CN103424423B - 蒸汽冷凝换热测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种蒸汽冷凝换热测试装置，属于换热器领域。该装置包括换热内管（1）、冷凝段壳体（2）、物料出口管道（3）、第一两通路旋转接头（5）、蒸汽出口管道（6）、第二两通路旋转接头（8）、蒸汽进口管道（10）、密封垫圈（11）、内螺纹套头（12）、物料进口管道（14）、固定机座（16）、管壁壁面热电偶（17）、管内流体热电偶（18）、管外蒸汽热电偶（20）；本发明可以实现对换热管外冷凝换热的温度数据的测试研究，并以此来得到自由旋转载荷条件下冷凝换热的总体换热系数及其冷凝换热特性，不仅为现有的冷凝器的换热机理研究提供了重要方法，也为其提高换热系统换热性能和结构改造提供了研究基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸汽冷凝换热测试装置，属于换热器领域。
背景技术
随着对节能技术的日益重视和推进，蒸汽冷凝中热能的利用作为一个主要的节能方向主要进行研究了。对于蒸汽冷凝已经有了一部分的研究。换热管作为一个节能高效的部件一直广泛的应用于各种换热领域。对于换热管的开发利用，已经到了一个非常成熟的阶段，如空冷器、水冷器、热管等换热器中均已经得到了广泛的应用。然而现有技术中对冷凝换热的研究主要集中在水平式冷凝换热管和竖直降膜式冷凝换热管两种方式，水平式和降膜式换热管为实现转动均必须使用金属软管来连接换热装置，但金属软管由于转动会产生交叉缠绕，所以无法实现自由旋转和不同频率的载荷。至今为止，仍没有人将冷凝换热管安装于一个可以方便实现不同旋转载荷的平台而同时对换热管的换热性能进行研究。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种流体管道不会交叉缠绕而可以实现不同旋转载荷条件下研究分析冷凝换热机理的蒸汽冷凝换热测试装置。
蒸汽冷凝换热测试装置，包括换热内管、冷凝段壳体、蒸汽进口管道、蒸汽出口管道、物料进口管道、物料出口管道、管内流体热电偶、管壁壁面热电偶、管外蒸汽热电偶；冷凝段壳体、安装于换热内管外侧，且冷凝段壳体两端与换热内管密封。其特征在于：还包括第一两通路旋转接头、第二两通路旋转接头、固定机座。上述第一两通路旋转接头由第一内芯和通过轴承安装于第一内芯外侧的第一旋转壳体组成；第一旋转壳体上设置有物料进口流路孔和物料出口流路孔；第一内芯上设有通过周向环槽结构与物料进口流路孔始终相通物料进口流路；第一内芯上设有通过周向环槽结构与物料出口流路孔始终相通物料出口流路。上述物料进口管道一端与物料进口相连，另一端与换热内管第一端相连；物料出口管道一端与物料出口相连，另一端与换热内管第二端相连。上述第二两通路旋转接头由第二内芯和通过轴承安装于第二内芯外侧的第二旋转壳体组成；第二旋转壳体上设置有蒸汽进口流路孔和蒸汽出口流路孔；第二内芯上设有通过周向环槽结构与蒸汽进口流路孔始终相通蒸汽进口流路；第二内芯上设有通过周向环槽结构与蒸汽出口流路孔始终相通的蒸汽出口流路。上述蒸汽进口管道一端与蒸汽进口相连，另一端与冷凝段壳体的第二端相连；上述蒸汽出口管道一端与蒸汽出口流路孔相连，另一端与冷凝段壳体的第一端相连。第一内芯和第二内芯固定于固定机座上。
该蒸汽冷凝换热测试装置在冷凝段壳体上通过焊接连接第一两通路旋转接头和第二两通路旋转接头的旋转壳体，而同时第一两通路旋转接头、第二两通路旋转接头的旋转接头内芯连接固定机座，这样使得冷凝换热试验可以非常方便的实现自由旋转，与原来的冷凝换热试验相比，可以得到很多有价值的换热试验数据，为冷凝换热试验提供了一种新的试验结构、换热机理研究方法。
对于本发明的核心是可自由旋转的冷凝换热局部测量方式，是一项新的冷凝换热测量技术。现阶段我国对于管外多角度放置的冷凝换热的研究和应用还没有。本发明的换热试验装置的换热内管为光滑圆管、外微肋管、内微肋管、扁管、波纹管。
本发明基于对冷凝换热的机理研究，将冷凝的换热设备圆管与两通路旋转接头结合起来，采用新型的热电偶分段排布方式，从而研究发明了该蒸汽冷凝换热测试装置。本发明利用第一两通路旋转接头和第二两通路旋转接头，使得换热测试装置可以实现旋转的同时而不会产生管道的交叉缠绕，从而进行不同旋转载荷条件下的换热测试。
本发明设计一种可以测量旋转载荷的冷凝换热状态的蒸汽冷凝换热测试装置，属于换热器领域。本发明可以有效的测量出换热管内部各局部的传热系数、换热系数及其变化趋势，特别适合冷凝换热的机理研究。该发明可以应用于能源、化工、环保等领域。
上述管内流体热电偶和管外蒸汽热电偶为螺钉式热电偶；管壁壁面热电偶为焊点式热电偶。所述的管壁壁面热电偶的焊点位于换热内管外壁面的盲孔内。管外蒸汽热电偶通过带孔螺栓安装于冷凝段壳体上，其探头位于换热内管外壁和冷凝段壳体内壁之间，且靠近换热内管外壁处。管内流体热电偶的探头通过换热内管壁面上的通孔伸入换热内管内。
上述管内流体热电偶、管壁壁面热电偶、管外蒸汽热电偶采用分段式分布方式，即将测试装置分成若干段，每一测试段安装有3个管内流体热电偶、1个管壁壁面热电偶、1个管外蒸汽热电偶；设测试段沿管内轴向方向长度为L,管壁壁面热电偶和管外蒸汽热电偶沿管内轴向方向位于L/2处，3个管内流体热电偶沿管内轴向方向分别位于0、L/2、L处。上述的每个分段的热电偶的线路都是通过其对应的冷凝段壳体处的带孔螺栓连接外界温度显示仪器。
附图说明
图1是蒸汽冷凝换热测试装置图；
图2是两通路旋转接头剖视图；
图3是蒸汽冷凝换热测试装置热电偶分布的分段分布图。
图中标号名称：1、换热内管，2、冷凝段壳体，3、物料出口管道，4-1、物料出口流路孔，4-2、物料出口流路，5、第一两通路旋转接头，5-1、第一内芯，5-2、第一旋转壳体，6、蒸汽出口管道，7-1、蒸汽出口流路孔，7-2、蒸汽出口流路，8、第二两通路旋转接头，8-1、第二内芯，8-2、第二旋转壳体，9-1、蒸汽进口流路孔，9-2、蒸汽进口流路，10、蒸汽进口管道，11、密封垫圈，12、螺纹套头，13、带孔螺栓，14、物料进口管道，15-1、物料进口流路孔，15-2、物料进口流路，16、固定机座，17、管壁壁面热电偶，18、管内流体热电偶，19、盲孔，20、管外蒸汽热电偶，21、通孔。
具体实施方式
参照附图，本发明提供一种蒸汽冷凝换热测试装置，其中测试装置包括换热内管1、冷凝段壳体2、物料出口管道3、第一两通路旋转接头5、蒸汽出口管道6、第二两通路旋转接头8、蒸汽进口管道10、密封垫圈11、内螺纹套头12、物料进口管道14、固定机座16、管壁壁面热电偶17、管内流体热电偶18、管外蒸汽热电偶20。试验装置分成三大部分：冷凝段壳体，两通路旋转接头，换热内管。如图所示，物料由外力（如循环泵）通过第一两通路旋转接头5、物料进口管道14，由物料进口流路15-2流入换热内管1，通过换热圆管后再经过上部的物料出口管道3进入第一两通路旋转接头5的物料出口流路4-2，完成换热的管侧的循环；蒸汽由外力通过第二两通路旋转接头8、蒸汽进口流路9-2由蒸汽进口管道10从第二端（假设下部为第一端）进入冷凝段壳体2，在壳体内部与换热内管中的物料进行冷凝换热，蒸汽部分冷凝成饱和水由于压差的主要作用沿着壳体内壁随着蒸汽一起向下进入下部蒸汽出口管道6再次进入第二两通路旋转接头8的蒸汽出口流路7-2，完成换热的壳侧循环。当整个换热试验循环稳定后，通过安装于换热装置管体和壳体的管内流体热电偶18、管壁壁面热电偶17、管外蒸汽热电偶20、压力表和流量计等测量设备，由传热学基本原理出发，可以得到冷凝试验的整体、局部的换热系数和传热系数及其变化趋势，进而较为可以清楚的研究出蒸汽冷凝换热特性。同时，换热试验装置在冷凝段壳体2上通过焊接固定连接了换热装置与第一旋转壳体5-2、第二旋转壳体8-2，而第一两通路旋转接头5、第二两通路旋转接头8的第一内芯5-1、第二内芯8-1连接固定机座16，两通路旋转接头使得在不改变试验管路的基础上整个换热试验装置可以进行自由旋转试验测量，从而得到光滑圆管、外微肋管、内微肋管、扁管、波纹管的自由旋转状态下对于现有的冷凝换热的影响状态，提出了一个研究换热试验的机理的新的思路、方法。
Claims (7)
1.蒸汽冷凝换热测试装置，包括换热内管（1）、冷凝段壳体（2）、物料出口管道（3）、蒸汽出口管道（6）、蒸汽进口管道（10）、物料进口管道（14）、管壁壁面热电偶（17）、管内流体热电偶（18）、管外蒸汽热电偶（20）；冷凝段壳体（2）安装于换热内管（1）外侧，且冷凝段壳体（2）两端与换热内管（1）密封；
其特征在于：
该装置还包括第一两通路旋转接头（5）、第二两通路旋转接头（8）、固定机座（16）;上述第一两通路旋转接头（5）由第一内芯（5-1）和通过轴承安装于第一内芯（5-1）外侧的第一旋转壳体（5-2）组成；第一旋转壳体（5-2）上设置有物料进口流路孔（15-1）和物料出口流路孔（4-1）；第一内芯（5-1）上设有通过周向环槽结构与物料进口流路孔（15-1）始终相通物料进口流路（15-2）；第一内芯（5-1）上设有通过周向环槽结构与物料出口流路孔（4-1）始终相通物料出口流路（4-2）；
上述物料进口管道（14）一端与物料进口流路孔（15-1）相连，另一端与换热内管（1）第一端相连；物料出口管道（3）一端与物料出口流路孔（4-1）相连，另一端与换热内管（1）第二端相连；
上述第二两通路旋转接头（8）由第二内芯（8-1）和通过轴承安装于第二内芯（8-1）外侧的第二旋转壳体（8-2）组成；第二旋转壳体（8-2）上设置有蒸汽进口流路孔（9-1）和蒸汽出口流路孔（7-1）；第二内芯（8-1）上设有通过周向环槽结构与蒸汽进口流路孔（9-1）始终相通蒸汽进口流路（9-2）；第二内芯（8-1）上设有通过周向环槽结构与蒸汽出口流路孔（7-1）始终相通的蒸汽出口流路（7-2）；
上述蒸汽进口管道（10）一端与蒸汽进口流路孔（9-1）相连，另一端与冷凝段壳体（2）的第二端相连；上述蒸汽出口管道（6）一端与蒸汽出口流路孔（7-1）相连，另一端与冷凝段壳体（2）的第一端相连；换热内管（1）的第一端与冷凝段壳体（2）的第一端在同一侧；
第一内芯（5-1）和第二内芯（8-1）固定于固定机座（16）上；
上述管内流体热电偶（18）和管外蒸汽热电偶（20）为螺钉式热电偶；上述管壁壁面热电偶（17）为焊点式热电偶。
2.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：所述的管壁壁面热电偶（17）的焊点位于换热内管（1）外壁面的盲孔（19）内。
3.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：
所述管外蒸汽热电偶（20）通过带孔螺栓（13）安装于冷凝段壳体（2）上，其探头位于换热内管（1）外壁和冷凝段壳体（2）内壁之间，且靠近换热内管（1）外壁处。
4.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：
所述管内流体热电偶（18）的探头通过换热内管（1）壁面上的通孔（21）伸入换热内管（1）内。
5.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：
上述管内流体热电偶（18）、管壁壁面热电偶（17）、管外蒸汽热电偶（20）采用分段式分布方式，即将测试装置分成若干段，每一测试段安装有3个管内流体热电偶（18）、1个管壁壁面热电偶（17）、1个管外蒸汽热电偶（20）；设测试段沿管内轴向方向长度为L,管壁壁面热电偶（17）和管外蒸汽热电偶（20）沿管内轴向方向位于L/2处，3个管内流体热电偶（18）沿管内轴向方向分别位于0、L/2、L处。
6.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：上述冷凝段壳体（2）的两端通过内螺纹套头（12）和密封垫圈（11）与换热内管（1）密封连接。
7.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置，其特征在于：上述换热内管（1）为光滑圆管，或外微肋管，或内微肋管，或扁管，或波纹管。
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