一种具有消振功能的管束式换热器结构及锅炉系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具有消振功能的管束式换热器结构及锅炉系统，在管束式换热器的进口烟道上游预设位置的某一截面的内支撑钢架上，焊接若干片折流叶片。折流叶片的作用是破坏定常烟气流场条件，使进入换热器前的烟气弱旋转，而不是均匀稳定来流进入换热器管束，从而破坏了卡门涡街的形成条件，旋涡脱落不发生，管束不受横向力，因此不会振动。方案原理简单，实施代价小，各个负荷均能形成弱旋流场，高负荷流体旋转增强，对涡街形成条件破坏的更彻底，因此本方案不受负荷条件影响，能彻底解决卡门涡街类振动问题。卡门涡街类振动问题。卡门涡街类振动问题。

A tube bundle heat exchanger structure and boiler system with vibration elimination function

【技术实现步骤摘要】
一种具有消振功能的管束式换热器结构及锅炉系统


[0001]本技术属于锅炉尾部受热面或管式换热器综合改造
，涉及一种具有消振功能的管束式换热器结构及锅炉系统。

技术介绍

[0002]在低温省煤器、MGGH、管式空气预热器等系统的运行过程中，经常发生管箱振动的问题，这是一种常规问题。属于卡门涡街漩涡脱落频率与声学驻波频率重合所引起的声学共振，破坏性很大。
[0003]卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。研究表明，在Re＝200～15000的范围内，圆柱体后面的漩涡不断周期性均匀脱落，漩涡的脱落频率f与来流速度U成正比，与圆柱体直径d成反比。而当Re>1000时，斯特劳哈尔数近似等于常数0.21。卡门涡街交替脱落时会产生振动，并发出声响效应，这种声响是由于卡门涡街周期性脱落时引起的流体中的压强脉动所造成的声波，如日常生活中所听到的风吹电线的风鸣声就是涡街脱落引起的。如果涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，还会出现共振。工业上的预热器、锅炉等多由圆管组成，流体绕流圆管时，卡门涡街的交替脱落会引起预热器箱中气柱的振动，如果涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，就会引发声学共振，使管箱激烈振动，严重时，预热器管箱振鼓错开，甚至破裂。如果改变管箱和气体的固有频率，使之与卡门涡街的脱落频率错开，避免发生共振，则可防止设备的破坏。
[0004]锅炉上容易出现卡门涡街振动的主要是管式空气预热器、低温省煤器等管式换热器设备，因为管式换热器采用钢管管束，烟风道结构等条件合适时，烟风流速比较低，工况稳定时烟气呈定常流动，流动的雷诺数处于易发生旋涡脱落的范围，符合卡门涡街形成条件。因为烟风流速在一定范围变化，因此在很大的负荷范围，形成的卡门涡街旋涡脱落频率与换热器或烟道的固有频率合拍的可能性很大，因此此类现象较多。
[0005]工业上消除卡门涡街振动的方案主要有进行设备加固处理，本质上是改变烟道或换热器质量，从而改变固有频率，与烟气流动形成的涡街脱落频率错开，避免振动；再有就是进行烟道或换热器分割，通过加装防振隔板，使流束局限在小范围，旋涡脱落的影响被限制，与设备或烟道的频率不再合拍，因此避免了振动。上述两个方案如果加的质量或烟道分割的不合适，还是会在另外的烟气流速工况发生振动，一般需要两次或两次以上处理才会彻底消除振动问题，导致施工工时长，过程麻烦。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有消振功能的管束式换热器结构及锅炉系统，本技术以破坏换热器进口均匀定常流场条件来避免卡门
涡街现象的发生，方案简单、代价小。
[0007]本技术采用的技术方案如下：
[0008]一种具有消振功能的管束式换热器结构，包括管束式换热器，管束式换热器的换热器进口烟道中设有能够使烟气进行旋流的旋流结构。
[0009]优选的，换热器进口烟道中固定设有烟道内支撑管，所述旋流结构安装于烟道内支撑管。
[0010]优选的，所述旋流结构与管束式换热器中管束之间的距离为旋流结构所产生的旋流旋转至少一周时烟气所流动过的距离。
[0011]优选的，所述旋流结构包括若干折流叶片，若干折流叶片分布于换热器进口烟道内腔的周向。
[0012]优选的，若干折流叶片整体分布形式呈与矩形，该矩形的对应边与换热器进口烟道的对应边平行。
[0013]优选的，折流叶片的片数为8
‑
12片。
[0014]优选的，折流叶片的倾斜角度为30
°‑
60
°
。
[0015]优选的，所述旋流结构与管束式换热器中管束之间的距离为换热器进口烟道当量直径的3～5倍。
[0016]优选的，所述管束式换热器包括管式空气预热器或低温省煤器。
[0017]本技术还提供了一种锅炉系统，该锅炉系统中安装管束换热器的结构采用本技术如上所述的具有消振功能的管束式换热器结构。
[0018]本技术具有如下有益效果：
[0019]本技术通过在换热器进口烟道中设有能够使烟气进行旋流的旋流结构，利用旋流结构能够破坏换热器进口均匀定常流场条件，避免卡门涡街现象的发生，从而避免了换热器管束振动。本技术方案简单，代价小，各个负荷均能形成弱旋流场，高负荷流体旋转增强，对涡街形成条件破坏的更彻底，因此本方案不受负荷条件影响，对此类振动问题解决的很彻底。
附图说明
[0020]图1为本技术具有消振功能的管束式换热器结构的结构示意图；
[0021]图2为图1中A
‑
A截面的示意图。
[0022]其中，1为换热器进口烟道、2为上游烟道预设距离处的截面、3为管束式换热器、4为折流叶片、5为烟道外壁、6为烟道内支撑管。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例来对本技术做进一步的说明。
[0024]参照图和图2，本技术具有消振功能的管束式换热器结构，包括管束式换热器3，管束式换热器3的换热器进口烟道1中设有能够使烟气进行旋流的旋流结构。利用旋流结构可在管束式换热器3的上风向将烟气流场调整为旋流，破坏了卡门涡街的形成条件，然后旋流态的烟气在流经管束式换热器3中的换热管束时，不会产生卡门涡街现象，因此能够很好的避免由于卡门涡街所引起的振动。此外，由于采用的是旋流结构，因此能够适应不同流
速的烟气，当烟气流速较快时，所产生的旋流旋转也较快，涡旋旋转一周行进的距离较短，在涡流与管束接触前烟气均成为涡流态，能够有效破坏卡门涡街产生的条件，避免管束发生卡门涡街现象；当烟气流速较慢时，所产生的旋流旋转也较慢，较慢的涡旋也能够有效破坏卡门涡街产生的条件，避免管束发生卡门涡街现象；综上，本技术对涡街形成条件破坏的更彻底，因此本方案不受负荷条件影响，对此类振动问题解决的很彻底。
[0025]作为本技术的优选方案，换热器进口烟道1中固定设有烟道内支撑管6，所述旋流结构安装于烟道内支撑管6，因此本技术对现有管束式换热器结构进行改造时，可在检修期间在内支撑管6上安装旋流结构即可，锅炉运行期间不用进行任何操作，其改造的成本相对较低。
[0026]作为本技术的优选方案，所述旋流结构与管束式换热器3中管束之间的距离为旋流结构所产生的旋流旋转至少一周时烟气所流动过的距离，该结构设计能够有效保证彻底消除卡门涡街的形成条件。
[0027]作为本技术的优选方案，所述旋流结构包括若干折流叶片4，若干折流叶片4分布于换热器进口烟道1内腔的周向，该旋流结构接单，而且通过若干折流叶片4形成涡旋结构，由于若干折流叶片4之间还存在有足够的空间，因此能够降低涡流结构对烟气流畅的阻力，保证烟气的正常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有消振功能的管束式换热器结构，其特征在于，包括管束式换热器(3)，管束式换热器(3)的换热器进口烟道(1)中设有能够使烟气进行旋流的旋流结构。2.根据权利要求1所述的一种具有消振功能的管束式换热器结构，其特征在于，换热器进口烟道(1)中固定设有烟道内支撑管(6)，所述旋流结构安装于烟道内支撑管(6)。3.根据权利要求1所述的一种具有消振功能的管束式换热器结构，其特征在于，所述旋流结构与管束式换热器(3)中管束之间的距离为旋流结构所产生的旋流旋转至少一周时烟气所流动过的距离。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的一种具有消振功能的管束式换热器结构，其特征在于，所述旋流结构包括若干折流叶片(4)，若干折流叶片(4)分布于换热器进口烟道(1)内腔的周向。5.根据权利要求4所述的一种具有消振功能的管束式换热器结构，其特征在于，若干折流叶片(4)整体分布形式呈与矩形，该矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛宁，张知翔，韩键平，温寒健，李亮辉，杜南京，姬海民，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：