專利名稱：水管鍋爐的制作方法
水管鍋爐
本申請(qǐng)要求于2005年9月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/720,210的權(quán)益。
背景技術(shù)：
1. 發(fā)明領(lǐng)域
此處所公開和描述的發(fā)明涉及蒸汽發(fā)生器。更具體地說(shuō)，此處所公開 使用的設(shè)備和方法涉及水管鍋爐和蒸汽發(fā)生器的改良設(shè)計(jì)，其能改進(jìn)蒸汽 與殘留水的分離，并能提高對(duì)水管過(guò)熱的保護(hù)。具有彎曲端部分的獨(dú)特傾 斜設(shè)計(jì)可用在使用蒸汽包括驅(qū)動(dòng)蒸汽機(jī)的很多領(lǐng)域，如用于生產(chǎn)用蒸汽、 用于蒸汽加熱、用于醫(yī)用消毒器、用于大部分商業(yè)動(dòng)力設(shè)備、用于利用蒸 汽鍋爐的原子核發(fā)生器、或者使用蒸汽的任何應(yīng)用中。
2. 已有技術(shù)
用于形成蒸汽的水管式鍋爐已經(jīng)使用了數(shù)十年，且通常由自然循環(huán)式 水管鍋爐和浸入式水管鍋爐組成。水管鍋爐被發(fā)展來(lái)用于滿足對(duì)壓力和溫 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)火管鍋爐的可能壓力和溫度的大量蒸汽的要求。
與火室鍋爐或火管鍋爐相比，水管鍋爐災(zāi)難性爆炸的風(fēng)險(xiǎn)低，并且它 們節(jié)省空間。水管鍋爐還保證快速的蒸汽上升和便捷的傳輸。但是，水管 鍋爐的要求在于供應(yīng)水應(yīng)基本上純凈并經(jīng)過(guò)特別處理以保護(hù)蒸汽管，而 且因?yàn)檫@個(gè)原因可能需要特定的維護(hù)程序。
因?yàn)樗鼈兊陌踩院痛蟮恼羝a(chǎn)量，水管鍋爐用在從蒸汽機(jī)到原子 核動(dòng)力設(shè)備的產(chǎn)品中，并且被認(rèn)為是用于蒸汽推動(dòng)系統(tǒng)中蒸汽形成的特別 安全的設(shè)計(jì)。各種各樣尺寸和設(shè)計(jì)的水管鍋爐用在發(fā)電站、原子核反應(yīng)堆、 船和工廠中。眾所周知的設(shè)計(jì)例如Babcock和Wilcox的那些設(shè)計(jì)已經(jīng)使用了數(shù)十年，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解與熱源適當(dāng)連通并供所有這類鍋 爐使用的包含在此的水管設(shè)備的布置和使用。
加熱水管鍋爐或蒸汽發(fā)生器的水管要求燃料在爐子內(nèi)燃燒，從而產(chǎn)生 熱氣。熱氣以本領(lǐng)域中已知的各種方式流通到水管以加熱蒸汽發(fā)生管中的 水。
浸入式水管鍋爐 一般使用 一種用來(lái)加熱蒸汽發(fā)生器中的水或流體的 裝置。來(lái)自礦物燃料、原子核動(dòng)力、天然氣或其他資源的熱通過(guò)實(shí)質(zhì)上的
第 一立式集管(a first substantially upright header)流通到下部排傾斜管。 第一或下部排管傾斜成^t蒸汽通過(guò)多個(gè)垂直集管向上流通。在這種浸入式 鍋爐中，下部排管實(shí)質(zhì)上浸沒在從第一立式集管流通的熱水中。下部排管 中的每個(gè)都在傾斜端與實(shí)質(zhì)上的第二垂直集管連通，其中，蒸汽在第二集
管中上升，而水將返回到下面的蓄水池，從而供給第一集管。
與水位線之上的第二集管連通的上部排管接收通過(guò)第二集管從下部 排管流通的蒸汽，且使該蒸汽通過(guò)與實(shí)質(zhì)上的第二垂直集管成傾斜角度的 上部排管流通返回到第一集管。第一排管和第二排管的優(yōu)選傾斜角度是 11和15度之間的角度，其中當(dāng)前尤其優(yōu)選的模式實(shí)質(zhì)上是12度。
各種專利例如美國(guó)309,282 (Babbitt)描述了這種常規(guī)浸入式水管蒸 汽發(fā)生器，且所有這種常規(guī)浸入式水管蒸汽發(fā)生器都具有殘留水與流通到 上部排管的蒸汽分離不充分的缺點(diǎn)。因此，需要改良的水管式鍋爐或蒸汽 發(fā)生器，其既能使水干燥又能使水與蒸汽分離。這種設(shè)備還應(yīng)該使水管過(guò) 熱的危險(xiǎn)最小，因?yàn)槭顾苓^(guò)熱會(huì)損壞儀器，且這樣做的話，會(huì)導(dǎo)致蒸汽 發(fā)生器設(shè)備的額定功率增加。這樣的設(shè)備應(yīng)該為基本上沒有水滴的渦輪等 提供蒸汽，而水滴能夠嚴(yán)重?fù)p壞渦輪葉片。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的設(shè)備和形成設(shè)備的方法提供了改良的水管鍋爐或蒸汽發(fā)生 器，其克服了以上提及的已有技術(shù)的不足。所公開的設(shè)備適合用于水管式 蒸汽發(fā)生器設(shè)備用來(lái)與適當(dāng)流通的熱源組合以產(chǎn)生蒸汽的任何地方，無(wú)論 它是使熱從熱源流通至水管鍋爐的液體還是氣體。設(shè)備以被劃分為兩部分或兩排的水管道為特色。下部部分以多個(gè)管中 的每個(gè)都從第一端向上傾斜為特色，該第一端與第一垂直集管密封接合。 下部部分中的多個(gè)管的每個(gè)都在上部端與實(shí)質(zhì)上的第二垂直集管密封接合。在一個(gè)使用模式中，設(shè)備可操作地與爐子中熱氣形式的熱源連通。在 其他使用模式中，設(shè)備可以與浸沒在水中作為浸入式水管鍋爐的整個(gè)下部 管部分一起使用。工作時(shí)，熱水流通到第一立式集管中，之后進(jìn)入管下部部分的傾斜管中。從管下部部分到達(dá)第二立式集管軸向通路(axial passage)的蒸汽和 水的最熱部分將在第二集管中自然地上升，在這里，蒸汽和水的最熱部分 隨后流通到在第二集管和第 一 集管的軸向空穴(axial cavity)之間密封接合 的第二排傾斜管。第二排管也從與第二集管接合的下部端向上傾斜成，以使每個(gè)管的相 對(duì)端與第一集管的上部密封接合。從下部管部分進(jìn)入第二集管的蒸汽和/ 或水隨即流通到組成第二排傾斜管的管中，在這里其將自然地朝第一集管 的上部端上升。因此，該設(shè)備以兩排管為特色，其中下部排或下部部分的所有管從各 自開始端到第二集管處的各自終結(jié)端向上傾斜。上部排中所有多個(gè)管從與 第二集管密封相通的開始端到與第一集管密封接合的其終端向上傾斜。上 部排或第二排在與下部排管相對(duì)的方向上橫跨第一集管和第二集管之間 的距離。在設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案中，在上部排管的每個(gè)管構(gòu)件鄰近于與第 一集 管的各個(gè)接合點(diǎn)的上部端部分處，每個(gè)管彎曲成向下傾斜以與第二集管密 封接合。因此，上部排管中的每個(gè)管的上部端部分使方向從向上角度改變 成向下角度，恰好接近于與第一集管的密封接合點(diǎn)。通常，組成上部排的管的上部端的角度的此變化繞曲線使所提到的向 上角度改變成下傾角度。相對(duì)于實(shí)質(zhì)上垂直的第二集管，當(dāng)前優(yōu)選的向上 傾斜的角度實(shí)質(zhì)上是12度，對(duì)于20到30度之間的下傾角度，其中在它 們與實(shí)質(zhì)上垂直的第一集管接合處，大約25度是尤其優(yōu)選的角度。方向上的改變導(dǎo)致組成上部排管的管的上部端部分向下或下傾靠近，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該方向上的改變能極大地提高使水與蒸汽分離的設(shè)備的效率，蒸 汽從第一集管的上部端流通到需要蒸汽的設(shè)備。上部排管的傾斜管的管子 中的蒸汽自然地朝每個(gè)傾斜管的頂部上升。因此，在管的方向或角度從上 傾改變?yōu)槌诙芟聝A的每個(gè)管的上部端的位置處，蒸汽被分離并在向 上方向加速進(jìn)入第 一集管。已經(jīng)在每個(gè)管的下半部分上的混合物中的水部 分繼續(xù)向下到管的下傾斜面，進(jìn)入第一集管。蒸汽和水的這種分叉能實(shí)現(xiàn) 蒸汽與水的極高程度的分離，而在此之前這種分離是已有技術(shù)的簡(jiǎn)單水平 管或上傾管不能夠提供的。因此，本發(fā)明的目的是提供用于水管鍋爐的水管部件，其提供增強(qiáng)的 鍋爐效率和蒸汽形成，可用于為獲得動(dòng)力而使用產(chǎn)生蒸汽的熱源的任何類 型的水管鍋爐。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是使用水管部件的所有上部管的實(shí)質(zhì)上向下彎 曲部分來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽與水的分離，而蒸汽流通到需要蒸汽的設(shè)備。隨后變得明顯的這些以及其他目的和優(yōu)勢(shì)歸于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作 細(xì)節(jié)，如在下文中更充分描述和要求的，必須參考形成本發(fā)明一部分的附 圖，其中相同數(shù)字在全文中指相同部件。關(guān)于以上描述，在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案之前，應(yīng) 理解，本發(fā)明在其應(yīng)用時(shí)并不局限于下列描述中所闡述的或者附圖中所展 示的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及部件的布置或步驟。本發(fā)明的各種設(shè)備和方法可以是其 他實(shí)施方案，且可以以各種方式實(shí)施和實(shí)現(xiàn)，而一旦本領(lǐng)域的技術(shù)人員回 顧本公開內(nèi)容時(shí)，此類方式對(duì)于他們是顯而易見的。同樣，應(yīng)該理解，此 處使用的措詞和術(shù)語(yǔ)出于描述目的且不應(yīng)看作限制性的。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，本公開內(nèi)容基于的概念可易于用于作為實(shí)現(xiàn)本浮力機(jī)(buoyancy engine )若干目的的其他設(shè)備、方法和系 統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，重要的是目的和權(quán)利要求應(yīng)被看作包括這種等價(jià)結(jié) 構(gòu)和方法，而目前它們并不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。將在說(shuō)明書的以下部分中引出本發(fā)明進(jìn)一步的目的，其中詳細(xì)描述的 目的在于充分公開本發(fā)明而不是對(duì)其限制。附圖簡(jiǎn)要描述

圖1描繪了此處所描述的水管設(shè)備的視圖，其顯示了用于水管鍋爐或圖2描繪了圖1的作為浸入式水管鍋爐使用的設(shè)備的視圖，其顯示了 兩排管的傾斜的角度，且尤其優(yōu)選第二排管的上部端部分的向下角度。還 顯示了浸入的下部排。圖3描繪了當(dāng)上部排管的上部端部分在其與第一垂直集管接合處以 向下角度連通時(shí)，流體流動(dòng)中蒸汽與水分離的改進(jìn)。^S開i殳備優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述如圖1-3中所描繪的，此處的設(shè)備10提供了一種蒸汽發(fā)生器或者水 管鍋爐，其適合于可操作地與熱源例如常規(guī)爐子或者用于使熱量流通至設(shè) 備10的其他裝置接合。當(dāng)用于已有技術(shù)的任何類型的水管鍋爐時(shí)，上述 改良的水和蒸汽分離的設(shè)備10將提供顯著的改進(jìn)。設(shè)備10更適合于安裝 成可操作地與所選熱源連通以產(chǎn)生蒸汽，且以用于通過(guò)設(shè)備使蒸汽和水連通的多個(gè)管12和13為特色。兩組傾^F的多個(gè)管12和13形成在兩個(gè)不同 排上。下部排14以多個(gè)管12為特色，在當(dāng)前模式中，多個(gè)管12實(shí)質(zhì)上彼 此平行且具有足夠滿足預(yù)期目的的流體容量。下部排14的多個(gè)管12中的 每個(gè)都以傾斜角度"C"從下部第一端向上傾斜，該下部第一端與第一垂 直集管16密封接合。下部排14中的多個(gè)管12中的每個(gè)都在上部端處， 進(jìn)而與實(shí)質(zhì)上的第二垂直集管18密封接合。在設(shè)備10當(dāng)前優(yōu)選模式中的 第一垂直集管16和第二垂直集管18基本上垂直于水平支撐表面，且第一 垂直集管16和第二垂直集管18平行；然而，應(yīng)設(shè)想可以使用垂直集管 16和18與支撐表面及彼此之間的其他角度。在特定優(yōu)選模式中，如圖2中所示的設(shè)備可安裝為浸入式水管型鍋爐 構(gòu)型中的蒸汽發(fā)生器，其中整個(gè)下部管部分浸沒在水位19以下的水中。在蒸汽形成的揭:作中，熱水流通到第一集管16中，且此后進(jìn)入下部排14的傾斜管12中，其中從下部排抵達(dá)第二立式集管18的蒸汽和水的 最熱部分將在第二集管18中自然地上升。該蒸汽和高溫水在此流通到第 二或上部排15的傾斜管13,在這里，其在傾斜管13中從第二集管18朝 第一集管16繼續(xù)向上。管13的上部排15以傾斜的角度"D，，從與第二集管18接合的第一 或下部端到曲線轉(zhuǎn)變點(diǎn)處向上傾斜，之后向下在第二端處與第一集管16 密封接合。從下部管排14流通到第二集管18中的蒸汽和/或水隨即通過(guò) 上部排15的多個(gè)管13,在這里，其將朝接合至第一集管16的第二端上 升。如所提及的，在設(shè)備10的尤其優(yōu)選模式中，即實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示工作時(shí) 具有改進(jìn)的效率的模式中，上部排15中的每個(gè)管13的端部分，從鄰近于 管13各自與第一集管16各個(gè)接合點(diǎn)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)處的曲線，都以下傾角度 "A，，從每個(gè)管13的彎曲點(diǎn)向下傾斜。在上部排15的管13的上部端處， 從提到的優(yōu)選傾斜到每個(gè)管的端部分中的下傾角度或路徑的角度反向已 經(jīng)顯示在設(shè)備10的蒸汽和水分離以及效率方面提供了意想不到的結(jié)果。 當(dāng)與立式平行的第一集管16和第二集管18組合時(shí)產(chǎn)生最有利結(jié)果的管 13相對(duì)于實(shí)質(zhì)上垂直的第二集管18的當(dāng)前傾斜角度實(shí)質(zhì)上是12度。彎 曲部分和第二端之間的端部分的下傾角度在朝向與實(shí)質(zhì)上垂直的第一集 管16密封接合處實(shí)質(zhì)上是25度時(shí)起到很好的作用。蒸汽與水分離效率的提高是通過(guò)在上部管13中進(jìn)行的加強(qiáng)水從蒸汽 分離的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該裝置由管13的端部分在其與第一集管16的上部 部分密封接合處的下傾方法提供。由管13的下傾端部分提供的管13中改 進(jìn)的蒸汽和水分離通過(guò)朝管13頂部上升的蒸汽和在下傾時(shí)被加速的管13 底部上的水提供。在與集管16密封接合的管13中已經(jīng)在管13上部部分 上的蒸汽在其到達(dá)時(shí)被向上加速進(jìn)入第一集管16。因較低熱含量和較高 密度而已經(jīng)在每個(gè)管13下半部分上的水也通過(guò)管13的下傾斜坡加速進(jìn)入 第一集管16。當(dāng)水密集并以下傾角度速度加速時(shí)，其以由管13的端部分 形成的向下角度繼續(xù)并進(jìn)入第一集管16。因而，上部排管13的端部分的下傾角度導(dǎo)致更熱和更干的蒸汽，這 些更熱個(gè)更干的蒸汽流通到第一集管16的上部部分并到達(dá)渦輪葉片，或 者用于要求高壓、干蒸汽的任何其他目的。為了展示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案，附圖中所顯示并在此所詳細(xì) 描述的方法和部件公開了特定結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的元件的布置。但是，應(yīng)理解， 可應(yīng)用不同結(jié)構(gòu)和構(gòu)型，且可使用不同步驟和處理過(guò)程的元件以及其的其 他布置，而不是所展示和描述的那些，用以根據(jù)本發(fā)明的主旨來(lái)提供蒸汽 發(fā)生器或水管鍋爐。因此，雖然此處已經(jīng)參考其具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是一定范 圍的修改、各種變化和替換被設(shè)想在前述公開內(nèi)容中，且應(yīng)意識(shí)到，在某 些情況下，可以應(yīng)用本發(fā)明的某些特征而沒有相應(yīng)使用其他特征，而不偏 離所附權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)想到的所有 這類變化、變換和修改被認(rèn)為是在附加權(quán)利要求所廣泛界定的本發(fā)明的范 圍內(nèi)。此外，本發(fā)明前述摘要的目的是使美國(guó)專利和商標(biāo)局以及公眾， 一般 并尤其是科學(xué)家、工程師和不熟悉專利或者法律術(shù)語(yǔ)或措辭的本領(lǐng)域的從 業(yè)者，能夠從粗略瀏覽中快速確定本申請(qǐng)技術(shù)公開內(nèi)容的性質(zhì)和實(shí)質(zhì)。摘 要并不是要界定由權(quán)利要求權(quán)衡的本申請(qǐng)的發(fā)明，也不是要以任何方式限 制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在水管鍋爐中產(chǎn)生蒸汽的蒸汽發(fā)生器，其包括實(shí)質(zhì)上的第一立式集管，其具有適合于與熱水供應(yīng)連通的密封軸向路徑；第二立式集管，其與所述第一集管間隔一段距離，并在其間界定間隙，所述第二立式集管具有密封軸向通道；第一多個(gè)管，其具有內(nèi)部通路，所述第一多個(gè)管在所述軸向路徑和所述軸向通道之間的密封接合處連通；所述第一多個(gè)管形成下部排，所述下部排的所述管中的每個(gè)具有從與所述第一立式集管的下部接合點(diǎn)到與所述第二集管的上部接合點(diǎn)的傾斜的角度；第二多個(gè)管，其具有穿過(guò)其的軸向?qū)Ч?，所述第二多個(gè)管在所述軸向通道和所述軸向路徑之間的密封接合處連通；所述第二多個(gè)管形成上部排，所述第二多個(gè)管中的每個(gè)以從接合至所述第二立式集管的第一端到鄰近于所述第一立式集管的轉(zhuǎn)變點(diǎn)的傾斜角度而連通；所述上部排的所述管中的每個(gè)的端部分在所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)和與所述第一立式集管接合的所述管之間；以及所述端部分具有從所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)到與所述第一立式集管的所述接合的通常下傾角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括所述下傾角度提供使所迷水向所述軸向通道的下部部分加速的裝置， 并從而使所述水與流通至所迷軸向通道的所述蒸汽分離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，其還包括 所述軸向通道的上部端，其適合于使所迷蒸汽流通至蒸汽驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括所述下傾角度在20和30度之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述下傾角度在20和30度之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述下傾角度在20和30度之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是在11和15度之間的角度；以及 所述傾斜角度在11和15度之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是在11和15度之間的角度；以及 所述傾斜角度在20和30度之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是在11和15度之間的角度；以及 所述傾斜角度在11和15度之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是實(shí)質(zhì)上12度的角度；以及 所述傾斜角度在實(shí)質(zhì)上12度之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是實(shí)質(zhì)上12度的角度；以及 所述傾斜角度在實(shí)質(zhì)上12度之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括 所述傾斜的角度是實(shí)質(zhì)上12度的角度；以及 所述傾斜角度在實(shí)質(zhì)上12度之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括: 所述下傾角度在實(shí)質(zhì)上25度之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括: 所述下傾角度在實(shí)質(zhì)上25度之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于水管鍋爐的蒸汽發(fā)生器，還包括: 所述下傾角度在實(shí)質(zhì)上25度之間。
全文摘要
一種用于在水管鍋爐中產(chǎn)生蒸汽的蒸汽發(fā)生器，其具有與連通在其間的管的下部?jī)A斜排(12、14)和上部?jī)A斜排(13、15)密封連通的第一立式集管和第二立式集管(16、18)。上部排(13、15)中管的端部分朝其與立式集管(16)連通的方向改變成下傾角度。下傾角度保證增強(qiáng)管中蒸汽與熱水的分離。
文檔編號(hào)F22B37/10GK101268306SQ200680034305
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者愛德華·普里特查德 申請(qǐng)人:愛德華·普理特查德