蒸汽动力式舷外共形冷却系统

技术领域

本发明涉及船舶舷外冷却技术领域，尤其涉及一种蒸汽动力式舷外共形冷却系统。

背景技术

目前，船舶舷外冷却器一般布置在海底门处，舷外海水通过底部入口进入舷外冷却器，与舷外冷却器内热介质发生热交换被加热后，由于密度减小而上升至冷却器箱高处出口逸出，导致舷外冷却器的布设位置受到限制。而且，由于海水需要直接与舷外冷却器进行换热，海水与舷外冷却器之间仅有一道格栅，导致舷外冷却器容易受到海水污染物堵塞，使舷外冷却器的换热能力下降，导致船舱内被冷却设备容易发生过热事故。此外，现有舷外冷却器与海水的换热形式为自然对流，换热效率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种蒸汽动力式舷外共形冷却系统，能够充分利用舷外空间，使得冷却器的布置更加灵活，提高了安全性和可靠性。

根据本发明实施例的蒸汽动力式舷外共形冷却系统，包括汽轮机、冷却器和共形换热器，所述汽轮机与所述冷却器之间通过蒸汽管道相连通；所述共形换热器包括换热器壳体、设置在所述换热器壳体底部的下封头、设置在所述换热器壳体顶部的上封头以及设置在所述换热器壳体内部的多个换热管，所述换热器壳体包括设置在船体板的外侧壁上的外壳板，所述外壳板与所述船体板之间围合形成海水换热腔；所述上封头设有冷却水进水腔，所述下封头设有冷却水出水腔，各所述换热管的第一端分别与所述冷却水进水腔相连通，各所述换热管的第二端分别与所述冷却水出水腔相连通；所述冷却水进水腔与所述冷却器之间通过进水管道相连通，所述冷却水出水腔与所述冷却器之间通过出水管道相连通。

根据本发明的一个实施例，所述外壳板上靠近所述下封头的位置处设有海水入口，所述海水入口设有海水入口格栅；所述外壳板上靠近所述上封头的位置处设有海水出口，所述海水出口设有海水出口格栅。

根据本发明的一个实施例，所述船体板的外围设有船舶外壳体，所述船体板与所述船舶外壳体之间形成舷外空腔，所述共形换热器设置于所述舷外空腔的内部。

根据本发明的一个实施例，在所述海水入口的上方设有进水挡板，所述进水挡板连接在所述外壳板与所述船舶外壳体之间。

根据本发明的一个实施例，在所述舷外空腔的内部对应所述海水出口的位置处设有射流装置，所述射流装置通过乏汽管道与所述蒸汽管道相连。

根据本发明的一个实施例，所述射流装置包括喷嘴、吸入口、流通管道和扩散口，所述吸入口和所述扩散口分别与所述流通管道的两端对应连接，所述吸入口与所述海水出口相对应，所述喷嘴的进口与所述乏汽管道相连，所述喷嘴的出口位于所述吸入口的内部。

根据本发明的一个实施例，所述吸入口为从第一端至第二端逐渐减小的圆锥形筒体，所述吸入口的第一端与所述海水出口相对应，所述吸入口的第二端与所述流通管道相连；所述扩散口为从第一端至第二端逐渐增大的圆锥形筒体，所述扩散口的第一端与所述流通管道相连。

根据本发明的一个实施例，在所述扩散口的上方设有海水隔栅，所述海水隔栅安装于所述船舶外壳体的内侧壁上。

根据本发明的一个实施例，所述下封头包括设置在所述船体板的外侧壁上的下封头壳板，所述换热器壳体的底部与所述下封头壳板相连，所述下封头壳板与所述船体板之间围合形成所述冷却水出水腔；所述上封头包括设置在所述船体板的外侧壁上的上封头壳板，所述换热器壳体的顶部与所述上封头壳板相连，所述上封头壳板与所述船体板之间围合形成所述冷却水进水腔。

根据本发明的一个实施例，所述船体板为弧形，所述外壳板为与所述船体板的形状相适配的弧形，各所述换热管均为与所述外壳板的形状相适配的弧形管。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例的蒸汽动力式舷外共形冷却系统，包括汽轮机、冷却器以及共形换热器，汽轮机与冷却器之间通过蒸汽管道相连，共形换热器包括换热器壳体、下封头、上封头以及多个换热管，其中换热器壳体包括设置在船体板的外侧壁上的外壳板，以使外壳板与船体板之间能够围合形成海水换热腔，以便实现舷外海水在海水换热腔内的流通；而各换热管的第一端分别与上封头的冷却水进水腔相连通，冷却水进水腔与所述冷却器之间通过进水管道相连通，各换热管的第二端分别与下封头的冷却水出水腔相连通，冷却水出水腔与冷却器之间通过出水管道相连通；在工作时，冷却器中的冷却水通过进水管道进入冷却水进水腔中，再通过冷却水进水腔进入各换热管中，与舷外海水发生热交换后被冷却，然后依次经过冷却水出水腔、出水管道返回冷却器，用于对从汽轮机排出的乏汽进行冷却；舷外海水流进入共形换热器的海水换热腔中，与换热管中的冷却水发生热交换后被加热，然后从海水换热腔排出。由此，本发明实施例的蒸汽动力式舷外共形冷却系统，通过共形换热器与船体板之间形成共形结构，使得舷外海水能够在共形换热器的壳侧流动，使得冷却器中的冷却水能够在共形换热器的管侧流动，进而能够利用舷外海水为汽轮机排出的乏汽进行冷却，不仅充分利用了舷外空间，使得冷却器在船体上的布置位置更加灵活，而且提高了系统换热过程的安全性和可靠性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例提供的蒸汽动力式舷外共形冷却系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中射流装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中海水入口格栅的结构示意图；

图4是本发明实施例中海水出口格栅的结构示意图。

附图标记：

1：汽轮机；2：冷却器；

3：共形换热器；31：下封头；311：冷却水出水腔；312：下封头壳板；32：上封头；321：冷却水进水腔；322：上封头壳板；33：换热管；34：船体板；35：外壳板；351：海水入口格栅；352：海水出口格栅；36：海水换热腔；

4：蒸汽管道；5：进水管道；6：出水管道；7：船舶外壳体；8：舷外空腔；

9：射流装置；91：喷嘴；92：吸入口；93：流通管道；94：扩散口；

10：进水挡板；11：乏汽管道；12：乏汽控制阀；13：海水隔栅；14：折流板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种蒸汽动力式舷外共形冷却系统，附图中的箭头方向表示液体的流动方向。该蒸汽动力式舷外共形冷却系统，包括汽轮机1、冷却器2以及共形换热器3，汽轮机1与冷却器2之间通过蒸汽管道4相连。也即，从汽轮机1排出的乏汽通过蒸汽管道4输送至冷却器2，用于与冷却器2内的冷却水进行换热，从而对乏汽进行降温。

其中，共形换热器3包括换热器壳体、设置在换热器壳体底部的下封头31、设置在换热器壳体顶部的上封头32以及设置在换热器壳体内部的多个换热管33，换热器壳体包括设置在船体板34的外侧壁上的外壳板35，外壳板35与船体板34之间围合形成海水换热腔36，也即，采用船体板34的一部分作为共形换热器3的内壳板，从而与外壳板35相互配合形成共形结构。

其中，上封头32设有冷却水进水腔321，下封头31设有冷却水出水腔311，各换热管33的第一端分别与冷却水进水腔321相连通，各换热管33的第二端分别与冷却水出水腔311相连通。冷却水进水腔321与冷却器2的冷却水出口之间通过进水管道5相连通，冷却水出水腔311与冷却器2的冷却水进口之间通过出水管道6相连通。

在工作时，冷却器2中的冷却水通过进水管道5进入上封头32设有冷却水进水腔321中，然后经过冷却水进水腔321进入各换热管33中，与舷外海水发生热交换后被冷却，然后进入下封头31的冷却水出水腔311中，再经过出水管道6返回冷却器2，用于对从汽轮机1排出的乏汽进行冷却。与此同时，舷外海水流进入共形换热器3的海水换热腔36中，与换热管33中的冷却水发生热交换后被加热，然后从海水换热腔36排出。

由此，本发明实施例的蒸汽动力式舷外共形冷却系统，通过共形换热器3与船体板34之间形成共形结构，使得舷外海水能够在共形换热器3的壳侧流动，使得冷却器2中的冷却水能够在共形换热器3的管侧流动，进而能够利用舷外海水为汽轮机1排出的乏汽进行冷却，不仅充分利用了舷外空间，使得冷却器2在船体上的布置位置更加灵活，而且提高了系统换热过程的安全性和可靠性。

具体来说，船体板34为弧形，外壳板35为与船体板34的形状相适配的弧形，各换热管33均为与外壳板35的形状相适配的弧形管。也即，换热管33呈从下至上弯曲设置的弧形。

具体来说，在船体板34的外围设有船舶外壳体7，船体板34与船舶外壳体7之间形成舷外空腔8，共形换热器3设置于舷外空腔8的内部。也即，将共形换热器3设置于船体板34与船舶外壳体7之间的舷外空腔8内，能够对共形换热器3进行有效保护，进一步提高了系统换热过程的安全性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，在外壳板35上靠近下封头31的位置处设有海水入口，该海水入口与海水换热腔36相连通，该海水入口设有海水入口格栅351，该海水入口格栅351具有将舷外海水引入海水换热腔36的倾角。在外壳板35上靠近上封头32的位置处设有海水出口，该海水出口与海水换热腔36相连通，该海水出口设有海水出口格栅352，该海水出口格栅352具有将舷外海水引出海水换热腔36的倾角。也即，舷外海水流通过海水入口进入共形换热器3的海水换热腔36中，与换热管33中的冷却水发生热交换后被加热，然后通过海水出口排出海水换热腔36。通过设置海水入口格栅351以及海水出口格栅352，能够对共形换热器3进行保护，有效防止污染物进入海水换热腔36，从而避免海水换热腔36被污染物堵塞，进一步提高了系统的安全性和可靠性。

由于海水入口设置在外壳板35的下部，海水出口设置在外壳板35的上部，使得舷外海水在海水换热腔36中的流程为低进高出的形式。

在本发明的一些实施例中，在海水入口的上方设有进水挡板10，该进水挡板10连接在外壳板35与船舶外壳体7之间。通过设置进水挡板10，能够与海水入口格栅351共同作用，利于将舷外海水引入海水换热腔36中。

在本发明的一些实施例中，在舷外空腔8的内部对应海水出口的位置处设有射流装置9，该射流装置9通过乏汽管道11与蒸汽管道4相连。其中，乏汽管道11上设有乏汽控制阀12，用于控制乏汽管道11中乏汽的流通状态。该射流装置9利用汽轮机1排出的乏汽作为工作流体，将共形换热器3的海水出口流出的海水吸入后喷射排出，从而合理利用汽轮机1排出的乏汽，实现了共形换热器3与舷外海水之间的强制对流换热，进而提高了系统的换热效率。

具体来说，该射流装置9包括喷嘴91、吸入口92、流通管道93和扩散口94，其中吸入口92和扩散口94分别与流通管道93的两端对应连接，吸入口92与海水换热腔36的海水出口相对应，喷嘴91的进口与乏汽管道11相连，喷嘴91的出口位于吸入口92的内部。也即，射流装置9的工作流体为来自蒸汽管道4的乏汽，被吸入流体为从海水换热腔36的海水出口流出的被加热的舷外海水，来自蒸汽管道4的乏汽温度约为50℃，由于乏汽冷凝变成液态水后体积急剧缩小，从而在喷嘴91的出口处形成负压区，进而将海水出口流出的舷外海水引入吸入口92内部，然后在湍动扩散作用下，将吸入口92引入的舷外海水与从喷嘴91喷射出乏汽混合后通过扩散口94喷出射流装置9，从而提高了海水换热腔36的海水出口的出水速度，进而提高了舷外海水通过海水换热腔36的流动速度，实现了共形换热器3与舷外海水之间的强制对流换热。与此同时，从射流装置9流出的舷外海水也会受到一定程度的加热，从而因密度降低提高舷外海水向上流动的速度。

具体来说，吸入口92为从第一端至第二端逐渐减小的圆锥形筒体，其中吸入口92的第一端与海水出口相对应，吸入口92的第二端与流通管道93相连。也即，吸入口92的这种结构形式，便于将海水出口流出的舷外海水引入吸入口92的内部。

具体来说，扩散口94为从第一端至第二端逐渐增大的圆锥形筒体，扩散口94的第一端与流通管道93相连，扩散口94的第二端向上设置。也即，扩散口94的这种结构形式，便于将舷外海水与从喷嘴91喷出的乏汽混合流体进行排放。

具体来说，射流装置9通过安装支架安装于船舶外壳体7的内侧壁上，从而实现射流装置9在舷外空腔8内部的安装固定。

在本发明的一些实施例中，在扩散口94的上方还设有海水隔栅13，该海水隔栅13安装于船舶外壳体7的内侧壁上，以利于将从射流装置9喷射出的舷外海水最终排向大海。

在本发明的一些实施例中，在换热器壳体的内部还设有多个折流板14，各折流板14沿换热管33的长度延伸方向交错间隔布置。通过设置折流板14，用于引导舷外海水在海水换热腔36内部的流动。

在本发明的一些实施例中，上封头32包括设置在船体板34的外侧壁上的上封头壳板322，换热器壳体的顶部与上封头壳板322相连，上封头壳板322与船体板34之间围合形成冷却水进水腔321。其中冷却水进水腔321与海水换热腔36之间相互独立，各换热管33的第一端分别穿过上封头壳板322与冷却水进水腔321连通。

在本发明的一些实施例中，下封头31包括设置在船体板34的外侧壁上的下封头壳板312，换热器壳体的底部与下封头壳板312相连，下封头壳板312与船体板34之间围合形成冷却水出水腔311。其中冷却水出水腔311与海水换热腔36之间相互独立，各换热管33的第二端分别穿过下封头壳板312与冷却水出水腔311连通。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。