专利名称：换热器的制作方法
换热器技术领域和
背景技术：
本发明总地涉及换热器领域，且更具体地涉及具有一体式支承结构和用于其支承 的结构框架的换热器。本发明采用授予维纳(Wiener)等人的美国专利第6，336，429号的介绍内容，其内 容以参见的方式纳入本文，如同在这里进行了完全阐述。为理解本发明，有必要在一定程度上解释一下换热器、锅炉和/或蒸气发生器领 域的某些术语和基本原理，读者可参见巴布科克和威尔科克斯公司(The Babcock & Wilcox Company)版权 1992第40期Stultz和Kitto (Eds.)的蒸气/其产生和使用以及巴布科 克和威尔科克斯公司(The Babcock & Wilcox Company)版权 2005第41期Stultz和 Kitto (Eds.)的蒸气/其产生和使用，其文本以参见的方式纳入本文，如同在这里进行了完 全阐述。
发明内容
本发明的一方面涉及一种将热能传递到诸如水的作业流体的换热器。换热器用于 将水的至少一部分从液相转变成饱和或过热蒸汽。授予维纳等人的上述美国专利第6，336，429号中所揭示的垂直蒸汽/水分离装置 用于将蒸汽与蒸汽_水混合物分离。结构上互连且如本文所述布置的一对这种垂直蒸汽/ 水分离器为换热器提供一体式支承结构。本发明的换热器有利地包括排列的传热表面和以特定方式排列的流体传输管道 以将所要求量的热能传递到水中。传热表面有利地由布置成板的管形成并根据要求设有入 口和出口集管。如本领域的技术人员所公知的那样，传输蒸汽_水混合物的传热表面通常 称为蒸发或沸腾表面；通过其中传输蒸汽的传热表面通常称为过热(或再热，取决于相关 的蒸汽涡轮构造)表面。无论加热表面的类型如何，管的大小、其材料、直径、壁厚、数量和 布置都是依照可适用的锅炉设计规范，诸如美国机械工程协会(ASME)锅炉和压力容器规 范，第一卷或按照法律规定的相当的其它规范基于运行的温度和压力。所要求的换热特性、 压降、循环比率、点吸收率(spot absorption rate)、作业流体在管内的质量流率等也是必 须考虑的重要参数。根据换热器所安装的地理位置，也要考虑适用的地震载荷和设计规范。换热器底部由基部支承，该基部是围绕换热器并形成结构支承框架的互连刚性件 的布置的一部分，结构支承框架与上述一体式支承结构一起不仅为换热器提供结构支承和 刚度，而且是可将换热器抬起并升高以置于所要求位置的装置。在换热器用作太阳热能接 受器的情况下，结构支承框架使换热器的整个组件和框架能够在安装期间在地面上进行组 装并然后升高和设置在塔上。该结构支承框架与换热器保持在一起，由此如果需要移走换 热器的话就便于(如果必要)将换热器从塔移走。根据本发明，提供了一种换热器，该换热器包括传热表面的布置和结构上彼此互 连并为热交换器的传热表面的至少一部分提供一体式支承结构的一对垂直蒸汽/水分离 器。该结构互连包括由厚壁管形成并在垂直蒸汽/水分离器之间延伸的上部和下部结构件。每个厚壁管包括以横向方式设置的一对间隔开的内部间隔壁以在其中形成限定集管的 中心部分。传热表面的一体支承部分在上部和下部结构件的集管之间延伸并流体连接到集管。每个垂直蒸汽/水分离器包括定位在蒸汽/水分离器下端处的共面的并围绕蒸汽 /水分离器的外周等间距布置的四个基座脚。换热器包括长方体形状的结构支承框架，该支承框架具有围绕换热器的顶部、底 部和相对的纵长侧以用于其底部支承。结构支承框架的底部包括彼此相交的四根水平延伸的平行间隔开的侧向梁和纵 向梁以形成栅格状结构，该结构包括定位在相交的纵向和侧向梁之间的倾斜设置的腹梁件 的格栅。两对侧向撑杆与结构支承框架底部的四根纵向梁中的内部两根相交以形成用于 垂直蒸汽/水分离器的支承基部。蒸汽/水分离器的基座脚固定地固定到相应的支承基部。结构支承框架的相对纵长侧中的每个具有位于结构框架的相对端处的两对平行 间隔开的垂直梁，和与垂直梁相交并位于相对纵向侧中每个的上端处的一对平行间隔开的 纵向梁。倾斜设置的腹梁件的格栅设置在每对垂直梁与成对纵向梁之间。结构支承框架的顶部包括与沿每根纵长侧延伸的一对平行间隔开的梁中的上部 梁相交的两根侧向梁。该两根侧向梁位于换热器上方并提供可将换热器和结构支承框架升 高以置于所要求位置的装置。本发明的另一方面涉及换热器和用于其支承的结构框架的组合。该组合包括传热 表面的布置和结构上彼此互连并为传热表面的至少一部分提供一体式支承结构的一对垂 直蒸汽/水分离器。传热表面和该对垂直蒸汽/水分离器之间的结构互连包括上部和下部 厚壁管，每根管内具有限定中心集管的间隔件。传热表面的一体支承部分在上部和下部厚 壁管的集管之间延伸并流体地连接到集管。每个蒸汽/水分离器包括定位在位于蒸汽/水 分离器下端的多个基座脚。该组合的结构框架部分具有围绕换热器的顶部、底部和相对的纵长侧以用于其底 部支承。结构支承框架的底部包括彼此相交的四根水平延伸的平行间隔开的侧向梁和纵 向梁以形成栅格状结构，并包括定位在相交的纵向和侧向梁之间的倾斜设置的腹梁件的格 栅。两对平行间隔开的侧向撑杆与结构支承框架底部的四根纵向梁中的内部两根相交以 形成用于垂直蒸汽/水分离器的支承基部，所述分离器的基座脚固定地固定到其相应的支 承基部。结构框架的相对纵长侧中的每个具有位于结构框架的相对端处的两对平行间隔 开的垂直梁，和与垂直梁相交并位于相对纵向侧中每个的上端处的一对平行间隔开的纵向 梁。倾斜设置的腹梁件的格栅定位在每对垂直梁与成对纵向梁之间。结构框架的顶部包括 与所述一对平行梁中的上部梁相交的两根侧向梁。该两根侧向梁位于换热器上方并提供可 将换热器和结构框架升高以置于所要求位置的装置。具体参照附图阅读说明书时，从以下说明书中将更好地理解本发明的这些和其它 特征并可更容易地理解其优点。
图1是换热器的立体图，为清楚起见，未示出本发明的结构支承框架；
图2是图1所示换热器的分解立体图；图3是根据本发明结构上彼此互连以提供一体式支承结构的一对垂直蒸汽/水分 离器的立体图；以及图4是根据本发明的图3的一体支承的换热器结构与用于支承换热器结构的结构 框架一起的立体图。
具体实施例方式此后参考附图，其中在各附图中，相同的附图标记表示相同或功能类似的构件。参照图1-3，其示出本发明的换热器10。换热器10具有左侧壁和右侧壁12、顶部 14和授予维纳等人的上述美国专利第6，336，429号所揭示类型的一对垂直蒸汽/水分离 器16。该类型的垂直蒸汽/水分离器16尤其适于处理对换热器10热输入的较大瞬时振 荡，这又可能引起蒸汽/水分离器16内较大的水位变化。侧壁12包括相邻管之间具有焊 接隔膜的管板。焊接的隔膜管壁板对本领域的技术人员来说是已知的，且因此在此不再详 述对于其它细节，读者可参见上沭蒸汽/其发牛和使用的原文。顶部14也包括焊接隔膜 管壁板。尽管隔膜壁管板通常用在常规工业和实用炉壁以实现气密构造，但在该应用中在 相邻管之间设置隔膜还提供了板的结构刚度且正是为此目的，侧壁板12和顶部14具有隔 膜壁构造。如果换热器10用于仅提供饱和蒸汽，则侧壁12和顶部14包括蒸发或沸腾加热 表面。如果换热器10用于提供过热蒸汽，且如本领域的技术人员会理解的那样，某些加热 表面将必须是蒸发表面且其它部分将必须是过热器表面。在图1所示的实施例中，侧壁12 是蒸发或沸腾表面，并可设有入口集管18和出口集管20。形成侧壁12的管内产生的蒸 汽-水混合物收集在出口集管20内，该出口集管20也用作混合点以均衡蒸汽-水混合物 内可能存在的温度失衡。出口集管20上的短柱22通过立管(未示出)与每个垂直蒸汽/ 水分离器16的上部上的短柱26互连。垂直蒸汽/水分离器16以已知方式(参见授予维 纳等人的美国专利第6，336，429号)运行，将蒸汽与蒸汽_水混合物分离。如果换热器10 设计成用于饱和蒸汽生产，则来自每个分离器16的顶部的蒸汽出口连接(未示出)将蒸汽 输送到其下游位置并使用。如果换热器10设计成生产过热蒸汽，则将蒸汽从分离器16输 送到过热器表面以进一步加热并最终收集和输送到其下游位置并使用。根据初始蒸汽温度 和压力，以及所要求的出口过热蒸汽温度，过热器可能必须设计成多程过热器，以在过热器 表面管内提供足够的质量流量，且这些概念也在本发明的范围内。不仅考虑到过热器内管 的温度而且还考虑相邻结构内管的温度，可能需要两程、四程或附加程设计，从而解决热膨 胀差异问题。在两种情况下，将从蒸汽-水混合物分离的水输送到每个分离器16的下部， 与补充给水混合，并输送到蒸发表面以再次开始该过程。为了促进水和水_蒸汽混合物在 整个换热器10中的循环，可在每个分离器16的下部处有利地设置循环泵28用于通过供给 管(supply)(未示出)将水泵送回蒸发表面。参照图2，示出图1所示换热器的分解立体图。该图更好地示出侧壁12与总地用 附图标记30表示的一体式支承结构之间的关系，一体式支承结构包括通过上部和下部结 构件32结构上彼此互连的一对垂直蒸汽/水分离器16。参照图3，示出根据本发明为换热器10提供一体式支承结构30的结构上彼此互连的一对垂直蒸汽/水分离器16的立体图。出于显而易见的原因，上部和下部结构件32有 利地由厚壁管而不是结构工字梁或WF截面型材构成。每个构件32的一端通过诸如焊接连 接到垂直蒸汽/水分离器之一。结构件32本身并不提供分离器16之间任何直接的流体互 连。构成每个结构件32的厚壁管配装有内部分隔壁34，分隔壁34形成中心部分，该中心 部分构成集管36，该集管执行流体收集/输送功能。除了为换热器10提供一体式支承结 构之外，作为上部和下部结构件32的一部分的集管36通过在上部和下部集管36之间延伸 并流体地连接到上部和下部集管36的加热表面38的布置而彼此互连。通常，加热表面38 是由管构成的向上流动的蒸发表面。管短柱40提供用于立管(未示出)的连接，立管将蒸 汽_水混合物输送到前述分离器16上的管短柱26。应当注意，加热表面38在上部和下部结构件32的集管36之间延伸，同时在加热 表面38的远侧边缘与蒸汽/水分离器16的外壁之间形成间隙或空间42。侧壁12延伸到 该空间42内，加热表面38的远侧边缘邻近侧壁12的内侧部分并紧靠该内侧部分延伸。但 是，为了适应热膨胀差，加热表面38不以任何刚性方式连接到侧壁12。侧壁12在底部由基 部支承，其支承方式类似于下文参照一体式支承结构30描述的方式。侧壁12还设有支柱 (未示出)，本领域的技术人员公知这是为隔膜管壁构造提供刚性和支承。参照图4，其示出类似于图1的本发明的换热器10的一部分与支承换热器10的 结构框架50 —起的立体图。为了清楚起见，仅示出一体式支承结构30，一体式支承结构30 包括通过上部和下部结构件32结构上彼此互连的一对垂直蒸汽/水分离器16。该三维结构框架50通常是长方体形状，并由顶部51、底部52和纵长侧55限定，并 包括沿三个相互垂直的方向延伸的三组工字梁八根纵向梁58、六根侧向梁56、以及八根 垂直梁54。结构框架50的底部52包括彼此相交连接的四根平行间隔开的纵向梁58和四根 平行间隔开的侧向梁56以形成栅格状结构。倾斜设置的各腹梁件60的格栅定位在相交的 纵向和侧向梁58与56之间以结构上加固形成底部52的栅格状结构并加强结构框架50或 为其增加刚度。结构框架50的底部52包括一对支承基部53，每个支承基部由与内部成对的纵向 梁58连接相交的相应的成对平行间隔开的侧向撑杆57形成。每个蒸汽/水分离器16包 括位于蒸汽/水分离器底部处或底部附近的四个基座脚59。基座脚59从蒸汽/水分离器 壁以大致直角向外延伸且是共面的，并围绕蒸汽/水分离器16的外周等间距布置。基座脚 59各设有加固角撑板61并牢固地固定到支承基部53。结构框架50的每个纵长侧55包括位于结构框架50的相对端处的两对平行间隔 开的垂直梁54，位于纵向侧55上端处并与垂直梁54连接相交的一对平行间隔开的纵向梁 58。倾斜设置的各腹梁件60的格栅定位在每对垂直梁54与纵向梁58之间以在结构上加 固纵长侧55并加强结构框架50。结构框架50的顶部51包括相交并连接到位于纵长侧55上端处每对纵向梁58中 的上部梁的两根侧向梁56。除了加固顶部51和加强结构框架50之外，顶部侧向梁56通常 位于换热器上方并提供可将换热器10和支承结构框架50抬起并升高以放置到所要求位置 的装置。尽管以上参照特定装置、材料和实施例对本发明进行了描述，但是应当理解本发
7明可以多种形式变化而不背离其精神和范围，且因此不限于这些所揭示的特定形式而是可 扩展到以下权利要求书范围内的所有同等物。
权利要求
一种换热器，包括传热表面的布置和结构上彼此互连并为所述换热器的所述传热表面的至少一部分提供一体式支承结构的一对垂直蒸汽/水分离器。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述结构互连包括在所述垂直蒸汽/水分 离器之间延伸的上部和下部结构件。
3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述上部和下部结构件由厚壁管形成。
4.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，包括一对间隔开的间隔壁，所述一对间隔 开的间隔壁以横向方式设置在所述厚壁管内以在所述厚壁管内形成中心部分。
5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述中心部分是集管。
6.如权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述传热表面的所述部分在所述上部和 下部结构件的集管之间延伸并流体地连接到所述集管。
7.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，包括结构支承框架，所述支承框架具有围 绕所述换热器的顶部、底部和相对的纵长侧以用于所述换热器的底部支承。
8.如权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述结构框架是长方体形状的。
9.如权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述结构框架的所述底部包括水平延伸 的侧向梁和纵向梁。
10.如权利要求9所述的换热器，其特征在于，所述侧向梁和纵向梁彼此相交以形成栅 格状结构。
11.如权利要求10所述的换热器，其特征在于，包括定位在相交的纵向梁和侧向梁之 间的倾斜设置的腹梁件的格栅。
12.如权利要求9所述的换热器，其特征在于，所述结构框架的所述底部包括四根平行 间隔开的纵向梁。
13.如权利要求12所述的换热器，其特征在于，包括两对平行间隔开的侧向撑杆，所 述两对平行间隔开的侧向撑杆与所述四根纵向梁中的内部两根相交以形成用于所述蒸汽/ 水分离器的支承基部。
14.如权利要求13所述的换热器，其特征在于，所述垂直蒸汽/水分离器中的每个包括 定位在所述分离器的下端处并固定地固定到所述支承基部中相应一个的多个基座脚。
15.如权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述结构框架的所述相对纵长侧中的每 个具有位于所述结构框架的相对端处的两对平行间隔开的垂直梁，和与所述垂直梁相交 并位于所述相对侧中每个的上端处的一对平行间隔开的纵向梁。
16.如权利要求15所述的换热器，其特征在于，包括定位在每对垂直梁与所述对纵向 梁之间倾斜设置的腹梁件的格栅。
17.如权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述结构框架的所述顶部包括与所述一 对平行间隔开的梁中的上部梁相交的两根侧向梁。
18.如权利要求17所述的换热器，其特征在于，所述两根侧向梁位于所述换热器上方 并提供可将所述换热器和所述结构框架升高以置于所要求位置的装置。
19.一种换热器和用于所述换热器的支承的结构框架的组合，所述组合包括传热表面 的布置和结构上彼此互连并为所述传热表面的至少一部分提供一体式支承结构的一对垂 直蒸汽/水分离器，所述结构框架具有围绕所述换热器的顶部、底部以及相对的纵长侧以 用于所述换热器的底部支承。
20.如权利要求19所述的组合，其特征在于，所述结构互连包括上部和下部厚壁管，每 根管内具有限定中心集管的间隔件。
21.如权利要求20所述的组合，其特征在于，所述传热表面的所述部分在所述上部和 下部管的集管之间延伸并流体地连接到所述集管。
22.如权利要求19所述的组合，其特征在于，所述结构框架的所述底部包括彼此相交 的水平延伸的侧向梁和纵向梁以形成栅格状结构。
23.如权利要求22所述的组合，其特征在于，包括定位在相交的纵向梁和侧向梁之间 的倾斜设置的腹梁件的格栅。
24.如权利要求22所述的组合，其特征在于，所述结构框架的所述底部包括四根平行 间隔开的纵向梁。
25.如权利要求24所述的组合，其特征在于，包括两对平行间隔开的撑杆，所述对平行 间隔开的撑杆与所述四根纵向梁中的内部两根相交以形成用于所述蒸汽/水分离器的支承基部。
26.如权利要求25所述的组合，其特征在于，所述垂直蒸汽/水分离器中的每个包括定 位在所述分离器的下端处并固定地固定到所述支承基部中相应一个的多个基座脚。
27.如权利要求19所述的组合，其特征在于，所述结构框架的所述相对纵长侧中的每 个具有位于所述结构框架的相对端处的两对平行间隔开的垂直梁，和与所述垂直梁相交 并位于所述相对侧中每个的上端处的一对平行间隔开的纵向梁。
28.如权利要求27所述的组合，其特征在于，包括定位在每对垂直梁与所述对纵向梁 之间倾斜设置的腹梁件的格栅。
29.如权利要求19所述的组合，其特征在于，所述结构框架的所述顶部包括与所述一 对平行的梁中的上部梁相交的两根侧向梁。
30.如权利要求29所述的组合，其特征在于，所述两根侧向梁位于所述换热器上方并 提供可将所述换热器和所述结构框架升高以置于所要求位置的装置。
全文摘要
一种换热器，该换热器具有传热表面的布置和结构上彼此互连以为换热器提供一体式支承结构的一对垂直蒸汽/水分离器。该结构互连包括在该对垂直蒸汽/水分离器之间延伸的上部和下部结构件。上部和下部结构件包括集管、在集管之间延伸并流体地连接到集管的加热表面的布置。结构支承框架围绕换热器以用于其底部支承，该框架为换热器提供结构支承和刚性以及将换热器抬起并升高以置于所要求位置的装置。
文档编号F28F9/00GK101910776SQ200980102568
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月14日 优先权日2008年1月14日
发明者D·R·雪费尔, J·M·马歇尔, M·J·阿尔伯瑞切特, W·J·怀特 申请人:巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司