CN111121522A - 一种具有热位移补偿支承机构的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有热位移补偿支承机构的热交换器，也可用于蒸汽发生器，属于热交换器技术领域。包括壳体、内部换热单元和多个热位移补偿支承机构，多个热位移补偿支承机构沿圆周均布在壳体内，热位移补偿支承机构由随动支座、导向杆、碟簧组件、外筒、主支承座和弹簧形管道组成。本发明中，采用弹性碟簧支撑结构，能够根据相连两刚性体之间因温差或材料线性膨胀系数不一致所产生的热位移进行调整，避免因支座刚性限制而造成刚性体间连接处热应力无处释放，对设备造成破坏。本发明中的热位移补偿支承机构，设置在较低温度区，避免了过多选择高温材料，增加了材料选择范围，降低了材料成本，并保证了热位移补偿支承机构的工作可靠性。

Description

一种具有热位移补偿支承机构的热交换器

技术领域

本发明涉及一种具有热位移补偿支承机构的热交换器(包括蒸汽发生器)，属于热交换器技术领域。

背景技术

用于热交换器、蒸汽发生器等设备的内部结构或类似结构的支承，同时可用于补偿被支承的内部结构产生的轴向热位移。

当热交换器、蒸汽发生器等高温工作设备的内部构件与设备壳体固定但无法完全承担内部构件重量时，应在内部构件上设置支承结构。由于设备装配状态与工作状态温差较大，内部构件与壳体存在温差或材料线性膨胀系数不一致时，设备在工作状态下会产生轴向热位移，当热位移无法释放时，会产生很大的热应力，极端情况下会导致设备破坏。

在温度和压力不是很高的情况下，热交换器内部元件可通过以下两种方法进行支承。第一种方法是使接管直接与容器壳体连接，并承受热交换器内部元件的重量，再通过适当位置设置柔性结构吸收内部元件的热位移；第二种方法是在内部元件上设置支承结构，以承受内部元件重量，再通过合适位置设置柔性结构吸收内部元件的热位移。以超临界、超超临界蒸发器为例，内部换热单元内部工作压力在20MPa以上，换热单元温度从下到上逐渐升温，顶部最高温度可达700℃或更高。顶部在高温高压苛刻条件下工作，高温高压工况直接限制和影响了材料的选型和设备成本。如果采用方法1进行换热单元支承，单独接管已无法满足要求，如按方法2在上部设置支承结构，支承结构应同时采用高温材料，设备成本将十分高昂。如按方法2在内部元件下部进行换热单元的支承，也需要在设备上部采用现有的高温材料进行特殊柔性结构设计，增加了设计难度和材料成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有热位移补偿支承机构的热交换器，以解决已有技术中超临界、超超临界蒸发器内部元件或类似高温元件的支承问题，对内部元件的热位移加以补偿，并使结构简单、可靠而且有效。

本发明提出的具有热位移补偿支承机构的热交换器，包括壳体、内部换热单元和多个热位移补偿支承机构，多个热位移补偿支承机构沿圆周均布在壳体内，所述的内部换热单元安装在壳体的内部，壳体上部设有一次侧入口和一次侧出口，内部换热单元的上部设有二次侧出口；所述的热位移补偿支承机构由随动支座、导向杆、碟簧组件、外筒、主支承座和弹簧形管道组成；弹簧形管道置于内部换热单元的下部，弹簧形管道的一端与内部换热单元相连通，弹簧形管道的另一端伸出壳体，成为二次侧入口，弹簧形管道成为热位移补偿元件；所述的导向杆安装在随动支座下，导向杆和碟簧组件安装在外筒内，碟簧组件套装在导向杆上，外筒固定在主支承座上，随动支座与内部换热单元相对固定，主支承座与壳体1相对固定。

上述热交换器还可以包括压环，所述的压环套装在导向杆上，压环置于碟簧组件的上部，导向杆的顶部从随动支座的顶部伸出。

本发明提出的一种具有热位移补偿支承机构的热交换器，其优点是：

1、本发明的具有热位移补偿支承机构的热交换器中，采用弹性碟簧支撑结构，能够根据相连两刚性体之间因温差或材料线性膨胀系数不一致所产生的热位移进行调整，避免因支座刚性限制而造成刚性体间连接处热应力无处释放，对设备造成破坏。

2、本发明热交换器中的热位移补偿支承机构，采用碟簧，其承载力大，组合碟簧可以吸收更大的位移，本支承结构特别适用于重型内构件的支承和热位移补偿。

3、本发明热交换器中的热位移补偿支承机构，设置在较低温度区，避免了过多选择高温材料，增加了材料选择范围，降低了材料成本，并保证了热位移补偿支承机构的工作可靠性。

4、本发明具有热位移补偿支承机构的热交换器中，由均布在热交换器内部圆周上的多个支承结构承担内部元件的全部重量载荷，底部的热位移补偿机构仅用于补偿热位移和承担少量接管载荷，弹簧形管道作为热位移补偿结构，设置在低温区，因此工作环境相对良好，受力状态也较优，降低了设计难度。

5、本发明热交换器中的热位移补偿支承机构，也可以采用波纹膨胀节作为热位移补偿元件，只要使波纹膨胀节的一端通过管道与内部换热单元连接，波纹膨胀节的另一端通过管道从壳体伸出，成为二次侧入口，波纹膨胀节用于热位移的补偿。

附图说明

图1是本发明提出的具有热位移补偿支承机构的热交换器的结构示意图。

图2是本发明的具有热位移补偿支承机构的热交换器的一个实施例的结构示意图。

图1和图2中，1是壳体，2是内部换热单元，3是随动支座，4是导向杆，5是碟簧组件，6是外筒，7是主支承座，8是弹簧形水管，9是压环。

具体实施方式

本发明提出的具有热位移补偿支承机构的热交换器，其结构如图1所示，包括壳体1、内部换热单元2和多个热位移补偿支承机构，多个热位移补偿支承机构沿圆周均布在壳体1内，内部换热单元2安装在壳体1的内部，壳体上部设有一次侧入口和一次侧出口，内部换热单元的上部设有二次侧出口。热位移补偿支承机构由随动支座3、导向杆4、碟簧组件5、外筒6、主支承座7和弹簧形管道8组成；弹簧形管道8置于内部换热单元2的下部，弹簧形管道8的一端与内部换热单元2相连通，弹簧形管道8的另一端伸出壳体1，成为二次侧入口，弹簧形管道8成为热位移补偿元件；所述的导向杆4安装在随动支座3下，导向杆4和碟簧组件5安装在外筒6内，碟簧组件5套装在导向杆4上，外筒6固定在主支承座7上，随动支座3与内部换热单元2相对固定，主支承座7与壳体1相对固定。

上述热交换器还可以包括压环9，如图2所示，压环9套装在导向杆4上，压环9置于碟簧组件5的上部，导向杆4的顶部从随动支座3的顶部伸出。

以下结合附图介绍本发明热交换器中热位移补偿支承结构的工作原理：

本发明换热器中的热位移补偿支承结构，利用碟簧组件和主支承结构，承受被支承件的重力载荷和外部载荷，作为热位移补偿元件的弹簧形管道8，仅吸收由热膨胀产生的位移，而不承受被支承件的重力载荷。

本发明换热器中的热位移补偿支承结构，其中的碟簧组件可以利用标准碟簧或标准碟簧进行组合，可以是叠合组合碟簧、对合组合碟簧或复合组合碟簧中的一种。碟簧组件用来承受被支承件的重力和其他外载荷。装配装态下，碟簧组件由于仅承受被支承件的重力载荷，碟簧组件会产生压缩变形。当产生热位移时，需支承件轴向发生移动，此时可通过碟簧组件变形吸收热位移。碟簧组件的形式和碟簧数量应根据热位移的大小确定。

热位移补偿支承结构中的碟簧导向结构，由导向杆4和外筒6组成，其结构为以下两种：一种结构如图1示，导向杆4固定在随动支座3的底部，通过主支承座下部的开孔，穿过主支承座，外筒6固定在主支承座7上。当设备发生热胀时，导向杆4随之移动，并起到导向作用。外筒6保持碟簧组件5的完整和稳定。

另一种结构如图2示，导向杆4和外筒6同时固定在主支承结构7上，导向杆4穿过随动支座。当设备发生热胀时，碟簧导向杆结构不动，随动支座3沿导向杆4移动。

本发明热交换器中的热位移补偿支承结构，其中的热位移补偿由螺旋盘管或波纹膨胀节完成，用于吸收被支承设备产生的热位移，不承受被支承设备的质量载荷。

在使用状态中，冷态工况下，内部换热单元2的重量通过随动支座3传递到碟簧组件5上，碟簧组件5发生第一次变形。主支承座7用来最终支承所有结构。热态工况下，由于内部换热单元2与壳体1间的温差较大，在热交换器运行后内部换热单元2轴向会产生热膨胀，随动支座3向下移动，碟簧组件5发生进一步压缩变形，吸收内部换热单元2的轴向热位移。主支承座7承担内部换热单元2传递的重力、顶部反力和碟簧组件5最终变形后的反力。无论什么工况，热位移补偿结构8都不承担内部换热单元2的重量，只用来吸收轴向的热位移。

图2所示为本发明的另一种碟簧导向结构，其中的随动支座3与被支承设备焊接用来传递被支承设备的重量等外部载荷。压环9上为环向环管状结构，上部与随动支座3连接，下部与碟簧组件5接触。当随动支座3随需支承设备产生轴向位移时，压环9压缩碟簧组件5使碟簧产生变形用来吸收轴向位移。导向杆4下部与主支承座7连接，上部穿过随动支座3的中心孔，用于碟簧组件5的导向。外筒6底部与主支承结构7连接，用于压环9的导向和碟簧组件5的结构保持。

本发明提出的具有热位移补偿支承机构的热交换器，可用于压力容器、热交换器、蒸汽发生器等高温工作设备内部构件的支承，用来补偿内部换热单位因为轴向热膨胀而产生的位移，有效解决了高温设备内部构件的支承问题。

以上实施例和说明仅是本发明在超临界蒸发器中的一种应用，而非限制性的，在不脱离权利说明书限定范围下，对于其他容器或设备的类似结构的热补偿支承，都应落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有热位移补偿支承机构的热交换器，其特征在于包括壳体、内部换热单元、和多个热位移补偿支承机构，多个热位移补偿支承机构沿圆周均布在壳体内，所述的内部换热单元安装在壳体的内部，壳体上部设有一次侧入口和一次侧出口，内部换热单元的上部设有二次侧出口；所述的热位移补偿支承机构由随动支座、导向杆、碟簧组件、外筒、主支承座和弹簧形管道组成；弹簧形管道置于内部换热单元的下部，弹簧形管道的一端与内部换热单元相连通，弹簧形管道的另一端伸出壳体，成为二次侧入口，弹簧形管道成为热位移补偿元件；所述的导向杆安装在随动支座下，导向杆和碟簧组件安装在外筒内，碟簧组件套装在导向杆上，外筒固定在主支承座上，随动支座与内部换热单元相对固定，主支承座与壳体1相对固定。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于还包括压环，所述的压环套装在导向杆上，压环置于碟簧组件的上部，导向杆的顶部从随动支座的顶部伸出。

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