ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК F16L53/00 F28F1/20 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение относится к охлаждающему устройству, выполненному с возможностью охлаждения высокотемпературного элемента, способного достигать высоких температур, такого как трубопровод, используемый на промышленном предприятии, таком как теплоэлектростанция, атомная электростанция или химический завод.

Уровень техники

[0002]

Например, трубопровод, используемый на теплоэлектростанциях и т. п., предназначен для транспортировки пара, нагретого с помощью котла, к паровой турбине. По этой причине данный трубопровод представляет собой металлический трубчатый элемент, работающий в условиях высокой температуры и высокого давления. Если этот металлический трубчатый элемент используется в течение длительных промежутков времени в таких условиях, распространяются повреждения при ползучести, что приводит к образованию пор ползучести. Более того, если эти поры ползучести в конечном итоге объединяются, это приводит к образованию трещин и к поломке элемента.

[0003]

Чтобы предотвратить такую поломку, оставшийся срок службы металлических трубчатых элементов оценивается по степени повреждений при ползучести путем анализа уровня распространения пор ползучести посредством регулярного неразрушающего контроля (например, см. патентный документ 1 и патентный документ 2). Следует отметить, что для металлических трубчатых элементов, как правило, риск образования повреждений при ползучести на участках сварных швов выше, чем на участках основного металла. Таким образом, участки сварных швов являются теми областями, которые следует проверять в первую очередь.

[0004]

Как правило, металлический трубчатый элемент заменяют в тех случаях, когда результаты неразрушающего контроля показывают, что элемент имеет высокую степень повреждений при ползучести и что существует высокий риск образования повреждений при ползучести в период до следующего регулярного контроля. В таких случаях принимаются профилактические меры для снижения риска образования повреждений при ползучести путем снижения общей рабочей температуры установки, что обусловливает снижение температуры металла металлического трубчатого элемента. Однако при снижении общей рабочей температуры установки возникает проблема, заключающаяся в том, что это приводит к снижению производительности установки.

[0005]

Кроме того, например, в патентном документе 3, связанном с трубопроводами, описывается рассеивание тепла трубопроводов с использованием теплорассеивающих ребер.

Список цитированной литературы

Патентные документы

[0006]

Патентный документ 1. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2004-085347A.

Патентный документ 2. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2008-122345A.

Патентный документ 3. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2003-113989A.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

[0007]

Хотя трубопровод можно охлаждать с помощью теплорассеивающих ребер, как описано в патентном документе 3, эффективность охлаждения может снизиться в тех случаях, когда трубопровод подвергается термической деформации и теплорассеивающие ребра также подвергаются воздействию этой тепловой деформации.

[0008]

В свете этой описанной выше проблемы целью по настоящему изобретению является создание охлаждающего устройства, способного поддерживать эффективность охлаждения даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент подвергается термической деформации в высокотемпературных условиях.

Решение проблемы

[0009]

Для достижения указанной выше цели охлаждающее устройство по настоящему изобретению содержит базовые элементы, выполненные с возможностью вхождения в поверхностный контакт вдоль поверхности металлического трубчатого элемента в высокотемпературных условиях; теплорассеивающие элементы, выполненные выступающими от поверхности базовых элементов; и средство поддержания теплопередачи, выполненное с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам.

[0010]

В соответствии с этим охлаждающим устройством эффективность охлаждения может быть улучшена, даже если металлический трубчатый элемент в высокотемпературных условиях термически деформируется.

[0011]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению средство поддержания теплопередачи содержит упругий элемент, выполненный с возможностью прижимания базовых элементов к поверхности металлического трубчатого элемента.

[0012]

В соответствии с этим охлаждающим устройством состояние, в котором базовые элементы входят в контакт с поверхностью металлического трубчатого элемента с помощью упругого элемента средства поддержания теплопередачи, сохраняется даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент деформируется из-за высоких температур. В соответствии с этим охлаждающим устройством обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0013]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению средство поддержания теплопередачи содержит смягчающий элемент, обеспеченный между базовыми элементами и металлическим трубчатым элементом, который выполнен с возможностью размягчения по мере увеличения температуры металлического трубчатого элемента.

[0014]

В соответствии с этим охлаждающим устройством смягчающий элемент средства поддержания теплопередачи размягчается с повышением температуры. Таким образом, даже если металлический трубчатый элемент деформируется под действием высоких температур, этот смягчающий элемент будет поддерживать тепловую связь между поверхностью металлического трубчатого элемента и внутренней поверхностью базовых элементов. В соответствии с этим охлаждающим устройством обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0015]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению средство поддержания теплопередачи содержит деформируемый элемент, обеспеченный между базовыми элементами и металлическим трубчатым элементом, который выполнен с возможностью деформации и плотного прилегания по мере термической деформации металлического трубчатого элемента.

[0016]

В соответствии с этим охлаждающим устройством деформируемый элемент средства поддержания теплопередачи деформируется в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент деформируется под действием высоких температур. Таким образом, этот деформируемый элемент будет поддерживать тепловую связь между поверхностью металлического трубчатого элемента и внутренней поверхностью базовых элементов. В соответствии с этим охлаждающим устройством обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0017]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению теплорассеивающие элементы выполнены в виде пластин, проходящих в вертикальном направлении, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении.

[0018]

В соответствии с этим охлаждающим устройством пластины теплорассеивающих элементов проходят в вертикальном направлении, при этом на них множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении. Это стимулирует теплопередачу за счет естественной конвекции, позволяя таким образом улучшить эффективность охлаждения.

[0019]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению теплорассеивающие элементы обеспечены по спирали вдоль центральной оси металлического трубчатого элемента.

[0020]

В соответствии с этим охлаждающим устройством можно обеспечить однородную скорость распространения потока воздуха между пластинами теплорассеивающих элементов и таким образом улучшить эффективность охлаждения.

[0021]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению образовано множество щелей вдоль направления, в котором проходят теплорассеивающие элементы.

[0022]

В соответствии с этим охлаждающим устройством благодаря щелям теплорассеивающие элементы могут деформироваться и плотно прилегать в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент термически деформируется в высокотемпературных условиях. Это позволяет предотвратить ситуации, в которых теплорассеивающие элементы напрягаются и передают сжимающие усилия на участки с высоким риском образования повреждений при ползучести. В результате появляется возможность предотвратить ситуации, приводящие к повреждению участков с высоким риском образования повреждений при ползучести.

[0023]

Кроме того, охлаждающее устройство по настоящему изобретению дополнительно содержит механизм обдува, который содержит полую продувочную трубу, расположенную ниже теплорассеивающих элементов, и нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в продувочную трубу. В продувочной трубе по бокам или сверху обеспечены отверстия.

[0024]

В соответствии с этим охлаждающим устройством воздух, выходящий из отверстий в продувочной трубе, поднимается вокруг теплорассеивающих элементов и проходит между пластинами теплорассеивающих элементов, тем самым обдувая окружающее пространство с нижней стороны от базовых элементов и теплорассеивающих элементов. В соответствии с этим охлаждающим устройством обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0025]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению механизм обдува содержит кожух, обеспеченный c внешней стороны теплорассеивающих элементов так, чтобы закрыть периферийную часть трубчатого металлического элемента. Внутри этого кожуха обеспечена продувочная труба, а в верхней части этого кожуха образованы вентиляционные отверстия.

[0026]

В соответствии с этим охлаждающим устройством механизм обдува содержит кожух, что позволяет направлять поток воздуха и получать исключительные эффекты, обусловленные вентиляцией и связанные с сохранением свойств передачи тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам.

[0027]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению механизм обдува содержит крышку, выполненную с возможностью наложения на вентиляционные отверстия в кожухе.

[0028]

В соответствии с этим охлаждающим устройством механизм обдува содержит крышку, что позволяет предотвратить проникновение пыли через сквозные отверстия в кожухе.

[0029]

Кроме того, охлаждающее устройство по настоящему изобретению дополнительно содержит механизм воздушного охлаждения, который содержит трубчатый коллектор, окружающий внешнюю сторону металлического трубчатого элемента; выпускные сопла, расположенные на этом трубчатом коллекторе так, что выпускные отверстия обращены к металлическому трубчатому элементу; и нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор.

[0030]

В соответствии с этим охлаждающим устройством металлический трубчатый элемент охлаждается воздухом, выходящим из выпускных сопел. В результате эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента может быть улучшена. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0031]

Кроме того, в охлаждающем устройстве по настоящему изобретению по меньшей мере базовые элементы исключены со стороны, к которой обращены выпускные отверстия выпускных сопел механизма воздушного охлаждения.

[0032]

В соответствии с этим охлаждающим устройством эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента может быть дополнительно улучшена.

[0033]

Для достижения указанной выше цели охлаждающее устройство по настоящему изобретению содержит трубчатый коллектор, окружающий внешнюю сторону металлического трубчатого элемента в состоянии без контакта с поверхностью металлического трубчатого элемента в высокотемпературных условиях; выпускные сопла, расположенные на трубчатом коллекторе так, что выпускные отверстия обращены к поверхности металлического трубчатого элемента; и нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор.

[0034]

В соответствии с этим охлаждающим устройством металлический трубчатый элемент охлаждается воздухом, выходящим из выпускных сопел трубчатого коллектора механизма воздушного охлаждения и сталкивающимся с металлическим трубчатым элементом. В результате можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести. Кроме того, в соответствии с этим охлаждающим устройством трубчатый коллектор окружает внешнюю сторону металлического трубчатого элемента в состоянии без контакта с поверхностью металлического трубчатого элемента, что позволяет предотвратить ситуации, в которых трубчатый коллектор контактирует с металлическим трубчатым элементом, даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент подвергается термической деформации в высокотемпературных условиях. В результате можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента.

[0035]

Кроме того, настоящее изобретение дополнительно содержит теплорассеивающие элементы, обеспеченные между трубчатым коллектором и металлическим трубчатым элементом, которые выступают от поверхности металлического трубчатого элемента.

[0036]

В соответствии с этим охлаждающим устройством в нем обеспечены теплорассеивающие элементы, что позволяет улучшить свойства передачи тепла и таким образом повысить эффективность охлаждения. Кроме того, ввиду улучшения свойств передачи тепла можно уменьшить скорость потока воздуха в механизме воздушного охлаждения и снизить затраты на оборудование.

[0037]

Кроме того, охлаждающее устройство по настоящему изобретению дополнительно содержит блок регулировки скорости потока, обеспеченный на трубе подачи воздуха, соединяющей трубчатый коллектор и нагнетательный вентилятор; и блок управления, выполненный с возможностью получения скорости потока воздуха, подаваемого в трубчатый коллектор, или температуры металлического трубчатого элемента и управления блоком регулировки скорости потока в зависимости от скорости потока или температуры.

[0038]

В соответствии с этим охлаждающим устройством можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента.

Преимущественные эффекты изобретения

[0039]

В соответствии с настоящим изобретением можно поддерживать эффективность охлаждения, даже если металлический трубчатый элемент в высокотемпературных условиях термически деформируется.

Краткое описание чертежей

[0040]

На фиг.1 схематично представлена конфигурация металлического трубчатого элемента, к которому было применено охлаждающее устройство в соответствии с вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.2 схематично представлена конфигурация металлического трубчатого элемента, к которому было применено охлаждающее устройство в соответствии с вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.3 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.4 представлен вид в поперечном сечении по линии A-A, изображенной на фиг.3.

На фиг.5 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.6 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.7 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с седьмым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.8 представлен вид в поперечном сечении по линии B-B, изображенной на фиг.7.

На фиг.9 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.10 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.11 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.12 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.13 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с пятым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.14 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.15 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.16 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.17 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с седьмым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.18 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с восьмым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

На фиг.19 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с девятым вариантом осуществления по настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

[0041]

Ниже будет приведено подробное описание вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением на основе чертежей. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено данными вариантами осуществления. Кроме того, составные элементы в описанных ниже вариантах осуществления включают в себя те элементы, которые могут быть легко заменены специалистом в данной области техники, или те элементы, которые по существу являются одинаковыми.

[0042]

На фиг.1 и 2 схематично представлены конфигурации металлического трубчатого элемента, к которому было применено охлаждающее устройство в соответствии с вариантом осуществления по настоящему изобретению.

[0043]

Металлический трубчатый элемент 100, представленный на фиг.1 и 2, выполнен в виде трубопровода, используемого на промышленном объекте, таком как теплоэлектростанция, атомная электростанция или химический завод. Текучую среду при высокой температуре и высоком давлении (например, водяной пар) пропускают через внутреннюю часть этого металлического трубчатого элемента 100. Другими словами, металлический трубчатый элемент 100 находится в высокотемпературных условиях. Периферийная часть металлического трубчатого элемента 100 покрыта теплоизоляционным материалом 101, чтобы уменьшить влияние температуры на окружающую среду. Следует отметить, что металлический трубчатый элемент 100 может представлять собой не трубопровод, а сосуд, в котором содержится текучая среда при высокой температуре и высоком давлении.

[0044]

Как описано выше, если металлический трубчатый элемент 100 используется в течение длительных промежутков времени в таких высокотемпературных условиях, распространяются повреждения при ползучести, что приводит к образованию пор ползучести. Более того, если эти поры ползучести в конечном итоге объединяются, это приводит к образованию трещин и к поломке элемента. Чтобы предотвратить такую поломку, оставшийся срок службы металлического трубчатого элемента 100 оценивается по степени повреждений при ползучести путем анализа уровня распространения пор ползучести посредством регулярного неразрушающего контроля. В частности, как показано на фиг.2, теплоизоляционный материал 101, закрывающий области, расположенные в непосредственной близости от участка 102 сварного шва, которые представляют собой участок с высоким риском образования повреждений при ползучести, удаляется. На фиг.2 показано состояние, в котором теплоизоляционный материал 101, закрывающий области, расположенные в непосредственной близости от участка 102 сварного шва, обеспеченного в направлении вдоль окружности трубопровода, а именно металлического трубчатого элемента 100, непрерывно удаляется в направлении вдоль окружности таким образом, чтобы открыть участок 102 сварного шва и области, расположенные в непосредственной близости от него.

[0045]

Затем в тех случаях, когда результаты неразрушающего контроля показывают, что существует высокий риск образования повреждений при ползучести в период до следующего регулярного контроля, металлический трубчатый элемент заменяют; а в тех случаях, когда существует повышенный риск образования повреждений при ползучести в период до следующего регулярного контроля, применяют охлаждающее устройство, описанное в настоящем документе.

[0046]

Первый вариант осуществления

На фиг.3 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.4 представлен вид в поперечном сечении по линии A-A, изображенной на фиг.3. На фиг.5 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.6 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0047]

Охлаждающее устройство 1, показанное на фиг.3-6, применяется в тех случаях, когда поверхность металлического трубчатого элемента 100 непрерывна в направлении, которое имеет горизонтальное направление Н в качестве основного направления. «Направление, которое имеет горизонтальное направление Н в качестве основного направления», определяется как горизонтальное направление Н и направление, отклоненное от горизонтального направления H менее чем на 45 градусов. Металлический трубчатый элемент 100, показанный на фиг.3-6, расположен так, что его центральная ось S проходит в горизонтальном направлении Н.

[0048]

Как показано на фиг.3 и 4, охлаждающее устройство 1 снабжено базовыми элементами 2, теплорассеивающими элементами 3 и средством 4 поддержания теплопередачи.

[0049]

Базовые элементы 2 выполнены из металла и имеют форму пластин, а внутренняя поверхность 2А, которая контактирует с поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100, формируется в соответствии с формой поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 так, чтобы базовые элементы 2 находились в поверхностном контакте с поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 до термической деформации. В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.4, металлический трубчатый элемент 100 выполнен в виде трубопровода, а базовые элементы 2 выполнены в соответствии с формой поверхности 100А трубопровода так, чтобы диаметр (внутренний диаметр) внутренней поверхности 2А трубчатой формы соответствовал наружному диаметру поверхности 100А трубопровода. Кроме того, в базовых элементах 2 трубчатая форма разделена (в настоящем варианте осуществления она разделена на два сегмента) в радиальном направлении и фланцы 2В, обеспеченные на каждом конце сегментов, состыкованы друг с другом. Разделенные сегменты соединены с помощью болтов 41, которые проходят через каждый из фланцев 2B, и гаек 42, которые навинчены на каждый из болтов 41.

[0050]

Теплорассеивающие элементы 3 выполнены выступающими от поверхности 2C базовых элементов 2. Теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин, изготовленных из металла, и, как показано на фиг.3, множество их выполнено проходящими в вертикальном направлении Р (пересекающем горизонтальное направление Н под углом 90 градусов) и размещенными рядом в горизонтальном направлении Н. Кроме того, теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин и, как показано на фиг.5, располагаются в форме спирали вдоль центральной оси S металлического трубчатого элемента 100. Кроме того, как показано на фиг.6, вдоль направления, в котором проходят пластины теплорассеивающих элементов 3, формируется множество щелей 3А. Щели 3А выполнены из выступающей кромки теплорассеивающих элементов 3 по направлению к поверхности 2С стороны базовых элементов 2 и могут или не могут достигать поверхности 2С базовых элементов 2.

[0051]

Обратите внимание, что теплорассеивающие элементы 3 могут быть выполнены как единое целое с базовыми элементами 2 или как отдельные от них детали из того же материала или могут быть выполнены как отдельные от базовых элементов 2 детали из другого материала. Кроме того, теплорассеивающие элементы 3 не ограничиваются пластинами и, хотя это не показано на чертежах, могут быть выполнены в форме стержней. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, поперечное сечение теплорассеивающих элементов 3 может быть полым.

[0052]

Средство 4 поддержания теплопередачи выполнено с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. Как показано на фиг.4, средство 4 поддержания теплопередачи выполнено из базовых элементов 2, выполненных в соответствии с формой трубопровода, а именно металлического трубчатого элемента 100, до термической деформации так, что диаметр (внутренний диаметр) внутренней поверхности 2А трубчатой формы соответствует наружному диаметру поверхности 100А трубопровода; трубчатая форма разделена в радиальном направлении; фланцы 2В, обеспеченные на каждом конце сегментов, состыкованы друг с другом; и разделенные сегменты соединены с помощью болтов 41, которые проходят через каждый из фланцев 2В, и гаек 42, которые навинчены на каждый из болтов 41. Т. е. в средстве 4 поддержания теплопередачи в этом случае базовые элементы 2 выполнены с внутренней поверхностью 2А в соответствии с формой поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 до термической деформации; а фланцы 2В на каждом конце сегментов соединены с помощью болтов 41 и гаек 42. Таким образом, по существу осуществляется посадка с натягом, и в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 подвергается деформации из-за высоких температур, сохраняется состояние контакта между базовыми элементами 2 и поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0053]

Таким образом, охлаждающее устройство 1 настоящего варианта осуществления содержит базовые элементы 2, выполненные с возможностью вхождения в поверхностный контакт вдоль поверхности 100A металлического трубчатого элемента 100 в высокотемпературных условиях; теплорассеивающие элементы 3, выполненные выступающими от поверхности базовых элементов 2; и средство 4 поддержания теплопередачи, выполненное с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. Таким образом, эффективность охлаждения может быть улучшена даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 в высокотемпературных условиях термически деформируется.

[0054]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин, проходящих в вертикальном направлении P, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении H.

[0055]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 пластины теплорассеивающих элементов 3 проходят в вертикальном направлении P, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении H. Это стимулирует теплопередачу за счет естественной конвекции, позволяя таким образом улучшить эффективность охлаждения.

[0056]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления теплорассеивающие элементы 3 обеспечены по спирали вдоль центральной оси S металлического трубчатого элемента 100.

[0057]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 можно обеспечить однородную скорость распространения потока воздуха между пластинами теплорассеивающих элементов 3 и таким образом улучшить эффективность охлаждения.

[0058]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления вдоль направления, в котором проходят пластины теплорассеивающих элементов 3, формируется множество щелей 3А.

[0059]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 благодаря щелям 3A теплорассеивающие элементы 3 могут деформироваться и плотно прилегать в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Это позволяет предотвратить ситуации, в которых теплорассеивающие элементы 3 напрягаются и передают сжимающие усилия на участки с высоким риском образования повреждений при ползучести. В результате появляется возможность предотвратить ситуации, приводящие к повреждению участков с высоким риском образования повреждений при ползучести. Следует отметить, что аналогичные положительные эффекты могут быть получены в результате формирования щелей 3A в виде надрезов.

[0060]

Второй вариант осуществления

На фиг.7 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.8 представлен вид в поперечном сечении по линии B-B, изображенной на фиг.7. На фиг.9 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.10 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0061]

Охлаждающее устройство 1, показанное на фиг.7-10, применяется в тех случаях, когда поверхность металлического трубчатого элемента 100 непрерывна в направлении, которое имеет вертикальное направление в качестве основного направления. «Направление, которое имеет вертикальное направление P в качестве основного направления», определяется как вертикальное направление P и направление, отклоненное от вертикального направления P менее чем на 45 градусов. Металлический трубчатый элемент 100, показанный на фиг.7-10, расположен так, что его центральная ось S проходит в вертикальном направлении P. Следует отметить, что направление, отклоненное под углом 45 градусов по отношению к вертикальному направлению Р, совпадает с направлением, отклоненным под углом 45 градусов по отношению к горизонтальному направлению Н, и в этом случае можно применять охлаждающее устройство 1 либо по настоящему варианту осуществления, либо по варианту осуществления, описанному выше.

[0062]

Как показано на фиг.7-9, охлаждающее устройство 1 снабжено базовыми элементами 2, теплорассеивающими элементами 3 и средством 4 поддержания теплопередачи (см. фиг.8).

[0063]

Базовые элементы 2 выполнены из металла и имеют форму пластин, а внутренняя поверхность 2А, которая контактирует с поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100, формируется в соответствии с формой поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 так, чтобы базовые элементы 2 находились в поверхностном контакте с поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 до термической деформации. В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.8, металлический трубчатый элемент 100 выполнен в виде трубопровода, а базовые элементы 2 выполнены в соответствии с формой поверхности 100А трубопровода так, чтобы диаметр (внутренний диаметр) внутренней поверхности 2А трубчатой формы соответствовал наружному диаметру поверхности 100А трубопровода. Кроме того, в базовых элементах 2 трубчатая форма разделена (в настоящем варианте осуществления она разделена на два сегмента) в радиальном направлении и фланцы 2В, обеспеченные на каждом конце сегментов, состыкованы друг с другом. Разделенные сегменты соединены с помощью болтов 41, которые проходят через каждый из фланцев 2B, и гаек 42, которые навинчены на каждый из болтов 41.

[0064]

Теплорассеивающие элементы 3 выполнены выступающими от поверхности 2C базовых элементов 2. Теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин, изготовленных из металла, и, как показано на фиг.7 и 9, множество их выполнено проходящими в вертикальном направлении Р (пересекающем горизонтальное направление Н под углом 90 градусов) и размещенными рядом в горизонтальном направлении Н. Кроме того, как показано на фиг.10, вдоль направления, в котором проходят пластины теплорассеивающих элементов 3, формируется множество щелей 3А. Щели 3А выполнены из выступающей кромки теплорассеивающих элементов 3 по направлению к поверхности 2С стороны базовых элементов 2 и могут или не могут достигать поверхности 2С базовых элементов 2.

[0065]

Обратите внимание, что теплорассеивающие элементы 3 могут быть выполнены как единое целое с базовыми элементами 2 или как отдельные от них детали из того же материала или могут быть выполнены как отдельные от базовых элементов 2 детали из другого материала. Кроме того, теплорассеивающие элементы 3 не ограничиваются пластинами и, хотя это не показано на чертежах, могут быть выполнены в форме стержней. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, поперечное сечение теплорассеивающих элементов 3 может быть полым.

[0066]

Средство 4 поддержания теплопередачи выполнено с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. Как показано на фиг.8, средство 4 поддержания теплопередачи выполнено из базовых элементов 2, выполненных в соответствии с формой трубопровода, а именно металлического трубчатого элемента 100, до термической деформации так, что диаметр (внутренний диаметр) внутренней поверхности 2А трубчатой формы соответствует наружному диаметру поверхности 100А трубопровода; трубчатая форма разделена в радиальном направлении; фланцы 2В, обеспеченные на каждом конце сегментов, состыкованы друг с другом; и разделенные сегменты соединены с помощью болтов 41, которые проходят через каждый из фланцев 2В, и гаек 42, которые навинчены на каждый из болтов 41. Т. е. в средстве 4 поддержания теплопередачи в этом случае базовые элементы 2 выполнены с внутренней поверхностью 2А в соответствии с формой поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 до термической деформации; а фланцы 2В на каждом конце сегментов соединены с помощью болтов 41 и гаек 42. Таким образом, по существу осуществляется посадка с натягом, и в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 подвергается деформации из-за высоких температур, сохраняется состояние контакта между базовыми элементами 2 и поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0067]

Таким образом, охлаждающее устройство 1 настоящего варианта осуществления содержит базовые элементы 2, выполненные с возможностью вхождения в поверхностный контакт вдоль поверхности 100A металлического трубчатого элемента 100 в высокотемпературных условиях; теплорассеивающие элементы 3, выполненные выступающими от поверхности базовых элементов 2; и средство 4 поддержания теплопередачи, выполненное с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. Таким образом, эффективность охлаждения может быть улучшена даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 в высокотемпературных условиях термически деформируется.

[0068]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин, проходящих в вертикальном направлении P, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении H.

[0069]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 пластины теплорассеивающих элементов 3 проходят в вертикальном направлении P, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении H. Это стимулирует теплопередачу за счет естественной конвекции, позволяя таким образом улучшить эффективность охлаждения.

[0070]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления вдоль направления, в котором проходят пластины теплорассеивающих элементов 3, формируется множество щелей 3А.

[0071]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 щели 3A подавляют деформацию теплорассеивающих элементов 3 в тех случаях, когда теплорассеивающие элементы 3 деформировались посредством базовых элементов 2 из-за термической деформации металлического трубчатого элемента 100 в высокотемпературных условиях. В результате можно поддерживать эффективность охлаждения, даже если металлический трубчатый элемент 100 в высокотемпературных условиях термически деформируется.

[0072]

Третий вариант осуществления

На фиг.11 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением средства 4 поддержания теплопередачи. Соответственно, средство 4 поддержания теплопередачи будет описано ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.11 показана модификация варианта осуществления, представленного на фиг.4, но модификации не ограничены именно этим вариантом осуществления и могут представлять собой модификацию варианта осуществления, представленного на другом чертеже.

[0073]

Средство 4 поддержания теплопередачи выполнено с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. Что касается средства 4 поддержания теплопередачи, которое представлено на фиг.11, внутренняя поверхность 2А, которая контактирует с поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100, формируется в соответствии с формой поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 так, чтобы базовые элементы 2 находились в поверхностном контакте вдоль поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 до термической деформации. В настоящем варианте осуществления, как показано на фиг.8, металлический трубчатый элемент 100 выполнен в виде трубопровода, а базовые элементы 2 выполнены в соответствии с формой поверхности 100А трубопровода так, чтобы диаметр (внутренний диаметр) внутренней поверхности 2А трубчатой формы соответствовал наружному диаметру поверхности 100А трубопровода. Кроме того, в базовых элементах 2 трубчатая форма разделена (в настоящем варианте осуществления она разделена на два сегмента) в радиальном направлении и фланцы 2В, обеспеченные на каждом конце сегментов, состыкованы друг с другом. Разделенные сегменты соединены с помощью болтов 41, которые проходят через каждый из фланцев 2B, и гаек 42, которые навинчены на каждый из болтов 41. Кроме того, в средстве 4 поддержания теплопередачи настоящего варианта осуществления между болтами 41 и фланцами 2В обеспечено упругое устройство, а именно пружина 43. Пружина 43 представляет собой пружину сжатия и, располагаясь между головкой болта 41 и гайкой 42, оказывает давление в направлении, обусловливающем приближение фланцев 2B друг к другу. В результате базовые элементы 2 прижимаются к поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100. Примеры пружины 43 включают в себя спиральные пружины, плоские пружины, и т.п.

[0074]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1, описанным выше, состояние, в котором базовые элементы 2 входят в контакт с поверхностью 100A металлического трубчатого элемента 100 с помощью пружины 43 средства 4 поддержания теплопередачи, сохраняется даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 деформируется из-за высоких температур. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0075]

Четвертый вариант осуществления

На фиг.12 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением средства 4 поддержания теплопередачи. Соответственно, средство 4 поддержания теплопередачи будет описано ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.12 показана модификация варианта осуществления, представленного на фиг.3, но модификации не ограничены именно этим вариантом осуществления и могут представлять собой модификацию варианта осуществления, представленного на другом чертеже.

[0076]

Средство 4 поддержания теплопередачи выполнено с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. В средстве 4 поддержания теплопередачи между поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 и внутренней поверхностью 2A базовых элементов 2 размещается смягчающий элемент 44. Смягчающий элемент 44 размягчается по мере повышения температуры металлического трубчатого элемента 100, а его примеры включают в себя металлические материалы, напыленные слои и т.п. Предпочтительно, чтобы температура плавления металлического материала и напыленных слоев была примерно не менее чем на 100°С и не более чем на 200°С выше температуры текучей среды в металлическом трубчатом элементе 100. Например, если температура текучей среды составляет 500°C, можно использовать алюминиевый сплав (температура плавления 660°C), а если температура текучей среды составляет 650°С, можно использовать латунь (температура плавления 900°С).

[0077]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1, описанным выше, смягчающий элемент 44 средства 4 поддержания теплопередачи размягчается с повышением температуры. Таким образом, даже если металлический трубчатый элемент 100 деформируется под действием высоких температур, этот смягчающий элемент 44 будет поддерживать тепловую связь между поверхностью 100A металлического трубчатого элемента 100 и внутренней поверхностью 2A базовых элементов 2. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0078]

Пятый вариант осуществления

На фиг.13 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением средства 4 поддержания теплопередачи. Соответственно, средство 4 поддержания теплопередачи будет описано ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.13 показана модификация варианта осуществления, представленного на фиг.3, но модификации не ограничены именно этим вариантом осуществления и могут представлять собой модификацию варианта осуществления, представленного на другом чертеже.

[0079]

Средство 4 поддержания теплопередачи выполнено с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2. В средстве 4 поддержания теплопередачи между поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 и внутренней поверхностью 2A базовых элементов 2 обеспечен деформируемый элемент 45, который деформируется и плотно прилегает по мере термической деформации металлического трубчатого элемента 100. Достаточно, чтобы деформируемый элемент 45 был прикреплен к поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100 или к внутренней поверхности 2A базовых элементов 2 или располагался между поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 и внутренней поверхностью 2А базовых элементов 2 отдельно от металлического трубчатого элемента 100 и базовых элементов 2. Деформируемый элемент 45 имеет меньшую жесткость, чем металлический трубчатый элемент 100 и базовые элементы 2 и предпочтительно представляет собой плоский элемент, выполненный с возможностью деформироваться в радиальном направлении металлического трубчатого элемента 100, и более предпочтительно имеет форму, которая искривлена или изогнута в радиальном направлении металлического трубчатого элемента 100, чтобы он мог легче деформироваться. Кроме того, для деформируемого элемента 45 предпочтительно используют металл с низкой температурой плавления, чтобы исключить восприимчивость деформируемого элемента 45 к температуре текучей среды в металлическом трубчатом элементе 100. В этом варианте осуществления предпочтительно, чтобы температура плавления металла с низкой температурой плавления была примерно не менее чем на 100°С и не более чем на 200°С выше температуры текучей среды в металлическом трубчатом элементе 100. Например, если температура текучей среды составляет 500°C, можно использовать алюминиевый сплав (температура плавления 660°C), а если температура текучей среды составляет 650°С, можно использовать латунь (температура плавления 900°С).

[0080]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1, описанным выше, деформируемый элемент 45 средства 4 поддержания теплопередачи деформируется в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 деформируется под действием высоких температур. Таким образом, этот деформируемый элемент будет поддерживать тепловую связь между поверхностью металлического трубчатого элемента и внутренней поверхностью базовых элементов. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0081]

Шестой вариант осуществления

На фиг.14 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.15 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. На фиг.16 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением того, что в нем обеспечен механизм 5 обдува. Соответственно, механизм 5 обдува будет описан ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.14, 15 и 16 показаны модификации вариантов осуществления, представленных на фиг.3, 4 и 5, но эти модификации не ограничены именно этими вариантами осуществления и могут представлять собой модификации вариантов осуществления, представленных на других чертежах.

[0082]

Механизм 5 обдува оснащен кожухом 51, продувочной трубой 52, нагнетательным вентилятором 53, трубой 54 подачи воздуха и крышкой 55.

[0083]

Кожух 51 обеспечен с наружной стороны теплорассеивающих элементов 3 так, чтобы он покрывал периферийную часть металлического трубчатого элемента 100, который содержит охлаждающее устройство 1. Кожух 51 имеет трубчатую форму, которая покрывает периферийную часть металлического трубчатого элемента 100, а в верхней части кожуха 51 образованы сквозные вентиляционные отверстия 51А. Кроме того, кожух 51 выполнен с заданным зазором 51В относительно металлического трубчатого элемента 100 (на фиг.14 - теплоизоляционного материала 101). Зазор 51B задан так, чтобы избежать ситуаций, в которых металлический трубчатый элемент 100 (или теплоизоляционный материал 101) входил бы в контакт с кожухом 51 в случае термической деформации металлического трубчатого элемента 100 в высокотемпературных условиях.

[0084]

Продувочная труба 52 расположена с наружной стороны теплорассеивающих элементов 3 под охлаждающим устройством 1. Продувочная труба 52 расположена на внутреннем нижнем участке кожуха 51. Продувочная труба 52 выполнена полой, и в ней обеспечены сквозные отверстия 52A, выходящие в стороны или вверх относительно продувочной трубы 52.

[0085]

Нагнетательный вентилятор 53 выполнен с возможностью подачи воздуха к продувочной трубе 52 и соединен с продувочной трубой 52 посредством трубы 54 подачи воздуха.

[0086]

Над кожухом 51 обеспечена крышка, установленная на заданном расстоянии от кожуха 51 так, чтобы она накладывалась поверх вентиляционных отверстий 51А.

[0087]

С помощью механизма 5 обдува воздух подается через трубу 54 подачи воздуха в продувочную трубу 52 с помощью нагнетательного вентилятора 53, и этот воздух выходит в стороны или вверх из отверстий 52А. Воздух, выходящий из отверстий 52А в продувочной трубе 52, поднимается к внутренней поверхности кожуха 51 и выходит из кожуха 51 через вентиляционные отверстия 51А.

[0088]

Следует отметить, что необязательно обеспечивать кожух 51 и крышку 55, но в этом случае в продувочной трубе 52 должны быть обеспечены отверстия 52А, обращенные вверх.

[0089]

С другой стороны, на фиг.16 металлический трубчатый элемент 100 расположен так, что его центральная ось S проходит в вертикальном направлении Р. В этом случае продувочная труба 52 кольцеобразно выполнена с наружной стороны теплорассеивающих элементов 3 под охлаждающим устройством 1 так, чтобы она покрывала периферийную часть металлического трубчатого элемента 100.

[0090]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1, описанным выше, воздух, выходящий из отверстий 52A в продувочной трубе 52, поднимается вокруг теплорассеивающих элементов 3 и проходит между пластинами теплорассеивающих элементов 3, тем самым обдувая окружающее пространство с нижней стороны от базовых элементов 2 и теплорассеивающих элементов 3. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0091]

Кроме того, в соответствии с этим охлаждающим устройством 1 механизм 5 обдува содержит кожух 51, что позволяет направлять поток воздуха и получать исключительные эффекты, обусловленные вентиляцией и связанные с сохранением свойств передачи тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2.

[0092]

Кроме того, в этом охлаждающем устройстве 1 механизм 5 обдува содержит крышку 55, что позволяет предотвратить проникновение пыли через вентиляционные отверстия 51A в кожухе 51.

[0093]

Следует отметить, что предпочтительно применять механизм 5 обдува к охлаждающему устройству 1, в котором теплорассеивающие элементы 3 выполнены в виде пластин, проходящих в вертикальном направлении P так, что воздух надлежащим образом проходит от нижнего участка к верхнему участку вдоль теплорассеивающих элементов 3.

[0094]

Седьмой вариант осуществления

На фиг.17 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением того, что в нем обеспечен механизм 6 воздушного охлаждения. Соответственно, механизм 6 воздушного охлаждения будет описан ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.17 показана модификация варианта осуществления, представленного на фиг.3, но модификации не ограничены именно этим вариантом осуществления и могут представлять собой модификацию варианта осуществления, представленного на другом чертеже.

[0095]

Механизм 6 воздушного охлаждения обеспечен трубчатым коллектором 61, выпускными соплами 62, нагнетательным вентилятором 63, трубой 64 подачи воздуха, блоком 65 регулировки скорости потока, блоком 66 определения давления, блоком 67 определения температуры трубчатого коллектора, блоком 68 определения температуры металлического трубчатого элемента и блоком 69 управления.

[0096]

Трубчатый коллектор 61 кольцеобразно обеспечен с наружной стороны теплорассеивающих элементов 3 так, чтобы он окружал наружную сторону металлического трубчатого элемента 100, который содержит охлаждающее устройство 1. Трубчатый коллектор 61 выполнен полым. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, трубчатый коллектор 61 опирается на металлический трубчатый элемент 100 и другие элементы опорным элементом с наружной стороны теплорассеивающих элементов 3 в состоянии без контакта с металлическим трубчатым элементом 100, который содержит охлаждающее устройство 1.

[0097]

Выпускные сопла 62 расположены на трубчатом коллекторе 61 так, что выпускные отверстия обращены к боковой поверхности металлического трубчатого элемента 100.

[0098]

Нагнетательный вентилятор 63 выполнен с возможностью подачи воздуха к трубчатому коллектору 61 и соединен с трубчатым коллектором 61 посредством трубы 64 подачи воздуха.

[0099]

На трубе 64 подачи воздуха обеспечен блок 65 регулировки скорости потока, выполненный с возможностью регулировки скорости потока воздуха, который поступает в трубчатый коллектор 61 через трубу 64 подачи воздуха. Блок 65 регулировки скорости потока образован клапаном регулировки скорости потока.

[0100]

Блок 66 определения давления выполнен с возможностью определения давления внутри трубчатого коллектора 61.

[0101]

Блок 67 определения температуры трубчатого коллектора выполнен с возможностью определения температуры внутри трубчатого коллектора 61.

[0102]

Блок 68 определения температуры металлического трубчатого элемента выполнен с возможностью определения температуры поверхности 100A металлического трубчатого элемента 100.

[0103]

Блок 69 управления имеет конфигурацию, включающую в себя блок арифметической обработки, такой как центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и т. п., а также блок памяти. Блок 69 управления выполнен с возможностью управления работой нагнетательного вентилятора 63. Кроме того, блок 69 управления выполнен с возможностью вычисления разности давлений между давлением воздуха снаружи и внутри трубчатого коллектора 61 на основании давления внутри трубчатого коллектора 61, выявленного блоком 66 определения давления. Кроме того, блок 69 управления выполнен с возможностью вычисления скорости потока воздуха, подаваемого в трубчатый коллектор 61, на основании температуры внутри трубчатого коллектора 61, выявленной блоком 67 определения температуры трубчатого коллектора, и ранее вычисленной разности давлений. Кроме того, блок 69 управления выполнен с возможностью управления блоком 65 регулировки скорости потока на основании расчетной скорости потока так, чтобы скорость потока воздуха, выходящего из выпускных сопел 62 и подаваемого в трубчатый коллектор, составляла именно ту скорость потока воздуха, которая требуется для охлаждения металлического трубчатого элемента 100. Кроме того, блок 69 управления выполнен с возможностью управления блоком 65 регулировки скорости потока на основании температуры поверхности 100А металлического трубчатого элемента 100, выявленной блоком 68 определения температуры металлического трубчатого элемента так, чтобы скорость потока воздуха, выходящего из выпускных сопел 62, составляла именно ту скорость потока воздуха, которая требуется для охлаждения металлического трубчатого элемента 100.

[0104]

В соответствии с охлаждающим устройством 1, описанным выше, механизм 6 воздушного охлаждения оснащен трубчатым коллектором 61, окружающим внешнюю сторону металлического трубчатого элемента 100, выпускными соплами 62, расположенными на трубчатом коллекторе 61 так, что выпускные отверстия обращены к боковой поверхности металлического трубчатого элемента 100, и нагнетательным вентилятором 63, выполненным с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор 61. Таким образом, металлический трубчатый элемент 100 охлаждается воздухом, выходящим из выпускных сопел 62. В результате эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100 может быть улучшена. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

[0105]

Кроме того, предпочтительно, чтобы охлаждающее устройство 1 настоящего варианта осуществления было оснащено блоком 65 регулировки скорости потока и блоком 69 управления, выполненным с возможностью определения скорости потока воздуха, подаваемого в трубчатый коллектор 61, или температуры металлического трубчатого элемента 100 и управления блоком 65 регулировки скорости потока в соответствии с этой скоростью потока или температурой.

[0106]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100.

[0107]

Кроме того, как показано на фиг.17, в охлаждающем устройстве 1 настоящего варианта осуществления предпочтительно отсутствие необходимости располагать по меньшей мере базовые элементы 2 со стороны, к которой обращены выпускные отверстия выпускных сопел 62 механизма 6 воздушного охлаждения. Согласно этому варианту осуществления фраза «по меньшей мере базовые элементы 2» подразумевает под собой только базовые элементы 2 или базовые элементы 2 и теплорассеивающие элементы 3. Т. е. устанавливается режим, в котором со стороны, к которой обращены выпускные отверстия выпускных сопел 62 механизма 6 воздушного охлаждения, исключены только базовые элементы 2 или базовые элементы 2 и теплорассеивающие элементы 3. На фиг.17 базовые элементы 2 выполнены в виде пористых пластин, в которых обеспечено множество сквозных участков 2D. Следует отметить, что в режиме, в котором исключены только базовые элементы 2 или базовые элементы 2 и теплорассеивающие элементы 3, предпочтительно, чтобы зона с высоким риском образования повреждений при ползучести, а именно участок 102 сварного шва, была оставлена открытой.

[0108]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 1 эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100 может быть дополнительно улучшена.

[0109]

Восьмой вариант осуществления

На фиг.18 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В настоящем варианте осуществления обеспечен механизм 6 воздушного охлаждения седьмого варианта осуществления, но не обеспечены базовые элементы 2, теплорассеивающие элементы 3 и средство 4 поддержания теплопередачи. Кроме того, на фиг.18 показан режим, в котором металлический трубчатый элемент 100, расположенный так, что основным направлением центральной оси S является горизонтальное направление Н, оснащен механизмом 6 воздушного охлаждения. Но эта конфигурация не имеет ограничительного характера и механизм 6 воздушного охлаждения может быть применен к металлическому трубчатому элементу 100, расположенному так, что основным направлением центральной оси S является вертикальное направление P.

[0110]

Как показано на фиг.18, охлаждающее устройство 10 настоящего варианта осуществления содержит трубчатый коллектор 61, окружающий внешнюю сторону металлического трубчатого элемента 100 в состоянии без контакта с поверхностью 100A металлического трубчатого элемента 100 в высокотемпературных условиях; выпускные сопла 62, расположенные на трубчатом коллекторе 61 так, что выпускные отверстия обращены к поверхности 100A металлического трубчатого элемента 100; и нагнетательный вентилятор 63, выполненный с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор 61.

[0111]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 10 металлический трубчатый элемент 100 охлаждается воздухом, выходящим из выпускных сопел 62 трубчатого коллектора 61 механизма 6 воздушного охлаждения и сталкивающимся с металлическим трубчатым элементом 100. В результате можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести. Кроме того, в соответствии с этим охлаждающим устройством 10 трубчатый коллектор 61 окружает внешнюю сторону металлического трубчатого элемента 100 в состоянии без контакта с поверхностью 100A металлического трубчатого элемента 100, что позволяет предотвратить ситуации, в которых трубчатый коллектор 61 контактирует с металлическим трубчатым элементом 100, даже в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 подвергается термической деформации в высокотемпературных условиях. В результате можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100.

[0112]

Кроме того, предпочтительно, чтобы охлаждающее устройство 10 настоящего варианта осуществления было оснащено блоком 65 регулировки скорости потока и блоком 69 управления, выполненным с возможностью определения скорости потока воздуха, подаваемого в трубчатый коллектор 61, или температуры металлического трубчатого элемента 100 и управления блоком 65 регулировки скорости потока в соответствии с этой скоростью потока или температурой.

[0113]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 10 можно поддерживать эффективность охлаждения металлического трубчатого элемента 100.

[0114]

Девятый вариант осуществления

На фиг.19 схематично представлена конфигурация охлаждающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следует отметить, что данный вариант осуществления выполнен таким же образом, как и варианты осуществления, описанные выше, за исключением того, что в нем обеспечены теплорассеивающие элементы 70. Соответственно, теплорассеивающие элементы 70 будут описаны ниже, а другие компоненты, которые являются такими же, будут обозначены теми же ссылочными позициями и их описание будет опущено. Кроме того, на фиг.19 показан режим, в котором металлический трубчатый элемент 100, расположенный так, что основным направлением центральной оси S является горизонтальное направление Н, оснащен механизмом 6 воздушного охлаждения. Но эта конфигурация не имеет ограничительного характера и механизм 6 воздушного охлаждения может быть применен к металлическому трубчатому элементу 100, расположенному так, что основным направлением центральной оси S является вертикальное направление P.

[0115]

В охлаждающем устройстве 10 настоящего варианта осуществления, как показано на фиг.19, теплорассеивающие элементы 70 обеспечены между трубчатым коллектором 61 и металлическим трубчатым элементом 100 и выступают от поверхности 100A металлического трубчатого элемента 100.

[0116]

Обратите внимание, что теплорассеивающие элементы 70 могут быть выполнены как единое целое с металлическим трубчатым элементом 100 или как отдельные от него детали из того же материала или могут быть выполнены как отдельные от металлического трубчатого элемента 100 детали из другого материала. Кроме того, теплорассеивающие элементы 70 не ограничиваются пластинами и, хотя это не показано на чертежах, могут быть выполнены в форме стержней. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, поперечное сечение теплорассеивающих элементов 70 может быть полым. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, может быть обеспечено множество теплорассеивающих элементов 70, проходящих вдоль центральной оси S и размещенных рядом в направлении вдоль окружности металлического трубчатого элемента 100.

[0117]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 10, описанным выше, в нем обеспечены теплорассеивающие элементы 70, что позволяет улучшить свойства передачи тепла и таким образом повысить эффективность охлаждения. Кроме того, ввиду улучшения свойств передачи тепла можно уменьшить скорость потока воздуха в механизме 6 воздушного охлаждения и снизить затраты на оборудование.

[0118]

Кроме того, в охлаждающем устройстве 10 настоящего варианта осуществления теплорассеивающие элементы 70 могут быть выполнены в виде пластин и располагаться по спирали вдоль центральной оси S металлического трубчатого элемента 100.

[0119]

В соответствии с этим охлаждающим устройством 10 теплорассеивающие элементы 70 по существу образуют посадку с натягом, посредством чего сохраняется состояние контакта между теплорассеивающими элементами 70 и поверхностью 100А металлического трубчатого элемента 100 в тех случаях, когда металлический трубчатый элемент 100 подвергается деформации из-за высоких температур. В результате обеспечивается возможность поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента 100 к базовым элементам 2 и эффективность охлаждения может сохраняться, даже когда металлический трубчатый элемент 100 термически деформируется в высокотемпературных условиях. Таким образом можно понизить температуру металла на участке с высоким риском образования повреждений при ползучести и тем самым уменьшить риск образования повреждений при ползучести.

Список ссылочных позиций

[0120]

1, 10 Охлаждающее устройство

2 Базовый элемент

2A Внутренняя поверхность

2B Фланец

2C Поверхность

2D Сквозной участок

3 Теплорассеивающий элемент

3A Щель

4 Средство поддержания теплопередачи

41 Болт

42 Гайка

43 Пружина (упругий элемент)

44 Смягчающий элемент

45 Деформируемый элемент

5 Механизм обдува

51 Кожух

51A Вентиляционное отверстие

51B Зазор

52 Продувочная труба

52A Отверстие

53 Нагнетательный вентилятор

54 Труба подачи воздуха

55 Крышка

6 Механизм воздушного охлаждения

61 Трубчатый коллектор

62 Выпускное сопло

63 Нагнетательный вентилятор

64 Труба подачи воздуха

65 Блок регулировки скорости потока

66 Блок определения давления

67 Блок определения температуры трубчатого коллектора

68 Блок определения температуры металлического трубчатого элемента

69 Блок управления

70 Теплорассеивающий элемент

100 Металлический трубчатый элемент

100A Поверхность

101 Теплоизоляционный материал

102 Участок сварного шва

H Горизонтальное направление

P Вертикальное направление

S Центральная ось.

Охлаждающее устройство содержит базовые элементы (2), выполненные с возможностью вхождения в поверхностный контакт вдоль поверхности (100A) металлического трубчатого элемента (100) в высокотемпературных условиях; теплорассеивающие элементы (3), которые выступают от поверхности базовых элементов (2); и средство (4) поддержания теплопередачи, выполненное с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента (100) к базовым элементам (2). Технический результат - возможность поддержания эффективности охлаждения даже в случае термической деформации металлического трубчатого элемента в высокотемпературных условиях. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Охлаждающее устройство, содержащее:

базовые элементы, выполненные с возможностью вхождения в поверхностный контакт вдоль поверхности металлического трубчатого элемента в высокотемпературных условиях;

теплорассеивающие элементы, выполненные выступающими от поверхности базовых элементов; и

средство поддержания теплопередачи, выполненное с возможностью поддержания свойств передаваемого тепла от металлического трубчатого элемента к базовым элементам; причем

средство поддержания теплопередачи содержит деформируемый элемент, предусмотренный между базовыми элементами и металлическим трубчатым элементом, пластинчатые элементы которого искривлены или изогнуты в радиальном направлении металлического трубчатого элемента так, чтобы они могли деформироваться и обеспечивать плотное прилегание по мере термической деформации металлического трубчатого элемента.

2. Охлаждающее устройство по п. 1, в котором:

средство поддержания теплопередачи содержит упругий элемент, выполненный с возможностью прижимания базовых элементов к поверхности металлического трубчатого элемента.

3. Охлаждающее устройство по п. 1 или 2, в котором:

теплорассеивающие элементы выполнены в виде пластин, проходящих в вертикальном направлении, при этом множество пластин размещены рядом в горизонтальном направлении.

4. Охлаждающее устройство по п. 1 или 2, в котором:

теплорассеивающие элементы обеспечены по спирали вдоль центральной оси металлического трубчатого элемента.

5. Охлаждающее устройство по п. 3 или 4, в котором:

образовано множество щелей вдоль направления, в котором проходят теплорассеивающие элементы.

6. Охлаждающее устройство по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее механизм обдува, содержащий:

полую продувочную трубу, расположенную ниже теплорассеивающих элементов; и

нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в продувочную трубу; причем

в продувочной трубе по бокам или сверху предусмотрены отверстия.

7. Охлаждающее устройство по п. 6, в котором:

механизм обдува содержит кожух, обеспеченный c внешней стороны теплорассеивающих элементов так, чтобы закрыть периферийную часть металлического трубчатого элемента;

внутри кожуха обеспечена продувочная труба; и

в верхней части кожуха образованы вентиляционные отверстия.

8. Охлаждающее устройство по п. 7, в котором:

механизм обдува содержит крышку, выполненную с возможностью наложения на вентиляционные отверстия в кожухе.

9. Охлаждающее устройство по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее механизм воздушного охлаждения, содержащий:

трубчатый коллектор, окружающий внешнюю сторону металлического трубчатого элемента;

выпускные сопла, расположенные на трубчатом коллекторе так, что выпускные отверстия обращены к металлическому трубчатому элементу; и

нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор.

10. Охлаждающее устройство по п. 9, в котором:

по меньшей мере базовые элементы исключены со стороны, к которой обращены выпускные отверстия выпускных сопел механизма воздушного охлаждения.

11. Охлаждающее устройство, содержащее:

трубчатый коллектор, окружающий внешнюю сторону металлического трубчатого элемента в состоянии без контакта с поверхностью металлического трубчатого элемента в высокотемпературных условиях;

выпускные сопла, расположенные на трубчатом коллекторе так, что выпускные отверстия обращены к поверхности металлического трубчатого элемента; и

нагнетательный вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха в трубчатый коллектор.

12. Охлаждающее устройство по п. 11, дополнительно содержащее:

теплорассеивающие элементы, предусмотренные между трубчатым коллектором и металлическим трубчатым элементом, которые выступают от поверхности металлического трубчатого элемента.

13. Охлаждающее устройство по любому из пп. 11 и 12, дополнительно содержащее:

блок регулировки скорости потока, обеспеченный на трубе подачи воздуха, соединяющей трубчатый коллектор и нагнетательный вентилятор; и

блок управления, выполненный с возможностью получения скорости потока воздуха, подаваемого в трубчатый коллектор, или температуры металлического трубчатого элемента и управления блоком регулировки скорости потока в зависимости от скорости потока или температуры.