖21、上加强肋17、右端板18、下加强肋7、底盖20、左端板4、前盖19、后盖22共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下氢气管16通过焊接与左端板4连接，左端板4通过顶盖21、上加强肋17、下加强肋7、底盖20、前盖19、后盖22与右端板18相连接，顶盖21、上加强肋17、下加强肋7、底盖20分别通过焊接分别与右端板18、左端板4、前盖19、后盖22相连接。
本实用新型的研究设计机理及工作作用原理如下经分析表明现有技术设备问题的出现，关键在于其所用的氢气冷却去湿器，不能有效地将氢气温度降低至-10℃以下，达不到对氢气进行深度冷却的效果，以至于经氢气冷却器去湿后的氢气湿度达不到国标、行业规范或电厂对氢气湿度更高的要求，即发电机组内，额定氢压下，氢气绝对湿度应控制在2g/m3以内，且发电机组内氢气露点温度应严格控制在-25～-5℃之间；而出口管路、器壁的表面温度又远低于环境温度，从而引起管路、器壁表面出现结露，引起管路、器壁腐蚀生锈等问题。要有效地解决这些问题，就需采用强化传热方法，应用适用于电厂的强化传热技术设计这一部件。具体来说，对于这一部件，应根据制冷工质R134a独特物性、氢气物理特性、进出口氢气运行工况等，应用适用于电力、制冷行业中的强化传热技术，采用在同等体积下，通过增大传热面积、延长接触时间、破坏层流边界层等强化传热方法来强化对氢气的冷却降温；针对上述现有产品存在的缺点的不足，本实用新型是采用适用于电力、制冷行业中的强化传热技术研制出全焊接结构的高效能氢气冷却去湿器——管片式高效氢气冷却去湿器。管片式高效氢气冷却去湿器由高效管片式蒸发器芯子和去湿器外壳组成，高效管片式蒸发器芯子封装进氢气去湿器外壳内，去湿器外壳双面采用热渡锌技术进行防腐，避免了现场使用中出现腐蚀严重这一情况。应用中，氢气与高效管片式蒸发器芯子直接接触，且氢气在交错的管片间流动时，产生强烈的湍流；管道、器壁表面包裹有隔热性能好的绝热材料，避免了外壁表面过冷结露现象。
现在我们已研制成功的管片式高效氢气冷却去湿器显著特点是针对“环保型电站制冷式氢气去湿装置”中热交换设备的特殊性，并在考虑制冷工质R134a独特物性、氢气物理特性、进出口氢气运行工况等的前提下，应用适用于电力、制冷行业中的强化传热技术。即通过增大传热面积、延长接触时间、破坏层流边界层等强化传热方法来强化对氢气的冷却。该部件是确保被处理后的氢气，在发电机组内额定氢压下，绝对湿度控制在2g/m3以内，机内氢气露点可严格控制在-12℃～-7℃之间，达到发电厂对氢气湿度的最高要求指标的关键部件。
本实用新型——管片式高效氢气冷却去湿器与现有技术相比是将高效管片式蒸发器芯子安装在密封的钢质方形盒子中，氢气与高效管片式蒸发器芯子直接接触，接触面积大，约28m2，是现有技术中盘管式结构或“冷包”的20倍以上，且氢气在交错的管片间流动时，产生强烈的湍流，因此具有较高的总传热系数。并且，管片式高效氢气冷却去湿器是单路供液，成对使用。因此，当制冷剂在管内以-18℃蒸发时，被处理的氢气温度能达到-14℃以下，相应的绝对湿度在2g/m3以下，可确保发电机组内额定氢压下的氢气绝对湿度长期稳定在1～2g/m3范围内、氢气露点温度严格控制在-12℃～-7℃之间。并且，这种结构的氢气冷却去湿器，结构紧凑，密封性能好，承压能力在0.5Mpa以上，高于氢气的运行工况(0.3MPa)，完全满足电力行业对气密性、承压性等安全运行的要求。管片式高效氢气冷却去湿器是采用适应于电厂、制冷行业的强化技术为“环保型电站制冷式氢气去湿装置”进行配套专项开发的氢气冷却去湿器，是该装置中的关键核心技术部件，也可用于其它的机械压缩制冷式氢气去湿装置中。原有的氢气冷却去湿器传热效能低，被其处理后的氢气湿度大(≥4.5g/m3)，达不到大容量发电机组对氢气湿度的要求(≤2g/m3)。
本实用新型与现有技术设备相比，具有如下的优点和有益效果(1)本实用新型具有在同等体积下，更大的与氢气接触传热表面，是现有技术中盘管式结构或“冷包”的20倍以上，且氢气在交错的管片间流动时，产生强烈的湍流，延长了氢气与壁面的接触时间、更重要的是破坏了氢气流动的层流边界层，大大的减小了器壁与氢气的接触热阻，使得总传热系数得到较大的提高。并且，管片式高效氢气冷却去湿器是单路供液，成对使用。这样可使氢气经过初冷、深冷2个相关联的阶段处理后，被冷却到-14℃以下，相应的绝对湿度在2g/m3以下；(2)原有的氢气冷却去湿器采用光滑管组成的结构，氢气在其内流过时，几乎处于层流状态，同等体积下，换热面积小、接触时间短、氢气与蒸发器壁的接触热阻大，总传热系数仅为本实用新型——管片式高效氢气冷却去湿器的25％；(3)本实用新型运行结果表明其去湿性能远超过现有我国发电站所采用的机械压缩制冷式氢气去湿设备，发电机组内的氢气湿度，额定氢压下，绝对湿度长期稳定在1～2g/m3范围内，氢气露点可严格控制在-12℃～-7℃之间，从而达到了发电厂对氢气湿度的最高要求指标；气密性、承压性等完全满足电力行业安全运行的要求；无结露现象，避免了因结露引起的管路腐蚀、生锈等问题。
图1是管片式高效氢气冷却去湿器结构示意图；图2是高效管片式蒸发器芯子结构示意图；图3是管片式高效氢气冷却去湿器的外壳前视示意图；图4是管片式高效氢气冷却去湿器外壳右视示意图。各图中1是冷却去湿器外壳、2是回气管、3是高效管片式蒸发器芯子、4是外壳的左端板、5是进液管、6是底板、7是下加强肋、8是回气集管、9是顶板、10是后端板、“是蛇形管、12是翅片、13是进液分管、14是分液头、15是前端板、16是氢气管、17是上加强肋、18是右端板、19是前盖、20是底盖、21是顶盖、22是后盖。
具体实施方式
发明人认为实现本实用新型的优选方式可为如下(1)按图2所示设计、加工、制造高效管片式蒸发芯子3，若自己加工制造，则可这样进行回气管2可选用紫铜管采用机加工切割而成；回气集管8可选用紫铜管采用机加工切割而成；顶板9、后端板10、前端板15均可选用钢板采用机加工切割冲压成形；蛇形管11可选48根紫铜管采用直管与U形弯头经焊接而成；底板6可选用钢板采用机加工切割而成；翅片12可选用54块铝板冲压形成；进液管5及进液分管13可选用紫铜管经机加工切割而成；分液头14可选购紫铜分液头标准件；(2)加工制造或选购好各部件后，再按图2所示及上面说明书所述的各部件位置连接关系进行安装连接，便能较好地实施本高效管片式蒸发芯子；(3)一般来说本高效管片式蒸发器芯子须由制冷行业中蒸发器专业生产制造厂生产。因此，我们须向专业制造蒸发器芯子的厂家订货，订货时，须向厂家提供以下结构参数①整体结构尺寸、安装孔大小及位置；②翅片面积及厚度铝翅片厚0.2mm，片距5mm，总面积不小于14mm2；③分液路数6路；④管排数及排列方式蒸发器沿着氢气流动方向的管排数为8排，垂直氢气流动方向的管排数为6排，三角形排列；⑤紫铜管径及壁厚紫铜管直径为φ10mm，壁厚1.0mm；⑥实验压力紫铜管承压大于2Mpa，交货时蒸发管内充0.3Mpa氮气，无任何泄露；(4)按图3、图4所示，设计、加工、制造氢气冷却去湿器外壳，若由自己加工制造，则可这样进行氢气管16可选用无缝钢管采用机加工切割而成；顶盖21、右端板18、底盖20、左端板4、前盖19、后盖22均可选用钢板用机加工切割倒45°内角而成；上加强肋17、下加强肋7均可选用钢板用机加工切割而成；加工制造好各部件后，按图3、图4并按上面说明书所述位置及连接关系进行安装连接，便能制造好外壳。加工制造、安装连接过程中应注意下述事项由于管片式高效氢气冷却去湿器在工作中承受的氢气额定压力(0.3Mpa)是由氢气冷却去湿器外壳承受，是受低压容器。因此，氢气冷却去湿器外壳采用全焊接结构确保受压和密封。焊接前，将已下好料的钢板进行热镀锌处理(如采用不锈钢板，则无此工序)，然后将其焊接成半成品。即去湿器外壳左、右两端板不封闭。半成品的氢气冷却去湿器外壳制造具体过程如下①先用气割法、按所要求的尺寸下料，准备组成氢气冷却去湿器外壳的管材和板料，对已下好料的钢板周边用机加工方法倒45°内角，并在相应位置开孔，确保孔轴线垂直钢板平面；同样，对已下好料的钢管两端用机加工方法倒45°外角，然后对其进行热镀锌处理；②将已进行热镀锌处理的钢板，按图3所示焊接成半成品，即去湿器外壳左、右两端板不封闭；③半成品的焊接过程为将上加强肋17立于前盖19上，采用普通火焊连接，确保上加强肋17与前盖19垂直；将下加强肋7立于前盖19上，采用普通火焊连接，确保下加强肋7与前盖19垂直；将后盖22立于上加强肋17和下加强肋7上，采用普通火焊连接，确保后盖22与上加强肋17和底盖20垂直；采用普通火焊方法，将顶盖21与前盖19和后盖22连接；采用普通火焊方法，将底板6与前盖19和后盖22连接；(5)上述部件均加工、制造或选购好后，再按图1所示，并按上面说明书所述位置及连接关系进行安装连接，最终便能较好地实施本实用新型。安装连接实施过程中，应特别注意下述事项此时将高效管片式蒸发器芯子(见图2)置于半成品的氢气冷却去湿器外壳内，用螺栓将高效管片式蒸发器芯子固定在氢气冷却去湿器外壳的下加强肋7上，再焊左、右两端板，便能完成整体结构焊接。安装到环保型电站制冷式氢气去湿装置后，刷一层防锈漆，再刷一层面漆，之后包上隔热层。整体焊接结构制造具体过程如下(整体结构见图1)①用螺栓螺母将高效管片式蒸发器芯子3固定在氢气冷却去湿器外壳的下加强肋7上；②采用普通火焊方法，将右端板18与半成品的氢气冷却去湿器外壳1的周边连接；③将左端板4插入高效管片式蒸发器芯子的回气管2及高效管片式蒸发器芯子的进液管5中，采用普通火焊方法，将左端板4与半成品的氢气冷却去湿器外壳1的周边连接；④将氢气管16立于左端板4上，采用普通火焊连接，确保氢气管16与左端板4垂直，此时完成整体结构焊接；管片式高效氢气冷却去湿器由2个方形外壳和2个管片式蒸发器芯子组成，每个方形外壳内封装有1个管片式蒸发器芯子，一个作为氢气的初冷，另一个为深冷器。方形外壳可由10mm厚钢板焊接而成，外壳内壁焊有加强肋，加强肋同时起支撑高效管片式蒸发器芯子的作用。管片式蒸发器芯子由紫铜管外套铝片制成，紫铜管直径可为φ10mm×0.7mm，铝片厚0.2mm；蒸发器沿着氢气流动方向的管排数可为8排，垂直氢气流动方向的管排数可为6排，三角形排列；管组由紫铜管组成，并利用弯头通过银钎焊连接起来，紫铜管与铝翅片间的良好接触用液压胀管来保证。制冷剂R134a通过分液器分成6路进液，使蒸发器中各路的液体分布均匀。分液器应尽量靠近热力膨胀阀，且垂直安装；各分路蛇形管出口间的连接采用集管并联的形式，即制冷剂蒸气从上部的分配集管进入回气总管，外套铝片片距可为5mm，总面积为14mm2；制冷剂R134a在紫铜管内蒸发，湿热氢气自上而下横向流过初冷用管片式蒸发器芯子，经连接管进入深冷器，再自下而上横向流过深冷用管片式蒸发器芯子，迎面风速约2.5～3.5m/s；制作完成后，进行气密性试验，试验压力为0.55Mpa，以确保管片式高效氢气冷却去湿器具有不小于0.5Mpa承压能力，且无泄露。
权利要求1.一种管片式高效氢气冷却去湿器，其特征在于它由冷却去湿器外壳(1)、回气管(2)、高效管片式蒸发器芯子(3)、外壳左端板(4)、进液管(5)、底板(6)、下加强肋(7)共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下高效管片式蒸发器芯子(3)通过螺母紧固于底板(6)、下加强肋(7)而与机壳(1)相连接，回气管(2)通过焊接与外壳左端板(4)固接，进液管(5)通过焊接与外壳左端板(4)固接。
2.按权利要求1所述的一种管片式高效氢气冷却去湿器，其特征在于所述的高效管片式蒸发器芯子(3)由回气管(2)、回气集管(8)、顶板(9)、后端板(10)、蛇形管(11)、底板(6)、翅片(12)、进液分管(13)、分液头(14)、进液管(5)、前端板(15)共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下回气管(2)通过回气集管(8)与进液分管(13)相连接通，回气管(2)通过焊接与回气集管(8)相连接通，回气集管(8)通过焊接与蛇形管(11)相连接通，后端板(10)通过铆接与顶板(9)相连接，后端板(10)通过液压胀接与蛇形管(11)相连接，翅片(12)通过液压胀接与蛇形管(11)相连接；后端板(10)通过焊接与底板(6)相连接，进液分管(13)通过焊接与蛇形管(11)相连接通，进液管(5)通过分液头(14)与进液分管(13)相连接通，进液管(5)通过焊接与分液头(14)相连接通，进液分管(13)通过焊接与分液头(14)相连接通，顶板(9)通过铆接与前端板(15)相连接，前端板(15)通过液压胀接与蛇形管(11)相连接，前端板(15)通过焊接与底板(6)相连接。
3.按权利要求1所述的一种管片式高效氢气冷却去湿器，其特征在于所述的冷却去湿器外壳(1)由氢气管(16)、顶盖(21)、上加强肋(17)、右端板(18)、下加强肋(7)、底盖(20)、左端板(4)、前盖(19)、后盖(22)共同安装连接构成，其相互位置及连接关系如下氢气管(16)通过焊接与左端板(4)连接，左端板(4)通过顶盖(21)、上加强肋(17)、下加强肋(7)、底盖(20)、前盖(19)、后盖(22)与右端板(18)相连接，顶盖(21)、上加强肋(17)、下加强肋(7)、底盖(20)分别通过焊接分别与右端板(18)、左端板(4)、前盖(19)、后盖(22)相连接。
专利摘要本实用新型是管片式高效氢气冷却器,属发电机冷却去湿技术设备。它由外壳、回气管、高效管片式蒸发器芯子、左端板、进液管、底板、下加强肋通过焊接或铆接安装连接构成;其中:高效管片式蒸发器芯子由回气管、回气集管、顶板、后端板、蛇形管、翅片、进液分管、分液头、前端板通过焊接或铆接安装连接构成;外壳由氢气管、顶盖、上、下加强肋、左、右端板、底盖、前盖、后盖通过焊接安装连接构成;本实用新型传热系数大、气密性、承压性、冷却去湿干燥性能完全能达到国标、行业规范及发电厂行业要求;克服和解决了管路易腐蚀、生锈等问题,达到了本实用新型的目的和研究设计指标要求。
文档编号H02K9/26GK2513281SQ0125767
公开日2002年9月25日 申请日期2001年10月29日 优先权日2001年10月29日
发明者龙新峰 申请人:华南理工大学