CN106139944B - 蒸汽混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了蒸汽混合器，加热器壳体的一端顶部通过流量调节阀和主蒸汽管连接，加热器壳体的另一端通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，主蒸汽管通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，与主蒸汽管的入口相对的加热器壳体的底部通过流量调节阀连接加热蒸汽管，主蒸汽管向加热器壳体内延伸依次设置有接管和主蒸汽分配管，主蒸汽分配管沿着加热器壳体的轴向均匀分布，加热蒸汽管向加热器壳体内延伸设置有组合喷嘴。将一种大流量的饱和蒸汽与一种过热蒸汽在设备内进行混合，形成一种具有一定微过热度的微过热蒸汽；具有高效的换热效率，可以有效减少管网在输送蒸汽时产生的水锤冲击，有力于管网的安全运行。

Description

蒸汽混合器
技术领域
本发明属于混合器设备技术领域，具体涉及蒸汽混合器。
背景技术
在工业生产，尤其是在余热利用装置中，余热锅炉或蒸汽蓄热器产生的蒸汽为饱和蒸汽，而用户需要的是具有一定微过热度的微过热蒸汽，这就需要另一种热源来加热该饱和蒸，工业上一般采用另一股高品质的过热蒸汽来对其加热。其方法大致分为间壁换热和蒸汽喷射，对于间壁换热时间热的方式一般适用于大温差，经过换热的高品质蒸汽还有下游用户的地方，如果经过换热的高品质蒸汽找不到合适的用途，经过换热后的过热蒸汽也还有大量的能量，这将是极大的能量浪费，且制造换热器的设计及制造成本也过于昂贵，后期使用管理及维护也过于复杂；蒸汽喷射的方式虽然能够解决高品质蒸汽的能量利用问题，但是蒸汽喷射对于工作蒸汽的压力及温度要求过于苛刻，且在制造时喷嘴的加工难度大，制造成本高，且运行噪声大。
发明内容
针对现有技术中余热利用装置中大流量的饱和蒸汽向微过热蒸汽转换过程中存在能量浪费的技术问题，本发明的目的在于提供蒸汽混合器。
本发明采取的技术方案为：
蒸汽混合器，包括加热器壳体，加热器壳体的一端顶部通过流量调节阀和主蒸汽管连接，加热器壳体的另一端通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，主蒸汽管通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，与主蒸汽管的入口相对的加热器壳体的底部通过流量调节阀连接加热蒸汽管，主蒸汽管向加热器壳体内延伸依次设置有接管和主蒸汽分配管，主蒸汽分配管沿着加热器壳体的轴向均匀分布，且气流平行于加热器壳体的径向，加热蒸汽管向加热器壳体内延伸设置有组合喷嘴。
进一步的，所述主蒸汽分配管沿着加热器外壳的中心轴的上方横向设置为圆柱体管，主蒸汽分配管的末端通过堵板a密封，主蒸汽分配管的底部开设有圆孔形蒸汽孔，相邻圆孔形蒸汽孔之间设置有等间距排布的长条形蒸汽孔，长条形蒸汽孔从主蒸汽分配管的底部向主蒸汽分配管的中心轴凹陷延伸设置。
进一步的，蒸汽量相对较小时开启圆孔形蒸汽孔，圆孔形蒸汽孔的直径不大于15mm，蒸汽量相对较大时可开启长条形蒸汽孔，长条形蒸汽孔的宽度a值不大于10mm，长度b值大于主蒸汽分配管的直径D2/2，且不大于0.75*D2，圆孔形蒸汽孔和长条形蒸汽孔的总体开孔面积不宜大于由主蒸汽分配管直径D2计算面积的0.75～0.8倍。
进一步的，所述组合喷嘴包括螺旋喷嘴、中心喷嘴和套管，中心喷嘴沿着螺旋喷嘴的中心轴套设在的螺旋喷嘴的内部，中心喷嘴和螺旋喷嘴的底部通过堵板b密封，套管套设在螺旋喷嘴的外侧。
进一步的，所述套管设置有中空圆柱体腔，中空圆柱体腔的上下两端均设置为内缩端口，套管上端口内侧壁设置的内螺纹和螺旋喷嘴外侧壁的外螺纹组装配合，螺旋喷嘴的外侧壁上设置有突出的U形卡箍，U形卡箍与套管上端面相卡合。
进一步的，所述中心喷嘴及螺旋喷嘴均设置为渐缩渐扩的哑铃型结构，螺旋喷嘴延伸至套管的中空圆柱体腔中的管壁沿切线方向设置有至少一个条形沟槽，条形沟槽沿螺旋喷嘴的管壁呈360°环形排布。
更进一步的，所述条形沟槽的宽度c不大于套管的壁厚δ，条形沟槽的的长度d不小于n×π×d1×d1/(2×c)；n为条形沟槽的数量且为不小于1的整数。
更进一步的，所述中心喷嘴的喉径d3不大于1/5倍的螺旋喷嘴的喉径d1，中心喷嘴的喉宽l2值不小于喉径d3的0.5倍；螺旋喷嘴的喉径d1取值为1/3～1/2倍的套管内径d5，螺旋喷嘴的喉宽l1值不小于喉径d1的0.3倍；螺旋喷嘴延伸至套管中的管壁内径d2的值不小于螺旋喷嘴喉径d1的1.5倍；套管的内径d4不小于(d5×d5-(d2+δ)×(d2+δ))0.5；套管的强度按GB150；套管内径d5的直径由所需加热的过热蒸汽量来确定，其通过的过热蒸汽的流速不大于30m/s。
进一步的，所述加热器壳体的内径D1不小于主蒸汽分配管内径D2的2倍，加热器壳体混合腔的长度L1不小于蒸汽分配管开孔长度L2的两倍，混合蒸汽管的出口截面积不小于主蒸汽管和加热蒸汽管截面积的和。
进一步的，所述接管突出于主蒸汽分配管的部分设置为中空圆柱体结构，接管延伸在主蒸汽分配管内的部分设置为中空椎体结构；所述加热器壳体的上端还设置有压力检测口、安全泄放口和温度检测口；加热器壳体的下端中部设置有排污及疏水口，所述加热器壳体的底部两侧分别设置有滑动或滚动支座、固定支座。
本发明的有益效果为：
本发明将一种大流量的饱和蒸汽与一种过热蒸汽在设备内进行混合，形成一种具有一定微过热度的微过热蒸汽；对过热蒸汽的压力(该压力应该大于或等于被件热蒸汽的压力)及温度要求相对灵活，采用直接混合加热的方式，有着高效的换热效率，它能够有效利用两种蒸汽的能量，缓解由于蒸汽压力波动造成管网的压力冲击，也能够减少由于蒸汽混合不均匀而引起的管网热应力的频繁变化，有力于管网的安全运行。由于该设备最终形成的是一种过热蒸汽，因此可以有效减少管网在输送蒸汽时产生的水锤冲击。本发明制造简单，使用、维护方便，运行效率高，噪声水平小。是一种蒸汽混合的节能设备，它能将一种大流量的饱和蒸汽通过该设备加热成特定的微过热蒸汽后，供给特定的用户，能够广泛应用于余热回收及泛汽回收的工程上。
本发明中在主蒸汽分配管上分布着经过设计计算过的圆孔形蒸汽孔或长条形蒸汽孔，及加热蒸汽组合喷嘴上的渐缩渐扩的组合喷嘴，该蒸汽孔及喷嘴起到了减速增压限流的作用，因此可以很好的解决由于蒸汽压力波动造成的对设备及管网的冲击；由于两股蒸汽为相互垂直的混合碰撞，并在设备内形成涡流，使得设备内的流体温度分布均匀，两股蒸汽在更短的时间内达到混合均匀的程度，从而降低了由于两股流体的温度波动所造成的设备及管网上的温差应力，从而保证了设备的安全运行。
本发明中的组合喷嘴结构独特，加工难度低，制造成本低，且由内到外依次套设而成的中心喷嘴、螺旋喷嘴和套管结构稳定性好，运行噪声小，渐缩渐扩的哑铃型结构的中心喷嘴及螺旋喷嘴有效控制蒸汽喷射面均匀，灵活满足蒸汽喷射对于工作蒸汽的压力及温度的要求，螺旋喷嘴的管壁沿切向呈环形设置的条形沟槽，保证了蒸汽从条形沟槽中高速流出，且与中心喷嘴中的主流蒸汽呈相互垂直混合碰撞，形成涡流，这样就增加了蒸汽流动的定向有序性，组合喷嘴可以依次完成进液、混合和热交换，从而增加了热交换的均匀性，使得设备内的流体温度分布均匀，再从渐缩渐扩的喷嘴喉径中减速增压喷射而出，增大了径流喷射加热器相对于其他类型加热组件的有效性，从而降低了由于两股流体的温度波动所造成的设备及管网上的温差应力，无震动、噪声小，热利用率90％以上，而且稳定分布均匀，体积小，利于推广应用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中加热器壳体的结构示意图。
图3为本发明中主蒸汽分配管的结构示意图。
图4为本发明中加热蒸汽喷嘴的结构示意图。
图5为本发明中螺旋喷嘴的结构示意图。
图6为图5中的A-A截面示意图。
图7为本发明中套管的结构示意图。
图8为本发明中中心喷嘴的结构示意图。
其中，1、混合蒸汽管；2、压力检测口；3、安全泄放口；4、温度检测口；5、主蒸汽分配管；6、主蒸汽管；7、滑动或滚动支座；8、排污及疏水口；9、加热蒸汽管；10、固定支座；11、加热器壳体；12、堵板a；13、圆孔形蒸汽孔；14、长条形蒸汽孔；15、接管；16、螺旋喷嘴；17、中心喷嘴；18、堵板b；19、套管。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
如图1和图2所示，蒸汽混合器，包括加热器壳体11，加热器壳体11的一端顶部通过流量调节阀和主蒸汽管6连接，加热器壳体11的另一端通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管1连接，主蒸汽管6通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管1连接，与主蒸汽管6的入口相对的加热器壳体11的底部通过流量调节阀连接加热蒸汽管9，主蒸汽管6向加热器壳体11内延伸依次设置有接管15和主蒸汽分配管5，主蒸汽分配管5沿着加热器壳体11的轴向均匀分布，且气流平行于加热器壳体11的径向，加热蒸汽管9向加热器壳体11内延伸设置有组合喷嘴。
主蒸汽通过主蒸汽分配管5使得蒸汽在设备的局部沿轴向均匀分布，且气流平行于径向；加热蒸汽通过组合喷嘴与设备轴线垂直进入设备，并在设备的后端形成旋转涡流后分布于整个设备的后端，然后沿着设备的轴线匀速向设备的混合段流动，加热蒸汽与主蒸汽流以相互垂直的角度相互碰撞以达到均匀混合，混合后的流体经过蒸汽出口进入管网。
实施例2
在实施例1的基础上，不同于实施例1，如图3所示，蒸汽混合器，主蒸汽分配管5沿着加热器外壳的中心轴的上方横向设置为圆柱体管，主蒸汽分配管5的末端通过堵板a12密封，主蒸汽分配管5的底部开设有圆孔形蒸汽孔13，相邻圆孔形蒸汽孔13之间设置有等间距排布的长条形蒸汽孔14，长条形蒸汽孔14从主蒸汽分配管5的底部向主蒸汽分配管5的中心轴凹陷延伸设置。
蒸汽量相对较小时开启圆孔形蒸汽孔13，圆孔形蒸汽孔13的直径不大于15mm，蒸汽量相对较大时可开启长条形蒸汽孔14，长条形蒸汽孔14的宽度a值不大于10mm，长度b值大于主蒸汽分配管5的直径D2/2，且不大于0.75*D2，圆孔形蒸汽孔13和长条形蒸汽孔14的总体开孔面积不宜大于由主蒸汽分配管5直径D2计算面积的0.75～0.8倍。
实施例3
在实施例1的基础上，不同于实施例1，如图4、图5、图6、图7和图8所示，蒸汽混合器，组合喷嘴包括螺旋喷嘴16、中心喷嘴17和套管19，中心喷嘴17沿着螺旋喷嘴16的中心轴套设在的螺旋喷嘴16的内部，中心喷嘴17和螺旋喷嘴16的底部通过堵板b18密封，套管19套设在螺旋喷嘴16的外侧。
套管19设置有中空圆柱体腔，中空圆柱体腔的上下两端均设置为内缩端口，套管19上端口内侧壁设置的内螺纹和螺旋喷嘴16外侧壁的外螺纹组装配合，螺旋喷嘴16的外侧壁上设置有突出的U形卡箍，U形卡箍与套管19上端面相卡合。
中心喷嘴17及螺旋喷嘴16均设置为渐缩渐扩的哑铃型结构，螺旋喷嘴16延伸至套管19的中空圆柱体腔中的管壁沿切线方向设置有至少一个条形沟槽，条形沟槽沿螺旋喷嘴16的管壁呈360°环形排布。
条形沟槽的宽度c不大于套管19的壁厚δ，条形沟槽的的长度d不小于n×π×d1×d1/(2×c)；n为条形沟槽的数量且为不小于1的整数。
中心喷嘴17的喉径d3不大于1/5倍的螺旋喷嘴16的喉径d1，中心喷嘴17的喉宽l2值不小于喉径d3的0.5倍；螺旋喷嘴16的喉径d1取值为1/3～1/2倍的套管19内径d5，螺旋喷嘴16的喉宽l1值不小于喉径d1的0.3倍；螺旋喷嘴16延伸至套管19中的管壁内径d2的值不小于螺旋喷嘴16喉径d1的1.5倍；套管19的内径d4不小于(d5×d5-(d2+δ)×(d2+δ))0.5；套管19的强度按GB150；套管19内径d5的直径由所需加热的过热蒸汽量来确定，其通过的过热蒸汽的流速不大于30m/s。
在主蒸汽分配管5上分布着经过设计计算过的圆孔形蒸汽孔13或长条形蒸汽孔14，及加热蒸汽组合喷嘴上的渐缩渐扩的组合喷嘴，该蒸汽孔及喷嘴起到了限流的作用，因此可以很好的解决由于蒸汽压力波动造成的对设备及管网的冲击；由于两股蒸汽为相互垂直的混合碰撞，并在设备内形成涡流，使得设备内的流体温度分布均匀，从而降低了由于两股流体的温度波动所造成的设备及管网上的温差应力，从而保证了设备的安全运行。
实施例4
在实施例1的基础上，不同于实施例1，如图1和图2所示，蒸汽混合器，加热器壳体11的内径D1不小于主蒸汽分配管5内径D2的2倍，加热器壳体11混合腔的长度L1不小于蒸汽分配管开孔长度L2的两倍，混合蒸汽管1的出口截面积不小于主蒸汽管6和加热蒸汽管9截面积的和，所述接管15突出于主蒸汽分配管5的部分设置为中空圆柱体结构，接管15延伸在主蒸汽分配管5内的部分设置为中空椎体结构；加热器壳体11的下端中部设置有排污及疏水口8，排污及疏水口8有利于将加热器壳体11内的杂质底料进行隔段时间排放，有利于快速清理内部空间，保持组分混合的清洁度；所述加热器壳体11的上端还设置有压力检测口2、安全泄放口3和温度检测口4；温度检测口4和压力检测口2这两个端口的设置，有利于对加热器壳体11内的温度、压力等参数进行检测，保证了蒸汽混合的实时安全监控，安全泄放口3保证了生产安全性；所述加热器壳体11的底部两侧分别设置有滑动或滚动支座7、固定支座10，起到支撑固定性的作用。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.蒸汽混合器，其特征在于，包括加热器壳体，加热器壳体的一端顶部通过流量调节阀和主蒸汽管连接，加热器壳体的另一端通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，主蒸汽管通过闸阀或截止阀和混合蒸汽管连接，与主蒸汽管的入口相对的加热器壳体的底部通过流量调节阀连接加热蒸汽管，主蒸汽管向加热器壳体内延伸依次设置有接管和主蒸汽分配管，主蒸汽分配管沿着加热器壳体的轴向均匀分布，且气流平行于加热器壳体的径向，加热蒸汽管向加热器壳体内延伸设置有组合喷嘴；
所述主蒸汽分配管沿着加热器外壳的中心轴的上方横向设置为圆柱体管，主蒸汽分配管的末端通过堵板a密封，主蒸汽分配管的底部开设有圆孔形蒸汽孔，相邻圆孔形蒸汽孔之间设置有等间距排布的长条形蒸汽孔，长条形蒸汽孔从主蒸汽分配管的底部向主蒸汽分配管的中心轴凹陷延伸设置。
2.根据权利要求1所述蒸汽混合器，其特征在于，蒸汽量相对较小时开启圆孔形蒸汽孔，圆孔形蒸汽孔的直径不大于15mm，蒸汽量相对较大时可开启长条形蒸汽孔，长条形蒸汽孔的宽度a值不大于10mm，长度b值大于主蒸汽分配管的直径D2/2，且不大于0.75*D2，圆孔形蒸汽孔和长条形蒸汽孔的总体开孔面积不宜大于由主蒸汽分配管直径D2计算面积的0.75～0.8倍。
3.根据权利要求1所述蒸汽混合器，其特征在于，所述组合喷嘴包括螺旋喷嘴、中心喷嘴和套管，中心喷嘴沿着螺旋喷嘴的中心轴套设在的螺旋喷嘴的内部，中心喷嘴和螺旋喷嘴的底部通过堵板b密封，套管套设在螺旋喷嘴的外侧。
4.根据权利要求3所述蒸汽混合器，其特征在于，所述套管设置有中空圆柱体腔，中空圆柱体腔的上下两端均设置为内缩端口，套管上端口内侧壁设置的内螺纹和螺旋喷嘴外侧壁的外螺纹组装配合，螺旋喷嘴的外侧壁上设置有突出的U形卡箍，U形卡箍与套管上端面相卡合。
5.根据权利要求3所述蒸汽混合器，其特征在于，所述中心喷嘴及螺旋喷嘴均设置为渐缩渐扩的哑铃型结构，螺旋喷嘴延伸至套管的中空圆柱体腔中的管壁沿切线方向设置有至少一个条形沟槽，条形沟槽沿螺旋喷嘴的管壁呈360°环形排布。
6.根据权利要求5所述蒸汽混合器，其特征在于，所述条形沟槽的宽度c不大于套管的壁厚δ，条形沟槽的的长度d不小于n×π×d1×d1/(2×c)；n为条形沟槽的数量且为不小于1的整数。
7.权利要求3至5任意一项所述蒸汽混合器，其特征在于，所述中心喷嘴的喉径d3不大于1/5倍的螺旋喷嘴的喉径d1，中心喷嘴的喉宽l2值不小于喉径d3的0.5倍；螺旋喷嘴的喉径d1取值为1/3～1/2倍的套管内径d5，螺旋喷嘴的喉宽l1值不小于喉径d1的0.3倍；螺旋喷嘴延伸至套管中的管壁内径d2的值不小于螺旋喷嘴喉径d1的1.5倍；套管的内径d4不小于(d5×d5-(d2+δ)×(d2+δ))0.5；套管内径d5的直径由所需加热的过热蒸汽量来确定，其通过的过热蒸汽的流速不大于30m/s。
8.根据权利要求1所述蒸汽混合器，其特征在于，所述加热器壳体的内径D1不小于主蒸汽分配管内径D2的2倍，加热器壳体混合腔的长度L1不小于蒸汽分配管开孔长度L2的两倍，混合蒸汽管的出口截面积不小于主蒸汽管和加热蒸汽管截面积的和。
9.根据权利要求1所述蒸汽混合器，其特征在于，所述接管突出于主蒸汽分配管的部分设置为中空圆柱体结构，接管延伸在主蒸汽分配管内的部分设置为中空椎体结构；所述加热器壳体的上端还设置有压力检测口、安全泄放口和温度检测口；加热器壳体的下端中部设置有排污及疏水口，所述加热器壳体的底部两侧分别设置有滑动或滚动支座、固定支座。
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