CN211602376U - 一种流量分配特性测量试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流量分配特性测量试验装置，改造现有的管式换热器，精简换热管的总数，精简试验管的总数，调整管式换热器的管侧进入口和壳侧进出口，最后通过等效方式换算出整体的和单个的换热管流量。本流量分配特性测量试验装置巧妙地布置换热管及其压差计，可以直接测量部分换热管的流量分配情况，再通过以小见大的方式演算出，从而保证了环状布置换热管的换热器的性能和安全，也能减少测量工作和试验费用。此实用新型用于换热器领域。

Description

一种流量分配特性测量试验装置

技术领域

本实用新型涉及换热器领域，特别是涉及一种流量分配特性测量试验装置及试验方法。

背景技术

对于在环状空间布置换热管的换热器，内外不同层换热管的管内流体温度之差会影响换热器的应力分布，从而影响换热器的结构安全。然而内外不同层换热管的管内流体温度主要受内外不同层换热管的管内流量的影响，因此，对于在环状空间布置换热管的换热器必须有一套流量分配部件。

对于流量分配部件的流量分配效果必须进行试验测量，才能准确测量出流量分配，确保流量分配达到设计要求，从而确保换热器的安全。对于环状布置换热管的换热器，目前只能通过理论计算，而没有具体的试验测量。由于理论计算不一定准确，根据理论设计出来的流量分配部件仍然存在风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流量分配特性测量试验装置，结构简单，测试效率高。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种流量分配特性测量试验装置，包括管式换热器，管式换热器具有管侧入口、管侧出口、壳侧入口、壳侧出口和若干换热管，第一种流体从管侧入口进入各个换热管内部后从管侧出口流出，第二种流体从壳侧入口进入流经各个换热管的外侧后从壳侧出口流出，在换热管的路口侧设置流量分配部件，沿换热管的轴向看，各个换热管布置形成部分的圆环结构，圆环结构对应的圆心角不超过180°，部分换热管上设有压差计。

本实用新型的有益效果：本流量分配特性测量试验装置巧妙地布置换热管及其压差计，可以直接测量部分换热管的流量分配情况，再通过以小见大的方式演算出，从而保证了环状布置换热管的换热器的性能和安全，也能减少测量工作和试验费用。

为了使得演算更加合理，作为上述方案的改进，每一层的若干换热管中，平均每3～8根换热管中选取一根设置压差计，设置有压差计的换热管均匀地分布在整个换热管内。样本分布在整个换热管的各个位置，采样具有代表性。

作为上述方案的改进，管式换热器除了收纳换热管的一侧之外，还在相邻一侧设置第一过渡管道，管式换热器在若干换热管和第一过渡管道的一端分别可拆卸地设置管侧出口和管侧入口，管式换热器在若干换热管和第一过渡管道的另一端可拆卸地设置第二过渡管道，第二过渡管道连通第一过渡管道和若干换热管。管侧入口和管侧出口位于同一侧，方便操作试验。

作为上述方案的改进，可拆卸连接指两个部件之间通过法兰连接，如管侧入口和第一过渡管道连接，第一过渡管道和第二过渡管道连接，第二过渡管道和管式换热器连接，管式换热器和管侧出口连接。由于外壳及其部件为可拆卸结构，所以本设计便于更换不同的部件，诸如流量分配部件等，方便进行各种试验。

作为上述方案的改进，壳侧入口为喇叭型结构，壳侧入口的小直径端位于外侧，壳侧入口的大直径端连接管式换热器的侧壁，壳侧入口的大直径端设有均流孔板。相应地，壳侧出口为喇叭型结构，壳侧出口的小直径端位于外侧，壳侧出口的大直径端连接管式换热器的侧壁，壳侧出口的大直径端设有均流孔板。上述设计保证了壳侧的流体也能够均匀地进入。

作为上述方案的改进，还包括激光测量部件，管式换热器的壳侧侧壁设置若干穿孔，管式换热器在上面设置将各个穿孔覆盖的透视窗，激光测量部件透过透视窗获取换热管周围的流速信息。

作为上述方案的改进，透视窗包括两块透明的斜板，激光测量部件包括PIV和PDPA，PIV和PDPA的激光分别穿过不同侧的斜板进入壳侧。PIV和PDPA自带的后处理装置用于获取壳侧的流量分配。由于透视窗的分界面为直板，较好地解决了激光分散的问题，保证了测量的有效性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是整个试验装置的剖视图；

图2是试验用的若干换热管组合后的示意图；

图3是在换热管上设置压差计的示意图。

具体实施方式

在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。

在本实用新型创造的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图3，本实用新型为一种流量分配特性测量试验装置及试验方法。管式换热器属于现有技术，管式换热器具有管侧入口31、管侧出口32、壳侧入口41、壳侧出口42和若干换热管10，第一种流体从管侧入口31进入各个换热管10内部后从管侧出口32流出，第二种流体从壳侧入口41进入流经各个换热管10的外侧后从壳侧出口42流出，如此完成两种流体的热交换。本申请方案在其结构上进一步改进，增删部分零部件，用于测试流量分配部件20，所以各个换热管10的入口侧也会保留有流量分配部件20。本申请方案需要测量流量，由于小管径的换热管10不方便安装流量计，所以采用压差法测量流量，相应地在换热管10的入口出口两个位置配置压差计12。

改进一。将若干换热管10布置成部分的圆环结构，该圆环结构对应的圆心角不超过180°；图2所示，其圆心角为大约为40°。图2中标记为实心的圆形表示设置了压差计12的换热管10，旁边的直线表示压差计12的导线。本实施例中，收纳换热管10的这部分外壳也支撑对应的圆环结构，图2中左右两侧具有剖面线的圆形表示边界。

改进二。合理选取换热管10安装压差计12，图2所示，安装压差计12的换热管10均匀地分散在整个圆环结构中。为了方便描述，将设置有压差计12的换热管10称为试验管11。在布置时，由于内层的换热管10远数量少于外层的换热管10数量，所以内层的换热管10中，每3～4根换热管10选取一根设置，外层的换热管10中，每5～10根换热管10选取一根设置。不过在实际操作中，上述选取要求可以适当改变，比如说下方倒数第二层的换热管10中，有两个试验管11相邻；在左边的位置，可以看到有多根试验管11连续布置，在右边的位置零星设置部分试验管11；对于中间的换热管10，在近似竖直的方向上跳层选取试验管11。根据试验需求，试验管11可以灵活布置。

改进三。具体参照图1，管式换热器除了收纳换热管10的一侧之外，还在相邻一侧设置第一过渡管道51，管式换热器在若干换热管10和第一过渡管道51的上端分别可拆卸地设置管侧出口32和管侧入口31，管式换热器在若干换热管10和第一过渡管道51的另一端可拆卸地设置第二过渡管道52，第二过渡管道52连通第一过渡管道51和若干换热管10。管侧入口31和管侧出口32位于同一侧，方便操作试验。

作为优选，可拆卸连接指两个部件之间通过法兰连接，如管侧入口31和第一过渡管道51连接，第一过渡管道51和第二过渡管道52连接，第二过渡管道52和管式换热器连接，管式换热器和管侧出口32连接。相邻两法兰之间置入密封圈，提高密封效果。由于外壳及其部件为可拆卸结构，所以本设计便于更换不同的部件，诸如流量分配部件20等，方便进行各种试验。

第二过渡管道52用于改变管侧流体的流向，作为优选，第二过渡管道52的弯折导向位置设置为圆弧过渡，用于减缓流体的冲击。可以看到，需要测试的流量分布部件位于第二过渡管道52的出口。

改进点四。壳侧入口41为喇叭型结构，壳侧入口41的小直径端位于外侧，壳侧入口41的大直径端连接管式换热器的侧壁，壳侧入口41的大直径端设有均流孔板40。相应地，壳侧出口42为喇叭型结构，壳侧出口42的小直径端位于外侧，壳侧出口42的大直径端连接管式换热器的侧壁，壳侧出口42的大直径端设有均流孔板40。该设计使得流体能够均匀流经换热管10侧壁，确保试验结构准确。

改进点五。为了监测壳侧流体的流量，通过增加激光测量部件62来实现上述目的。传统方案中壳侧直接取一部分做成透明侧壁，激光测量部件62进行照射，由于激光直接打在圆弧分界面上(分界面里面是流体，外面是空气)会发生较大分散，测量结构不稳定。本实施例中，管式换热器的壳侧侧壁设置若干穿孔，管式换热器在上面设置将各个穿孔覆盖的透视窗61，流体会自然地穿过穿孔填充透视窗61覆盖的空间。透视窗61的分界面变成了直板，而且壳侧的圆弧面的两侧都是流体，较好地解决了激光分散问题。保证了测量的有效性。

作为优选，激光测量部件62采用PIV和PDPA，其自带的后处理装置用于获取壳侧的流量分配。

一种使用上述流量分配特性测量试验装置的试验方法，包括以下步骤：先测量连接压差计12的换热管10在不同流量下的压力关系，算出阻力系数与流量的关系；然后试验装置运行，获取部分换热管10内流体的压差变化，采用平均法等效至试验装置的各个换热管10的平均流量，同时等效算出完整环形的若干换热管10的流量。

本流量分配特性测量试验装置巧妙地布置换热管10及其压差计12，可以直接测量部分换热管10的流量分配情况，再通过以小见大的方式演算出，从而保证了环状布置换热管10的换热器的性能和安全，也能减少测量工作和试验费用。

当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种流量分配特性测量试验装置，包括管式换热器，所述管式换热器具有管侧入口、管侧出口、壳侧入口、壳侧出口和若干换热管，第一种流体从管侧入口进入各个换热管内部后从管侧出口流出，第二种流体从壳侧入口进入流经各个换热管的外侧后从壳侧出口流出，其特征在于：在换热管的入口侧设置流量分配部件，沿换热管的轴向看，各个换热管布置形成部分的圆环结构，圆环结构对应的圆心角不超过180°，部分所述换热管上设有压差计。

2.根据权利要求1所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：每一层的若干换热管中，平均每3～8根换热管中选取一根设置压差计，设置有压差计的换热管均匀地分布在整个换热管内。

3.根据权利要求1所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：所述管式换热器除了收纳换热管的一侧之外，还在相邻一侧设置第一过渡管道，所述管式换热器在若干换热管和第一过渡管道的一端分别可拆卸地设置管侧出口和管侧入口，所述管式换热器在若干换热管和第一过渡管道的另一端可拆卸地设置第二过渡管道，所述第二过渡管道连通第一过渡管道和若干换热管。

4.根据权利要求3所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：所述可拆卸连接指两个部件之间通过法兰连接。

5.根据权利要求1所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：所述壳侧入口为喇叭型结构，所述壳侧入口的小直径端位于外侧，所述壳侧入口的大直径端连接管式换热器的侧壁，所述壳侧入口的大直径端设有均流孔板。

6.根据权利要求5所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：所述壳侧出口为喇叭型结构，所述壳侧出口的小直径端位于外侧，所述壳侧出口的大直径端连接管式换热器的侧壁，所述壳侧出口的大直径端设有均流孔板。

7.根据权利要求1所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：还包括激光测量部件，所述管式换热器的壳侧侧壁设置若干穿孔，所述管式换热器在上面设置将各个穿孔覆盖的透视窗，所述激光测量部件透过透视窗获取换热管周围的流速信息。

8.根据权利要求7所述的流量分配特性测量试验装置，其特征在于：所述透视窗包括两块透明的斜板，所述激光测量部件包括PIV和PDPA，PIV和PDPA的激光分别穿过不同侧的斜板进入壳侧。

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