CN207199162U - 一种多功能传热教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多功能传热教学装置，包括蒸汽发生器、列管换热器、光滑套管换热器、螺纹套管换热器、冷凝管和循环气泵，列管换热器、光滑套管换热器和螺纹套管换热器上均设置有蒸汽入口、蒸汽出口、空气入口和空气出口；每个蒸汽入口均通过蒸汽管道与蒸汽发生器上的出口连接，每个蒸汽出口均通过蒸汽管道与冷凝管的入口连接；每个空气入口均通过空气管道与循环气泵的出风管道连接；各蒸汽管道和各空气管道上均设置有阀门和温度检测热电阻。该多功能传热教学装置具有设计科学、实验面广、节能环保、教学效果好的优点。

Description

一种多功能传热教学装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验装置，具体的说，涉及了一种多功能传热教学装置。

背景技术

热量传递学是高校实验教学的重要部分，而高校目前使用的传热教学实验装置形式单一，学生仅能针对特定种类的换热器进行实验、研究，无法进行不同换热器之间的实验对比，影响学生的学习效果和效率。另外，现有的传热教学装置，从换热器中出来的冷流体和热流体一般直接排放到空气中，造成了能源的浪费和环境的污染。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、实验面广、节能环保、教学效果好的多功能传热教学装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种多功能传热教学装置，包括蒸汽发生器、列管换热器、光滑套管换热器、螺纹套管换热器、冷凝管和循环气泵，所述列管换热器、所述光滑套管换热器和所述螺纹套管换热器上均设置有蒸汽入口、蒸汽出口、空气入口和空气出口；每个所述蒸汽入口均通过蒸汽管道与所述蒸汽发生器上的出口连接，每个所述蒸汽出口均通过蒸汽管道与所述冷凝管的入口连接，所述冷凝管的出口通过回收管与所述蒸汽发生器的入口连接，所述光滑套管换热器上的蒸汽出口通过蒸汽管道与所述列管换热器上的蒸汽入口连接；每个所述空气入口均通过空气管道与所述循环气泵的出风管道连接，所述光滑套管换热器上的空气出口通过空气管道分别与所述列管换热器上的空气入口和所述螺纹套管换热器上的空气入口连通，所述列管换热器上的空气出口和所述螺纹套管换热器上的空气出口与大气连通；各蒸汽管道和各空气管道上均设置有阀门和温度检测热电阻。

基于上述，所述光滑套管换热器包括内部的光滑紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述光滑紫铜管的管壁呈平滑圆柱形；所述螺纹套管换热器包括内部的螺纹紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述螺纹紫铜管的管壁呈螺纹状。

基于上述，它还包括孔板流量计和风量调节阀，所述孔板流量计和所述风量调节阀设置在所述循环气泵的出风管道上。

基于上述，所述蒸汽发生器底部设置有放空阀。

基于上述，所述蒸汽发生器上设置有安全液封。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型不同于传统的传热教学装置，其通过列管换热器、光滑套管换热器、螺纹套管换热器的设置，使学生能够掌握不同换热器的操作方法，以及对比不同换热器的效果，通过所述冷凝管的设置以及对冷流体和热流体二次利用，节约了能源，避免了环境的污染；进一步地，通过所述孔板流量计和所述风量调节阀的设置，实现了对风量的调整，方便测试不同条件下的实验数据；进一步地，所述放空阀和所述安全液封的设置，避免了因所述蒸汽发生器内部压力过大，而发生爆炸的危险；其具有设计科学、实验面广、节能环保、教学效果好的优点。

附图说明

图1是本实用新型中多功能传热教学装置的结构示意图。

图中：1.蒸汽发生器；2.循环气泵；3.冷凝管；4. 列管换热器；5. 光滑套管换热器；6. 螺纹套管换热器；7.回收管；8.安全液封；9.蒸汽管道；10.空气管道；11.阀门；12.放空阀；13.进水口。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种多功能传热教学装置，包括蒸汽发生器1、列管换热器4、光滑套管换热器5、螺纹套管换热器6、冷凝管3和循环气泵2，列管换热器4、光滑套管换热器5和螺纹套管换热器6上均设置有蒸汽入口、蒸汽出口、空气入口和空气出口；列管换热器4、光滑套管换热器5和螺纹套管换热器6组成了换热器组件，以便学生对不同的换热器进行比较学习。

每个所述蒸汽入口均通过蒸汽管道9与蒸汽发生器1的出口连接，每个所述蒸汽出口均通过蒸汽管道9与冷凝管3的入口连接，冷凝管3的出口通过回收管7与蒸汽发生器1的入口连接； 蒸汽发生器1、所述换热器组件和冷凝管3共同组成了蒸汽循环系统，进行过热交换的蒸汽，经过冷凝管3的冷凝后，重新流入蒸汽发生器1中，实现蒸汽的回收，避免直接排放到空气中污染环境。

光滑套管换热器5上的蒸汽出口通过蒸汽管道9与列管换热器4上的蒸汽入口连接；以便对经过光滑套管换热器5，完成一次换热的蒸汽进行二次换热实验，实现对蒸汽的二次利用，节约能源。

每个所述空气入口均通过空气管道10与循环气泵2的出风管道连接，光滑套管换热器5上的空气出口通过空气管道10分别与列管换热器4上的空气入口和螺纹套管换热器6上的空气入口连通，列管换热器4上的空气出口和螺纹套管换热器6上的空气出口与大气连通；以便对经过光滑套管换热器5，完成一次换热的空气进行二次换热实验，实现对空气的二次利用，进一步节约了能源。

各蒸汽管道9和各空气管道10上均设置有阀门11和温度检测热电阻；多个阀门11的设置，方便学生通过阀门11开关的组合，选择进行实验的蒸汽线路和空气线路，所述温度检测热电阻便于监测各处的温度，以便学生处理实验数据；为了便于后面的描述，如图所示，将这些阀门命名为VA01-VA13。另外蒸汽蒸发器1上设置有进水口13，进水管上设置有进水阀门VA13，需要加水时，打开进水阀门VA13，加水完毕后，关闭进水阀门VA13。

具体使用时，首先，根据实验的目的和实验方式，确定蒸汽线路和空气线路，并通过调整各个阀门11，调整出需要的蒸汽线路和空气线路；然后，启动蒸汽发生器1和循环气泵2，待数据稳定后，读出需要的温度数据；随后，再次调整各个阀门11，切换蒸汽线路和空气线路，进行下一组数据采集；最后，重复上述步骤，完成实验教学。

本实施例中，光滑套管换热器5是指内管光滑的套管换热器，包括内部的光滑紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述光滑紫铜管的管壁呈平滑圆柱形；螺纹套管换热器6是指内管有螺纹状褶皱的套管换热器，包括内部的螺纹紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述螺纹紫铜管的管壁呈螺纹状。

为了方便调整空气流速，它还包括孔板流量计和风量调节阀，所述孔板流量计和所述风量调节阀设置在循环气泵2的出风管道上；通过所述风量调节阀调整风量大小，方便学生实验不同流速下的空气对换热器的影响，所述孔板流量计方便学生记录当前的风力值。

为了提高蒸汽发生器1的安全性，蒸汽发生器1底部设置有放空阀12；当压力急剧升高或者长期不使用时，打开放空阀12释放内部压力，避免爆炸的危险。

为了进一步提高蒸汽发生器1的安全性，蒸汽发生器1上设置有安全液封8；以便在内部压力过大时，压力能从安全液封8及时排出，避免危险的发生。

下面对本多功能传热教学装置的具体实验方法进行说明。

实验（一）：光滑套管换热器实验

蒸汽线路选择：在蒸汽输入端，关闭阀门VA05、VA07，打开阀门VA06。在蒸汽输出端，关闭阀门VA09、VA11和VA12，打开阀门VA10，蒸汽直接经过冷凝管3后，实现回收；或者关闭阀门VA09和VA10，打开阀门VA11和VA12，蒸汽进入列管换热器4，经过列管换热实验后，进入冷凝管3，实现回收。

空气线路选择：在空气输入端，关闭阀门VA02和VA04，打开阀门VA01和VA03。在空气输出端打开VA07，关闭VA08，空气进入螺纹套管换热器6，经过螺纹管换热实验后，排入大气；或者打开VA08，关闭VA07，空气进入列管换热器4后，经过列管换热实验后，排入大气。

实验时，首先打开进水阀门VA13，观察液位变化，当液位达到70~90%时，关闭进水阀门VA13停止加水，此时安全液封8液位也应达到70~90%，若达不到，应继续加水，直到达到前述水位。然后，开启蒸汽发生器8，调节加热蒸汽量为实验值，启动循环水泵2，调整风量调节阀，使空气流量为实验值。

当蒸汽发生器1内的蒸汽温度达到98°C以上时，稳定一段时间后，即可进行实验数据记录（空气流量根据所述孔板流量计的PDI显示值调节，一般取4~9个点），完成光滑套管换热器的换热实验。

实验（二）：螺纹套管换热器实验

蒸汽线路选择：在蒸汽输入端，关闭阀门VA06、VA07，打开阀门VA05；在蒸汽输出端，关闭阀门VA10、VA11和VA12，打开阀门VA09。

空气线路选择：在空气输入端，关闭阀门VA03和VA04，打开阀门VA01和VA02；在空气输出端，关闭阀门VA07和VA08，空气直接经过螺纹套管换热器6的换热后，排入大气，在这里将该路径定义为空气路径一。或者在空气输入端，关闭阀门VA02和VA04，打开阀门VA01和VA03；在空气输出端，关闭阀门VA08，打开阀门VA07，空气先经过光滑套管换热器5的一次换热后，进入螺纹套管换热器6，经过二次换热后，排入大气，在这里将该路径定义为空气路径二。

实验时，与光滑套管换热器5实验一样，先打开蒸汽发生器1和循环气泵2，调整蒸汽流量和空气流量到实验值。待蒸汽发生器1内的蒸汽温度达到98°C以上时，稳定一段时间后，即可进行实验数据记录。

当选择空气路径一时，由于光滑套管换热器5和螺纹套管换热器6的蒸汽、空气条件完全一样，可以进行两者间的对比实验；当选择空气路径二时，虽然光滑套管换热器5和螺纹套管换热器6中空气条件不同，但不影响对它们各自进行独立的研究，而且该路径实现了空气的二次利用，节约了能源。

实验（三）列管换热器的换热实验

蒸汽来源有两种：一、直接从蒸汽发生器1出来的水蒸气；二、从光滑套管换热器5出来的水蒸气二次利用，作为列管换热器4的蒸汽源。

空气来源有两种：一、直接从循环气泵2出来的空气；二、从滑套管换热器5出来的空气二次利用，作为列管换热器4的空气源。

当选择第一种蒸汽来源和第一种空气来源组合时，蒸汽走壳程，空气走管程，由于蒸汽、空气条件与光滑套管换热器5和采用空气路径一地螺纹套管换热器6完全相同，可以进行三者的对比实验。

当选择第一种蒸汽来源和第二种空气来源组合时，也可以与采用空气路径二的螺纹套管换热器6进行对比实验，同时实现了空气的二次利用，节约了能源。

当选择第二种蒸汽来源和第一种空气来源组合或第二种蒸汽来源和第二种空气来源组合时，可以对列管换热器4换热性能进行单独研究，同时节约了能源。

具体操作步骤和光滑套管换热器5、螺纹套管换热器6相同。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种多功能传热教学装置，其特征在于：包括蒸汽发生器、列管换热器、光滑套管换热器、螺纹套管换热器、冷凝管和循环气泵，所述列管换热器、所述光滑套管换热器和所述螺纹套管换热器上均设置有蒸汽入口、蒸汽出口、空气入口和空气出口；每个所述蒸汽入口均通过蒸汽管道与所述蒸汽发生器上的出口连接，每个所述蒸汽出口均通过蒸汽管道与所述冷凝管的入口连接，所述冷凝管的出口通过回收管与所述蒸汽发生器的入口连接，所述光滑套管换热器上的蒸汽出口通过蒸汽管道与所述列管换热器上的蒸汽入口连接；每个所述空气入口均通过空气管道与所述循环气泵的出风管道连接，所述光滑套管换热器上的空气出口通过空气管道分别与所述列管换热器上的空气入口和所述螺纹套管换热器上的空气入口连通，所述列管换热器上的空气出口和所述螺纹套管换热器上的空气出口与大气连通；各蒸汽管道和各空气管道上均设置有阀门和温度检测热电阻。

2.根据权利要求1所述的多功能传热教学装置，其特征在于：所述光滑套管换热器包括内部的光滑紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述光滑紫铜管的管壁呈平滑圆柱形；所述螺纹套管换热器包括内部的螺纹紫铜管和套在外面的不锈钢管，所述螺纹紫铜管的管壁呈螺纹状。

3.根据权利要求2所述的多功能传热教学装置，其特征在于：它还包括孔板流量计和风量调节阀，所述孔板流量计和所述风量调节阀设置在所述循环气泵的出风管道上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多功能传热教学装置，其特征在于：所述蒸汽发生器底部设置有放空阀。

5.根据权利要求4所述的多功能传热教学装置，其特征在于：所述蒸汽发生器上设置有安全液封。