一种船舶鼓泡除氧装置的制作方法

本实用新型涉及船舶蒸汽动力技术领域，尤其涉及一种船舶鼓泡除氧装置。

背景技术：

目前，蒸汽动力系统为提高效率，一般采用凝汽式汽轮机，在凝汽器内产生较高真空，而由于凝汽器内漏入空气和补水含氧量较高，为防止热力设备以及阀门等附件腐蚀，提高凝汽器换热效率，运行时需要对循环使用的冷凝水进行除氧，其中，热力除氧是最常用的一种除氧方式。

为节约船舶宝贵的作业空间，在船舶蒸汽动力系统中不单独设置除氧器，采用在冷凝器对应的热井内通入乏汽的鼓泡除氧方案。通过在具有一定真空度和较低过冷度的冷凝水中通入压力和温度较高的蒸汽，以用于加热冷凝水，使得冷凝水温度接近饱和，并使得热井的汽液界面处水蒸气的分压接近饱和，进而使得冷凝水中的气体(包含氧气)被析出，以实现除氧功能。

在传统鼓泡装置设计中，蒸汽由鼓泡管孔或者通过缝隙通入热井的凝水空间，形成水下射流，并通过蒸汽直接接触的方式加热凝水。该方案结构简单、便于实施，但主要存在如下不足之处：

(1)蒸汽喷注加热对喷注参数敏感，采用鼓泡管孔或缝隙对冷凝水进行喷注加热时，存在加热不均匀的问题，从而影响整体的除氧效果；

(2)由于蒸汽压力远大于凝汽器的真空压力，喷注噪声明显，同时蒸汽向热井中的冷凝水中喷注时，会产生较大冷凝溃灭噪声，增加凝汽器失效风险，并且影响船舶安静性；

(3)在蒸汽喷注流量较低时，容易引起冷凝水倒灌，形成“水击”现象，从而造成显著噪声，甚至导致设备损坏。

在学位论文《基于节流降压原理的低噪声排气流道设计研究》中，指出了通过设置多级节流孔板，减小排气压力，以有效降低喷注噪声的除氧方式，但是，这种除氧方式主要针对水下不溶气体的排气情况，对于蒸汽鼓泡并未涉及。尽管采用节流孔板可以一定程度上降低噪声，但采用多级节流孔板所需管路较长，并且采用节流孔板局部压力剧烈变化，这会导致鼓泡管本身振动较大，同样会产生振动噪声，采用小孔喷注同样会产生局部压力剧烈变化导致振动等问题。

在申请号为201620263151.0的专利文件“一种鼓泡除氧凝汽器”中，通过采用蛇形蒸汽盘管作为蒸汽入口管路，并在蒸汽盘管上设置出气孔，以进行鼓泡除氧，这可以一定程度增加对凝结水加热的均匀度，但是难以消除作业过程中产生的振动噪声，并防止“水击”现象的发生。

由此可见，在现有的船舶蒸汽动力系统中，在对热井中的冷凝水进行鼓泡除氧时，如何消除蒸汽的喷注噪音和振动，并有效防止“水击”现象的发生，这是当前急需要解决的技术问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种船舶鼓泡除氧装置，用以解决在对船舶热井中的冷凝水进行鼓泡除氧时，存在蒸汽喷注噪音和振动，并容易发生“水击”现象的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种船舶鼓泡除氧装置，包括相连通的供气管和鼓泡管，所述鼓泡管包括多级，多级所述鼓泡管首、尾依次连通并构成树状分形结构；上一级所述鼓泡管的流通面积等于与其相连的下一级各个所述鼓泡管的流通面积之和；在所述鼓泡管内填充有多孔材料。

优选的，本实用新型中所述树状分形结构沿着所述供气管呈轴对称布置；所述树状分形结构包括多个，多个所述树状分形结构沿着同一轴对称线呈轴对称布置，或沿着同一中心点呈中心对称布置。

优选的，本实用新型中上一级所述鼓泡管的尾端同时与两根下一级所述鼓泡管的首端对应连通，以构成二叉树形式的树状分形结构。

优选的，本实用新型中每一级构成分叉的两根所述鼓泡管所呈的角度为50°～90°。

优选的，本实用新型中所述鼓泡管包括管体和通气孔；所述管体呈横向布置，所述通气孔设在所述管体下侧的侧壁上。

优选的，本实用新型中所述管体下侧的侧壁上沿轴设有多个呈间隔布置的通气段；每个所述通气段包括多个沿径向布置的所述通气孔。

优选的，本实用新型中所述通气孔的孔径为0.5～2mm。

优选的，本实用新型中所述鼓泡管内流通的气体为蒸汽，所述多孔材料包括泡沫金属。

优选的，本实用新型中所述泡沫金属的孔径和空隙率从所述鼓泡管的第一级到末级逐级增大。

优选的，本实用新型中每一级的所述鼓泡管内填充的所述泡沫金属的孔径和空隙率沿着蒸汽的流通方向逐渐增大。

(三)技术效果

本实用新型提供的船舶鼓泡除氧装置，通过设置填充有多孔材料的多级鼓泡管，并将各级鼓泡管依次连通并构成树状分形结构，使得从供气管通入气体(蒸汽)的压力和流量逐级平缓下降，防止局部通道堵塞，并通过设置上一级鼓泡管的流通面积等于与其相连的下一级各个鼓泡管的流通面积之和，这有利于确保蒸汽在各级鼓泡管内流量分配的均匀性，从而减小了管路的局部剧烈振动及由此产生的噪音；另外，通过在鼓泡管内填充多孔材料不仅有利于确保气体(蒸汽)喷注时通过各个鼓泡管上通气孔流量的均匀性，降低了喷注噪音，而且在低流量工况下，由于多孔材料的阻力作用，能有效防止发生凝水倒灌，避免了“水击”现象的发生，从而在确保了除氧效果的同时，减小了船舶上的噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所示的包含两个树状分形结构的船舶鼓泡除氧装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所示的其中一级鼓泡管沿轴向的剖面结构示意图；

图3为本实用新型实施例所示的其中一级鼓泡管沿径向的剖面结构示意图。

图中：1、供气管；2、鼓泡管；21、管体；22、通气孔；3、三通结构；4、泡沫金属。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

参见图1，本实施例提供了一种船舶鼓泡除氧装置，包括相连通的供气管1和鼓泡管2，鼓泡管2包括多级，多级鼓泡管2首、尾依次连通并构成树状分形结构；上一级鼓泡管2的流通面积等于与其相连的下一级各个鼓泡管2的流通面积之和；在鼓泡管2内填充有多孔材料。

具体的，由图1所示的结构中，设置有两个树状分形结构，每个树状分形结构包括一根供气管1和四级依次连通的鼓泡管2，其中，供气管1的供气端连通位于第一级的鼓泡管2的首端，第一级的鼓泡管2的尾端连通与其对应的第二级的鼓泡管2的尾端，以此类推，由于每级的鼓泡管2均设有多个，从而这种连接结构构成了树状分形结构。

本实施例所示的船舶鼓泡除氧装置，通过设置填充有多孔材料的多级鼓泡管2，并将各级鼓泡管2依次连通并构成树状分形结构，使得从供气管1通入气体(蒸汽)的压力和流量逐级平缓下降，防止局部通道堵塞，并通过设置上一级鼓泡管2的流通面积等于与其相连的下一级各个鼓泡管2的流通面积之和，这有利于确保蒸汽在各级鼓泡管2内流量分配的均匀性，从而减小了管路的局部剧烈振动及由此产生的噪音；与此同时，通过在鼓泡管2内填充多孔材料不仅有利于确保气体(蒸汽)喷注时通过各个鼓泡管2上通气孔22流量的均匀性，降低了喷注噪音，而且在低流量工况下，由于多孔材料的阻力作用，能有效防止发生凝水倒灌，避免了“水击”现象的发生，从而在确保了除氧效果的同时，减小了船舶上的噪音。

另外，在此应指出的是，多孔材料可以为由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，如石棉、泡沫金属等，也可以为在鼓泡管2内呈叠层排布的金属网、节流孔板及其组合结构，只要满足确保气体在各级鼓泡管2内流量分配均匀性的相应结构均属于本实用新型的保护范围之内，在实际应用时，考虑到鼓泡管2内通入的气体大多为高温高压的新蒸汽或乏汽，从而需对多孔材料进行适应性的选择。

进一步的，本实施例中树状分形结构沿着供气管1呈轴对称布置；树状分形结构包括多个，多个树状分形结构沿着同一轴对称线呈轴对称布置，或沿着同一中心点呈中心对称布置。

具体的，在图1中示意出了两个树状分形结构相对呈对称布置的结构，这仅是为了便于描述本实施例所示的树状分形结构的形状及其实际的其中一种布置结构，而不是指示或暗示所指的树状分形结构不能呈现其它形式排布。本实施例通过将多个树状分形结构进行轴对置或中心对称设置，将这种布置结构用于对船舶上冷凝器对应的热井内冷凝水的除氧时，有利于确保多个树状分形结构在热井内的均匀排布，确保了喷注的蒸汽流量的均匀性，使得冷凝水的温度尽快接近饱和并析出当中溶解的气体，从而进一步确保了除氧效果。

进一步的，本实施例中上一级鼓泡管2的尾端通过三通结构3同时与两根下一级鼓泡管2的首端对应连通，以构成二叉树形式的树状分形结构。

具体的，通过将树状分形结构设计呈二叉树形式，不仅便于实现各级鼓泡管2之间的对应连接，而且有利于确保蒸汽流量的分配更加均匀，并且各个鼓泡管2上通气孔22相应的蒸汽出口分布更加均匀，从而减小了管路的振动，相应地确保了对冷凝水加热的均匀性，进而提高了除氧效率。

进一步的，本实施例中每一级构成分叉的两根鼓泡管2所呈的角度为50°～90°。

具体的，通过对每个分叉的两根鼓泡管2的夹角进行如此设定，这有利于进一步确保二叉树形式的树状分形结构呈发散的形式进行分布，从而确保了各个鼓泡管2的均匀排布，这相应地确保了各个鼓泡管2上通气孔22相应的蒸汽出口分布的均匀性。

进一步的，参见图2与图3，本实施例中鼓泡管2包括管体21和通气孔22；管体21呈横向布置，通气孔22设在管体21下侧的侧壁上。

具体的，为防止冷凝水中的杂质堵塞鼓泡管2上的通气孔22，同时为了使冷凝水受热更为均匀，将各个通气孔22设在管体21的下侧，这使得蒸汽喷注时产生的气泡在浮升过程中冷凝并加热凝水，确保了对冷凝水的加热效果，以便使得冷凝水的温度尽快接近饱和并析出当中溶解的气体。

进一步的，参见图2与图3，本实施例中管体21下侧的侧壁上沿轴设有多个呈间隔布置的通气段；每个通气段包括多个沿径向布置的通气孔22。

具体的，在图2所示的管体21下侧的侧壁上示意了九个通气段，并由图3所示的剖面结构可知，在每个通气段设有六个沿径向布置的通气孔22，其中，每个通气孔22的孔径设置为0.5～2mm。由此，在保持一定喷注面积的前提下，通过设置较小的用于蒸汽喷注的通气孔22的孔径，并增加通气孔22的数量，在确保蒸汽喷注效果的同时，还大大降低了喷注时所产生的噪声。

进一步的，本实施例中鼓泡管2内流通的气体为蒸汽，多孔材料包括泡沫金属4。

具体的，泡沫金属4具体可选用泡沫铜或泡沫铝，泡沫金属4在确保鼓泡管2进行蒸汽喷注时通过各个通气孔22流量的均匀性，并防止“水击”现象的发生的同时，还具有导热的功效，有利于强化蒸汽与冷凝水的换热，使得对冷凝水的加热更加均匀与高效，大大提高了除氧效率。

进一步的，在其中一个具体本实施例中，泡沫金属4的孔径和空隙率从鼓泡管2的第一级到末级逐级增大。

具体的，由于在各级鼓泡管2内填充有泡沫金属4，蒸汽在沿着各级鼓泡管2依次输送时，蒸汽阻力会逐渐增大，相应的渗透率会逐渐减小，从而设置泡沫金属4的孔径和空隙率从鼓泡管2的第一级到末级逐级增大，这有利于确保各级鼓泡管2流量分配的均匀性，相应地确保了换热的均匀性；另外，这也使得蒸汽压力在通过各级鼓泡管2时呈平缓下降，避免由于较大的压差而导致蒸汽喷注时产生的强振动噪声。

进一步的，在另一个具体实施例中，每一级的鼓泡管2内填充的泡沫金属4的孔径和空隙率沿着蒸汽的流通方向逐渐增大，参见图2。

具体的，对于每一级的鼓泡管2而言，在其内部填充泡沫金属4时，该级的鼓泡管2内的蒸汽压力也是呈平缓下降的趋势变化，从而在设置泡沫金属4的孔径和空隙率沿着蒸汽的流通方向逐渐增大时，这也有利于确保蒸汽在该级鼓泡管2内各个通气段流量分配的均匀性，从而确保了换热的均匀性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

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