雙螺旋水流筒式高效冷卻器的製作方法

2023-10-04 15:53:54 3

專利名稱：雙螺旋水流筒式高效冷卻器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬機械工程類的熱交換介質不直接接觸的熱交換設備，具體涉 及火力發電廠熱力系統中高溫水和蒸汽在線取樣分析裝置用的筒式冷卻裝 置。
技術背景在火力發電的熱力系統中，工作介質 一 一高溫高壓水和蒸汽的品質直接影 響熱機的安全性能。因此，對高溫高壓水和蒸汽取樣進行在線連續分析、監 測是不可缺少的。如果直接將高溫高壓水和蒸汽引入在線儀表是不現實的， 通常必須先將水和蒸汽的溫度、壓力、流量降至分析監測儀表正常工作允許 的條件下進行。冷卻器作為系統降溫設備，其換熱效率直接影響高溫高壓水和蒸汽在線取 樣分析監測裝置的性能。目前用於火力發電廠熱力系統中，在線取樣分析監測裝置用的冷卻裝置主要有筒式冷卻器和雙套管式冷卻器兩種。中國專利94 年2月23日曾公告了一種筒式高效螺旋管流冷卻器(CN1082705A， 92107667.3)，其主要結構和原理為筒體與內套構成密閉環形腔體結構，環 形腔內設有螺旋管，螺旋管兩端從腔內伸出，冷卻水的進水管設在環形腔下 部的切線方向上，出水管^L在環形腔上部的切線方向上，進水管與環形腔和 出水管構成的環流通道與螺旋管的旋向相同，環形腔自下而上為容積收斂。 工作時，螺旋管接樣水(高溫高壓水和蒸汽)，冷卻水沿進水管進入，出水管 流出，在環形腔內形成自下而上與螺旋管內水和蒸汽流動方向相反的螺旋管 流，使樣水(高溫高壓水和蒸汽)降溫。上述技術方案與原始的自然對流式 筒式冷卻器相比無疑，冷卻效果更好。但隨著形勢發展，火力發電廠機組容 量越來越大，對冷卻器的換熱效率要求也越來越高，上述技術方案為進一步 提高換熱效率，增大換熱面積，就只能將螺旋管設計得更長，使螺旋管的螺 距越來越小，即螺旋管越繞越密(現一般螺旋外徑為10mm，而螺距僅llmm)。 在實際使用中，繞密後的螺旋管就像一隔牆一樣阻礙了螺旋管內側和外側的 冷卻水的流通，就導致冷卻水僅在螺旋管的外側空間中螺旋流動，而螺旋管 內側空間的冷卻水流動速度慢甚至不流動，導致螺旋管內側表面換熱效率很 差，即浪費了螺旋管的內側表面，最終限制了換熱效率的進一步提高。因此如何改進上述現有的筒式冷卻器結構，進一步提高換熱效率，便成了本行業設計研究人員十分關心的問題。 發明內容本實用新型為解決現有技術存在的螺旋管內側冷卻水螺旋流動效果不佳， 導致換熱效率不高的技術問題，提供了一種新型的樣水螺旋形流動，而冷卻水也螺;旋形流動的雙螺;旋水流筒式高效冷卻器。為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是 一種雙螺旋水流筒式高 效冷卻器，包括密閉的筒體、置於該筒體內中央處的封閉式內套、置於筒體 內且套在內套外的螺旋管，所述螺旋管的兩端從筒體內伸出，冷卻水出水管 設在筒體上部，其創造性在於所述筒體內底部在螺旋管的下方設有旋流發生裝置，該旋流發生裝置主要 由外導流套、內導流套、環形隔板及封口板構成；所述外導流套為一套環，它同軸心置於筒體內，以此外導流套與筒體壁間 形成一外環導向空間，該外環導向空間上方開口對應於螺旋管外側的空間； 所述外導流套底部壁面上沿周向均布導流孔，這些導流孔在周向上以其中心 延長線未通過軸心的渦旋方向設置；所述內導流套也為一套環，它同軸心置於外導流套內，內導流套底部和外 導流套之間以環形隔板密封連接，該環形隔板水平位置高於外導流套的導流 孔的水平位置，以此內導流套與外導流套之間形成一內環導向空間，該內環 導向空間上方開口對應於螺旋管內側的空間；所述內導流套壁面上，在高於 環形隔板的水平位置沿周向均布有導流孔，這些導流孔在周向上以其中心延 長線未通過軸心的渦旋方向設置，這些導流孔的渦旋旋向與外導流套的導流 孔的渦旋:旋向一致；並且，所述內導流套的內部或上端埠處密封連接有封口板，該封口板的 水平位置高於內導流套的導流孔的水平位置，以此在外導流套和內導流套的 內腔底部形成密閉的進水腔，該進水腔一端連通冷卻水進水管，另一端分別 經內導流套和外導流套上的各導流孔與內環導向空間、外環導向空間連通。上述^R術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，所述"這些導流孔在周向上以其中心延長線未通過軸心 的渦旋方向設置"是指各導流孔是中心延長線不通過軸心的偏置的斜向孑L， 並且這些孔在周向上均是朝同一旋向偏置，形成渦旋。至於導流孔偏置的較 佳範圍為各導流孔的中心線與切線方向的夾角為30。 ~50° ，最佳為各 導流孔的中心線與切線方向的夾角為45° 。導流為45°好加工，導流效果也較佳。2、 上述方案中，所述內導流套底端伸至外導流套的中部或中下部，在底 端與外導流套間以環形隔板密封連接；所述冷卻水進水管沿軸心設置於筒體 底部，其上端向上延伸與封口板底面密封連接；且環形隔板的內緣也向內延 伸與冷卻水進水管外壁密封連接，以此將進水腔分隔成獨立的上環形進水腔 和下環形進水腔；所述冷卻水進水管管壁上各對應上環形進水腔和下環進水 腔沿周向均布導流孔，這些導流孔在周向上也以其中心延長線未通過軸心的 渦旋方向設置，其旋向與外導流套及內導流套上的導流孔的渦旋旋向 一致。 以此達到內外雙重導流孔導流作用，使水流的旋轉力更大，旋轉速度加快， 進一步提高換熱效率。3、 上述方案中，所述螺旋管和內套的上端與一端蓋連接成一體，該端蓋 密封蓋設於筒體的上埠上，使螺旋管和內套是從上向下插設於筒體內。這 一設計是為了方便更換和清洗螺旋管。4、 上述方案中，所述"該外環導向空間上開口對應於螺;旋管外側的空間" 意為所述外環導向空間的上開口在豎直方向上正朝向螺旋管外側的空間， 該螺旋管外側的空間即是螺旋管與筒體內壁之間的空間。5、 上述方案中，所述"該內環導向空間上開口對應於螺旋管內側的空間" 意為所述內環導向空間的上開口在豎直方向上正朝向螺旋管內側的空間， 該螺旋管內側的空間即是螺旋管與內套之間的空間。6、 上述方案中，所述"封閉式內套"意為上下端封口的柱形體，它的作 用主要是導向，因此以實心柱體代替也可。7、 上述方案中，所述"上""下""底"等方向都是指冷卻器工作狀態下 擺放的狀態來定的，即工作時冷卻器就按上下方向設置，如圖l中所示狀態。本實用新型工作原理是根據流體管流原理和流體運動學原理，工作時， 向螺旋管內通入樣水，樣水從上至下流經螺旋管；同時，冷卻水經進水管進 入進水腔中，分為兩股流，其中一股經外導流套上的導流孔進入外環導向空 間，因為導流孔的旋流導向作用，進入外環導向空間的冷卻水自下向上，以 與螺旋管內的樣水流動方向相反的螺旋管流形式流經螺旋管的外側空間，與 螺旋管的外側表面充分接觸帶走熱量；而另一股冷卻水經內導流套上的導流 孔進入內環導向空間，也同樣因為導流孔的旋流導向作用，進入內環導向空 間的冷卻水也自下向上，以與螺旋管內的樣水流動方向相反的螺旋管流形式 流經螺旋管的內側空間(即螺旋管與內套間的空間)，與螺旋管的內側表面充分接觸帶走熱量；最後兩股冷卻水匯聚沿筒體上部內壁面切線方向從出水管 流出。由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1、 由於本實用新型採用了旋流發生裝置，冷卻水能分成內外兩股螺旋形 式上升流動， 一股對應於螺旋管外側空間與螺旋管外側表面熱交換，另一股 正對應於螺旋管內側空間與螺旋管內側表面熱交換，保證了螺旋管內側空間 的水流速度和流量，使螺旋管內側和外側冷卻均勻，即是充分利用了螺旋管 的表面積，從而最終提高了熱交換效率。2、 由於本實用新型採用封閉式內套，使冷卻水在單位時間內帶走的熱量 更高。3、 由於本實用新型螺旋管和內套的上端與一端蓋連接成一整體，要清洗 和更換螺旋管時，將這三者從筒體內向上取出即可，使用維護十分方便。

附圖1為本實用新型整體結構示意圖；附圖2為附圖1的A向結構流體旋向示意圖；附圖3為本實用新型中旋流發生裝置的結構示意圖；附圖4為附圖3中的B-B向截面示意圖；附圖5為附圖3中的C-C向截面示意圖。以上附圖中1、筒體；2、內套；3、螺旋管；4、冷卻水出水管；5、旋 流發生裝置；6、外導流套；7、內導流套；8、環形隔板；9、封口板；10、 導流孔；11、外環導向空間；12、內環導向空間；13、導流孔；14、進水腔； 15、冷卻水進水管；16、上環形進水腔；17、下環形進水腔；18、導流孔； 19、樣水入口； 20、樣水出口； 21、端蓋；22、導流孔。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見附圖1、附圖2所示， 一種雙螺旋水流筒式高效冷卻器，包 括密閉的筒體l、置於該筒體l內中央處的封閉式內套2、置於筒體l內且套 在內套2外的螺旋管3，所述螺旋管3的兩端從筒體1內伸出，冷卻水出水管 4設在筒體1上部內壁面的切線方向上。所述封閉式內套2為一圓柱形空心柱 體。參見附圖1、附圖3所示，所述筒體l內底部在螺旋管3和內套2的下方 設有旋流發生裝置5，該旋流發生裝置5主要由外導流套6、內導流套7、環形隔板8及封口板9構成。參見附圖1、附圖3所示，所述外導流套6為一上下兩端敞口的套環，它 同軸心置於筒體1內，其底端與筒體1內底面密封連接，以此外導流套6與 筒體l壁間形成一外環導向空間11,該外環導向空間ll上開口對應於螺旋管 3外側的空間；所述外導流套6底部壁面上沿周向均布一圏導流孔10，這一 圈導流孔IO在周向上以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置，其分布形 式參見附圖5所示，具體一圏導流孔10有五個，各導流孔10的中心線不通 過軸心向同一;^走向偏置，它們的中心線與切線方向的夾角n如圖所示，較佳 為30° ~50° ,最佳為45° 。參見附圖1、附圖3所示，所述內導流套7也為一上下兩端敞口的套環， 它同軸心置於外導流套6內，內導流套7底部伸至外導流套6的中部或中下 部且與外導流套7之間以環形隔板8密封連接，該環形隔板8水平位置高於 外導流套的導流孔10的水平位置，以此內導流套7與外導流套6之間形成一 內環導向空間12，該內環導向空間12上開口對應於螺3走管3內側的空間；所 述內導流套7壁面上，在高於環形隔板8的水平位置沿周向均布有一圏導流 孔13,這一 圏導流孔13在周向上以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置， 其分布形式參見附圖4所示。具體一圏導流孔13有四個，各導流孔13的中 心線不通過軸心向同一旋向偏置，它們的中心線與切線方向的夾角n如圖所 示，較佳為30° ~50° ,最佳為45° ;並且，這些導流孔13的渦旋旋向與 外導流套的導流孔10的渦旋旋向一致。參見附圖1、附圖3所示，所述內導流套7的內部或上端埠處密封連接 有封口板9,該封口板9的水平位置高於內導流套的導流孔13的水平位置， 以此在外導流套6和內導流套7的內腔底部形成密閉的進水腔14; 一冷卻水 進水管15沿軸心設置於筒體1底部，其上端向上延伸插設進筒體內與封口板 9底面密封連接；且環形隔板8的內緣也向內延伸與冷卻水進水管15外壁密 封連接，以此將進水腔14被分隔成獨立的上環形進水腔16和下環形進水腔 17。參見附圖3、附圖4、附圖5所示，所述冷卻水進水管15管壁上各對應上 環形進水腔16和下環進水腔17沿周向均布一圏導流孔18、 22 (即共上部一 團導流孔18和下部一圏導流孔22 )，其中上部一圈導流孔18與導流孔13處 在同一水平高度相對應，下部一圏導流孔22與導流孔10處在同一水平高度 相對應，這兩圏導流孔18、 22在周向上均以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置，各導流孔18、 22的中心線不通過軸心朝向同一旋向偏置，它們的 中心線與切線方向的夾角n如圖所示，較佳為30° ~50° ,最佳為45° ;並 且，它們的旋向與外導流套及內導流套上的導流孔IO、 13的渦旋旋向一致。 具體，上部一圏導流孔18與導流孔13相對應為四個，下部一圏導流孔22與 導流孔10相對應為五個。參見附圖l所示，所述螺旋管3和內套2的上端與一端蓋21連接成一體， 該端蓋21密封蓋設於筒體1的上埠上，使螺旋管3和內套2是從上向下插 設於筒體l內，這裡的端蓋21為一上法蘭，而筒體l的上埠固定連接一下 法蘭，上法蘭和下法蘭以螺釘固定。這樣在清洗和更換螺旋管3時，只要卸 下螺釘，整體卸下上法蘭、螺旋管3和內套2即可，使用和維護方便。工作時，如附圖1、附圖3、附圖4、附圖5所示，水流方向如箭頭所示， 冷卻水經冷卻水進水管15通入，分為兩股，第一股經進水管壁面上的上部一 圏導流孔18進入上環形進水腔16，再經內導流套上的一圈導流孔13進入內 環導向空間12,因導流孔18、和導流孔13雙重導向作用，冷卻水向順時4十 方向旋轉起來，冷卻水流再由內環導向空間12導向向上螺旋形上升，正對應 流經螺旋管3的內側空間；冷卻水進水管15通入的冷卻水分出的第二股經進 水管壁面上的下部一圏導流孔22進入下環形進水腔17，再經外導流套上的一 圈導流孔10進入外環導向空間11，因導流孔22、和導流孔10雙重導向作用， 冷卻水向順時4j"方向^走轉起來，該股冷卻水流再由外環導向空間ll導向向上 螺旋形上升，正對應流經螺旋管3的外側空間；這樣兩股冷卻水流分別流經 衝刷螺旋管3的內側和外側表面，帶走熱量，最終兩股水流匯聚經冷卻水出 水管4沿筒體1內壁切線方向排出。兩股水流分別對應流經螺旋管3的內側 和外側，使冷卻均勻，與現有技術相比大大提高了螺旋管3內側空間的冷卻 水水流速度和流量，使內側表面的換熱效率明顯提高，最終提高了整體的冷 卻效果。如附圖l、附圖3、附圖4、附圖5所示，上述實施例中，所述外導流套上 的導流孔10如上所述^f又一圏，這是豐支佳方案，而實際也可"^殳計為上下多圏， 每圏導流孔10的數量也是舉一例為五個，實際也不限，2個以上都可。所述 內導流套上導流孔13如上所述^f叉一圏，這是較佳方案，而實際也可"^殳計為上 下多圈，每圏導流孔13的數量也是舉一例為四個，實際也不限，2個以上都 可。所述冷卻水進水管15管壁上的導流孔18和導流孔22也同樣可以是一圏 或多圈，它的設置位置最佳是與導流孔10或導流孔13相對應處同一水平高度。當然，實際上下相錯開也是可行的。另外，最佳可如下設計冷卻水進 水管15上部的導流孔18的孔徑之和與內導流套的導流孔13的孔徑之和相等， 冷卻水進水管15下部的導流孔22的孔徑之和與外導流套的導流孔10的孔徑 之和相等，以此使上環形進水腔16和下環形進水腔17進入的水量等於出去 的水量，水流平穩。另外，再近一步因為螺旋管的內側空間和外側空間大小 的不同， 一般可能外側空間大而內側空間小，相對應外導流套的導流孔10的 孔徑之和也設計得較大，而內導流套的導流孔13之和設計得較小。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實 用新型的保護範圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都 應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種雙螺旋水流筒式高效冷卻器，包括密閉的筒體(1)、置於該筒體(1)內中央處的封閉式內套(2)、置於筒體(1)內且套在內套(2)外的螺旋管(3)，所述螺旋管(3)的兩端從筒體(1)內伸出，冷卻水出水管(4)設在筒體(1)上部，其特徵在於所述筒體(1)內底部在螺旋管(3)的下方設有旋流發生裝置(5)，該旋流發生裝置(5)主要由外導流套(6)、內導流套(7)、環形隔板(8)及封口板(9)構成；所述外導流套(6)為一套環，它同軸心置於筒體(1)內，以此外導流套(6)與筒體(1)壁間形成一外環導向空間(11)，該外環導向空間(11)上方開口對應於螺旋管(3)外側的空間；所述外導流套(6)底部壁面上沿周向均布導流孔(10)，這些導流孔(10)在周向上以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置；所述內導流套(7)也為一套環，它同軸心置於外導流套(6)內，內導流套(7)底部和外導流套(6)之間以環形隔板(8)密封連接，該環形隔板(8)水平位置高於外導流套的導流孔(10)的水平位置，以此內導流套(7)與外導流套(6)之間形成一內環導向空間(12)，該內環導向空間(12)上方開口對應於螺旋管(3)內側的空間；所述內導流套(7)壁面上，在高於環形隔板(8)的水平位置沿周向均布有導流孔(13)，這些導流孔(13)在周向上以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置，這些導流孔(13)的渦旋旋向與外導流套的導流孔(10)的渦旋旋向一致；並且，所述內導流套(7)的內部或上端埠處密封連接有封口板(9)，該封口板(9)的水平位置高於內導流套的導流孔(13)的水平位置，以此在外導流套(6)和內導流套(7)的內腔底部形成密閉的進水腔(14)，該進水腔(14)一端連通冷卻水進水管(15)，另一端分別經內導流套和外導流套上的各導流孔(10、13)與內環導向空間(12)、外環導向空間(11)連通。
2、 根據權利要求1所述的雙螺旋水流筒式高效冷卻器，其特徵在於所 述內導流套(7)底端伸至外導流套(6)的中部或中下部，在底端與外導流 套(7)間以環形隔板(8)密封連接；所述冷卻水進水管(15)沿軸心設置 於筒體(l)底部，其上端向上延伸與封口板(9)底面密封連接；且環形隔 板(8)的內緣也向內延伸與冷卻水進水管(15)外壁密封連接，以此將進水 腔(14)分隔成獨立的上環形進水腔(16)和下環形進水腔(17);所述冷卻水進水管(15)管壁上各對應上環形進水腔(16)和下環進水腔(17)沿周 向均布導流孔(18、 22)，這些導流孔(18、 22)在周向上也以其中心延長線 未通過軸心的渦旋方向設置，其旋向與外導流套及內導流套上的導流孔(10、 13)的渦旋旋向一致。
3、 根據權利要求1所述的雙螺旋水流筒式高效冷卻器，其特徵在於所 述各導流孔(IO、 13)的中心線與切線方向的夾角為30° -50° 。
4、 4艮據權利要求3所述的雙螺旋水流筒式高效冷卻器，其特徵在於所 述各導流孔(IO、 13)的中心線與切線方向的夾角為45° 。
5、 根據權利要求1所述的雙螺旋水流筒式高效冷卻器，其特徵在於所 述螺旋管(3)和內套(2)的上端與一端蓋(21)連接成一體，該端蓋(21) 密封蓋設於筒體(1)的上埠上，使螺旋管(3)和內套(2)是從上向下插 設於筒體(1)內。
專利摘要一種雙螺旋水流筒式高效冷卻器，包括筒體、內套、螺旋管，其特徵在於筒體內底部設有旋流發生裝置，該旋流發生裝置由外導流套、內導流套、環形隔板及封口板構成；外導流套與筒體壁間形成外環導向空間，外環導向空間對應螺旋管外側空間；內導流套與外導流套之間形成內環導向空間，內環導向空間對應螺旋管內側空間；外導流套和內導流套壁面上都均布有導流孔，它們在周向上以其中心延長線未通過軸心的渦旋方向設置；外導流套和內導流套的內腔底部形成進水腔，該進水腔一端連通冷卻水進水管，另一端經各導流孔與內環導向空間、外環導向空間連通。本實用新型冷卻水能分成內外兩股螺旋形式向上流動，使螺旋管內側和外側冷卻均勻，從而最終提高了熱交換效率。
文檔編號F28D7/02GK201126319SQ20072004431
公開日2008年10月1日 申請日期2007年9月29日 優先權日2007年9月29日
發明者徐中飛, 潘家麗 申請人:蘇州市中新動力設備輔機有限公司