CN111999085A - 一种螺旋板稳定性测定实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋板稳定性测定实验装置，包括缓冲罐、加压罐，所述的加压罐包括罐体，罐体内固定有中层隔板，位于中层隔板与加压罐顶部之间卡设有试件，所述试件具有外圈螺旋板和内圈螺旋板，外圈螺旋板和内圈螺旋板的外侧壁上均由上至下间隔排列有定距柱，位于试件两侧的罐体壁上安装有实现罐体压力水循环流动的环状管路，罐体侧壁上连接有测定试件失稳压力的压力表。本发明利用外圈螺旋板外壁上的定距柱产生的扰流作用，可更真实地模拟螺旋板的工作环境；定距柱可有效防止实验过程中试件磨损造成的强度不足，提高实验精度；通过压力表测定加压罐内压力变化，能更加直观地测定试件失稳时的压力，测得的失稳压力更具有实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，尤其是一种螺旋板稳定性测定实验装置。
背景技术
螺旋板换热器作为一种典型的紧凑式换热器，具有结构简单、制造方便、传热效率高、不易结垢等优点，尤其是当两种换热介质之间的温差较小的情况下，螺旋板式换热器能够回收低位热能，因此广泛适用于各种化工溶液的加热和冷却之中。
螺旋板式换热器由两张平行金属板卷制成两个螺旋型通道，冷热两种传热介质通过螺旋板壁进行换热。因此，螺旋板式换热器在工作时，相邻通道内承受不同压力，在最不利情况下，当其中一通道的流体突然中止，使压力降为0，螺旋板单侧可能承受最大内压或最大外压。因此，螺旋板设计时，除了保证其有足够的强度，还需要保证其具有足够的稳定性。
为了提高螺旋板式换热器的稳定性，在每张金属板上都均匀地焊有定距柱。定距柱在强化传热的同时，也能控制相邻螺旋通道的间距，支撑螺旋板，使螺旋体的强度和刚度增加。
现有的外压容器稳定性测定实验装置，可以测定外压容器失稳时的临界压力、失稳后的波形，而用于螺旋板稳定性测定的实验方法尚不完善，大致可以分为以下三种：
一种是在螺旋板受力均匀的假设下，将螺旋板简化为一个有一系列点支承的平板模型，在试验板形心处及定距柱连线中点处粘贴互成90°的应变片两片，以定距柱的间距作为变量，通过测绘平板模型的压力-挠度、压力-应变曲线，获得平板定距柱间距与板承压能力的关系曲线，再乘上一修正系数以显示曲率对螺旋板稳定性的影响。但其缺点在于测量的参数较多、转换计算复杂，导致实验数据不够直观且误差较大。
第二种是利用螺旋板式换热器的对称结构，从完整的螺旋板式换热器剖取出实验所需的一段螺旋体，在相邻螺旋板上布置一定数量的应变片记录应变值，加装加压孔及排气孔，实验时通过加压孔向螺旋体充入液体加压，当某一应变片的应变值发生突变时，对应的压力就是螺旋板的临界压力。该实验能反应最危险工况下的螺旋板稳定性情况，但整个实验成本过高，不便于研究影响规律，且剖取下来的螺旋体有较大的初始缺陷，使得实验结果与理论值有一定误差。
第三种是通过改装试件，将曲率半径为R的螺旋板简化为半径为R的圆筒，在圆筒内焊接带孔芯子，孔内拧入螺钉代替定距柱，将整个试件开口向下，倒置在一加压罐内，由带压力表的缓冲罐向加压罐内加水，当水压升高到一定值，试件发生失稳，同时会产生异响，此时压力表对应的示数即为试件的失稳压力。该实验装置避免了应变片带来的测量误差，使测量值更加准确，但由于试件是整体倒置浸入水中，双通道都有水，压力相同，其模拟的工况只是螺旋板正常工作下，两侧都有流体的工况，而不是只有单个流道内有流体流通，螺旋板单侧承受最大内压或最大外压的最危险工况，所以实验得出的失稳压力还留有一定裕度，存在进一步精确的空间。
由此可见目前尚未有完善的实验装置来分析及测定最危险工况下螺旋板失稳压力和定距柱排列参数和结构参数对螺旋板稳定性的影响规律。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种螺旋板稳定性测定实验装置，实现在最危险工况下测定螺旋板失稳时的临界压力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺旋板稳定性测定实验装置，包括用于存储压力水的缓冲罐、加压罐，缓冲罐与加压罐管路连接，所述的加压罐包括罐体，罐体内固定有表面分布有过水孔的中层隔板，位于中层隔板与加压罐顶部之间卡设有试件，所述试件具有外圈螺旋板和内圈螺旋板，外圈螺旋板和内圈螺旋板的外侧壁上均由上至下间隔排列有定距柱，位于试件两侧的罐体壁上安装有实现罐体压力水循环流动的环状管路，罐体侧壁上连接有测定试件失稳压力的压力表。
进一步地，还具有水箱、螺旋泵，螺旋泵输入端管路连接水箱出水端，螺旋泵输出端管路连接缓冲罐进水端，缓冲罐的出水端通过输水管路与加压罐底部的进水口管路连接，加压罐底部的进水口通过排水管路与水箱回水端管路连接。
为确保试件设置稳固，所述的罐体顶部设有固定试件的橡胶垫，中层隔板中心具有直径大于试件外径1～2mm的中心孔，中心孔两侧分别固定有卡于试件底部侧壁的卡板。
所述的输水管路上连接有流量计，以控制进入加压罐的水量，检测输水流量的稳定性。
具体说，所述的环状管路内设有由电机驱动的叶轮，通过叶轮作用使加压罐内的压力水处于流动状态。
本发明的有益效果是：本发明利用外圈螺旋板外壁上的定距柱产生的扰流作用，可更真实地模拟螺旋板的工作环境；定距柱可有效防止实验过程中反复装卸螺钉引起的试件磨损造成的强度不足，提高实验精度；通过压力表测定加压罐内压力变化，能更加直观地测定试件失稳时的压力，测得的失稳压力更准确；实验装置可模拟螺旋板式换热器的最危险工况，此工况下测得的失稳压力具有实践意义；可简化模型，降低实验成本和实验的复杂程度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述加压罐的结构示意图。
图3是本发明所述试件的结构示意图。
图中：1.缓冲罐，2.加压罐，2-1.罐体，2-2.橡胶垫，3.中层隔板，4.试件，4-1.外圈螺旋板，4-2.内圈螺旋板，4-3.定距柱，5.环状管路，5-1.叶轮，5-2.电机，6.压力表，7.水箱，8.螺旋泵，9.输水管路，10.排水管路，11.流量计。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图3所示的一种螺旋板稳定性测定实验装置，具有水箱7、螺旋泵8、缓冲罐1和加压罐2，螺旋泵8输入端管路连接水箱7出水端，螺旋泵8输出端管路连接缓冲罐1进水端，存储压力水的缓冲罐1出水端通过输水管路9与加压罐2底部的进水口管路连接，所述的输水管路9上连接有流量计11，加压罐2底部的进水口通过排水管路10与水箱7回水端管路连接。
所述的加压罐2包括罐体2-1，罐体2-1内固定有中层隔板3，位于中层隔板3与加压罐2顶部之间卡设有试件4，所述的罐体2-1顶部设有固定试件4上端的橡胶垫2-2；所述中层隔板3表面分布有过水孔3-1，通过过水孔3-1使中层隔板3下方罐体2-1内的压力水进入中层隔板3上方的罐体2-1内腔；中层隔板3中心具有直径大于试件4外径1～2mm的中心孔3-2，中心孔3-2两侧分别固定有卡于试件4底部侧壁的卡板3-3。
所述试件4具有外圈螺旋板4-1和内圈螺旋板4-2，外圈螺旋板4-1和内圈螺旋板4-2的外侧壁上均由上至下间隔排列有定距柱4-3。
作为试件4，将曲率半径为R1、R2的相邻的外圈螺旋板4-1和内圈螺旋板4-2，简化为半径为R1、R2的圆筒，可以减小试件4的初始缺陷，在两个圆筒外围均匀焊接定距柱4-3，定距柱4-3的材料与圆筒的材料相同，定距柱4-3尺寸、排列方式、分布密度等由实验要求决定，再将内筒焊接在外筒内侧底部。为了模拟最危险工况，将试件4开口向上放入加压罐2，由橡胶垫2-2卡住试件4上端，试件4内部不加压，内圈螺旋板4-2外壁的定距柱4-3起支撑外圈螺旋板4-1的作用，外圈螺旋板4-1外壁的定距柱4-3起扰流作用。
位于试件4两侧的罐体2-1壁上安装有实现罐体2-1压力水循环流动的环状管路5，所述环状管路5的截面为矩形截面，环状管路5内设有叶轮5-1，叶轮5-1由电机5-2驱动旋转。
罐体2-1侧壁上连接有测定试件4失稳压力的压力表6，由于环状管路5内叶轮5-1工作时加压罐2内的水不再处于静止状态，实际压力与缓冲罐1内压力不等，所以需要重新设置压力表6测定试件4的失稳压力。
测试方法按以下步骤进行：
(1)、记录试件4的壁厚，定距柱4-3参数(排列方式、长度、间距)；
(2)、将试件4放置在加压罐2内，由橡胶垫2-2和中层隔板3固定卡紧，避免在加压时漏气；
(3)、打开螺旋泵8，向缓冲罐1内加水，排空缓冲罐1内空气；
(4)、当缓冲罐1内空气排空后，关闭缓冲罐1上的排气阀，打开缓冲罐1和加压罐2之间的输水管路9上的阀门，排空加压罐2内空气；
(5)、打开电机5-2，叶轮5-1开始工作，带动水在环状管路5内流动；
(6)、输水管路9向加压罐2输水进行间歇性加压，观察加压罐2上压力表6的示数变化，当发出“砰”的一声时，证明试件4已失稳，记录此时压力表6示数，即为试件4的失稳压力；
(7)、完成螺旋板稳定性测定实验后，打开排水管路10上的阀门，将水排回水箱7。
本发明将试件4开口放入加压罐2内，能充分体现螺旋板式换热器的最危险工况，采用压力表6测定加压罐2内压力变化，能更加直观地测定试件4失稳时的压力，测得的失稳压力更具有实践意义；使用定距柱4-3可有效防止实验过程中试件4磨损造成的强度不足，提高实验精度；通过环状管路5及中层隔板3共同作用，可以更好地体现外圈螺旋板4-1外壁上的定距柱4-3产生的扰流作用，更真实地模拟螺旋板的工作环境。可简化模型，降低实验成本和实验的复杂程度。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种螺旋板稳定性测定实验装置，包括用于存储压力水的缓冲罐(1)、加压罐(2)，缓冲罐(1)与加压罐(2)管路连接，其特征是：所述的加压罐(2)包括罐体(2-1)，罐体(2-1)内固定有表面分布有过水孔的中层隔板(3)，位于中层隔板(3)与加压罐(2)顶部之间卡设有试件(4)，所述试件(4)具有外圈螺旋板(4-1)和内圈螺旋板(4-2)，外圈螺旋板(4-1)和内圈螺旋板(4-2)的外侧壁上均由上至下间隔排列有定距柱(4-3)，位于试件(4)两侧的罐体(2-1)壁上安装有实现罐体(2-1)压力水循环流动的环状管路(5)，罐体(2-1)侧壁上连接有测定试件(4)失稳压力的压力表(6)。
2.如权利要求1所述的螺旋板稳定性测定实验装置，其特征是：还具有水箱(7)、螺旋泵(8)，螺旋泵(8)输入端管路连接水箱(7)出水端，螺旋泵(8)输出端管路连接缓冲罐(1)进水端，缓冲罐(1)的出水端通过输水管路(9)与加压罐(2)底部的进水口管路连接，加压罐(2)底部的进水口通过排水管路(10)与水箱(7)回水端管路连接。
3.如权利要求2所述的螺旋板稳定性测定实验装置，其特征是：所述的罐体(2-1)顶部设有固定试件(4)的橡胶垫(2-2)，中层隔板(3)中心具有直径大于试件(4)外径1～2mm的中心孔，中心孔两侧分别固定有卡于试件(4)底部侧壁的卡板。
4.如权利要求2所述的螺旋板稳定性测定实验装置，其特征是：所述的输水管路(9)上连接有流量计(11)。
5.如权利要求1所述的螺旋板稳定性测定实验装置，其特征是：所述的环状管路(5)内设有由电机(5-2)驱动的叶轮(5-1)。
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