CN1544873A

CN1544873A - U型管-悬臂组合盘管复合流程换热器

Info

Publication number: CN1544873A
Application number: CNA2003101055342A
Authority: CN
Inventors: 林程; 程林; 过增元
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-11-10
Also published as: US20050109495A1

Abstract

本发明提供一种结构简单、蒸汽在同一换热壳体内具有复合流程的高效低耗的汽水换热器。技术关键在于蒸汽进入换热器后首先在壳侧换热，冷凝后进入置于同一壳体内的悬臂组合盘管内二次换热，过冷后再流出换热器。本发明的优点是：U型管流程壳侧蒸汽流动阻力小；悬臂组合盘管流程管内冷凝水流速较大；换热系数高；换热器中冷热流体的温度场协同好，换热器效率高。悬臂组合盘管独特的结构特征使换热器的布置具有更加灵活的空间，实现了在同一壳体内汽—水，水—水的复合换热。具有体积小、结构简单、能源利用率高等特点，是目前低温低压无腐蚀类换热器的换代产品。

Description

U型管-悬臂组合盘管复合流程换热器

(一)技术领域

本发明属于汽水换热装置，适用于多种用途的热水供应系统。

(二)背景技术

现有的汽水换热装置主要有以下两种：一种是蓄热式换热器，常见的有列管式、水浸式等，它通常是一个大型水储存容器，内部布置换热管束，蒸汽在管侧，水在壳侧流动，这种换热器体积大，换热效率低而能耗高；另一种是即热式换热器，常见的有U型管式、板式换热器等，这种换热器蒸汽在壳侧，水在管侧流动，壳体表面温度高，热损较大。同时，以上两种换热器均具有换热介质的单一流程，蒸汽凝结后很难被过冷，因此，很难避免蒸汽的二次闪蒸损失；另外，由于单一流程的汽水换热器冷凝水管流速度很低，换热系数很小，而且由于无相变，冷热流体温差场不均匀，冷热流体的温度场协同不好，因此换热器效率低。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、蒸汽在同一换热壳体内具有复合流程的高效低能耗的U型管-悬臂组合盘管复合流程换热器。

本换热器主要由进水管、出水管、蒸汽进口管、冷凝水出口管、壳体、U型管换热管束、悬臂组合盘管换热元件等组成。换热器筒体的后半部分有一隔板将筒体前后隔开，前半部分设置U型管作为传热元件，后半部分设置悬臂组合盘管作为传热元件。工作过程是蒸汽由蒸汽进入管进入换热器壳体内，通过U型换热管束冷凝冷却后，再进入多组布置的悬臂组合盘管内进行二次冷却，然后过冷的冷凝水通过出口管流出换热器；被加热水则由进口管首先进入装有悬臂组合盘管的第二节壳体内被初步加热，然后进入U型换热管束的管内被加热至额定温度，通过被加热水出口管流出换热器。

本发明的技术关键在于：蒸汽进入换热器后首先在U型管流程壳侧换热，冷凝冷却后再进入置于同一壳体内的悬臂组合盘管流程管侧内进行二次换热，过冷后再流出换热器。这种复合流程的汽水换热器的优点是：U型管流程壳侧蒸汽流动阻力小；悬臂组合盘管流程管内冷凝水流动速度较大；换热系数高；换热器中冷热流体的温度场协同好，换热效率高。

悬臂组合盘管具有一个固定端，一个相对自由端，一个绝对自由端。该元件在振动上表现出了更多的弹簧特征，使得持续脉动的水流能够较容易地激发起振动，；同时，它还有复合结构以在振动过程中具有抑制作用，使任何微小力的变化都将阻止已有频率振动的持续，而主流扰动很快将振动持续进行。这样，便会形成固定范围的低频振动，既对水流产生扰动，又不会因剧烈振动带来损坏，并因此在低流速下具有较高的传热系数。悬臂组合盘管结构对流体诱导振动的响应特性包含了流体脉动频率与结构固有频率相等时的共振和流动以1/2固有频率脉动的亚共振特征。因此，悬臂组合盘管可以被较低频率的脉动诱导振动，这种振动处于亚共振区，不会形成剧烈共振的破坏力。

本换热器的布置方式可以分为立式和卧式。

本发明的悬臂组合盘管在换热器内的布置方式亦与传统的管式传热元件不同，完全放弃了管板联结形式，直接多组并联于热媒管上。悬臂组合盘管的结构方式将传热元件从传统的管板结构中解放出来，使换热器的布置具有更加灵活的空间，实现了在同一壳体内汽—水、水—水的复合换热；采用脉动流诱导下的悬臂组合盘管各自固定频率上的能量分布对悬臂组合管束的工作状态有重要影响。将悬臂组合盘管的元件的弯曲半径、圆管直径及壁厚加以实验筛选，得出不同型号的具体尺寸，由此而确定的诱导振动系统使得水流速的变化对振动影响不大，这样，悬臂组合盘管可以适合于不同的负荷变化而仍然保持较好的振动特征。使用本发明热效率可大于98％，最高换热能力为7MW，热源一般为0.6MPa的饱和蒸汽，当蒸汽压力降至0.1MPa时，亦能维持良好出力。具有体积小、结构简单、能源利用率高等优点，是目前低温低压无腐蚀类换热器的换代产品。

(四)附图说明

图1为本发明的主视结构剖面示意图；

图2为本发明的悬臂组合盘管结构示意图。

其中，图1中主要由上封头[1]，法兰[2]，管板[3]，筒体[4]，下封头[5]，支架[6]，被加热水出口管[7]，防冲板[8]，蒸汽进口管[9]，折流板[10]，U型管[11]，隔板[12]，冷凝水出口管[13]，悬臂组合盘管[14]，被加热水进口管[15]，排污口[16]组成。

图2中悬臂组合盘管的结构具有A、B固定端，C绝对自由端和D相对自由端，主要由配重块[17]，圆形堵头[18]，压紧螺母[19]，连接套管[20]，圆形传热管[21]等组成。

(五)具体实施方式

实施例：结构如图1和图2所示，立式布置的换热器中，被加热水的出口管[7]、被加热水的进口管[15]分别设在换热器的上封头[1]和下封头[5]上，蒸汽进口管[9]设在上封头[1]部分，排污口[16]、冷凝水出口管[13]则在筒体[4]的下半部分。

换热器外壳由筒体[4]、法兰[2]和椭圆封头等组成。换热器筒体的下半部分有一隔板[12]将筒体[4]上下隔开，筒体[4]上半部分设置U型换热管束作为传热元件，下半部分设置悬臂组合盘管[14]作为传热元件。换热器组装过程中，首先将U型换热管[1]束以胀接的方式固定在管板上，通过螺栓连接的方式将悬臂组合盘管[14]并联连接在热媒管上，将容器法兰[2]分别焊接在筒体两端、上封头[1]和下封头[5]上；然后将悬臂组合盘管[14]连同隔板，焊接在换热器的筒体[4]内；最后通过螺栓连接把筒体[4]、上封头[1]、下封头[5]和胀接有U型换热管束的管板连成一体，换热器的本体组装完成。换热器法兰与法兰，法栏与管板之间的设有密封垫片，一般工艺条件下承压1.6MPa以上。按不同的换热要求，换热器的上封头[1]上布置隔板可形成不同的管程。

悬臂组合盘管[14]在换热器内的布置方式亦与传统的管式传热元件不同，完全放弃了管板联结形式，直接多组并联于热媒管上。悬臂组合盘管的结构方式将传热元件从传统的管板结构中解放出来，使换热器的布置具有更加灵活的空间，实现了在同一壳体内汽—水、水—水的复合换热。

脉动流诱导下的悬臂组合盘管[14]各自固定频率上的能量分布对悬臂组合管束的工作状态有重要影响。将悬臂组合盘管的元件的弯曲半径、圆管直径及壁厚加以实验筛选，得出不同型号的具体尺寸，由此而确定的诱导振动系统使得水流速的变化对振动影响不大，这样，悬臂组合盘管可以适合于不同的负荷变化而仍然保持较好的振动特征。

本换热器热效率大于98％，最高换热能力为7MW，热源一般为0.6MPa的饱和蒸汽，当蒸汽压力降至0.1MPa时，亦能维持良好出力。本换热器具有体积小、结构简单、能源利用率高等特点，是目前低温低压无腐蚀类换热器的换代产品。

Claims

1、U型管-悬臂组合盘管复合流程换热器采用复合流程结构，其特征是同一流体在不同流程，流径是不同的，蒸汽在进入换热器后首先在壳侧换热，冷凝后再进入置于同一壳体内的数组悬臂组合盘管内二次换热，过冷后再流出换热器；被加热水则首先在装有悬臂组合盘管部分筒体的壳侧被初步加热，然后进入U型换热管束的管内，被加热至额定温度后从被加热水出口管流出换热器。

2、据权利要求书1所述的U型管-悬臂组合盘管复合流程换热器，其特征在于具有并联于热媒管上的数组悬臂组合盘管。悬臂组合盘管具有一个固定端，一个相对自由端，一个绝对自由端，能够在流体诱导下产生振动。