一种加强自然水循环的蒸汽锅炉蒸发器的制作方法

本实用新型属于锅炉领域，涉及蒸汽锅炉设备，具体涉及一种加强自然水循环的蒸汽锅炉蒸发器。

背景技术：

如图3所示，现有技术中自然循环的蒸汽锅炉蒸发器包括下降管12、汽包1、上升管管簇7和下联箱8，所述汽包1上设有进水管5，汽包1内部设有汽水分离器11，进水通过省煤器预热后流进汽包1，汽包水经过下降管12进入下联箱8内，下联箱8内的水进入上升管管簇7，上升管管簇7中的水经外部高温烟气加热后汽化变成高温汽水混合物，高温汽水混合物进入汽包1内，经过汽水分离器11的分离，高温高压蒸汽经蒸汽出口管6流出供用户使用，汽包水经过下降管12再次进入下联箱8内进行循环。

自然循环的蒸汽锅炉的循环流速是衡量水循环工作可靠性的指标之一，它的大小直接反应管内流动的水将沿管壁产生的汽泡带走的能力，循环流速大，气泡能及时脱离管壁，工质对流换热系数大，管壁的冷却条件好，不会出现超温爆管等现象。而当循环流速过低时，常会出现以下几种情况，

自然循环的蒸汽锅炉蒸发器的同循环回路中，并联的各上升管受热不均时，受热弱的上升管中的汽水混合物的密度大于受热强的上升管中汽水混合物的密度，使得受热弱的上升管中的流动压头较小，甚至不能维持最低的循环流速，使汽水混合物处于停止不动的状态，这种现象称为停滞，出现停滞时，上升管内进水量很少，虽然受热较弱，但由于冷却条件差，往往导致管壁超温破裂。特别是弯管段，因易积存蒸汽，更易发生爆管事故。当并联的各上升管受热严重不均时，受热最弱的上升管中流动压头过小，受热最强的上升管中汽水混合物的流速过大，产生抽吸作用，致使受热最弱的上升管中的汽水混合物朝着反向下降流动，这种现象称为倒流，当气泡上升速度与水向下流动速度相等时，蒸汽就会滞留在管内某一部位，形成“汽塞”，造成这部分管段过热。

当水平布置或倾斜度较小的上升管中，汽水混合物流速过低，会发生汽水分层故障，汽水分层流动时，管子下部有水冷却不致超温，管子上部没有水膜冷却，可能导致超温爆管。由于汽水两相分界面不稳定，分界面处的金属壁温波动较大，因而还会导致金属疲劳破坏，同时由于分界面周围金属壁面长时间接触盐浓度较高的水，也会产生碱腐蚀。

当发生上述的停滞、倒流和汽水分层等故障时，会危及锅炉的安全运行。因此，保证安全可靠的水循环是安全运行的基本要求也是必须要求。

技术实现要素：

根据现有技术的缺乏或不足，本实用新型提供一种能够加强自然水循环及消除汽水分层现象的蒸汽锅炉用蒸发器。具体的，本实用新型采用的技术方案是：

一种加强自然水循环的蒸汽锅炉蒸发器，其特征在于：包括汽包、下联箱、上联箱、上升管管簇和下降管，所述上升管管簇下端与下联箱相连，上端与上联箱相连，所述上联箱顶部与气泡相连，所述汽包底部通过下降管与下联箱底部相连形成水循环，所述汽包顶部设有蒸汽出口管，所述蒸汽出口管与下降管中部通过涡轮增压装置相连，所述涡轮增压装置利用高压的蒸汽作为动力为下降管提供向下的抽吸力。

作为改进，所述上联箱通过螺旋管与汽包相连，所述螺旋管内设有螺旋形流道。

作为改进，所述下降管包括第一下降管和第二下降管，所述蒸汽出口管包括第一蒸汽出口管和第二蒸汽出口管，所述涡轮增压装置包括主动涡轮壳、从动涡轮壳和转轴，所述主动涡轮壳内设有主动叶轮，从动涡轮壳内设有从动叶轮，主动叶轮和从动叶轮通转轴联动相连，所述第一蒸汽出口管一端与汽包顶部相连，另一端与主动涡轮壳进口相连，所述第二蒸汽出口管与主动涡轮壳的出口相连；所述第一下降管一端与汽包的底部相连，另一端与从动涡轮壳的入口相连，所述第二蒸汽出口管一端与从动涡轮壳的出口相连，另一端与下联箱的底部相连。

作为改进，所述主动叶轮和从动叶轮采用高温合金锻造制成。

作为改进，所述螺旋管倾斜的设置于上联箱和汽包之间。

作为改进，所述上联箱为卧式圆筒状箱体，上联箱与汽包之间设有多个螺旋管，所有螺旋管的总当量管径大于下降管的管径。

作为改进，所述螺旋管包括管壳和设于管壳内的螺旋形肋片，上联箱内的汽水混合物从螺旋管中心轴线方向流入。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

通过涡轮增压技术，一方面，在无需外界提供动力的情况下，能够提高自然水循环的流速，有效防止发生停滞、倒流故障和减弱汽水分层故障；另一方面，为了避免出现汽水分层故障，在上联箱与汽包之间采用了内螺旋的螺旋管，导致沿程阻力增大，而通过涡轮增压技术能够为水循环增加动力，使水循环不受沿程阻力增加的影响。同时，由于涡轮增压装置一端与下降水接触，一端与高温饱和蒸汽接触，且涡轮增压装置材料传热系数较大，能够保证涡轮增压装置的工作温度不至于过高，提高了涡轮增压装置的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型整体结构的侧视图。

图2为本实用新型整体结构的主视图。

图3为现有技术中蒸汽锅炉蒸发器结构示意图。

图4为本实用新型蒸汽锅炉蒸发器后侧三维示意图。

图5为本实用新型蒸汽锅炉蒸发器前侧三维示意图。

图6为本实用新型涡轮增压装置结构示意图。

图7为图6中b-b剖视图。

图8为螺旋管内螺旋形肋片结构示意图。

附图标记：1-汽包，2-上联箱，3-螺旋管，4-涡轮增压装置，41-主动涡轮壳，42-从动涡轮壳，43-转轴，44-主动叶轮，45-从动叶轮，5-进水管，6-蒸汽出口管，61-第一蒸汽出口管，62-第二蒸汽出口管，7-上升管管簇，8-下联箱，9-第一下降管，10-第二下降管，11-汽水分离器，12-下降管12，13-螺旋形肋片。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

如图1至图8所示，一种加强自然水循环的蒸汽锅炉蒸发器，包括汽包1、下联箱8、上联箱2、上升管管簇7和下降管12，所述上升管管簇7下端与下联箱8相连，上端与上联箱2相连，所述上联箱2顶部与气泡相连，所述汽包1底部通过下降管12与下联箱8底部相连形成水循环，所述汽包1顶部设有蒸汽出口管6，所述蒸汽出口管6与下降管12中部通过涡轮增压装置4相连，所述涡轮增压装置4利用高压的蒸汽作为动力为下降管12提供向下的抽吸力。

所述下降管12包括第一下降管9和第二下降管10，所述蒸汽出口管6包括第一蒸汽出口管61和第二蒸汽出口管62，如图6和图7所示，所述涡轮增压装置4包括主动涡轮壳41、从动涡轮壳42和转轴43，所述主动涡轮壳41内设有主动叶轮44，从动涡轮壳42内设有从动叶轮45，主动叶轮44和从动叶轮45通转轴43联动相连，从动涡轮壳42与主动涡轮壳41相对固定相连，所述第一蒸汽出口管61一端与汽包1顶部相连，另一端与主动涡轮壳41进口相连，所述第二蒸汽出口管62与主动涡轮壳41的出口相连；所述第一下降管9一端与汽包1的底部相连，另一端与从动涡轮壳42的入口相连，所述第二蒸汽出口管62一端与从动涡轮壳42的出口相连，另一端与下联箱8的底部相连，所述汽包1上设有用于补水的进水管5。

本实施例中，主动叶轮44和从动叶轮45分别固定连接在转轴43两端，转轴43通过止推轴承(图中未示出)安装在涡轮增压装置4壳体上，轴承通过润滑油路(图中未示出)进行润滑。

涡轮叶片(即主动叶轮44和从动叶轮45)采用高温合金锻造，涡轮叶片表面符合流体力学原理，流体接触叶片表面，随着叶轮的旋转顺着叶片表面流动，流体从叶轮旋转的轴向流入，从径向流出，流体在叶轮旋转的离心力下被加速。

所述上联箱2通过螺旋管3与汽包1相连，所述螺旋管3倾斜的设置于上联箱2和汽包1之间。所述螺旋管3内设有螺旋形流道，所述螺旋管3包括管壳和设于管壳内的螺旋形肋片13，利用螺旋形肋片13在管壳内形成螺旋形前进的流道，具体的为所述螺旋管3内设有螺旋形肋片13，上联箱2内的汽水混合物从螺旋管3中心轴线方向流入。

本实施例中，上联箱2和下联箱8均为卧式圆筒状箱体，上升管管簇7包括14个上升管，所有上水管下端均与下联箱8顶部相连，并深入到下联箱8内一定深度，所有上水管顶部均与上联箱2底部连通，所述螺旋管3有3个，需要注意的是所有螺旋管3的总当量管径大于下降管12的管径。

本实用新型工作原理：进水通过进水管5流进省煤器(图中未示出)经省煤器预热后流进汽包1，汽包1水再经过第一下降管9流进从动涡轮壳42，从动涡轮壳42流出的水通过第二下降管10流入下联箱8，下联箱8流进上升管管簇7，上升管管簇7中的水经高温烟气加热后汽化变成高温汽水混合物，高温汽水混合物依次经上联箱2、螺旋管3流进汽包1，汽水混合物在螺旋管3中边旋转边向前流动，不会发生汽水分层现象，此时自然循环流动的动力来自下降管12中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所引起的流动压头，大小为：δp＝(ρx-ρs)gh，(δp：循环回路流动压头；ρx：下降管12内水的密度；ρs：上升管中汽水混合物的密度；g：重力加速度；h：上升管含汽段的高度)。流进汽包1内的汽水混合物进行汽水分离，高温高压蒸汽经蒸汽出口管6流进主动涡轮增压装置4带动其中的涡轮叶片转动，动力来自管道内高温高压蒸汽与外界大气压的压力差，进而通过转轴43带动从动涡轮叶片转动，通过从动涡轮叶片的转动的离心力作用促进下降管12中的水流流动。

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