CN1082705A - 筒式高效螺旋管流冷却器 - Google Patents

Abstract

一种筒式高效螺旋管流冷却器，由密闭的筒体、 置于筒体中央处的内套5、置于筒体与内套5之间的 螺旋管6、进水管7和出水管4组成，螺旋管6的两 端从筒体内伸出。其特征在于：进水管7设在筒体下 部的切线方向上，出水管4设在筒体上部的切线方向 上，进水管7与筒体和出水管4构成的环流通道的旋 向与螺旋管6的旋向相同；筒体与内套5构成通道自 下而上为容积收敛。该冷却器集筒式和双套管式冷 却器的优点，冷却效率高，价格低，综合性能好，实用 性强，具有显著地积极效果。

Description

本发明属机械工程类的热交换介质不直接接触的热交换设备，具体涉及火力发电厂热力系统中高温水和蒸汽在线取样分析装置用的冷却装置。

在火力发电的热力系统中，工作介质-水和蒸汽的品质，直接影响热机的性能。因此，对水和蒸汽进行降温、减压后的在线连续取样分析、监测，保证水和蒸汽的品质，以防止锅炉、汽包和热机等热力设备腐蚀、结垢，从而确保系统安全经济运行则是不可少的。如果把处于高温、高压状态的水和蒸汽直接引入在线分析监测仪表，就目前而论是无法忍受的。因此，必须将水和蒸汽的温度、压力、流量降至在线分析监测仪表正常工作允许的条件下进行。目前用于火力发电厂热力系统中的在线取样分析装置用的冷却装置主要有筒式冷却器和双套管式冷却器两种。前者是在封闭的筒体内装有螺旋取样管或蛇形取样管，管内接通高温水和蒸汽，筒体内存有流通冷却水，工作时，利用取样管外表面向流通冷却水传热进行热交换，使高温水和蒸汽降温。这种冷却器的特点是：可采用一般的水作冷却剂，如深井水、工业水、河水等;取样管可清洗，但冷却效率低，冷却水用量大，体积大。后者是由两根不同直径的金属管套在一起绕制成螺旋状，并固定在一块金属板上而构成。其内管通高温水和蒸汽，内管与外管之间接流动冷却水，两者流动方向相反。这种冷却器的特点是：由于形成了冷却水包围在取样管外相反方向流动状态，其热交换效率十分理想，但这种冷却器因制造工艺复杂价格十分昂贵;取样管不能拆卸清洗，易结垢污堵，对冷却水品质要求较高;两管不易同心，工作时内外管相碰发出噪声，甚至造成局部过热，直到穿孔报废。

本发明的目的是提出一种模似双套管式冷却器工作原理的筒式高效螺旋管流冷却器，该冷却器既能适应一般水作冷却剂，取样管为可清洗，又能形成冷却水包围在取样管外相反方向流动的状态，从而实现热交换效率较高的目的。

为达到上述的目的，本发明采用的技术方案是：一种筒式高效螺旋管流冷却器，由密闭的筒体、置于该筒体内中央处的内套、置于筒体内且套在内套上的螺旋管、固定在筒体下部且与筒体内腔连通的进水管和固定在筒体上部且与筒体内腔连通的出水管组成，螺旋管的两端从筒体内伸出，且可拆式固定连接在筒体上，进水管设在筒体下部内壁面的切线方向上，出水管设在筒体上部内壁面的切线方向上，进水管与筒体和出水管构成的环流通道的旋向与螺旋管的旋向相同;筒体与内套所构成通道自下而上为容积收敛结构。工作时，上述技术方案利用流体管流原理和流体运动学原理在结构上使冷却水沿筒体下部内壁面切线方向进入，沿筒体上部内壁面切线方向流出，由于筒体与内套所构成的通道自下而上为容积收敛结构，从而使冷却水在筒体与内套之间的内腔上形成一自下而上与螺旋管内水和蒸汽流动方向相反的螺旋管流，模似了冷却水紧包双套管中螺旋管内管的流动形式，故能达到与双套管冷却器接近的冷却效率。

由于上述技术解决方案在原两种技术方案的基础上作了进一步改进，使本发明具有下列优点：

〈1〉.由于上述技术解决方案能够模拟双套管式冷却器的工作原理，实现冷却水在筒体与内套之间的通道中形成一自下而上的螺旋管流，因此热交换效率接近双套管式冷却器。

〈2〉.由于本发明的冷却器从结构上看属筒式冷却器，因此可用一般水作冷却剂，如深井水、工业水、河水等，且对冷却水的品质要求除了不能有污物、混浊外，没有其他特殊要求，既经济又实用，适用范围较宽。

〈3〉.由于螺旋管可拆式固定连接在筒体上，使本发明的螺旋管容易清洗;工作时，有定位圈定位不会产生振动发出噪声。

〈4〉.由于该冷却器集原筒式和双套管式冷却器的优点于一身，热交换交换率高，价格低，综合性能好，实用性强，因此具有显著地积极效果和明显地推广价值。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

附图1为本发明的主视图。

附图2为本发明的俯视图。

附图3为冷却水螺旋运动合成原理图。

附图4为冷却水流动原理主视图。

附图5为冷却水流动原理俯视图。

其中：1.螺栓;2.上法兰;3.下法兰;4.出水管;5.内套;6.螺旋管;7.进水管;8.底盘;9.定位环;10.筒身;11.螺旋管出口接头;12.螺旋管进口接头;13.纸垫;u.冷却水圆周运动速度;a.冷却水上升运动速度;α.冷却水螺旋角。

由图1、2可知，一种筒式高效螺旋管流冷却器，由密闭的筒体、倒锥形的内套5、螺旋管6、带有一段锥形进水口的进水管7、出水管4、螺旋管进口接头12和螺旋管出口接头11组成，所述密闭的筒体由筒身10、焊接在筒身10底端的底盘8、焊接在筒身10顶端的下法兰3、与下法兰3通过纸垫13密封和4个螺栓1固定连接的上法兰2构成，底盘8靠筒身10内腔一侧的中央处焊接一定位环9，倒锥形的内套5置于筒体内中央处，其下端插在定位环9的孔中，起到定位防振作用，其上端焊接在上法兰2的底端，螺旋管6置于筒体内且套在内套5外，螺旋管6的上端从上法兰2边缘上所开的孔中伸出，下端从筒身底部穿过内套5后从上法兰2中央所开的孔中伸出，螺旋管6伸出后的两端分别与螺旋管进口接头12和螺旋管出口接头11连接，螺旋管6与上法兰2、内套5为固定连接，进水管7固定在筒体下部内壁面的切线方向上且与筒体内腔连通，出水管4固定在筒体上部内壁面的切线方向上且与筒体内腔连通，进水管7与筒身10的内腔和出水管4构成的环流通道的旋向与螺旋管6的旋向相同，也就是说，当螺旋管6为右旋管时，进水管7与筒身10的内腔和出水管4所构成的环流通道的旋向从上向下看为逆时针方向，当螺旋管6为左旋管时，为顺时针方向;筒体与内套5所构成通道自下而上为容积收敛结构，所述容积收敛结构意为筒身10与内套5所构成的通道沿垂直筒身10轴线方向切下所得截面面积自下而上逐渐减小，具体实现时，将内套5做成倒锥形结构后，插入筒身10中;也可将壁厚相同的筒身10做成锥形结构;也可将上述两种结构叠加使用;还可以将内套5或筒身10做成纵截面由曲线构成的结构来实现，其最佳为第一方案。螺旋管6在水平面内安置在筒身10与内套5之间，在垂直方向上位于进水管7与出水管4之间，因此螺旋管6基本浸泡在呈螺旋管流的冷却水中，工作时，高温水和蒸汽从螺旋管进口接头12流进，经过螺旋管6后，从螺旋管出口接头11流出，而冷却水从进水管7流进筒身10与内套5所构成的通道后，呈上升螺旋管流，而后从出水管4流出。由于螺旋管6、上法兰2、内套5固定连接为一整体，可以十分方便的卸下4个螺栓1后，将该整体从筒身10中取出进行酸洗，把附在螺旋管6外表面的污物清洗掉。

由图3、4、5可知，所述冷却水通过进水管7流进筒身10与内套5所构成的通道后呈螺旋上升的管流状态，然后经出水管4流出，是因为沿筒身10下部内壁切线方向流入筒身10通道的冷却水必然有一圆周运动速度u;由于筒身10与内套5所构成通道自下而上为容积收敛结构，根据流体连续原理，按流量连续方程，十分清楚，流体在管道中流动其流速随管道面积的变小而变大。对于水，在低速状态下有：

F1×C1＝F2×C2

式中：F1为管道进口面积;

C1为管道进口截面上水流轴向速度;

F2为管道出口面积;

C2为管道出口截面上水流轴向速度。

对于收敛形管道，由于F1＞F2，所以C2＞C1，而且面积收敛比等于速度增加比。由于冷却水在筒身10与内套5之间的通道内呈上升螺旋管流受到重力加速度的影响，因此管道的收敛速度与冷却水流入时的动能部分转为势能的复合，只要使螺旋管流至少产生一与重力加速度大小相等方向相反的加速度，就能使冷却水在流动时产生一垂直上升运动的速度a，上述冷却水的圆周运动速度u与冷却水垂直上升运动的运动速度a复合构成一呈螺旋上升的螺旋管流，其螺旋角为α。

本发明筒身10与内套5所构成通道自下而上的容积收敛结构的最佳实施方案是在筒身10内放置一个下面小，上面大的倒锥形内套5，这个倒锥形内套5与筒身10内壁构成的通道是一个容积收敛的通道，冷却水流入筒身10的圆周速度u与收敛通道复合成螺旋运动。当螺旋管6为右旋时，进入筒身10的冷却水的圆周运动速度u的方向应为逆时针方向;当螺旋管6为左旋时，进入筒身10的冷却水的圆周运动速度u的方向应为顺时针方向，这样就能保证高温取样水和蒸汽在螺旋管6内的流动方向与冷却水在筒身10内产生的呈上升的螺旋管流的方向相反。显然上述筒式螺旋管流冷却器很好的模拟了双套管式冷却器的工作原理，当然也获得了与双套管式冷却器相接近的热交换效果。

Claims (4)

1、一种筒式高效螺旋管流冷却器，由密闭的筒体、置于该筒体内中央处的内套5、置于筒体内且套在内套5上的螺旋管6、固定在筒体下部且与筒体内腔连通的进水管7和固定在筒体上部且与筒体内腔连通的出水管4组成，螺旋管6的两端从筒体内伸出，且可拆式固定连接在筒体上，其特征在于：进水管7设在筒体下部内壁面的切线方向上，出水管4设在筒体上部内壁面的切线方向上，进水管7与筒体和出水管4构成的环流通道的旋向与螺旋管6的旋向相同；筒体与内套5所构成通道自下而上为容积收敛结构。

2、根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于：所述内套5为倒锥形结构。

3、根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于：所述筒体为锥形结构。

4、根据权利要求1或2或3所述的冷却器，其特征在于：所述进水管7上有一段锥形进水口。

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