[19]
中华人民共和国国家知识产权局胡延照
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1696482A [43]公开日2005年11月16日
[21]申请号200510042727.7[22]申请日2005.05.26
[21]申请号200510042727.7
[71]申请人西安交通大学
地址710049陕西省西安市咸宁路28号
[72]发明人王秋旺 梁红侠 罗来勤 曾敏 吴一宁
丰镇平 [74]专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司代理人陈翠兰
[51]Int.CI 7F02C 7/10
权利要求书 2 页 说明书 14 页 附图 8 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明公开了一种适用于微型燃气轮机的原表
置空气进、出口管，在回热器主体的下部安装有燃
气进口导流孔板，燃气进口导流孔板设置在燃气进
气腔上，在燃气进气腔中设置燃气进气管，空气导
流片是沿着空气进、出回热器主体的方向安放进踏
平区，空气导流片划分成至少两段区域，每个区域
的流动方向波纹逐渐变疏，每个区域段中波纹板都
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边切掉45°两个对角。本发明能够使冷热流体均能
按照更加合理形式流动，提高回热器热交换效率、永城市第一小学
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紧凑度及回热器使用寿命。东城职介
始祖鸟化石200510042727.7权 利 要 求 书第1/2页 1.一种燃气轮机原表面回热器，包括回热器主体(1)，回热器主体(1)由单元组片(20)组焊而成，每个单元组片(20)由两片换热板(2、3)与波纹板各边之间的直“L”型封条(16)焊接而成，换热板(2、3)分两部分：中心呈平行四边形的换热波纹片(18、19)，位于换热波纹片(18、19)左右两侧的三角形的踏平区(15)，在踏平区(15)介质进、出口方向安放空气导流片(13)和燃气导流片(14)，在回热器主体(1)两个对角空气进出口(4、5)处布置空气进、出口管(6、7)，其特征在于，在回热器主体(1)的下部安装有燃气进口导流孔板(12)，燃气进口导流孔板(12)设置在燃气进气腔(11)上，在燃气进气腔(11)中设置燃气进气管(10)，空气导流片(13)是沿着空气进、出回热器主体(1)的方向安放进踏平区(15)，空气导流片(13)划分成至少两段区域，每个区域段分别采用波纹疏密不同的波纹板结构，沿着流体的流动方向波纹逐渐变疏，每个区域段中波纹板都是采用CC波纹结构，换热板(2、3)在短边沿空气进、出口边切掉45°两个对角，燃气导流片(14)波纹与燃气进口方向夹角取12～16°。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，所述踏平区(15)是整板冲出波纹后，在
四周踏平而成，踏平区(15)位于换热板(2、3)的波峰和波谷中间平面位置。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，踏平区(15)厚度在0.3～0.45mm范围内，踏平区(15)的厚度与安放的空气导流片(13)和燃气导流片(14)厚度之和不大于换热板中心波纹片(18、19)的高度。
200510042727.7权 利 要 求 书 第2/2页 4.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，燃气进气管(10)做成圆锥筒，圆锥筒的半锥角α取为3.8°～5.4°的范围内，锥形筒沿燃气进口伸进燃气进气腔(11)，其伸入长度L最佳范围为回热器长度的2/5～3/5。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，换热板(2、3)中心为CW表面，流动方向波纹曲线周期P、高度H之比为7，换热板(2)的波谷(26)的内切圆(27)半径与波峰(24)的内切圆(25)半径比值为空气与燃气的压比，同样，换热板(3)的波峰(28)的内切圆(29)半径与波谷(30)的内切圆(31)半径比值为空气与燃气的压比。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，燃气进气腔(11)内底角采用圆弧板(23)，圆弧板(23)相切于燃气腔(11)的底板和侧壁板。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，孔板(12)上的圆孔，离燃气进气管(10)出口越近圆孔半径越小，反之越大。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机原表面回热器，其特征在于，空气进口管(6)为锥形，沿着空气流动方向口径增大，并且在空气进口管(6)内沿进口五分之一处伸入进气导流板(32)，导流板(32)延伸到进口管(6)端部，导流板(32)由中间弯折线分为两部分，前端为均匀抛物线，后端为一宽度等于进口管(6)直径的矩形，前端抛物线区与进口管(6)中心线的夹角为10.8°。
200510042727.7说 明 书第1/14页
一种适用于微型燃气轮机的原表面回热器
技术领域
本发明涉及一种适用于微型燃气轮机的原表面回热器，具体地说是一种为了有效提高燃气轮机的热效率而使用的一种原表面换热器。
背景技术
微型燃气轮机是一种新型发动机，通常采用先进的回热循环，由压气机、回热器、燃烧室和燃气透平组成。所谓的回热循环是指燃气轮机系统为有效利用排气余热来预热压气机出口空气而采用回热器，提高装置的热效率。一般来说，这种回热器需启动与运行在温度在500℃到800℃、压力在0.14MPa到1.4MPa 的范围内，必须耐高温高压，而且必须满足微型燃气轮机对回热器有效率高、阻力小、寿命
长的要求，不仅如此，基于燃气机紧凑性要求，设计者必须设计出体积和重量最小，成本最低的高效紧凑式回热器。
在微型燃气轮机回热器中，应用较为广泛的是板式换热器，通常采用的换热表面是原表面形式。回热器由一系列薄波纹板通过焊接组装在一起而成，首先是将两片波纹板四周之间通过不同形式的封条焊接形成一个换热单元，再将多组换热单元焊接组装形成相互间隔的冷、热流体换热通道，防止冷、热两种流体相混合。压气机出口的高压空气流过空气侧通道，燃烧室排出来的高温燃气流过与空气侧相间隔的通道来实现两侧的换热传递。
由于燃气轮机对回热器材料必须耐高温、高压的要求，回热器材料已经发展到采用薄合金板，例如用不锈钢板经过冲压、打褶形成波纹板，平行叠加组焊后行成波纹板式换热器，但不锈钢的导热系数较低(一般在20W/m2*K)，要
200510042727.7说 明 书 第2/14页提高回热器的传热系数，则必须减小壁厚。回热器供热侧气体通常给定参数为运行温度(排气温度达500～800℃)，而受热侧气体虽然通常为经过压气机压缩的大气中的空气，但温度通常不到200℃。高温燃气的热量经波纹薄板直接传递给冷空气，在薄板中产生较大的温度梯度，从而容易在原表面板中产生高度的热变形。
由于回热器两侧介质进、出口结构的影响，造成换热通道之间的流体不均匀分配，这种流体的不均匀
分配使回热器效率降低，压降加大，这种影响随着回热器传热单元数的增大而加剧，不仅如此，流体的不均匀分配还可能造成通道内出现短路、旁路的现象，故在高效、紧凑式回热器中，流体不均匀分配是个不容忽视的问题。
在回热器换热主体当中应尽可能做到局部热负荷平衡，即使得沿回热器横向，各个通道的热负荷在尽可能小的范围内达到平衡，通道分配应使各个通道的流动长度基本相近，为使流体均布应使一侧流体在各个通道阻力基本相同。 于2002年10月3日公开的专利号为WO NO.02/077557的专利中介绍了这样一种分体式原表面回热器：回热器由回热器换热主体与受热气体进、出口圆形管焊接组成。换热表面采用的是CC(Cross Corrugated，交错人字波纹)表面，即在两片换热板上冲压出尺寸相同但方向不同的波纹，两片换热板组焊时交错出一定的角度，这样板间形成一个横截面多变、曲折的流道，它能有效地使流体产生湍流，提高传热系数。两片换热波纹板通过对边两条直封条焊接形成燃气通道，再与第三片换热板通过对边两条“L”型封条形成空气通道，依此类推，组焊形成整个换热主体。
于2003年12月11日公开的专利号为U.S.NO.2003/0226655的专利介绍了
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