動態調節式變聲速增壓熱交換器的製作方法

2023-05-10 03:03:01 1

專利名稱：：動態調節式變聲速增壓熱交換器的製作方法
技術領域：
：本實用新型屬於熱交換
技術領域：
，主要涉及的是一種動態調節式變聲速增壓熱交換器。技術背景國內公知的變聲速增壓熱交換器只能對流量進行間斷式調節，當換熱器熱負荷出現變化，或蒸汽、供回水參數出現變化系統無法正常運行時，無法進行即時調節。如需調整，只能停止系統正常運行，整體拆開設備，調整產品內部結構，即使在熱負荷或運行參數出現微量變動時，也無法對一定進水流量下的混合物狀態進行連續調節，而使系統處於非最佳運行狀態下運行，降低了換熱效率和運行安全性。
發明內容本實用新型的目的即由此產生，提出一種動態調節式變聲速增壓熱交換器。使系統在汽水參數發生變化時，在不停止系統運行的情況下達到連續動態調節。以使熱交換器內汽水混合質量比、壓力比始終處於最佳狀態，有效降低設備運行噪音和運行費用，提高其換熱效率和運行安全性。本實用新型實行上述目的採取的技術方案是其主要由前二通、蒸汽噴管、中三通、中二通及擴壓管和後二通，蒸汽噴管同軸設置在中三通內，擴壓管嵌套在中二通與後二通之間，在所述的中三通和中二通之間設置有可調中芯，所述的可調中芯可做軸向前後水平移動，其中心具有軸向貫通的混合室，該混合室由錐形曲線部分和水平直線部分構成，其中錐形曲線部分為流量調節段，水平直線部分為狀態壓力調節段。本實用新型是依據兩相流汽水混合換熱的理論，結合計算機、熱力學、流體力學、聲學、機械設計等領域的相關理論，應用連續方程、能量方程、動量定理、熱力學第一二定律等物理定律推導出用於理論設計的一套基本關係式，在給定蒸汽壓力、冷水壓力、溫度、出水量、衝擊力等設計參數下，確定熱交換器系統參數及工藝流程，並選定基本元件的幾何形狀和尺寸研製的節能環保型具有多種用途的的產品。其通過兩相流體場汽液混合壓縮時，經過絕熱膨脹技術處理後，以射流態與水在熱交換器混合室瞬間相混合。由於蒸氣釋放大量的汽化潛熱，產生了蒸汽與水兩相流的混合物，形成兩相流體場。當汽水兩相流滿足一定容積比時，場態激化，熱交換器中的混合物在不變截面管道內克服音障，使汽水混合物中的聲速大大低於蒸汽中的聲速(可低至510米/秒)，流動速度完成了向亞聲速的轉變。此時產生了大量的壓力激波。由於壓力激波的單向傳導特性，使流體在不變截面管道中出現壓力劇增而不回流現象。使輸出混合物的壓力可以大大超過蒸汽壓力，因而達到增壓和瞬時加熱的效果。其能瞬時將水加熱、加壓到設定溫度和壓力，可隨時調整水溫、水壓，起到即供即熱即有壓力的效果。汽水接觸面積小，在高速汽水流劇烈衝刷下，熱交換器內表面不易結垢。換熱效率高達99.28%，具有自增壓功能，輸出熱水的壓力高於輸入流體的壓力，可減少循環水泵的數量及功率，節省電能，降低能源消耗，減少汙染物排放，保護了環境。每小時最大可達100噸。體積小，重量輕，安裝簡便。本實用新型通過改善產品的內部結構，使內部結構由原固定狀態變為可連續調節狀態。對變聲速增壓熱交換器內部零件可進行動態調節，使系統在汽水參數發生變化時，在不停止系統運行的情況下可自動或手動達到新的平衡狀態。改變混合室內部曲線變化，由原線性結構變為區間性曲線結構，使熱交換器內汽水混合質量比、壓力比始終處於最佳狀態。當系統汽水參數發生變化時，可通過調節噴嘴與混合室的位置，改變噴嘴與混合室的間隙和距離，達到動態調節的目的。其具有以下特點1、本實用新型是一種射流式汽水混合增壓熱交換器，其輸出水的壓力可以高於工作蒸汽的壓力，它利用蒸汽的能量來直接加熱水、並使網路水循環，不需要補充其它能量，節約電能50%-85%以上，節約蒸汽10%以上。2、本實用新型為管狀設備，體積小，重量輕，安裝簡便。長度最大為1038mm，外徑最大為190mm，熱水在換熱器內，如同走高速公路，輸水量每小時最大可達100噸。改建項目無需大動現有管路，節省土建費用。內部材料為特種合金鋼，使用壽命15年以上，性能可靠，使用維護運行費用低。3、操作方便、簡單。能瞬時將水加熱到設定溫度，可隨時調整水溫，起到即供即熱的效果。汽水接觸面積小，在高速汽水流劇烈衝刷下，熱交換器管狀內表面不易結垢。輸出熱水的壓力較輸入流體的壓力高，具有自增壓功能。使蒸汽、水混合介質動壓增大，產生增壓節能效果。可減少、減少循環水泵的數量，節省電能30%85%。降低能源消耗，減少汙染物排放，保護了環境，由於在運行中可進行動態調節，可與計算機系統、自動控制系統聯網進行全面自動控制。4、性能參數如下表:序號性能參數單位達到的指標1動態調節式變聲速增壓熱交換器公稱內徑mm251002動態調節式變聲速增壓熱交換器噪音dB《853動態調節式變聲速增壓熱交換器內部真空度MP_0.Ol—O.14動態調節式變聲速增壓熱交換器熱生產能力KW3001085動態調節式變聲速增壓熱交換器供蒸汽壓力MP0.20.86蒸汽用量噸0.14.87動態調節式變聲速增壓熱交換器進水量噸2.4658動態調節式變聲速增壓熱交換器進水壓力MP0.20.69動態調節式變聲速增壓熱交換器進水溫度°C06510動態調節式變聲速增壓熱交換器出水靜壓力MP0tableseeoriginaldocumentpage6圖1為本實用新型的裝配結構示意圖。圖2為現有熱交換器中芯部位的結構示意圖。圖3是本實用新型的中芯部位的結構示意圖。圖中1、前二通，2、中三通，3、可調中芯，4、鎖緊螺母，5、密封圈，6、加固螺栓，7、中二通，8、後二通，9、狀態調節段，10流量調節段，11、蒸汽噴管，12、混合室，13、擴壓管。具體實施方式結合附圖，給出本實用新型的實施例如下如圖1結合圖3所示本實施例裝置具體主要由前二通1、蒸汽噴管11、中三通2、可調中芯3、中二通7及後二通8和擴壓管13構成。其中前二通1、中三通2、中二通7及後二通8的端面均為法蘭結構。蒸汽噴管11同軸插入中三通內，利用法蘭端面通過螺栓6與前二通和中三通固定連接並保持同軸性。中三通的一端與前二通連接、另一端設有內螺紋與可調中芯的一端連接。可調中芯3的外部兩端設有相應的外螺紋，其設置在中三通2和中二通7之間，與中三通2和中二通7為螺紋連接，並分別用鎖緊螺母4鎖緊、密封圈5密封，並用加固螺栓6進一步緊固。可調中芯可做軸向前後水平移動，可調中芯的中心具有軸向貫通的混合室12，該混合室12由錐形曲線部分和水平直線部分構成，其中錐形曲線部分為流量調節段10，主要用於調整進水流量，水平直線部分為狀態壓力調節段9，主要用於調節混合室中汽水混合比例。調節可調中芯，可改變蒸汽噴嘴與混合室的間隙和距離，達到動態調節的目的。中二通的另一端與後二通通過法蘭連接。擴壓管13嵌套在中二通與後二通之間，通過螺栓固定連接。本實用新型混合室12的長度設計原則為在最大設計流量下，其長度等於臨界流速情況下的極限長度加上中芯調節餘量，根據公式formulaseeoriginaldocumentpage7由入口馬赫數M來確定極限管長Lcr。混合室流通截面積以流道最佳流速(最佳流速為4060m/s)確定流量為參考依據，其中流通截面積與速度的關係為dA/A=(M2-l)dv/v。擴壓管(後芯)去除水平過度段，以縮短長度，內部擴散角在8'C12"C範圍內，以取10'C為最佳值，來減小截面突變性。密封圈5採用氟橡膠材料，耐熱溫度170°C。密封材料或裝置可採用一次性結構，調節後不能拆卸，以利於保密。總調節餘量最大50mm。蒸汽噴管11為縮擴形拉伐爾噴管，蒸汽進入後進行絕熱膨脹以超音速噴射至室，並在混合室與進水相混合，於是產生了具有一定計算容積比的蒸汽與水的混合物，汽水混合物中的聲速大大低於蒸汽中的聲速(可低至5~10米/秒)，該熱交換器中混合物的流動速度(30~40米/秒)超過混合物的聲速值，所以能在收縮段變窄的截面內克服音障，繼而在不變截面管道中流動速度完成了向亞聲速的轉變，此時產生了壓力激波，壓力急劇增大，其結果是輸出混合物的壓力可以大大超過蒸汽壓力，因而達到增壓和瞬時加熱的效果。由於主要壓力能向動能轉化，實現蒸汽流速的劇增。當具有一定壓力、流速的蒸汽進入噴管後，由於管內徑變小，蒸汽的壓力降低，流速急劇增大，形成高速氣流由噴嘴射出。擴壓管13是汽水發生動能、熱能交換形成高溫汽水混合物的主要場所。當水管入口處的水和由蒸汽噴管高速蒸汽射入混合室蒸汽發生動能和熱量的交換。即高溫蒸汽遇冷凝結，釋放出大量汽化潛熱熱量，最終和給水形成高溫汽水混合物。同時，蒸汽給水迅速發生速度交換，使汽水混合物的流速急劇增加，這樣便在混合室形成高溫，高速水流流向擴壓段。混合擴壓段主要完成混合物動能向壓力能的轉化，實現混合物壓力的劇增，當高溫、高速的水流流入擴壓段時，由於管徑增大，水流流速逐漸減少至外界循環網正常流速，這樣部分動能轉化為壓力能，使壓力升高，從而代替循環泵，實現系統的循環。本實施例在使用時，在採暖系統回水壓力穩定，可採用單級調節(單一流量調節)(如圖2)，流量調節最大值按各產品型號的設計最大流量進行計算，狀態調節值按混合物含汽率515%計算；對熱水系統，由於進水壓力的不確定性，可採用多級調節(如圖3)，多級調節可讓進水流量從一個值變化到另一個值，達到調節進水流量的目的。一級調節段按設計最大流量(溫差3(TC)的60%計算，狀態調節值按混合物含汽率510%計算；二級調節段按設計最大流量(溫差30°C)計算，狀態調節值按混合物含汽率515%計算；兩種可調中芯的裝配尺寸相同，可在同一型號的產品上互換，多級調節比單級調節多。權利要求1、一種動態調節式變聲速增壓熱交換器，包括前二通(1)、蒸汽噴管(11)、中三通(2)、中二通(7)及擴壓管(13)和後二通(8)，蒸汽噴管(11)同軸設置在中三通(2)內，擴壓管(13)嵌套在中二通(7)與後二通(8)之間，其特徵在於在所述的中三通(2)和中二通(7)之間設置有可調中芯(3)，所述的可調中芯(3)可做軸向前後水平移動，其中心具有軸向貫通的混合室(12)，該混合室(12)由錐形曲線部分和水平直線部分構成，其中錐形曲線部分為流量調節段(10)，水平直線部分為狀態壓力調節段(9)。2、根據權利要求1所述的動態調節式變聲速增壓熱交換器，其特徵在於所述的擴壓管(13)的內部擴散角在8"C12'C範圍內。3、根據權利要求1所述的動態調節式變聲速增壓熱交換器，其特徵在於所述的可調中芯(3)與中三通(2)和中二通(7)為螺紋連接。專利摘要本實用新型公開的一種動態調節式變聲速增壓熱交換器包括前二通(1)、蒸汽噴管(11)、中三通(2)、中二通(7)及擴壓管(13)和後二通(8)，蒸汽噴管同軸設置在中三通內，擴壓管嵌套在中二通與後二通之間，在中三通和中二通之間設置有可調中芯(3)，該可調中芯可做軸向前後水平移動，其中心具有軸向貫通的混合室(12)，該混合室由錐形曲線部分和水平直線部分構成，其中錐形曲線部分為流量調節段(10)用於調整進水流量，水平直線部分為狀態壓力調節段(9)用於調節混合室中汽水混合比例。本實用新型在汽水參數發生變化時，在不停止系統運行的情況下達到動態調節的目的。並使熱交換器內汽水混合質量比、壓力比始終處於最佳狀態。文檔編號F22G5/12GK201121886SQ20072009223公開日2008年9月24日申請日期2007年10月15日優先權日2007年10月15日發明者輝曹,王龍江申請人:洛陽藍海實業有限公司