CN1170867A - 变流道式汽－水直接换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种变流道式汽－水直接换热器,它是由壳体、可调蒸汽喷嘴与可调进液喷嘴及各自的调节机构、平衡混合腔和消音增压腔构成,其蒸汽喷嘴的组成为设置于壳体轴线上的喷汽管和调节杆,它们的锥形端之间的流道构成蒸汽喷嘴;进液喷嘴包括滑动设置于壳体轴线上的环形件,其收缩锥体的内锥面与喷汽管的锥形管口外壁之间的流道构成进液喷嘴;调节杆和环形件直管分别上螺纹连接一蜗轮与各自的调节手柄啮合构成蜗轮蜗杆调节机构。本换热器的喷嘴和流道规格可根据使用条件随时进行调整,能保持最佳的工作状态,成为高效、节能、无振动、无噪音的汽－水直接换热器。

Description

变流道式汽—水直接换热器

本发明涉及的是以蒸汽和低温液体作为热交换介质将它们直接混合实现热交换的汽—水直接换热设备。

汽—水直接换热器是广泛应用于工业生产线和民用采暖供热系统中的关键设备。它的基本结构包括有交换器壳体、壳体内的蒸汽喷嘴、进液喷嘴和壳体内汽、液进入后的平衡混合腔和消音增压腔，这类技术在专利中都有记载，如中国专利CN88205290.X的《射流式汽—水混合换热器》和CN94229033.X的名称为《双喷式汽—水直接换热器》公开的就是此类技术，它们的一大共同点是各组成部件均为固定装配结构，喷管规格和流道形状无法改变，除非将其拆开重新加工组装。因此每一换热器只适应工作在一定流量和压力的进出口条件下，当这些条件在使用中发生改变时，就需更换喷嘴规格及至整个的换热器，否则难以实现射流或引射，此时汽水混合就会产生强烈地振动和水击现象及其噪音，破坏了正常的热交换工作状态，换热效率明显下降。这些缺陷导致现有的汽—水直接换热器无法在使用条件经常改变的场合下使用，使用范围受到极大地限制。

本专利申请的发明目的在于提供一种喷嘴规格与流道形状能够根据使用条件的变化而进行调整、使其能够保持在最佳工作状态的变流道式汽—水直接换热器。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：本变流道式汽—水直接换热器是由换热器壳体、该封闭壳体内的蒸汽喷嘴与平衡混合腔和消音增压腔构成，本技术的主要特点是本换热器设计了可以不同时组装使用的可调的蒸汽喷嘴及其调节机构和可调的进液喷嘴及其调节机构，其中的：

(1)、a.可调的蒸汽喷嘴的组成为：包括均设于壳体轴线上的喷汽管和喷汽管内的调节杆构成的，喷汽管的锥形管口内壁与调节杆的锥形头之间所形成的流道构成了蒸汽喷嘴；

b.调节杆由进汽口的支架支撑设置在喷汽管轴线上，并与支架滑动配合，其直杆部分上螺纹连接一蜗轮，它与穿过亮体的调节手柄啮合传动，构成可调蒸汽喷嘴的蜗轮蜗杆调节机构；

(2)、a.由直管部分和收缩锥体构成的漏斗状环形件，其直管部分与壳体同轴直线滑动配合，直管部分的锥形内腔构成了本换热器的平衡混合腔，其收缩锥体的内锥面与喷汽管的锥形管口外壁之间所形成的流道构成了进液喷嘴；

b.该环形件的直管部分上螺纹连接一蜗轮，它与穿过壳体的调节手柄啮合传动，构成可调的进液喷嘴的蜗轮蜗杆调节机构。

蒸汽和低温液体从蒸汽喷嘴和进液喷嘴喷出，进入平衡混合腔混合后，进入沿流动方向截面逐渐增大的增压消音腔，使热水流速降低、压力升高，最后由热水出口流出。当调整可调蒸汽喷嘴或可调进液喷嘴调节机构的调节手柄时，在与蜗轮螺纹连接作用下，使调节杆或环形件相对于各自蜗轮沿轴向平移，从而改变喷嘴规格和平衡混合腔流道沿轴向的截面分布。

本发明的变流道式汽—水直接换热器彻底改变了以往此类换热器的固定换热结构，与现有的汽—水直接换热器相比，本技术方案具有如下优点：

1、本汽—水直接换热器其每一调整变化后的喷嘴和流道规格与对应规格的固定式结构换热器的工作状态是等效的。这是由于两者的喷嘴流道及平衡混合腔流道沿轴向的截面积分布是相同的，根据流体力学原理，当二者具有相同的进出口条件时，其喷嘴和流道压力分布、流速分布相同，则本换热器产生了与现有换热器相同的平衡混合过程，所以本汽—水直接换热器可以根据使用环境条件的变化，可随时调节改变喷嘴和流道的规格，使其处于最佳的工作状态。

2、本变流式汽—水直接换热器的调整方式无需系统中的管路阀门。现有固定结构的汽—水直接换热器，其管路阀门的调节改变了喷嘴进口压力和出口背压，改变了喷嘴和平衡混合腔流道单位截面积通过的流量，进而改变了喷嘴和流道的压力和流量分布，影响了平衡混合过程，使其偏离了最佳工作状态，而进成强烈地振动和较大噪音，换热效率明显降低。而本汽—水直接换热器是完全通过自身调节机构的调节，来实现喷嘴与流道规格的调整，这种调整并不改变进口管路压力和出口背压、不改变进出口条件，而只改变喷嘴和平衡混合腔流道截面积，而其单位截面积通过的流量却保持恒定，使其压力、流速的分布和平衡混合条件不发生变化，因而使调控过程中的流动换热状态始终保持在一最佳状态，实现了高效、节能的效果，不仅消除了振动噪音，而且这种调控结构省去了现有换热器的管路阀门，消除了其存在的截流损失。

3、现有换热器在开车时，通过开启管路阀门导入低温水和蒸汽，两换热介质不断充装阀门到喷嘴之间的流道过程中，压力逐渐上升，在其建立喷射和平衡混合所需的压力分布之前，两介质已接触混合，而导致压力突变，产生强烈振动和振动噪音。这也是当前的汽—水直接换热器所存在的通病，只有减少介质的充装容积，才可使这一影响降至最低。本发明所设计的换热器，其自身的调节机构能够在开车前将汽水与出口流道隔开，使进口处的所有流道已充满蒸汽和液体，此时，换热器压力与管路压相同，消除了充装容积，一旦开启蒸汽喷嘴或进液喷嘴，即可瞬间建立其压力和流速分布，使汽水混合能够在正常的工作状态下进行，充装时间几乎为零，从而彻底解决了开车过程中的强烈振动和噪音的问题。

4、现有换热器按蒸汽喷嘴流道形状进行分类，分为音速喷嘴换热器和超音速喷嘴换热器，彼此不能替代。本变流道式汽—水直接换热器却可以根据实际应用状况进行两类换热器的相互转换，其变换是由蒸汽喷嘴的调节杆来实现的。该调节杆锥面由前后两段不同锥度锥面组成，若前一段锥度大于后一段锥面锥度时，其前一段锥面与锥形管内壁之间的流道呈收敛形，后一段锥面与锥形管内壁之间的流道呈扩张形，就构成先收敛后扩张的超音速喷嘴；当通过调节手柄将前一段锥面移出锥形管伸入平衡混合腔内，后一段锥面与锥形管口形成的蒸汽喷嘴流道就呈收敛形，则构成音速喷嘴。

本变流道式汽—水直接换热器的设计除具备上述优点外，还可以直接实现自动控制调节，即以调节手柄的旋转角度为调整控制对象实现自动控制，简化了安装结构、降低了设备投资。而且单独使用本汽—水直接换热器还能够进行进汽与进液的对调使用，进一步扩大了其使用范围。

综上所述，本发明所提供的变流道式汽—水直接换热器可随使用条件的变化相应改变喷嘴规格和流道形状，从而实现高效、节能、无振劝、无噪音的工作效果，适用范围广。

下面结合具体实施结构详细说明本发明的技术内容。

图1为本变流道式汽—水直接换热器的系统安装框图

图2为本发明换热器的剖视结构图。

如图所示，本发明所提供的变流道式汽—水直接换热器是由换热器壳体1、壳体1内的蒸汽喷嘴与进液喷嘴及亮体1内的平衡混合腔7和增压消音腔8构成，蒸汽、低温水和换热后的液体分别由壳体1的进汽法兰2、进液法兰3和出液法兰4与系统连通流入和输出。如图所示的换热器实施结构中，采用了可调的进汽喷嘴和可调的进液喷嘴的组合结构，在实际应用中，可以根据需要在换热器中只采用可调的蒸汽喷嘴或只采用可调的进液喷嘴，其余为固定组装结构。其中，可调的蒸汽喷嘴的组成包括壳体1内的喷汽管11和喷汽管11内的调节杆10，壳体1、喷汽管11和调节杆10同轴线设置，喷汽管11连通了进汽腔5和平衡混合腔7，进汽腔5内的支架9中心设有一槽孔，调节杆10的直杆部分穿过该槽孔与支架9直线滑动配合，喷汽管11的锥形管口和调节杆10的锥形头之间所形成的流道构成了蒸汽喷嘴；调节杆10的直杆上螺纹连接一蜗轮13，该蜗轮13与密封穿出壳体1的调节手柄14啮合传动，组成该蒸汽喷嘴的可调蜗轮蜗杆调节机构，为使该蜗轮、蜗杆保持啮合，在蜗轮13上包有一U形架5，并与蜗杆13同穿过调节杆10的直杆部分设置。当转动调节手柄14时，蜗轮13相对予调节杆10转动，在其螺纹连接作用下，调节杆10沿轴向直线移动，使调节杆10的锥形头在喷汽管11锥形管口的位置发生改变，从而实现了蒸汽喷嘴的流道的调整。调节杆10的锥形头可由前后两段不同锥度的锥面构成，当前段锥度大于后一段锥度时，转动调节手柄14使其前段锥面位于喷汽管锥形管口位置时，两者之间就形成了先收敛后扩张的流道形状，即为超音速蒸汽喷嘴；当转动调节手柄将前段锥面移出锥形管口伸入平衡混合腔位置时，蒸汽流道只为收敛形，就构成了音速喷嘴。下面说明的是可调进液喷嘴及其调节机构的实施结构：带有收缩内锥面的环形件12，其直管部分与壳体1内壁直线滑动配合，其收缩内锥面与喷汽管11锥形管口外壁之间的流道构成了进液喷嘴，该环形件12的直管锥形内腔则构成了平衡混合腔7；该进液喷嘴的可调机构为一蜗轮蜗杆机构，它是由在环形件12的直管部分上螺纹连接的一蜗轮16和其与穿壳体的调节手柄15啮合传动构成的，为使蜗轮、蜗杆保持啮合传动，蜗轮16上包有一U形架6，二者均穿过环形件12的直管设置。当转动调节手柄15时，蜗轮16相对于环形件12转动，在其螺纹连接作用下，环形件12沿壳体1轴线直线移动，带动其收缩内锥面移动，从而改变了该内锥面与锥形管口外壁之间的流道规格，即改变了进液喷嘴的规格。

Claims (4)

1、一种变流道式汽—水直接换热器，它是由换热器壳体(1)、该封闭壳体(1)内的蒸汽喷嘴与进液喷嘴和平衡混合腔(7)和增压消音腔(8)构成，其特征在于本换热器设计了可以不同时组装使用的可调的蒸汽喷嘴及其调节机构和可调的进液喷嘴及其调节机构，其中的：

(1)、a.可调的蒸汽喷嘴的组成为：包括均设于壳体(1)轴线上的喷汽管(11)和喷汽管(11)内的调节杆(10)，喷汽管(11)的锥形管口内壁与调节杆(10)的锥形头之间所形成的流道构成了蒸汽喷嘴；

b.调节杆(10)由进汽口的支架(9)支撑设置在喷汽管(11)轴线上，并与支架(9)滑动配合，其直杆部分上螺纹连接一蜗轮(13)，它与穿过壳体的调节手柄(14)啮合传动，构成可调蒸汽喷嘴的蜗轮蜗杆调节机构；

(2)、a.由直管部分和收缩锥体构成的漏斗状环形件(12)，其直管部分与壳体(1)同轴直线滑动配合，直管部分的锥形内腔构成了本换热器的平衡混合腔，其收缩锥体的内锥面与喷汽管(11)的锥形管口外壁之间所形成的流道构成了进液喷嘴；

b.该环形件(12)的直管部分上螺纹连接一蜗轮(16)，它与穿过壳体(1)的调节手柄(15)啮合传动，构成可调的进液喷嘴的蜗轮蜗杆调节机构。

2、根据权利要求1所述的换热器，其特征在于调节杆(12)锥形头的锥面由前后两段不同锥度锥面组成。

3、根据权利要求1所述的换热器，其特征在于可调蒸汽喷嘴的蜗轮蜗杆机构中，蜗轮(13)上包有一U形架(5)，并与蜗轮(13)同穿过调节杆(10)的直杆上设置。

4、根据权利要求1所述的换热器，其特征在于可调进液喷嘴的蜗轮蜗杆机构中，蜗轮(16)上包有一U形架(6)，并与蜗轮(16)同穿过环形件(13)直管设置。

Images