用于燃烧设备的水冷装置的制作方法

1.本发明涉及燃烧设备冷却技术领域，具体涉及一种用于燃烧设备的水冷装置。


背景技术：

2.目前，在高温高压煤气化领域，煤气化装置在运行中普遍存在燃烧器前盖受热面局部损坏的现象，严重影响煤气化装置的安全稳定、长周期运行。燃烧器水冷装置通常由若干个水夹套装置通过法兰连接而成，其结构一般包括前盖和水分离部件,前盖与水分离部件之间具有一定距离，使得水流通该部分冷却前盖。为了增强前盖的换热效果，通常在前盖上加工出一导流件，以增强水与前盖之间的对流换热，降低前盖温度，提高前盖寿命。但是由于水冷装置中，不同冷却水管的热膨胀长度不同，容易使水分离部件挤压前盖，导致前盖应力集中造成损坏，使燃烧器前盖出现鼓包和裂纹现象。为防止前盖损坏，通常在水分离部件与前盖的导流部件之间预先设计分离开一定距离，但是在实际运行中，由于导流部件与水分离部件分开一定距离，在相同水量的情况下，与不分开距离相比，水流通面积增大，流速降低，换热效果变差；为了保证水流速度，需要增加水量，如此，便会造成水流量和流阻增大，增加泵消耗。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于燃烧设备的水冷装置，其能够解决因管件热膨胀造成的端盖应力集中甚至损坏问题，且能够保持水流速度稳定，不增加设备运行消耗。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于燃烧设备的水冷装置，包括端盖以及自外向内依次间隔设置的外管、隔水管、内管，所述外管的一端和所述内管的一端均与所述端盖连接，所述内管与所述隔水管之间形成第一水流通道，所述隔水管与所述外管之间形成第二水流通道，所述外管与所述内管之间靠近所述端盖的位置设有水分离部件，所述水分离部件与所述端盖之间设有导流件，所述第一水流通道与所述第二水流通道通过所述导流件连通，所述水分离部件包括第一水分离件和第二水分离件，所述第一水分离件与所述隔水管的一端连接，所述第二水分离件与所述导流件连接，所述第一水分离件与所述第二水分离件之间设有密封件以将二者之间的间隙密封；所述第一水分离件与所述第二水分离件之间还连接有弹性件，所述弹性件的伸缩方向与所述隔水管的长度方向相同。
5.在一些实施例中，所述端盖为环状结构，所述端盖的内环边与所述内管的所述一端密封连接，所述端盖的外环边与所述外管的所述一端密封连接。
6.在一些实施例中，所述隔水管的另一端通过水封环与所述外管密封连接，所述水封环为环状结构，所述水封环的内环边与所述隔水管的所述另一端密封连接，所述水封环的外环边与所述外管的内壁密封连接。
7.在一些实施例中，所述第一水分离件与所述隔水管的所述一端密封连接。
8.在一些实施例中，所述导流件的一端与所述第二水分离件接触连接，所述导流件
的另一端与所述端盖接触连接；或者，
9.所述导流件的一端与所述第二水分离件固定连接，所述导流件的另一端与所述端盖接触连接；或者，
10.所述导流件的一端与所述第二水分离件接触连接，所述导流件的另一端与所述端盖固定连接。
11.在一些实施例中，所述导流件的一端与所述第二水分离件固定连接时，所述导流件与所述第二水分离件焊接于一体，或者，所述导流件与所述第二水分离件为一体式结构；
12.所述导流件的另一端与所述端盖固定连接时，所述导流件与所述端盖焊接于一体，或者，所述导流件与所述端盖为一体式结构。
13.在一些实施例中，所述第一水分离件或所述第二水分离件上设有用于安装所述密封件的凹槽。
14.在一些实施例中，所述密封件为o型密封圈，所述o型密封圈安装于所述第一水分离件与所述第二水分离件之间形成的环形间隙中。
15.在一些实施例中，所述弹性件为弹簧或膨胀节。
16.在一些实施例中，所述导流件为直肋型导流件、渐开线肋型导流件、圆柱扰流型导流件、单螺旋型导流件、双螺旋型导流件和四螺旋型导流件中的一种。
17.与现有技术相比较，本发明实施例提供的用于燃烧设备的水冷装置通过设置分离的第一水分离件和第二水分离件，第一水分离件和第二水分离件分别与隔水管和导流件连接，并通过密封件将第一水分离件和第二水分离件之间的间隙密封，能够保证水流从导流件通过，对端盖进行冷却，保证端盖在高温环境下运行安全；同时，隔水管受热膨胀带动第一水分离件朝向端盖移动时，不会带动第二水分离件挤压端盖，减少因端盖应力集中而导致的损坏问题，延长端盖的使用寿命；通过弹性件沿隔水管的长度方向将第一水分离件和第二水分离件连接，弹性件可以吸收热胀冷缩，使得第二水分离件与导流件始终紧贴，保证导流件内部水流速度稳定，从而保证换热效果稳定，且不会增加设备运行的消耗，为燃烧设备的安全、稳定、长周期运行提供有力保障。
附图说明
18.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
19.图1为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的剖视图；
20.图2为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的水冷部件的剖视图(图1中圆圈部分)；
21.图3为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的水冷部件的另一结构剖视图；
22.图4为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的水冷部件的又一结构剖视图；
23.图5为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的水冷部件的再一结构剖视图；
24.图6为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的导流件的结构示意图。
25.附图标记：
26.1-端盖；101-第一水流通道、102-第二水流通道；2-外管、201-第一进出水口、202-第二进出水口；3-隔水管；4-内管；5-水分离部件、51-第一水分离件、511-第一连接部、512-第二连接部、52-第二水分离件、521-第三连接部、522-第四连接部、53-密封件、54-弹性件、55-凹槽；6-导流件；7-水封环；8-三叉管；91-对接法兰、92-安装法兰。
具体实施方式
27.为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
28.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
30.图1至图5为本发明实施例的用于燃烧设备的水冷装置的结构示意图(箭头方向为水流方向)。如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种用于燃烧设备的水冷装置，包括端盖1以及自外向内依次间隔设置的外管2、隔水管3、内管4，外管2的一端和内管4的一端均与端盖1连接，内管4与隔水管3之间形成第一水流通道101，隔水管3与外管2之间形成第二水流通道102，外管2与内管3之间靠近端盖1的位置设有水分离部件5，水分离部件5与端盖1之间设有导流件6，第一水流通道101与第二水流通道102通过导流件6连通，水分离部件5包括第一水分离件51和第二水分离件52，第一水分离件51与隔水管3的一端连接，第二水分离件52与导流件6连接，第一水分离件51与第二水分离件52之间设有密封件53以将二者之间的间隙密封；第一水分离件51与第二水分离件52之间还连接有弹性件54，弹性件54的伸缩方向与隔水管3的长度方向相同。
31.本发明实施例提供的用于燃烧设备的水冷装置通过设置分离的第一水分离件51和第二水分离件52，第一水分离件51和第二水分离件52分别与隔水管3和导流件6连接，并通过密封件53将第一水分离件51和第二水分离件52之间的间隙密封，能够保证水流从导流件6通过，对端盖1进行冷却，保证端盖1在高温环境下运行安全；同时，隔水管3受热膨胀带动第一水分离件51朝向端盖1移动时，不会带动第二水分离件52挤压端盖1，减少因端盖1应力集中而导致的损坏问题，延长端盖1的使用寿命；通过弹性件54沿隔水管3的长度方向将第一水分离件51和第二水分离件52连接，隔水管3受热膨胀带动第一水分离件51朝向端盖1移动时，弹性件54能够吸收热胀冷缩，使得第二水分离件52与导流件6始终紧贴，保证导流件内部水流速度稳定，从而保证换热效果稳定，为燃烧设备的安全、稳定、长周期运行提供
有力保障。
32.具体地，如图1所示，水冷装置整体为套管式结构，外管2、隔水管3、内管4同轴间隔设置，即外管2、隔水管3以及内管4的直径依次减小。位于最外侧的外管2的侧壁上开设有第一进出水口201和第二进出水口202，第一进出水口201与第一水流通道101连通，第二进出水口202与第二水流通道102连通。
33.本实施例中，如图1所示，第一进出水口201和第二进出水口202分别设于外管2相对的两侧壁，第一进出水口201和第二进出水口202中的一个为进水口时，另一个为出水口。
34.如图2和图4所示，当第一进出水口201为进水口，第二进出水口202为出水口时，水流从第一进出水口201进入第一水流通道101并通过开设于导流件6内部的导流通道进入第二水流通道102后，从第二进出水口202流出；如图3和图5所示，当第二进出水口202为进水口，第一进出水口201为出水口时，水流方向正好相反。具体实施中，可以根据实际需要确定进水口和出水口，优选地，可以将端盖1外表面温度较高的部分设置为水流流入部分。
35.如图1所示，端盖1为环状结构，端盖1的内环边与内管3的一端密封连接，端盖1的外环边与外管2的一端密封连接，以形成封闭的水流腔。
36.隔水管3位于水流腔内，隔水管3的另一端(未与第一水分离件51连接的一端)通过水封环7与外管2密封连接，以将水流腔分割为第一水流通道101和第二水流通道102。水封环7为环状结构，水封环7的内环边与隔水管3的另一端密封连接(例如通过焊接密封固定)，水封环7的外环边与外管2的内壁密封连接。
37.如图1所示，外管2、隔水管3和内管4长度不同，三个管体运行时所处温度不同，并且三者的材质也不同，从而热膨胀系数不同，即三个管体的热膨胀长度不同。另外，不同的管体具有不同的热膨胀起点，例如本技术中，外管2的膨胀起始点为s1，隔水管3的膨胀起始点为s2，内管4的膨胀起始点为s3。经过计算表明隔水管3膨胀较长，为了避免对端盖1产生挤压作用，隔水管3的一端与端盖1之间设置一定的间隔，并在隔水管3的下方依次设置水流部件5和导流件6，保证水流从导流件6的内部导流通道流过，同时，利用分隔设置的第一水分离件51和第二水分离件52，可以减少因隔水管3热膨胀而对端盖1进行挤压而导致的端盖1应力集中问题。
38.本实施例中，第一水分离件51与第二水分离件52均为l形结构，第一水分离件51包括相互垂直的第一连接部511和第二连接部512，第二水分离件52包括相互垂直的第三连接部521和第四连接部522，第一连接部511和第三连接部521相对设置，第一连接部511和第三连接部521沿垂直于水冷装置的中心轴线的方向(横向)相对设置，第二连接部512和第四连接部522沿平行于水冷装置的中心轴线的方向(竖向)相对设置。
39.具体地，第一水分离件51与隔水管3的一端密封连接，例如第一水分离件51与隔水管3通过焊接密封固定，可以使第一水分离件51随隔水管3的热胀冷缩而相对于端盖1移动。第一水分离件51的第二连接部512与第二水分离件52的第四连接部522错位设置，并通过密封件53密封连接，由于该密封为可动密封形式，使得第一水分离件51移动时不会对第二水分离件52造成挤压，从而不会对导流件6和端盖1造成挤压，减少端盖1的受力，降低端盖1因应力集中而导致的损坏风险。密封件53使第一水分离件51与第二水分离件52之间密封，能避免冷却介质从第一水分离件51和第二水分离件52之间流过，使得冷却介质从导流件6流过，保证端盖1的冷却效果。
40.如图1和图2所示，弹性件54设于第一水分离件51与第二水分离件52之间，弹性件54的伸缩方向与隔水管3的长度方向相同。具体地，弹性件54设置于第一水分离件51的第一连接部511和第二水分离件52的第三连接部521之间，以吸收热胀冷缩，保证水流流速稳定。
41.具体来说，水冷装置在实际运行中，由于开、停车或者运行工况变化，如果在室温环境下，第一水分离件51、第二水分离件52、密封件53和弹性件54处于如图2中所示的状态；燃烧设备运行时，水冷装置受热而热胀，特别是隔水管3受热膨胀，带动第一水分离件51朝向端盖1移动；当停车或运行工况变化时，隔水管3收缩，带动第一水分离件51远离端盖1移动，此时，如果没有弹性件54，由于第一水分离件51和第二水分离件52之间通过密封件53密封连接，第一水分离件51远离端盖1移动时会带动第二水分离件52一起移动，使得第二水分离件52与导流件6之间具有一定距离；再次开车时，即使隔水管3受热膨胀后，带动第一水分离件51朝向端盖1移动，第二水分离件52与导流件6之间依然存在一定距离，同样设计水量下，流通面积变大，导流件6内部的水流速度变小，换热效果变差。因此，设置弹性件54能够吸收热胀冷缩，在开、停车或运行工况变化时，保证第二水分离件52与导流件6紧贴，防止第二水分离件52与导流件6之间形成一定距离，保证水流速度稳定，从而保证换热效果稳定，保证燃烧设备的稳定运行，且不会增加设备运行的消耗。
42.弹性件54可以为弹簧或膨胀节，也可以为其他能够进行弹性伸缩的部件，本发明不具体限定。
43.图2至图5示出了第一水分离件51和第二水分离件52的布置方式。如图2所示，结合图1的结构，本实施例中，第一进出水口201为进水口，第二进出水口202为出水口，第一水分离件51的第二连接部512位于第二水分离件52的第四连接部522的径向内侧，密封件53位于弹性件54的径向内侧(以水冷装置的中心轴线为基准)。如图3所示，结合图1的结构(忽略其水流方向)，第一进出水口201为出水口，第二进出水口202为进水口，第一水分离件51的第二连接部512位于第二水分离件52的第四连接部522的径向外侧，密封件53位于弹性件54的径向外侧；如图4所示，结合图1的结构，第一进出水口201为进水口，第二进出水口202为出水口，第一水分离件51的第二连接部512位于第二水分离件52的第四连接部522的径向外侧，密封件53位于弹性件54的径向内侧；如图5所示，结合图1的结构(忽略其水流方向)，第一进出水口201为出水口，第二进出水口202为进水口，第一水分离件51的第二连接部512位于第二水分离件52的第四连接部522的径向内侧，密封件53位于弹性件54的径向外侧。具体实施中，第一水分离件51、第二水分离件52、密封件53以及弹性件54的布置方式还可以为其他形式，可以根据实际需要进行调整，本发明不具体限定。
44.优选地，可以将端盖1外表面温度较高的部分设为水流流入部分，水流流经端部升温后，从另一侧流出。将端盖1的高温侧设为水流流入侧可以使换热更充分，提高换热效率，更好地冷却端盖1的高温侧。
45.如图2至图5所示，第一水分离件51或第二水分离件52上设有用于安装密封件53的凹槽55，以便于密封件53的安装。本实施例中，凹槽55设于第一水分离件51的第二连接部512朝向第二水分离件52的第四连接部522的一侧。其他实施例中，凹槽55也可以设于第二水分离件52的第四连接部522，本发明不具体限定。
46.本实施例中，密封件53为具有弹性的密封部件，例如o型密封圈，o型密封圈安装于第一水分离件51与第二水分离件52之间形成的环形间隙中。采用o型密封圈，安装方便，密
封可靠，既能保证端盖1在高温环境下运行安全，也不会因第一水分离件51下移而使第二水分离件52挤压端盖1造成其应力集中而损坏。为保证水流稳定流经导流件6，导流件6与第二水分离件52及端盖1紧贴，导流件6与第二水分离件52及端盖1的连接方式可以有多种。
47.在一些实施例中，导流件6与第二水分离件52之间接触连接，导流件6与端盖1之间接触连接，即导流件6与第二水分离件52和端盖1活动连接；在另一些实施例中，为防止第二水分离件52与导流件6之间形成一定距离，可以将导流件6与第二水分离件52固定连接，例如，导流件6与第二水分离件52可以焊接于一体，也可以为整体加工成形的一体式结构，导流件6布置于端盖1上，且导流件6与端盖1接触连接；在又一些实施例中，可以将导流件6与端盖1固定连接，例如，导流件6与端盖1可以焊接于一体，也可以为整体加工成形的一体式结构，第二水分离件52布置于导流件6上，且第二水分离件52与导流件6接触连接。即导流件6与第二水分离件52和端盖1中的至少一个接触连接(活动连接)，加工和拆装方便，便于维修。
48.如图6中(a)至(f)所示，导流件6可以为直肋型导流件(a)、渐开线肋型导流件(b)、圆柱扰流型导流件(c)、单螺旋型导流件(d)、双螺旋型导流件(e)和四螺旋型导流件(f)中的一种。
49.如图1所示，水冷装置还包括设于外管2和内管4的另一端(与端盖1相对的一端)的三叉管8以将水冷装置的端部封闭，三叉管8朝向外管2和内管4的一端的内环边与内管4密封连接(例如通过焊接密封固定)，外环边与外管2密封连接，三叉管8远离外管2和内管4的一端与对接法兰91密封连接。
50.外管2的外周还套设有安装法兰92，以便于水冷装置的安装。第一进出水口201设于三叉管8与水封环7之间，第二进出水口202设于水封环7和安装法兰92之间。
51.需要说明的是，上述密封连接可以直接密封固定，例如通过焊接密封固定，也可以通过中间件(例如密封圈)密封连接，具体的连接方式，本发明不具体限定。
52.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。