專利名稱：氣動管罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及管罩和擋板。更具體地，本發(fā)明涉及氣動管罩。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用和環(huán)境中，比如鍋爐(其中包括蒸發(fā)器)，氣體具有到某些區(qū)域的趨勢。這種不均勻的氣流分布可降低在這些應(yīng)用及環(huán)境中的管子之間的傳熱效率，并進一步導(dǎo)致這些管子被更加迅速地弄臟和磨損。擋板可用于改變氣流方向，但是具有許多缺點，而且相應(yīng)地，其通常不能用于許多應(yīng)用和環(huán)境(包括鍋爐)中。擋板通常是固體平板，從在應(yīng)用或環(huán)境中的一區(qū)域延至另一區(qū)域。例如，在鍋爐情形中，擋板可從后壁延至通路中心。這使得鍋爐中的一部分管子不能用于熱傳遞，并且消減了氣體凈流動面積的實質(zhì)部分，以及增大了在其它管子區(qū)域中的氣體速度，從而導(dǎo)致管子的性能降級。在本領(lǐng)域中，知曉管罩對于保護管子免受其所在的有害環(huán)境的影響是有用的，但是并不知曉管罩有助于氣流分布?？紤]到前述情況以及由于其它原因，在本領(lǐng)域中，有必要采用氣動管罩，其可在應(yīng)用或環(huán)境中更加有效率且有效果地改變氣流方向，而同時提供護罩以用于保護管子免受其有害應(yīng)用或環(huán)境的影響。

發(fā)明內(nèi)容
在此提供一種新型的氣動管罩。一個實施例可包括主體，比如半圓柱形主體，用于保護管子免受有害環(huán)境的影響，和第一和第二翅片，該翅片可以是錐形的，用于改變在該管子周圍區(qū)域的氣體的流動方向。


圖1是本發(fā)明的氣動管罩的實施例。圖2是本發(fā)明的氣動管罩的實施例的第二視圖。圖3示出了安裝在管子上的本發(fā)明的氣動管罩的實施例。圖4a至4c示出了在轉(zhuǎn)廢為能(EfW)鍋爐的第三通路里的蒸發(fā)器的多個視圖。圖5示出了沿著在蒸發(fā)器的出口處的后壁安裝的氣動管罩的實施例的計算流體力學(xué)(CFD)模型網(wǎng)格細節(jié)。圖6a至6c是蒸發(fā)器的CFD模擬結(jié)果，其中沒有采用本發(fā)明的氣動管罩。圖7a至7c是蒸發(fā)器的CFD模擬結(jié)果，其中在該蒸發(fā)器的入口和出口處的管子上安裝有本發(fā)明的氣動管罩的實施例。
圖8a至8c是蒸發(fā)器的CFD模擬結(jié)果，其中在該蒸發(fā)器的入口和出口處的管子上安裝有本發(fā)明的氣動管罩的另一實施例。圖9a和9b是涉及關(guān)于在使用本發(fā)明的氣動管罩之前和之后在EfW鍋爐里的蒸發(fā)器的熱回收而收集的數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實施例方式在此公開的本發(fā)明可概念化為一種氣動管罩，該氣動管罩可用于多種應(yīng)用中，從而有助于最大限度地提高傳熱效率并且減輕氣流分布不均的影響，而同時提供護罩以保護管子免受應(yīng)用環(huán)境的影響。圖1和2示出了這樣的氣動管罩2的實施例，圖3示出了安裝在管子4上的這樣的氣動管罩2的實施例。在一些實施例中，氣動管罩2可由主體10，比如半圓柱形主體，以及第一和第二翅片20、20’組成。主體10可圍繞著或置于管子4的表面或其一部分，從而保護所述管子4或其所述部分。在一些實施例中，所述主體10可保護所述管子4或所述其一部分免受磨損和腐蝕，除其它以外，該磨損和腐蝕可來自于管子4對在其環(huán)境(比如鍋爐環(huán)境)中的熱氣、飛塵以及其它有害物質(zhì)的暴露。主體10可具有的半徑與其圍繞著或置于的管子4的外半徑基本相同。因此，在一些實施例中，主體10的半徑可以取決于管子4的外半徑而變化。主體10的長度類似地可以至少取決于氣動管罩2設(shè)計來保護的管子4的部分以及第一和第二翅片20、20’的所需長度而變化。主體10可由可用于保護管子4免受管子4的環(huán)境的影響的任意類型的材料制成，包括金屬和陶瓷材料。在某些實施例中，主體10可由鋼比如碳鋼組成。主體10可具有第一邊緣12a、第二邊緣12b、第一端部14a和第二端部14b。第一翅片20可沿主體10的所述第一邊緣12a縱向延伸，而第二翅片20’可沿主體10的所述第二邊緣12b縱向延伸。類似地，所述翅片20、20’可每個具有外側(cè)邊緣22、22’、第一端部24a、24a’和第二端部24b、24b ’。在某些實施例中，所述翅片20、20 ’可以是錐形的，從而每個所述翅片20、20’在其第一端部24a、24a’處或附近比在其第二端部24b、24b’處或附近更寬，并且相應(yīng)地，每個所述翅片的外側(cè)邊緣22、22’可以是傾斜的。在某些其它的實施例中，翅片可以不是傾斜的或錐形的。每個翅片20、20’的錐形(如果有的話)程度及長度可至少有助于控制在應(yīng)用或環(huán)境(比如鍋爐)中，更具體地，在這樣的應(yīng)用或環(huán)境中的管子的儲氣部(bank)中，的氣體的流動和分布，并且可取決于氣體跨過該管子的理想的再分布。在一些實施例中，在鍋爐中的管子的間距會影響翅片20、20’的錐度，并且所述管子相距越遠，翅片20、20’則可越寬。在某些實施例中，翅片20、20’的各自第一端部24a、24a’可以接觸或可以幾乎接觸在相鄰管子上的管罩的翅片20、20’的各自第一端部24a、24a’。而且在某些實施例中，可將翅片20、20’的各自第一端部24a、24a’或第二端部24b、24b’互鎖或焊接至在相鄰管子上的管罩的翅片20、20’的各自第一端部24a、24a’或第二端部24b、24b’，視具體情況而定。每個翅片20、20’可由與主體10同樣類型的材料組成，例如包括鋼(包括碳鋼)。還應(yīng)當理解的是，主體10和翅片20、20’可由單個材料塊(比如單個金屬件)形成?？赏ㄟ^各種方式將本發(fā)明的氣動管罩2固定至管子4。在某些實施例中，可將一個或以上的緊固件用于將所述管罩2固定至所述管子4。所述緊固件可包括但不限于許多不同類型的緊固件，包括卡扣、夾子、螺栓以及綁帶。在安裝氣動管罩2時，可將高導(dǎo)熱材料比如膠泥的薄層沉積于每個管罩2之下或管罩2所要放置的可應(yīng)用管子4的表面上?？蓪⑺龉苷?安裝在可應(yīng)用管子4的任一側(cè)，包括頂面或底面，如可由具體情況而決定或期望的那樣。在某些實施例中，可將管罩2安裝在可應(yīng)用管子4的頂面上，并且可將第二管罩2安裝在該管子4的底面上(或反之亦然)。圖4a示出了在EfW鍋爐里的第三通路的側(cè)剖立視圖，在該鍋爐中，可安裝本發(fā)明的氣動管罩2。在該特定鍋爐中，熱氣可從蒸發(fā)器52的底部左手側(cè)進入以加熱那里的管子4。為了最大限度地提高在該鍋爐中(以及在其它應(yīng)用中)的傳熱效率，重要的是，應(yīng)將該氣體跨過該管子4的長度均勻地分布。然而，在許多情況下，在應(yīng)用中，該氣體可以偏向(predispose)某些區(qū)域。通過示例，在圖4a中，由于做了轉(zhuǎn)彎進入在第三通路里的蒸發(fā)器52，所以氣體可以偏向該蒸發(fā)器52的后壁54。由于這種趨勢，管子4的最靠近后壁54的部分傾向于接收過多的氣體(該氣體具有更高的溫度和速度)，這會導(dǎo)致該管子4的此部分的性能降級，而管子4的靠近前壁56的部分傾向于接收較少的氣體，因而具有較少的傳熱?？捎绕涫茄刂蟊?4在蒸發(fā)器52的入口 58和出口 60處安裝本發(fā)明的氣動管罩，從而有助于最大限度地提高傳熱效率、減輕氣流分布不均的影響以及保護管子免受有害鍋爐環(huán)境的影響。圖4b也示出了在這樣的第三通路里的該蒸發(fā)器52的側(cè)視圖。如在圖4b中也可看出，管子4可以以蛇形的方式從蒸發(fā)器52的頂部延伸至底部，并且可沿著后壁54在蒸發(fā)器52的入口 58和出口 60處安裝氣動管罩2。圖4c示出了在這樣鍋爐的該第三通路里的該蒸發(fā)器52的放大的平面圖?？稍俅慰闯鲈诿扛茏?上沿著或靠近后壁54安裝的本發(fā)明的氣動管罩2。下面描述對于這樣的EfW鍋爐蒸發(fā)器的計算流體力學(xué)(CFD)模擬結(jié)果。這些模擬結(jié)果示出了分別帶有和不帶有本發(fā)明的氣動管罩的該蒸發(fā)器的橫截面上的壓力、溫度和速度的輪廓圖。在一開始，要指出的是，圖5示出了 CFD模型的網(wǎng)格細節(jié)。特別地，圖5示出了在該蒸發(fā)器的出口處沿著后壁安裝的本發(fā)明的氣動管罩的實施例的CFD模型的網(wǎng)格細節(jié)。該圖可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解用在該CFD模型中的網(wǎng)格的質(zhì)量、概念以及解析度。再次參照圖4c，要進一步指出的是，CFD模擬采用下面的尺寸。然而，如在此討論的，尺寸(包括長度、寬度和厚度)可能會變化，這取決于氣動管罩的實施例以及其所用場合。在該特定實施例中，蒸發(fā)器52的后壁54和前壁56 二者的寬度都是30’ -8”。在該蒸發(fā)器52中共有29根管子4，并且每根管子4的長度為10’、寬度為3”以及各管子4的相鄰間距約為I’。如上所述，僅蒸發(fā)器52 (具體地說，總計29根管子4中的五根)的橫截面用在這些CFD模擬中。氣動管罩2的兩個單獨的實施例被模擬。在模擬的第一實施例中，氣動管罩2的長度為4’ -11”、在一端的寬度為4.86”以及在第二更寬的一端(該更寬的一端可更靠近后壁54或被置于抵靠著該后壁)的寬度為9”。所述管罩2也由厚度為0.125”的鋼形成。(這樣的第一實施例稱為“測試實施例一”。)在測試的第二實施例中，氣動管罩2再次是一端部的寬度為4.86”且第二更寬的端部的寬度為9”，但是在該實施例中，長度僅為3’_6”。所述管罩2再次是由厚度為0.125”的鋼組成。(這樣的第二實施例稱為“測試實施例二 ”。)圖6a至6c是沒有采用本發(fā)明的氣動管罩2的蒸發(fā)器52的CFD模擬結(jié)果。圖6a示出了在第三通路以及特別是在蒸發(fā)器52里的靜態(tài)壓力輪廓(英寸-水柱)。從結(jié)果中可以看出，假設(shè)氣體傾向于朝向蒸發(fā)器52的后壁54，在靠近后壁54的入口 58處的壓力高于靠近前壁56的壓力。圖6b示出了速度量值輪廓(英尺/秒)。從結(jié)果中可以看出，在整個蒸發(fā)器52的后壁54附近，氣體趨于具有顯著更高的速度。最后，圖6c示出了靜態(tài)溫度輪廓(F)。從結(jié)果中可以看出，整個蒸發(fā)器52的熱分布不均勻，在后壁54周圍的區(qū)域比在前壁56周圍的區(qū)域熱得多。圖7a至7c是蒸發(fā)器52的CFD模擬結(jié)果，其中氣動管罩2的測試實施例一安裝在蒸發(fā)器52的入口 58和出口 60處的管子4上。圖7a示出了在第三通路以及特別是在蒸發(fā)器52里的靜態(tài)壓力輪廓(英寸-水柱)。從結(jié)果中可以看出，當采用了本發(fā)明的氣動管罩2時，沿后壁54的壓力在整個蒸發(fā)器52上更加均衡。圖7b示出了速度量值輪廓(英尺/秒)。從結(jié)果中可以看出，由于沿著在入口 58處的后壁54布置了氣動管罩，所以氣體速度在該蒸發(fā)器的前壁56附近增加了。然而，在整個全部的蒸發(fā)器上，氣體速度更加均勻，而不是在后壁54的附近聚集。最后，圖7c示出了靜態(tài)溫度輪廓(F)。從結(jié)果中可以看出，溫度在入口58處的前壁附近上升了，再次假設(shè)沿著后壁54布置了氣動管罩。但是熱分布在整個蒸發(fā)器52上變得更加均勻，而不是那里的氣體和熱量聚集在后壁54附近。圖8a至Sc是蒸發(fā)器52的CFD模擬結(jié)果，其中氣動管罩2的測試實施例二安裝在蒸發(fā)器52的入口 58和出口 60處的管子4上。圖8a示出了在第三通路以及特別是在蒸發(fā)器52里的靜態(tài)壓力輪廓(英寸-水柱)。從結(jié)果中可以看出，當采用了本發(fā)明的氣動管罩2時，沿后壁54的壓力在整個蒸發(fā)器52上再次更加均衡。圖Sb示出了速度量值輪廓(英尺/秒)。從結(jié)果中可以看出，氣體速度在前壁56附近再次增加了，但是在整個全部的蒸發(fā)器52上，氣體速度比沒有采用氣動管罩時大致更加均勻(雖然與測試實施例一相比，測試實施例二不如其均勻)。還要指出的是，與測試實施例一相比，在入口 58附近在中間處，氣體速度更高，因為測試實施例二在長度上比測試實施例一更短。最后，圖8c示出了靜態(tài)溫度輪廓(F)。從結(jié)果中可以看出，熱分布在整個蒸發(fā)器52上再次變得更加均勻，而不是氣體及其熱量在后壁54附近處聚集。將圖6a至6c與圖7a至7c以及圖8a至8c相比,可進一步看出，通過采用氣動管罩，在第三通路的蒸發(fā)器52里的氣流分布、速度以及溫度的改善相應(yīng)地改進了在該鍋爐的第四通路里的過熱器50中的氣流分布、速度以及溫度。從前述的采用CFD Ansys Fluent軟件進行的CFD模擬中還可確定下列結(jié)果:
權(quán)利要求
1.一種管罩，用于保護管子且同時導(dǎo)向氣體的流動，所述管罩包括: a.配置用于保護管子的主體，所述主體具有第一邊緣和第二邊緣； b.用于導(dǎo)向氣體的流動的第一和第二翅片，其中，所述第一翅片沿著所述主體的所述第一邊緣縱向延伸，而所述第二翅片沿著所述主體的所述第二邊緣縱向延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的管罩，其中，所述管罩配置用于插在鍋爐、氣化器或熱交換器中的管子上。
3.如權(quán)利要求1所述的管罩，其中，所述主體是半圓柱形的。
4.如權(quán)利要求3所述的管罩，其中，所述主體具有的半徑與所述管子的外半徑基本相同。
5.如權(quán)利要求1所述的管罩，其中，所述第一和第二翅片每個具有第一和第二端部并且是錐形的以使得每個所述翅片在其第一端部比在其第二端部更寬。
6.如權(quán)利要求1所述的管罩，其中，所述主體和所述第一和第二翅片由單個材料塊形成。
7.如權(quán)利要求1所述的管罩，其中，所述主體和第一和第二翅片由鋼組成。
8.如權(quán)利要求1所述的管罩，還包括一個或多個緊固件。
9.如權(quán)利要求 8所述的管罩，其中，所述緊固件是卡扣、夾子、螺栓或綁帶。
10.一種氣動管罩，所述氣動管罩包括: a.主體；以及 b.第一翅片和第二翅片，其中，所述第一翅片沿著所述主體的第一側(cè)邊縱向延伸且是錐形的，而所述第二翅片沿著所述主體的第二側(cè)邊縱向延伸且是錐形的； c.其中，所述主體和第一和第二翅片配置用于保護管子且同時導(dǎo)向氣體的流動。
11.如權(quán)利要求10所述的氣動管罩，其中，所述氣動管罩配置用于插在鍋爐、氣化器或熱交換器中的管子上。
12.如權(quán)利要求10所述的管罩，其中，所述主體是半圓柱形的，具有的半徑與所述管子的外半徑基本相等。
13.如權(quán)利要求10所述的管罩，其中，所述主體和第一和第二翅片是由單個金屬件形成的。
14.如權(quán)利要求10所述的管罩，還包括可用于將所述管罩固定至管子的緊固件。
15.一種氣動管罩，所述氣動管罩包括: a.主體，具有第一邊緣、第二邊緣、第一端部和第二端部，所述主體配置用于保護管子；以及 b.用于改變在氣流分布不均的環(huán)境里的氣體的流動方向的裝置。
16.一種用于通過采用氣動管罩重新分布跨過具有不均勻的氣流分布的系統(tǒng)的氣流以及保護所述系統(tǒng)中的管子的方法，其中，所述系統(tǒng)具有多排管子，所述方法包括下列步驟: a.獲取多個氣動管罩，該管罩具有用于重新分布氣流的錐形翅片和用于保護管子的主體； b.將氣動管罩安裝在所述系統(tǒng)中的第一排管子中的一個或多個管子上；以及 c.將氣動管罩安裝在所述系統(tǒng)中的第二排管子的一個或多個管子上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述系統(tǒng)是鍋爐、氣化器或熱交換器。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一排管子位于所述系統(tǒng)中的一區(qū)域的入口處。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二排管子位于所述系統(tǒng)中的一區(qū)域的出口處。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟:在安裝每個氣動管罩之前，將高導(dǎo)熱材料薄層沉積于所述氣動管罩之下或該氣動管罩將要被安裝所在的管子的表面上。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述高導(dǎo)熱材料是膠泥。
22.一種用于改進不均勻氣流分布和保護管子的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: a.一排或多排的管子； b.多個氣動管罩，其中，每個所述氣動管罩包括主體和用于導(dǎo)向氣體流動的一個或多個錐形翅片，其中所述多個氣動管罩安裝在第一排管子中的一個或多個管子上以及第二排管子中的一個或多個管子上。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述一排或多排管子位于鍋爐、氣化器或熱交換器里。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述第一排管子位于所述鍋爐、氣化器或熱交換器的第一區(qū)域里的入口處，而所述第二排 管子位于所述鍋爐、氣化器或熱交換器的所述第一區(qū)域里的出口處。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述多個氣動管罩安裝在沿著所述鍋爐、氣化器或熱交換器的后壁的所述第一排管子和所述第二排管子上。
全文摘要
一種氣動管罩(2)，其包括主體(10)，比如半圓柱形主體，用于保護管子(4)免受有害環(huán)境的影響，以及第一和第二翅片(20、20’)，該翅片可以是錐形的，用于改變在管子(4)周圍區(qū)域的氣體的流動方向。
文檔編號F22B37/10GK103154612SQ201180039780
公開日2013年6月12日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者G.艾佩爾鮑姆 申請人:科萬塔能源公司