CN111795604A - 磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构及自适应调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构及自适应调整方法。包括封头壳体、封头入口管、挡板和电磁铁;封头入口管设置于封头壳体上端且与封头壳体入口端相通;封头壳体底部作为封头出口面,封头出口面上等间隔开有多列出口通道;封头壳体前后两侧面之间通过挡板轴封条等间隔安装有多块倾角可变的挡板;封头壳体左右两侧面均安装有三块电磁铁。本发明通过磁力作用,在不同的封头入口流速下,得到自适应的挡板倾角,使封头在不同入口流速下都能够得到均匀的出口流速。
Description
技术领域
本发明属于板翅式换热器封头结构技术领域的一种换热器内部结构和调整方法,具体涉及一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构及自适应调整方法。
背景技术
板翅式换热器因其结构紧凑,传热效率高等优点而被广泛应用于航空航天、石油冶金、空分装备等行业中,常作为大型设备的核心部件。参与换热的流体进入换热器之后,首先进入的就是换热器的封头。入口流量分布不均是换热器入口段优化设计的重要内容,封头的结构创新是改善流体入口流量分布不均的重要手段。良好的封头结构能够对进入换热器的流体进行尽可能均匀的分配,以保证传热的高效性。
中国发明专利201910037082.X公开了一种板翅式换热器挡板喷头结构封头,通过在封头总管末端加设挡板,使得流入的高压气体能喷射向对应的出口区域,有效提高各出口处的流量分配均匀程度。这种结构提高了出口处流体的流量分配均匀度,并且能量损耗较小,但是其对于换热器在实际运行中工况的复杂性考虑不足,此固定结构不能实现不同流体流速下出口流量的均匀分配。
通过改进挡板封头结构并加以控制辅助,实现不同入口流速下的入口流量分布均匀,是符合换热器运行中入口流速不断变化的实际工况的。
发明内容
为了解决背景技术中的问题,本发明提供了一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构及自适应调整方法,来改善不同工况下进入换热器内部气体的分配状况。
本发明的技术方案如下:
一、一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构
本发明包括封头壳体、封头入口管、挡板和电磁铁;封头入口管设置于封头壳体上端且与封头壳体入口端相通;封头壳体底部作为封头出口面,封头出口面上等间隔开有多列流体流出的出口通道;封头壳体内部沿垂直于出口通道方向的两侧的侧面之间通过挡板轴封条等间隔安装有多块倾角可变的挡板,挡板平行于出口通道;封头壳体沿垂直于出口通道方向的两侧的侧面均安装有三块高度不同的电磁铁。
封头壳体的前后两侧面均固定有挡板轴封条,挡板轴封条位于封头壳体的流体进入端,挡板轴封条上等间隔开有与挡板数量相同的安装孔;每块挡板上端两侧设置的挡板轴分别伸入前后两侧挡板轴封条的安装孔内,挡板轴与对应的安装孔配合形成铰接运动副,挡板通过绕自身的挡板轴转动能调整改变挡板布置倾角。
三块电磁铁分别为电磁铁Ⅰ、电磁铁II和电磁铁Ⅲ,电磁铁Ⅰ、电磁铁II和电磁铁Ⅲ由上至下依次布置于封头壳体同侧,且位于外侧面。
位于中间的一块挡板为非磁性挡板,其余各块挡板均为磁性挡板;磁性挡板均布于非磁性挡板两侧,位于两侧最外侧的两块磁性挡板为外侧磁性挡板,紧邻靠近非磁性挡板的两块磁性挡板为内侧磁性挡板,其余磁性挡板为中间磁性挡板;
外侧磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁II对应,中间磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁Ⅰ,内侧磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁Ⅲ对应。磁性挡板中磁性材料的磁极方向与对应的电磁铁方向互异。
出口通道数量与挡板数量对应相同。
弧形壳体适合流体在封头内部的流动形式,能够减少封头入口两侧涡流的产生,且封头出口面两端的出口通道都能够分配到合理的流体流量。
封头入口管一侧设置有流量计,流量计用于检测流体入口的流速V。
二、采用上述磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构的自适应调整方法
包括以下步骤:
步骤1)给封头壳体左右两侧的电磁铁进行通电,电磁铁对自身对应的磁性挡板产生吸引力,使挡板发生倾斜;
步骤2)增大电磁铁II的电流I1,并进行判断:如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si减小,则继续增大电磁铁II的电流I1;如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si增大,则减小电磁铁II的电流I1;直至相对不均匀度si的波动量小于第一设定值Δsi;
步骤3)依次增大电磁铁Ⅰ的电流I2和电磁铁Ⅲ的电流I3,并计算中间磁性挡板和内侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si,采用步骤2)的方法分别调整电磁铁Ⅰ的电流I2和电磁铁Ⅲ的电流I3,电磁铁Ⅰ的电流I2对应
中间磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度为将所有中间磁性挡板对应的各个出口通道的相对不均匀度si相加。
步骤4)计算电流变化后的出口流速不均匀度s*,并进行判断:若出口流速不均匀度s*减小,则同时增大电流I1、I2和I3;若出口流速不均匀度s*增大,则同时减小电流I1、I2和I3,直至s*的的波动量小于第二设定值Δs*;
步骤5)实时检测入口流速V和各个出口通道的流速v1~vn,并计算出口流速不均匀度s*,在出口流速不均匀度s*波动量超过第二设定值Δs*时重复步骤2~步骤4,通过电磁铁的电流变化改变磁性挡板倾角,使各个出口通道的流量在变化的入口流速V下保持均匀分配。
所述步骤2)和步骤3)中电磁铁的电流每次调整的增大值或减小值为预设的电流最小变化量ΔI;
所述步骤4)中电流I1、I2和I3的每次调整的增大值或减小值分别为
n个从左至右的出口通道分别对应n块从左至右的挡板,中间的出口通道对应非磁性挡板。
本发明的有益效果:
1)本发明通过磁力作用,在不同的封头入口流速下,得到自适应的挡板倾角,使封头在不同入口流速下都能够得到均匀的出口流速。
2)本发明采用带磁性的复合材料挡板与磁发生装置调整挡板倾角,与机械结构调整挡板倾角相比,保护了封头结构的完整性,且加工制造较容易。
3)本发明采用弧形壳体,符合流体在封头内部的流动形式,能够避免封头入口两侧涡流的产生,且封头两端的出口都能够分配到合理的流体流量。
附图说明
图1为本发明的二维结构示意图;
图2为本发明的三维结构示意图;
图3为本发明封头壳体结构图;
图4为本发明的整体三维结构示意图;
图5为本发明工作控制流程;
图中:1-封头入口管,2-挡板,3-电磁铁Ⅰ,4-电磁铁II,5-电磁铁Ⅲ,6-出口通道,7-封头出口面,11-挡板轴封条,12-流量计,13-挡板轴。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示,本发明包括封头壳体、封头入口管1、挡板2和电磁铁,本发明封头的整体结构为焊接连接,包括封头入口管1与下端封头壳体的连接,封头壳体的侧盖板与整体的连接,封头壳体左右两侧面采用弧形结构。封头壳体底部的封头出口面7上等间隔开有多列流体流出的出口通道6。封头壳体左右两外侧面由上至下均依次布置有电磁铁Ⅰ3、电磁铁II4和电磁铁Ⅲ5。
如图1和图4所示,挡板2上端两侧设置有挡板轴,封头壳体的前后两侧面均固定有挡板轴封条11,每块挡板2通过挡板轴13与挡板轴封条11连接并形成滑动轴运动副,挡板轴13位于封头壳体流体进入端。磁性挡板可以绕其挡板轴转动而使挡板倾角不同。
挡板由磁性材料和非磁性材料组成,中心竖直挡板为非磁性材料,其他挡板为特定高度处安装磁性材料的挡板。靠近中心侧挡板在对应电磁铁Ⅲ5同等高度处放置磁性材料,靠近两侧挡板在对应电磁铁II4同等高度处放置磁性材料,处在两者中间的挡板在对应电磁铁Ⅰ3同等高度处放置磁性材料,磁极与靠近的电磁铁相对磁极方向互异。距中心挡板距离越小的挡板磁性越小,距中心挡板距离越大的挡板磁性越大。挡板数量与封头出口数量相等,共有n个出口或挡板。
如图3所示,封头壳体左右两侧面的中间段为朝外侧弯曲的弧形,弧形的起始端距离封头入口端处,弧形圆心角为25°~35°,半径为0.9L~1.1L,其中L为封头出口面7的长度。中间段弧形的末端与封头出口面7之间为朝内侧弯曲的弧形。弧形壳体适合流体在封头内部的流动形式,能够减少封头入口两侧涡流的产生,且封头出口面两端的出口通道都能够分配到合理的流体流量。
具体实施例:
如图5所示,根据封头入口管流量大小V与出口流量不均匀度调整磁场,实现各个磁性挡板的倾角自适应调节,提高封头对流体分配的均匀性,包括以下步骤:
步骤1)给封头壳体左右两侧的电磁铁进行通电,电磁铁对对应的磁性挡板产生吸引力,使挡板发生倾斜;通过流量计12检测流体的入口流速V,根据流量检测装置分别检测各个出口通道6的流速v1~vn,计算无量纲的出口流速不均匀度计算各个出口的相对不均匀度
步骤2)将电磁铁II4的电流I1增大一个电流最小变化量ΔI,并进行判断:如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si减小,则继续增大电磁铁II4的电流I1一个ΔI;如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si增大,则减小电磁铁II4的电流I1一个ΔI;直至相对不均匀度si的波动量小于第一设定值Δsi;
步骤3)将电磁铁Ⅰ3的电流I2增大一个电流最小变化量ΔI,将所有中间磁性挡板对应的各个出口通道的相对不均匀度si相加得到中间磁性挡板对应的出口通道的相对不均匀度,并进行判断:如果中间磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度减小,则继续增大电磁铁Ⅰ3的电流I2一个ΔI;如果中间磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度增大,则减小电磁铁Ⅰ3的电流I2一个ΔI;直至中间磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度的波动量小于第一设定值Δsi;
将电磁铁Ⅲ5的电流I3增大一个电流最小变化量ΔI,并进行判断:如果内侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si减小,则继续增大电磁铁Ⅲ5的电流I3一个ΔI;如果内侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si增大,则减小电磁铁Ⅲ5的电流I3一个ΔI;直至相对不均匀度si的波动量小于第一设定值Δsi;
步骤4)计算电流变化后的出口流速不均匀度s*,并进行判断:若出口流速不均匀度s*减小,则同时将电流I1增大电流I2增大电流I3增大若出口流速不均匀度s*增大,则同时将电流I1减小电流I2减小电流I3减小直至s*的的波动量小于第二设定值Δs*;
步骤5)实时检测入口流速V和各个出口通道6的流速v1~vn,并计算出口流速不均匀度s*,在出口流速不均匀度s*波动量超过第二设定值Δs*时重复步骤2~步骤4。通过电磁铁组通电电流的自适应改变,使封头内部的磁性挡板倾角自适应改变,从而令封头出口通道的流速不均匀性收敛,使得封头可以在变化的入口流速V下都有较好的出口流量分配特性。
Claims (10)
1.一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,包括封头壳体、封头入口管(1)、挡板(2)和电磁铁;封头入口管(1)设置于封头壳体上端且与封头壳体入口端相通;封头壳体底部作为封头出口面(7),封头出口面(7)上等间隔开有多列出口通道(6);封头壳体内部沿垂直于出口通道方向的两侧的侧面之间通过挡板轴封条(11)等间隔安装有多块倾角可变的挡板(2),挡板(2)平行于出口通道(6);封头壳体沿垂直于出口通道方向的两侧的侧面均安装有三块高度不同的电磁铁。
2.根据权利要求1所述的一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,封头壳体的前后两侧面均固定有挡板轴封条(11),挡板轴封条(11)位于封头壳体的流体进入端,挡板轴封条(11)上等间隔开有与挡板数量相同的安装孔;每块挡板(2)上端两侧设置的挡板轴(13)分别伸入前后两侧挡板轴封条(11)的安装孔内,挡板轴(13)与对应的安装孔配合形成铰接运动副,挡板通过绕自身的挡板轴(13)转动能调整改变挡板(2)布置倾角。
3.根据权利要求1所述的一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,三块电磁铁分别为电磁铁Ⅰ(3)、电磁铁II(4)和电磁铁Ⅲ(5),电磁铁Ⅰ(3)、电磁铁II(4)和电磁铁Ⅲ(5)由上至下依次布置于封头壳体同侧。
4.根据权利要求3所述的一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,位于中间的一块挡板(2)为非磁性挡板,其余各块挡板(2)均为磁性挡板;磁性挡板均布于非磁性挡板两侧,位于两侧最外侧的两块磁性挡板为外侧磁性挡板,紧邻靠近非磁性挡板的两块磁性挡板为内侧磁性挡板,其余磁性挡板为中间磁性挡板;
外侧磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁II(4)对应,中间磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁Ⅰ(3)对应,内侧磁性挡板的磁性材料放置高度与电磁铁Ⅲ(5)对应。
5.根据权利要求1所述的一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,出口通道(6)数量与挡板(2)数量对应相同。
7.根据权利要求1所述的一种磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构,其特征在于,封头入口管(1)一侧设置有流量计(12),流量计(12)用于检测流体入口的流速V。
8.采用权利要求1~7任一所述的磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构的自适应调整方法,包括以下步骤:
步骤1)给封头壳体左右两侧的电磁铁进行通电,电磁铁对自身对应的磁性挡板(2)产生吸引力,使挡板发生倾斜;
步骤2)增大电磁铁II(4)的电流I1,并进行判断:如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si减小,则继续增大电磁铁II(4)的电流I1;如果外侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度si增大,则减小电磁铁II(4)的电流I1;直至相对不均匀度si的波动量小于第一设定值Δsi;
步骤3)依次增大电磁铁Ⅰ(3)的电流I2和电磁铁Ⅲ(5)的电流I3,并计算中间磁性挡板和内侧磁性挡板对应出口通道的相对不均匀度,采用步骤2)的方法分别调整电磁铁Ⅰ(3)的电流I2和电磁铁Ⅲ(5)的电流I3,电磁铁Ⅰ(3)的电流I2对应
步骤4)计算电流变化后的出口流速不均匀度s*,并进行判断:若出口流速不均匀度s*减小,则同时增大电流I1、I2和I3;若出口流速不均匀度s*增大,则同时减小电流I1、I2和I3,直至s*的的波动量小于第二设定值Δs*;
步骤5)实时检测入口流速V和各个出口通道(6)的流速v1~vn,并计算出口流速不均匀度s*,在出口流速不均匀度s*波动量超过第二设定值Δs*时重复步骤2~步骤4,通过电磁铁的电流变化改变磁性挡板倾角,使各个出口通道的流量在变化的入口流速V下保持均匀分配。
10.根据权利要求8所述的磁力辅助板翅式换热器挡板封头结构的自适应调整方法,其特征在于,n个从左至右的出口通道(6)分别对应n块从左至右的挡板,中间的出口通道(6)对应非磁性挡板。
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CN113465194A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-10-01 | 西安热工研究院有限公司 | 一种低表面温度偏差的太阳能吸热器 |
US20220297499A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | Denso International America, Inc. | Multi-zone hvac |
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US20220297499A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | Denso International America, Inc. | Multi-zone hvac |
CN113465194A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-10-01 | 西安热工研究院有限公司 | 一种低表面温度偏差的太阳能吸热器 |
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