给水泵冷油器改造新思路.pdf

第 2 9卷 第 7 期 2 0 0 7 牟 7月 水利 电力机械 W ATE R C0NS ER、 NCY & EL ECrⅡUC P0W ER MAC HI NERY V0 1 ． 2 9 No ． 7 J u 1 ． 2 0 0 7 给水 泵冷 油器 改造新 思路 Th e n e w mo d i fi c a t i o n t o f e e d wa t e r p u mp o i l c o o l e r 李敬超 ( 河南焦作电厂， 河南 焦作4 5 4 0 0 1 ) 摘要： 论述了冷油器的热交换原理， 详细分析了传统铜管作为热交换管的优缺点， 大胆提 出用不锈钢管代 替铜管作为热交换管的新观点， 并作 了热效率分析， 以实例证明了该观点的正确性。 关键词 ： 热交换 ； 管束 ； 折 流挡板 ； 胀接 工艺 ； 传热功率 中图分类号： T K 2 6 4 ． 1 3 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 6— 6 4 4 6 ( 2 0 0 7 ) 0 7 —0 0 1 0 —0 2 0 引言 冷油器属于换热器的一种。换热器是广泛应用 于化工 、 石油 、 电力 、 医药、 冶金 、 制冷及轻工等行业 的一种通用设备， 它的种类繁多， 按其传热面的形状 和结构可分为管型、 板型和其他型 3 类。管型换热 器分为蛇管式 、 套管式和管壳式换热器 ； 板型换热器 分为螺旋板式、 板式、 板翘式和板壳式换热器； 其他 型式换热器是为满足特殊要求 的换热器， 如 回转式 换热器、 热管换热器等。 管壳式换热器 的应用 已有悠久 的历史 ， 由于它 制造容易 、 生产成本低 、 选材范 围广、 清洗方便 、 适应 性强 、 处理量大 、 工作可靠 ， 能适应高温高压， 所 以它 作为传统的标准换热设备在化工 、 石油及能源等行 业被广泛应用。 1 管壳式换热器的工作原理和结构 1 ． 1 工作原 理 管壳式换热器由许多管子组成管束， 管束构成换 热器的传热器。换热器的管子固定在管板上， 而管板 又与外壳联结在一起。为增加流体在管外空间的流 速， 以提高换热器壳程的传热膜系数， 改善换热器的 传热状况， 在筒体内间隔安装了许多折流挡板。换热 器的壳体和两侧管箱上( 偶数管程则在同一侧) 开有 流体的进 出口， 在换热过 程中一种流体从一侧管箱 ( 前管箱) 流进管子里 ， 经另一侧管箱 ( 后管箱 ) 流出 ( 对奇数单管程换热器) 或绕过管箱， 流 回进 口侧前管 箱( 对偶数管程换热器) 。另一种流体从筒体上 的连 接管进出换热器壳体流经管束外， 完成换热过程。 1 ． 2 主要组合部件 管壳式换热器的主要组合部件为前端管箱、 壳 体和后端结构( 包括管束) 3部分。 1 ． 3 型式与结构 管壳式换热器是把管子与管板 连接， 再用壳 体 固定， 大致分为固定板式、 釜式、 浮头式、 u形管式及 滑动管板式等。 河南焦作 电厂给水泵冷油换热器为 固定板式换 热器 ， 具体结构如 图 1 所 示。该种 换热器的两端管 板采用焊接方式与壳体固定 ， 结构简单； 在相 同的壳 体直径内， 排管最多， 结构比较紧凑； 在有折流板的 壳侧流动中， E 旁路最小， 管程可以分为任一偶数程 数 ； 由于 2个管板被换热器管互相支撑 ， 与其他管壳 式换热器相比， 管板最薄 ； 造价低而且每根管子内侧 都能清洗 ， 宜用 于不易结垢和清 洁的流体。缺点是 当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀 时， 常会使管子与管板的接口脱开， 从而发生介质泄 露。该种换热器比较适合于温差不大或温差较大但 壳程压力不高以及壳程结垢不严重的场合。 收稿 日期 ： 2 0 0 7一 o 4 一o 4 作者简介 ： 李敬超 ( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 河南焦作人 ， 河南焦作 电厂工程师 ， 从事电力设 备制造检修方面 的工作 。 维普资讯 第2 9 卷第7 期 李敬超： 给水泵冷油器改造新思路 2 改造方案 2 ． 1 改造原因 根椐多年对 冷油器检修改造 的经验， 结合河 南焦作电厂实际 工况， 笔者认为 ， 现有冷油器存在 以下 2个缺点： ( 1 ) 现 有冷 油器的管板和交 矗 ． _ ／ ＼ I ， | 亡 _ I l 二 l _ 目 l 日 目 == I 目 一 目 一 I 目 日 啊 一 目 目 日 瞄 翻 一 0 睡 0 一 l _ 甄 ■ 一 l ■ l髓 ．I 一 l 一 - - ． 1 ． 防冲板=2 ． 拉杆；3 ．单弓形折流板；4 ． 分流隔概5 ． 旁路挡板；6 l’法兰管板；7 ． 传热管 图 1 固定管板换热器 换管采用的是胀接工艺， 管板材质为 Q 2 3 5 碳钢， 管 子材质为黄铜 ， 其材质和膨胀系数均不同， 在工作时 由于温度变化和振动影响 ， 容易产生胀 口松动而导 致工作油泄漏 。 ( 2 ) 河南焦作电厂冷油器冷却用水为循环水， 水 质较差 ， 水里携带的泥沙容易造成管子堵塞 ， 影响冷 却效果。 2 ． 2 改进方案 为了尽量消除或减少 由于泄漏和堵塞对冷油器 的使用寿命和交换效率造成 的影响， 通过查 阅大量 技术资料 、 咨询有关热交换专家并受凝结器改造启 发 ， 大胆提出将凝结器改造工艺应用于冷油器， 对冷 油器进行技术 改造， 消 除现 有冷 油器存在 的弊端。 具体改造内容如下 ： ( 1 ) 将原冷油器采用的 01 0 1 铜管改为 1 0 0 ． 5不锈钢管。这样 ， 改造后 的冷油器质量更小 ， 承 载压力更大； 由于管壁变薄， 水通量更大， 冷却效果 更好 ； 随着管径增大 ， 防堵能力增强 ， 大大延长了冷 油器的使用寿命。 ( 2 ) 采用凝结器改造工艺， 将管板材料由普通钢 板改为复合钢板， 管子和管板连结方式由单纯胀接 改为胀接后再焊接。由于采用同种材质胀接 ， 膨胀 系数一致 ， 在发生温差变化时不易发生胀 口松动现 象 ； 另外 ， 将胀 口部位焊接 ， 更是加上了双保险 ， 这都 将使冷油器的使用寿命更长， 冷油器运行更加安全 稳定 ， 客观上也降低 了冷油器的维护和更换费用。 3 热力计算 由于冷油器管子材质发生 了改变 ， 换热能力也 势必发生变化 ， 以下对冷油器 的前后换热能力进行 计算 ， 校核改造后冷油器的热交换工况。 稳态传热 的基本方程式 Q = K AA t ， ( 1 ) 式中： p——热负荷 ， w； —— 总传热系数 ， w／ ( m 2 o C ) ； A——换热器总换热面积 ， m 2 ； △ ．．广一 进行换热的两流体之间的平均温度 差 ， ℃ 。 由式( 1 ) 可知， 在保证 △ 一定的情况下， 传热 功率与传热系数和换热面积成正比例关系。 3 ． 1 换热面积计算 换热面积公式 A =丌 6 d ( ￡一2—0 ． 0 0 6 ) n， ( 2 ) 式中： A——计算换热面积 ， m 2 ； d——换热管外径 ， m； —— 换热管长度 ， m； —— 管壁厚度 ， m； n——换热管根数。 由式( 2 ) 可知， 冷油器换热面积跟换热管外径 、 长度、 根数及管板厚度有关。而换热管改造前后外 径 长度 、 根数 以及管板厚度没有发生变化 ， 所 以换 热面积不变。 3 ． 2 传热系数 1 ／ K = 1 ／ a o +1 ／ a ] ( A o ／ A] )+ 0 + 1( A 0 ／ A 1 )+ 0 ／ 2 w A ， ( 3 ) 式中： a 。 ——管外流体传热膜系数； a ， ——管内流体传热膜系数； r 0 ’ r 1——分别为管外、 管内流体污垢热阻； A 。 ， A 1 ——换热管的外表、 内表传热面积； A ——换热器管内和管外的平均传热面积； —— 管壁厚度 ； w ——管壁材料的导热系数。 根据冷油 器运行工 况 ， a 0 ， a 1 ， ( 下转 第1 5 页) 维普资讯 第 2 9 卷第 7期 吴明： 转角可调的行星齿轮无级 变速器的研究 l 5 1 ．手轮；2 ．传动管：3 ． 圆锥齿； 4 ． 圆锥齿轮；5 ．蜗if - ；6 ． 内齿圈 图5 无级调速装置示意 6 结论 ( 1 ) 该装置结构简单、 紧凑， 传动装置主要有 3 个构件构成 ， 而完成 同样调速功能的连杆式无级调 速器需要 6个构件。 ( 2 ) 该机构与曲柄滑块机构往复速度相 同， 故输 出速度波动很小 ， 传动 中冲击噪音较小。 ( 3 ) 该传动机构可与 电动机直接相联 ， 其速度可 由零调节， 因此， 不用离合器就能实现空载启动 、 负 载调速 。 ( 4 ) 套 圈与摆 动框 间的相对滑动速度较小 ， 因 此， 工作时发热小 ， 机械效率可达 0 ． 9以上。 ( 5 ) 可实现恒扭矩输出。理论计算表 明， 扭矩可 达 2 2 k N i n 。 参考文献： [ 1 ]黄纯颖． 机械创新设计 [ M] ． 北京： 高等教育出版社， 2 0 0 0． [ 2 ]邹慧君． 机械运动方案设计手册 [ M] ． 上海： 上海交通大 学出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 3 ]孟宪源． 机构造型与应用[ M] ． 北京： 机械工业出版社， 2 00 4． [ 4 ]周有强． 机械无级变速器[ M] ． 北京： 机械工业出版社， 2 0 0 0． [ 5 ]颜鸿森( 美) ． 机械装置的创新性设计[ M] ． 姚燕安译． 北 京 ： 机械工业出版社 ， 2 0 0 2 ． ( 编辑： 王书平) 1 ●1 ●1 ● 1 ●o●<， ●1 ●1 ●1 ●1 ●1 ● 1 ●1 ●<， ●1 ●1 ●1 ●1 ● 1 ●1 ●1 ●< ， ●1 ●1 ●1 ●o●1 ●1 ●< ， ●1 ●o●1 ●1 ●1 ●1 ●1 ●< ， ●<， ●1 ●< ，●1 ●1 ●<， ●1 ●1 ● < ， ● ( 上接第 1 1 页) r 0 ， r l ， A 0 为定值， A l 改造后增大， 而 A 与 成正比例 ， 所以 也相应增大。 w与 成反 比例 ， 查资料知 ： A W H=8 0 ( 下标 H表示黄铜 ) ， A w e=40( 下标 G表示钢) ； 而 H=1 ， G = 0． 5； ~ H ／AWH = 8 0 ／1， 8G ／AWG = 0． 5 ／ 4 0 = 8 0 ／ 1 。 所以， 8 H ／ ~ W H=8 G ／ R W G ， 对冷油器总传热系数 没有影响。因此 ， 改造后 的冷油器总传热 系数会有 所提高。 由以上计算可知 ， 随着 增大 ， Q也增大 ， 总传 热功率比改造前高， 符合改造要求， 完全可以满足设 备运行 的需求。 4 经济性分析及应用效果 用不锈钢管制作热交换管 ， 生产成本要 比铜管 高一些， 生产工艺也复杂一些， 所以造价相对高一 些。但综合分析 2种冷油器 的出力情况， 改造后的 冷风器冷却效率更高， 使用寿命也更长， 这在客观上 弥补 了成本高的不足 ， 并节约了设备检修维护开支。 作为新产品， 目前国内尚没有同类产品， 因而市场前 景颇为广阔。 目前河南焦作电厂已经试制加工了 1 台给水泵 工作冷油器， 并在 3机组试用。实践证 明， 用该工 艺制造的冷油器冷却效果明显， 故障率较低， 值得推 广使用 。 ( 编辑： 刘芳) 维普资讯