自流式抑振共形冷却器及共形冷却系统的制作方法

1.本发明涉及船舶冷却系统技术领域，尤其涉及一种自流式抑振共形冷却器及共形冷却系统。


背景技术：

2.船舶动力系统中存在大量海水冷却器，传统船舶采用分散式冷却技术，即海水冷却区分散布置在动力舱室内，通过分散的供水管路为冷却器提供海水，导致存在以下不足：一方面，海水冷却区占用大量舱室容积，降低了船舶的有效载装量，另一方面，连接海水冷却器的管路系统容易在长期海腐蚀、冲刷、承压等综合作用下发生破损，导致舱内漏水，影响船舶航行的安全性和可靠性。
3.为此目前新型船舶广泛采用中央冷却技术，通过集中冷却器冷却淡水，进而通过淡水对原海水冷却器进行间接冷却，可以实现缩减海水边界，提高船舶运行可靠性的目的。但是在中央冷却系统中，由于冷却负荷通过集中冷却器向外排出，导致该设备体积庞大，占用舱室空间。针对上述问题，研究人员提出外置共形冷却技术，通过将集中冷却器与船体结构共形化设计，增大内部舱室利用率。
4.现有共形冷却技术多采用列管式冷却技术，冷、热介质的换热界面为薄壁换热管。在共形冷却系统运行过程中，由于管外海水横向冲刷换热管束，导致换热管束产生流激振动，长期运行会产生机械磨损或疲劳损伤；且在海洋环境外部冲击过程中，换热管承受载荷能力弱，共形冷却器和共形冷却系统可靠性不高。


技术实现要素：

5.本发明提供一种自流式抑振共形冷却器及共形冷却系统，用以解决现有技术中共形冷却器的换热管抗冲击能力差的缺陷。
6.本发明提供一种自流式抑振共形冷却器，包括：壳体，所述壳体为船舶尾翼壳体，沿船舶的前进方向，所述壳体位于船舶的推进器的后方，所述壳体内设有多个换热管束，所述壳体朝向所述推进器的一侧设有第一进液口，所述壳体与所述推进器相背离的一侧设有第一出液口；引流器，设置于所述第一进液口，所述引流器能够根据自身所受到的海水的冲击力的大小自动调节所述第一进液口的通径的大小。
7.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，所述引流器包括一对引流部，两个所述引流部相对设置于所述第一进液口，每个所述引流部的长度方向与所述壳体的长度方向一致，每个所述引流部沿自身宽度方向的第一端与所述壳体连接，每个所述引流部沿自身宽度方向的第二端为自由端，两个所述引流部之间形成扩张口，所述扩张口朝向所述推进器，两个所述引流部之间的间距为所述通径；其中，两个所述自由端能够在海水的冲击下，沿彼此远离的方向运动，以改变所述通径的大小。
8.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，每个所述引流部包括：弹性板，所述弹性板的横截面形状为弓形，两个所述弹性板的所述弓形相背设置，以使两个所述弹性
板之间形成所述扩张口；柔性板，与所述弹性板叠设，所述柔性板的形状与所述弹性板的形状相匹配，所述柔性板沿自身宽度方向的第一端以及所述弹性板沿自身宽度方向的第一端与所述壳体连接，所述柔性板沿自身宽度方向的第二端以及所述弹性板沿自身宽度方向的第二端为自由端；其中，所述柔性板内设有多个弹性气封孔，在所述柔性板受到海水冲击时，所述弹性气封孔的纵截面尺寸变小，以使所述第一进液口的通径变大。
9.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，每个所述换热管束包括多个换热管结构和多个球形接管，多个所述换热管结构沿所述壳体的长度方向依次排布，相邻两个所述换热管结构通过所述球形接管连接，以形成一个所述换热管束；其中，每个所述换热管结构包括多个换热支管，多个所述换热支管环形设置，多个所述换热支管与一个所述球形接管连接。
10.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，每个所述换热管结构的侧视形状为六边形。
11.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，每个所述换热支管包括：依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第二管道与所述壳体的内壁平行设置，所述第一管道与所述第二管道的第一端倾斜设置，所述第三管道与所述第二管道的第二端倾斜设置，所述第一管道和所述第三管道分别与相邻的两个所述球形接管连接。
12.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，每个所述换热管束还包括：多个第二进液口，每个所述第二进液口分别与一个所述换热管束的一端连接；多个第二出液口，每个所述第二出液口分别与一个所述换热管束的另一端连接。
13.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，还包括：进口管板，设置于所述壳体的一端，所述进口管板设有多个进液孔，多个所述进液孔与多个所述第二进液口一一对应设置，每个所述进液孔与一个所述第二进液口连通；出口管板，设置于所述壳体的另一端，所述出口管板设有多个出液孔，多个所述出液孔与多个所述第二出液口一一对应设置，每个所述出液孔与一个所述第二出液口连通。
14.根据本发明提供的一种自流式抑振共形冷却器，还包括：进口封头，所述进口封头与所述进口管板连接，所述进口封头设有第三进液口和第三出液口；出口封头，所述出口封头与所述出口管板连接；出液联管，设置于所述壳体内，并与所述换热管束平行设置，所述出液联管的第一端贯穿所述出口管板并与所述出口封头连通，所述出液联管的第二端贯穿所述进口管板和所述进口封头并与所述第三出液口连通。
15.本发明还提供一种共形冷却系统，包括换热器、泵、管路和如上所述的自流式抑振共形冷却器，所述换热器与所述自流式抑振共形冷却器通过所述管路连接成循环回路，所述泵设置于所述换热器与所述自流式抑振共形冷却器之间。
16.本发明提供的自流式抑振共形冷却器，通过在壳体的第一进液口设置引流器，引流器可根据船舶的航行速度自动调节第一进液口的通径大小，进而减小了进入自流式抑振共形冷却器壳体内的海水的流量，减小了海水对换热管束的冲击，从而提高了换热管束的抗冲击能力，延长换热管束的使用寿命。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的自流式抑振共形冷却器的结构示意图；
19.图2是图1中示出的引流器的结构示意图；
20.图3是图2中示出的引流器受海水冲击时的状态变化图；
21.图4是图1中示出的多个换热管束的侧视图；
22.图5是图4中示出的换热管束的放大图；
23.图6是图4中示出的换热管束的主视图；
24.图7是换热管束中流体流动方向图；
25.图8是本发明提供的共形冷却系统的结构示意图；
26.附图标记：
27.10：换热管束；20：引流器；21：弹性板；22：柔性板；23：弹性气封孔；100：壳体；101：换热支管；102：球形接管；110：第一进液口；111：第三进液口；112：进口封头；113：进口管板；120：第一出液口；121：第三出液口；122：出口封头；123：出口管板；124：出液联管；131：第二进液口；132：第二出液口；200：换热器；300：管路；400：泵；500：阀门；600：推进器；1011：第一管道；1012：第二管道；1013：第三管道。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.下面结合图1-图8描述本发明的自流式抑振共形冷却器及共形冷却系统。
31.如图1和图8所示，在本发明的实施例中，自流式抑振共形冷却器包括：壳体100、多个换热管束10和引流器20。壳体100为船舶尾翼壳体，沿船舶的前进方向，壳体100位于船舶的推进器600的后方。壳体100内设有多个换热管束10，壳体100朝向推进器600的一侧设有第一进液口110，壳体100与推进器600相背离的一侧设有第一出液口120。引流器20设置于第一进液口110，引流器20能够根据自身所受到的海水的冲击力的大小自动调节第一进液口110的通径的大小。
32.具体来说，自流式抑振共形冷却器的壳体100为船舶尾翼壳体，船舶尾翼壳体的横截面为翼形，第一进液口110设置在船舶尾翼壳体的前缘，第一出液口120设置在船舶尾翼壳体的后缘，在船舶行进时，利用推进器600的推力，可实现第一进液口110的自给水供应，同时利用前缘驻点压力和后缘流动分离作用能够强化自流驱动压差，实现高效自流冷却。
33.进一步地，引流器20设置于第一进液口110，当引流器20受到的海水冲击力较大时，引流器20向外扩张的尺度较大，第一进液口110的通径增大，进入壳体100内的海水的流
量增大，对换热管束10的冲击力也相应增大；而当引流器20受到的海水冲击力较小时，引流器20向外扩张的尺度较小，第一进液口110的通径也较小，此时，进入壳体100内的海水的流量较少，对换热管束10的冲击力也较小。更进一步地，引流器20所受到的海水的冲击力与船舶的航行速度正相关，当船舶航行速度较快时，引流器20所受到的海水的冲击力较大，反之，当船舶航行速度较慢时，引流器20所受到的海水的冲击力较小。
34.在本实施例中，通过调节船舶的航行速度，可自动调节第一进液口110的通径的大小，当船舶在中低经济模式运行时，第一进液口110的通径变小，从而可以减小进入壳体100内的海水的流量，进而减小海水对换热管束10的冲击，提高换热管束10的使用寿命。
35.本发明实施例提供的自流式抑振共形冷却器，通过在壳体的第一进液口设置引流器，引流器可根据船舶的航行速度自动调节第一进液口的通径大小，进而减小了进入自流式抑振共形冷却器壳体内的海水的流量，减小了海水对换热管束的冲击，从而提高了换热管束的抗冲击能力，延长换热管束的使用寿命。
36.如图2所示，在本发明的实施例中，引流器20包括一对引流部，两个引流部相对设置于第一进液口110，每个引流部的长度方向与壳体100的长度方向一致，每个引流部沿自身的宽度方向的第一端与壳体100连接，每个引流部沿自身宽度方向的第二端为自由端，两个引流部之间形成扩张口，扩张口朝向推进器600，两个引流部之间的间距为第一进液口110的通径，其中，两个自由端能够在海水的冲击下，沿彼此相背离的方向运动，以改变通径的大小。
37.具体来说，两个引流部形成的扩张口为海水进口，当两个引流部之间的间距较小时，第一进液口110的通径较小，反之亦然。在船舶行进中，海水冲击两个引流部形成的扩张口，会使得两个引流部的第二端向彼此远离的方向运动，进而使两个引流部之间的间距变大，也使得第一进液口110的通径变大，进而使进入壳体100内的海水的流量增大。
38.进一步地，如图2和图3所示，在本发明的实施例中，每个引流部包括：弹性板21和柔性板22。弹性板21的横截面形状为弓形，两个弹性板21的弓形相背设置，以使两个弹性板21之间形成扩张口。柔性板22与弹性板21叠设，柔性板22的形状与弹性板21的形状相匹配，柔性板22沿自身宽度方向的第一端以及弹性板21沿自身宽度方向的第一端与壳体100连接，柔性板22沿自身宽度方向的第二端以及弹性板21沿自身宽度方向的第二端为自由端。其中，柔性板22内设有多个弹性气封孔23，在柔性板22受到海水冲击时，弹性气封孔的纵截面尺寸变小，以使第一进液口110的通径变大。
39.具体来说，在本实施例中，弹性板21的材质可以为金属，每个弹性板21的第二端向弹性板21的一侧弯曲，使整个弹性板21的横截面呈弓形，两个弹性板21相对设置于第一进液口110，且两个弹性板21的弓形均朝向壳体100的侧壁，以使两个弹性板21之间形成扩张口。柔性板22叠设于弹性板21上，柔性板22的材质可以为橡胶等，柔性板22具有一定的厚度，其内部设有多个弹性气封孔23，当海水冲击柔性板22时，弹性气封孔23受压变形，使其纵截面尺寸变小，成为细长形的气孔，进而使柔性板22的厚度减小，以使两个柔性板22之间的间距变大，进而使第一进液口110的通径变大。
40.具体地，当船舶航行的速度较快时，海水对柔性板22的冲击力较大，此时弹性气封孔23变形严重，两个柔性板22之间的间距增大，当海水对柔性板22的冲击力大于弹性板21的弹性力时，弹性板21发生形变，第一进液口110的通径进一步增大；而当船舶航行的速度
较慢时，海水对柔性板22的冲击力较小，此时弹性气封孔23变形较小，第一进液口110的通径也较小，此时，进入壳体100内的海水的流量较少，对换热管束10造成的冲击力也较小。进一步地，在船舶航行速度变小或停止航行时，当海水对柔性板22的冲击力小于弹性板21的弹性力时，两个柔性板22的第二端向彼此靠近的方向运动，使第一进液口110的通径变小，而当船舶静止时，第一进液口110的通径最小。
41.本发明实施例提供的自流式抑振共形冷却器，通过在第一进液口设置弹性板和柔性板，可根据船舶航行速度自动调节第一进液口的通径大小，当船舶处于中低经济模式运行时，可自动缩小第一进液口的通径的尺寸，减小进入壳体内的海水的流量，进而减小海水对换热管束的冲击。
42.如图4和图6所示，在本发明的实施例中，换热管束10包括多个换热管结构和多个球形接管102，多个换热管结构沿壳体100的长度方向依次排布，相邻两个换热管结构通过球形接管102连接，以形成一个换热管束10。其中，每个换热管结构包括多个换热支管101，多个换热支管101环形设置，多个换热支管101与一个球形接管102连接。
43.具体来说，在本实施例中，每个换热管束10由多个换热管结构和多个球形接管102组成，每个换热管结构包括多个换热支管101，多个换热支管101环形设置，流体经过各换热支管101后汇聚至一个球形接管102内，然后由该球形接管102再分流进入下一个换热管结构的多个换热支管101内，如此流动，直至流体流出壳体100外。
44.在本实施例中，如图5所示，从壳体100的侧面来看，每个换热管束10为一个晶胞结构，多个换热管束10依次排布形成紧密的晶胞体，当海水横向冲击换热管束10时，排列紧密的晶胞体减小了海水冲击对换热管束10造成的激流振动，进而提高了换热管束10的抗冲击能力。同时，多个换热管束10的周期性排布可产生复杂的空间扰流作用，使进入壳体100内的海水对换热管束10进行横向、纵向和斜向冲刷，有效强化了抑振增强型共形冷却器的换热能力。
45.可选地，多个换热支管101环形排布构成的图形可以为六边形或八边形等。可以理解的是：每个换热管结构中包含的换热支管101的数量越多，每个晶胞结构的强度就越高，从而多个换热管束10组成的晶胞体的强度也越高。
46.本发明实施例提供的自流式抑振共形冷却器，通过将每个换热管束设置为多个换热支管环形设置的换热管结构，多个换热管束排列后能够形成排列紧密的晶胞体，进而减小了海水冲击对换热管束造成的激流振动，提高了换热管束的抗冲击能力；同时，多个换热管束的周期性排布可产生复杂的空间扰流作用，使进入壳体内的海水对换热管束进行横向、纵向和斜向冲刷，有效强化了共形冷却器的换热能力。
47.进一步地，如图4和图5所示，在本发明的实施例中，每个换热管结构的侧视形状为六边形。具体来说，在本实施例中，每个换热管结构包括6个换热支管101，6个换热支管101环形设置形成六边形。
48.如图6所示，在本发明的一个实施例中，每个换热支管101包括依次连接的第一管道1011、第二管道1012和第三管道1013。第二管道1012与壳体100的内壁平行设置，第一管道1011与第二管道1012的第一端倾斜设置，第三管道1013与第二管道1012的第二端倾斜设置，第一管道1011和第三管道1013分别与相邻的两个球形接管102连接。
49.具体来说，在本实施例中，第二管道1012的长度应尽可能的短，以使第一管道
1011、第二管道1012和第三管道1013连接成的形状近似为三角形，以形成稳定的短管三角支撑结构，抑制换热管束10在海水激励下的振动。
50.如图6所示，在本发明的实施例中，每个换热管束10还包括：多个第二进液口131和多个第二出液口132。每个第二进液口131分别与一个换热管束10的一端连接，每个第二出液口132分别与一个换热管束10的另一端连接。
51.具体来说，流体在各换热管束10内的流动如图7所示，进入壳体100内的温度较高的流体经过第二进液口131后进入一个换热管结构的多个换热支管101中，然后再汇聚至球形接管102内，再进入下一个换热管结构的多个换热支管101中，依次流动，直至由第二出液口132流出。
52.如图1所示，在本发明的实施例中，自流式抑振共形冷却器还包括进口管板113和出口管板123。进口管板113和出口管板123分别设置于壳体100的两端，进口管板113设有多个进液孔，多个进液孔与多个第二进液口131一一对应设置，每个进液孔与一个第二进液口131连通。出口管板123设有多个出液孔，多个出液孔与多个第二出液口132一一对应设置，每个出液孔与一个第二出液口132连通。
53.进一步地，自流式抑振共形冷却器还包括进口封头112和出口封头122。进口封头112与进口管板113连接，进口封头112设有第三进液口111和第三出液口121。出口封头122与出口管板123连接。出液联管124设置于壳体100内，并与换热管束10平行设置，出液联管124的第一端贯穿出口管板123并与出口封头122连通，出液联管124的第二端贯穿进口管板113和进口封头112并与第三出液口121连通。
54.具体来说，温度较高的流体由第三进液口111进入进口封头112，然后由进口管板113上的各个进液孔进入每个换热管束10的第二进液口131，再进入各个换热管束10的各个换热支管101内，然后进入球形接管102，再进入下一个换热管结构的各个换热支管101，下个球形接管102，依次流动。海水由第一进液口110进入壳体100内，温度较高的流体在沿换热管束10流动时与换热管束10外的海水发生热交换，海水将流体的热量吸收，海水由第一出液口120排出，流体由各个换热管束10的第二出液口132流出，进入对应的出口管板123的出液孔，再经过出口封头122后进入出液联管124，然后由第三出液口121排出。
55.如图8所示，本发明实施例还提供了一种共形冷却系统，包括换热器200、管路300、泵400和自流式抑振共形冷却器，换热器200与自流式抑振共形冷却器通过管路300连接成循环回路，泵400设置于换热器200与自流式抑振共形冷却器之间。
56.具体来说，泵400将换热器200中温度较高的流体泵送至自流式抑振共形冷却器的换热管束10内，海水由壳体100上的第一进液口110进入壳体100内，与温度较高的流体发生热交换，吸收热量的海水由壳体100上的第一出液口120排出，温度较低的流体由自流式抑振共形冷却器进入换热器200内，对船舶内的其他设备进行冷却。
57.进一步地，在本发明的实施例中，在自流式抑振共形冷却器与换热器200之间的管路300上还设置有阀门500，以调节进入换热器200内的流体的流量，相应地，在泵400与自流式抑振共形冷却器之间也设置有阀门500，以调节进入自流式抑振共形冷却器内的流体的流量。
58.本发明实施例提供的共形冷却系统，通过设置自流式抑振共形冷却器，减小了海水对自流式抑振共形冷却器内换热管束的冲击力，提高了自流式抑振共形冷却器的强度，
进而提高了共形冷却系统的使用寿命。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。