專利名稱：旋、渦高效筒式冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用不直接接觸的熱交換方式，對高溫高壓流體介質(zhì)進行高效降溫的冷卻裝置，具體涉及火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中高溫高壓水和蒸汽在線取樣分析監(jiān)測裝置用的冷卻裝置。
在火力發(fā)電的熱力系統(tǒng)中，工作介質(zhì)——高溫高壓水和蒸汽的品質(zhì)直接影響熱機的安全性能。因此，對高溫高壓水和蒸汽取樣進行在線連續(xù)分析、監(jiān)測，保證水和蒸汽的品質(zhì)，以防鍋爐、汽包和熱機等熱力設(shè)備腐蝕、結(jié)垢，從而確保系統(tǒng)安全運行則不可缺少的。如果把高溫高壓水和蒸汽直接引入在線分析監(jiān)測儀表，就目前而論是無法忍受的。必須將水和蒸汽的溫度、壓力、流量降至分析監(jiān)測儀表正常工作允許的條件下進行。
冷卻器作為系統(tǒng)降溫設(shè)備，其換熱效率直接影響高溫高壓水和蒸汽在線取樣分析監(jiān)測裝置的性能。目前用于火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中，在線取樣分析監(jiān)測裝置用的冷卻裝置主要有筒式冷卻器和雙套管式冷卻器兩種。中國專利93年3月24日曾公告了一種筒式高效螺旋管流冷卻器(CN2128728Y,92218311.2)，其主要結(jié)構(gòu)和原理為筒體與內(nèi)套構(gòu)成密閉環(huán)形腔體結(jié)構(gòu)，環(huán)形腔內(nèi)設(shè)有螺旋管，螺旋管兩端從腔內(nèi)伸出，冷卻水的進水管設(shè)在環(huán)形腔下部的切線方向上，出水管設(shè)在環(huán)形腔上部的切線方向上，進水管與環(huán)形腔和出水管構(gòu)成的環(huán)流通道與螺旋管的旋向相同，環(huán)形腔自下而上為容積收斂。工作時，螺旋管接高溫高壓水和蒸汽，冷卻水沿進水管進入，出水管流出，在環(huán)形腔內(nèi)形成自下而上與螺旋管內(nèi)水和蒸汽流動方向相反的螺旋管流，使高溫水和蒸汽降溫。上述技術(shù)方案在筒式冷卻器的發(fā)展過程中，無疑在當時，對提高筒式冷卻器效率方面特別與自然對流式筒式冷卻器相比起到了積極作用，但隨著形勢發(fā)展，火力發(fā)電廠小容量機組(50MW及其以下)逐漸淘汰，而大容量機組對在線取樣分析監(jiān)測裝置的要求愈來愈高，取樣路數(shù)以及每路中所帶表計也更多，采用現(xiàn)有筒式冷卻器作為系統(tǒng)降溫設(shè)備，由于換熱效率低、積體大，數(shù)量多，必然導致1、冷卻器數(shù)量增多，成本驟增；2、在線取樣分析監(jiān)測裝置管路復雜，連接點和焊接點增多，泄漏的隱患增大；3、在線取樣分析監(jiān)測裝置長度明顯增加，結(jié)構(gòu)龐大，烘漆設(shè)備能力不足，場地面積大等一系列問題。因此如何改進現(xiàn)有筒式冷卻器結(jié)構(gòu)，提高換熱效率，便成了顧客和許多生產(chǎn)廠商以及研究人員十分關(guān)心的問題。
本實用新型目的是提供一種熱交換效率高，且體積小的旋、渦高效筒式冷卻器。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種旋、渦高效筒式冷卻器，包括內(nèi)筒、外筒、螺旋管、冷卻水進水口以及冷卻水出水口，螺旋管的兩個端口中一個為取樣水進口，另一個為取樣水出口，內(nèi)筒置于外筒之中構(gòu)成一個中心的柱形腔、一個圍繞中心的環(huán)形腔和設(shè)在兩腔頂部的連通腔，環(huán)形腔與柱形腔通過連通腔并經(jīng)內(nèi)筒頂部的敝口連通，環(huán)形腔、連通腔和柱形腔組成一個封閉的冷卻水通道；冷卻水進水口設(shè)在環(huán)形腔底部切線方向上，冷卻水出水口設(shè)在柱形腔底部；所述螺旋管由內(nèi)螺旋管和外螺旋管串聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)螺旋管插入柱形腔底部自下而上呈螺旋狀排列至頂部，然后轉(zhuǎn)為外螺旋管伸入環(huán)形腔頂部自上而下呈螺旋狀排列至底部，并從環(huán)形腔底部伸出，內(nèi)螺旋管插入端口為取樣水進口，外螺旋管伸出端口為取樣水出口。
上述技術(shù)方案中，所述“柱形腔”是指內(nèi)筒筒壁所包絡(luò)的一段柱形空間。所述“環(huán)形腔”是指外筒與內(nèi)筒筒壁之間截面為環(huán)形的一段空間。所述“連通腔”是指環(huán)形腔通道與柱形腔通道之間的連通空間，其位置設(shè)在柱形腔和環(huán)形腔頂端，并由封閉的外筒頂部(內(nèi)筒筒頂以上部分)空間形成。所述“環(huán)形腔、連通腔和柱形腔組成一個封閉的冷卻水通道”，含意之一指出了冷卻水通道的組成；含意之二說明了通道為一個封閉結(jié)構(gòu)。所述封閉結(jié)構(gòu)可以這樣形成在外筒與內(nèi)筒構(gòu)成的雙套筒結(jié)構(gòu)中，外筒筒壁自然成為冷卻器周向的封閉結(jié)構(gòu)，外筒頂部封閉，內(nèi)筒頂部敝開，且低于外筒頂部，外筒和內(nèi)筒底部通過法蘭連接封閉，這里外筒和內(nèi)筒的底部在高度方向上有三種可能，即在一個平面上；外筒底高，內(nèi)筒底低；外筒底低，內(nèi)筒底高。所述柱形腔頂部的螺旋管跨過內(nèi)筒頂部的敝口伸入環(huán)形腔，也可以為螺旋管從柱形腔頂部直接穿過內(nèi)筒筒壁伸入環(huán)形腔。所述環(huán)形腔底部的外螺旋管與內(nèi)筒外側(cè)之間設(shè)有一段隔熱套，隔熱套上可以設(shè)有孔，也可以不設(shè)孔，但不設(shè)孔時隔熱套與環(huán)形腔底面間應(yīng)留有間隙以便使冷卻水能夠通過間隙進入夾層向上與主流匯合。所述內(nèi)螺旋管與內(nèi)筒的筒壁在徑向間隔設(shè)置；外螺旋管與內(nèi)筒和外筒的筒壁在徑向間隔設(shè)置。
本實用新型工作原理是當所述冷卻器按內(nèi)筒敝口朝上的要求安置(不可倒置)，冷卻水進水口接冷卻水進水管，冷卻水出水口接冷卻水出水管，插入柱形腔的螺旋管端口作為取樣水輸入端口，伸出環(huán)形腔的螺旋管端口作為取樣水輸出端口。取樣水流動路徑為取樣水從柱形腔的螺旋管端口進入，自下而上沿柱形腔內(nèi)螺旋管上升到頂部，再從環(huán)形腔的螺旋管頂部自上而下至底部，最后從輸出端口流出。冷卻水從冷卻水進水口流入冷卻器的環(huán)形腔底部，由于冷卻水進水口設(shè)在環(huán)形腔底部的切線方向上，冷卻水在壓力作用下，從環(huán)形腔底部以旋流方式不斷上升至頂部。接著，冷卻水經(jīng)內(nèi)筒頂部的敝口在重力作用下，從柱形腔頂部以渦流方式迅速下降至底部，最后從冷卻水出水口流出。顯然，高溫取樣水在外筒環(huán)形腔內(nèi)與旋轉(zhuǎn)冷卻水進行熱交換；高溫取樣水在內(nèi)筒柱形腔內(nèi)與渦流運動的冷卻水進行熱交換。且取樣水與冷卻水在冷卻器內(nèi)全部呈逆向流動，這種以一只冷卻器完成兩種熱交換逆流過程，實踐證明取得了理想的換熱效果。
本實用新型所述隔熱套的工作原理是本實用新型環(huán)形腔底部是一個十分關(guān)鍵的部位。在該部位，冷卻水從冷卻水進水口進入環(huán)形腔底部，而取樣水經(jīng)冷卻后從該部位離開冷卻器，當然，該處冷卻水溫度最低；但由于本實用新型柱形腔底部正好是取樣水進入處，冷卻水出口處，因此該處冷卻水溫度最高，由于環(huán)形腔底部與柱形腔底只有內(nèi)筒筒壁之隔，顯然，出現(xiàn)了冷卻水從柱形腔高溫區(qū)向環(huán)形腔低溫區(qū)的橫向熱傳導，它直接影響取樣水出口溫度。為了阻止該部位的不理想的橫向熱傳導，環(huán)形腔底部的螺旋管與內(nèi)筒外側(cè)之間設(shè)有一段帶孔的隔熱套。這樣，從冷卻水進水口流入的冷卻水有一部分從孔經(jīng)過隔熱套與內(nèi)筒形成的夾層，在其中以圓周運動并跟隨主流向上引射，最終與主流匯合，形成了一個水流隔熱層，有效地隔絕了內(nèi)筒高溫冷卻水橫向傳導到取樣水出口，從而進一步降低了冷卻器出口的取樣水溫度。
由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與前述現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、由于本實用新型在一個筒式冷卻器內(nèi)，以雙套筒形式設(shè)計了旋流和渦流兩套串聯(lián)的冷卻裝置，打破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，實現(xiàn)了筒式冷卻器結(jié)構(gòu)關(guān)鍵性突破，合理、有效地將兩套冷卻結(jié)構(gòu)組合在一個筒式冷卻器內(nèi)，其效果比前述現(xiàn)有技術(shù)的兩只冷卻器的串聯(lián)好得多，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。因此具有顯著地創(chuàng)造性和新穎性。
2、由于本實用新型冷卻水通道由一個中心的柱形腔、一個圍繞中心的環(huán)形腔和設(shè)在兩腔頂部的連通腔組成，環(huán)形腔與柱形腔通過連通腔并經(jīng)內(nèi)筒頂部的敝口連通；冷卻水進水口設(shè)在環(huán)形腔底部切線方向上，冷卻水出水口設(shè)在柱形腔底部。在雙套管結(jié)構(gòu)中，利用冷卻水壓力在環(huán)形腔內(nèi)產(chǎn)生旋流的同時，巧妙的利用了冷卻水的重力在柱形腔內(nèi)產(chǎn)生渦流，使冷卻水吸熱能力充分發(fā)揮，而這兩種流動，通過連通腔連接，構(gòu)成了串聯(lián)的冷卻水通道，從而獲得了理想高效的換熱效率。
3、由于本實用新型所述螺旋管由內(nèi)螺旋管和外螺旋管串聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)螺旋管插入柱形腔底部自下而上呈螺旋狀排列至頂部，然后轉(zhuǎn)為外螺旋管伸入環(huán)形腔頂部自上而下呈螺旋狀排列至底部，并從環(huán)形腔底部伸出，內(nèi)螺旋管插入端口為取樣水進口，外螺旋管伸出端口為取樣水出口。這使得取樣水與冷卻水在一個冷卻筒體內(nèi)完全以逆向流動換熱，螺旋管在柱形腔和環(huán)形腔組成的冷卻水通道中得到了合理、充分的布置(指空間和螺旋管長度)，使取樣水與冷卻水充分進行熱交換得到保證，為進一步提高冷卻器的換熱效率打下了良好地基礎(chǔ)。
4、由于本實用新型所述環(huán)形腔底部的螺旋管與內(nèi)筒外側(cè)之間設(shè)有一段隔熱套，隔熱套上設(shè)有孔。從冷卻水進水口流入的冷卻水穿過隔熱套上所設(shè)的孔流入內(nèi)筒與隔熱套夾層，形成了一個水流隔熱層，有效地隔絕了內(nèi)筒高溫冷卻水橫向傳導到取樣水出口，從而進一步降低了冷卻器出口的取樣水溫度，對進一步提高冷卻器換熱效率起到了積極作用。
為了證實實際使用效果，本實用新型與前述現(xiàn)有技術(shù)的筒式冷卻器(專利號92218311.2)試驗對比情況及結(jié)果如下1、時間2000年5月10日2、地點蘇州市熱電廠3、測試對象本實用新型冷卻器1只，筒體直徑φ108mm，筒長400mm，螺旋管為φ8×1，內(nèi)螺旋管30圈，外螺旋管30圈，換熱面積為0.34m2?，F(xiàn)有技術(shù)的筒式冷卻器2只串聯(lián)，每只筒體φ108mm，筒長340mm，螺旋管為φ12×2，換熱面積為0.16m2。
4、環(huán)境溫度27～29℃測試內(nèi)容單位現(xiàn)有2只串聯(lián)本實用新型1只冷卻水量t/h 2.11.9過熱蒸汽溫度℃ 220220～222過熱蒸汽壓力Mpa 2.92.9
過熱蒸汽冷卻后冷凝水流量ml/min1060～11001000～1020冷卻水溫度℃ 2424過熱蒸汽冷卻后冷凝水溫度 ℃ 29～29.525.5出口冷凝水與進口冷卻水端差℃ 5.5 1.5經(jīng)測試計算得本實用新型換熱系數(shù)為3050大卡/米2小時℃現(xiàn)有技術(shù)冷卻器系數(shù)為1200大卡/米2小時℃結(jié)論1、由以上測試數(shù)據(jù)可見，在同等的過熱蒸汽、冷卻水溫度、冷卻水壓力、冷卻水流量以及冷凝水流量條件下，1只本實用新型筒式冷卻器其效果完全可以取代2只串聯(lián)的前述現(xiàn)有技術(shù)冷卻器，而且出口冷凝水與進口冷卻水端差與2只串聯(lián)相比則呈現(xiàn)了突出的優(yōu)勢。
2、從換熱系數(shù)看，本實用新型與前述現(xiàn)有技術(shù)冷卻器相比要大一倍多，在國內(nèi)同類產(chǎn)品和引進產(chǎn)品中該指標處于領(lǐng)先地位。
3、由于出口冷凝水與進口冷卻水端差不可能為零，因此，本實用新型取得的端差指標(1.5℃端差)在國際上也處于先進行列。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述附


圖1為本實用新型原理圖；附圖2為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)圖。
其中[1]、內(nèi)筒；[2]、外筒；[3]、內(nèi)螺旋管；[4]、外螺旋管；[5]、冷卻水進水口；[6]、隔熱套；[7]、上法蘭；[8]、下法蘭；[9]、冷卻水出水口；[10]、密封墊；[11]、取樣水進口球形接頭；[12]、螺母；[13]、接頭體；[14]、螺旋管連接管；[15]、柱形腔；[16]、環(huán)形腔；[17]、取樣水出口球形接頭。
實施例參見附
圖1和附圖2，一種旋、渦高效筒式冷卻器，主要由內(nèi)筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷卻水進水口[5]、冷卻水出水口[9]以及法蘭組成，內(nèi)筒[1]置于外筒[2]之中構(gòu)成一個中心的柱形腔[15]、一個圍繞中心的環(huán)形腔[16]和設(shè)在兩腔頂部的連通腔，環(huán)形腔[16]與柱形腔[15]通過連通腔并經(jīng)內(nèi)筒[1]頂部的敝口連通，環(huán)形腔[16]、連通腔和柱形腔[15]組成一個封閉的冷卻水通道。所述封閉的冷卻水通道為在外筒[2]與內(nèi)筒[1]構(gòu)成的雙套筒結(jié)構(gòu)中，外筒[2]頂部封閉，內(nèi)筒[1]頂部敝開，內(nèi)筒[1]頂部低于外筒[2]頂部；外筒[2]和內(nèi)筒[1]底部通過法蘭連接封閉。所述法蘭由上法蘭[7]和下法蘭[8]組成，上法蘭[7]中央開有通孔，并固定在外筒[2]底口上；下法蘭[8]固定在內(nèi)筒[1]底端，上法蘭[7]與下法蘭[8]固定連接，其連接端面上設(shè)有密封墊[10]。冷卻水進水口[5]設(shè)在環(huán)形腔[16]底部的切線方向上，冷卻水出水口[9]設(shè)在柱形腔[15]底部的下法蘭[8]中央。所述螺旋管由內(nèi)螺旋管[3]和外螺旋管[4]串聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)螺旋管[3]經(jīng)下法蘭[8]插入柱形腔[15]底部自下而上呈螺旋狀排列至頂部，然后通過螺旋管連接管[14]跨過內(nèi)筒[1]頂部的敝口伸入環(huán)形腔[16]頂部轉(zhuǎn)為外螺旋管[4]自上而下呈螺旋狀排列至底部，并從環(huán)形腔[16]底部的下法蘭[8]伸出，內(nèi)螺旋管[3]插入端口為取樣水進口球形接頭[11]，外螺旋管[4]伸出端口為取樣水出口球形接頭[17]，且進、出端口分別通過螺母[12]和接頭體[13]固定在下法蘭[8]底端。所述環(huán)形腔[16]底部的螺旋管與內(nèi)筒[1]外側(cè)之間設(shè)有一段隔熱套[6]，隔熱套[6]上設(shè)有至少2個環(huán)套壁分布的長孔。所述螺旋管與內(nèi)筒[1]和外筒[2]的筒壁在徑向間隔設(shè)置。
權(quán)利要求1.一種旋、渦高效筒式冷卻器，包括內(nèi)筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷卻水進水口[5]以及冷卻水出水口[9]，螺旋管的兩個端口中一個為取樣水進口，另一個為取樣水出口，其特征在于內(nèi)筒[1]置于外筒[2]之中構(gòu)成一個中心的柱形腔[15]、一個圍繞中心的環(huán)形腔[16]和設(shè)在兩腔頂部的連通腔，環(huán)形腔[16]與柱形腔[15]通過連通腔并經(jīng)內(nèi)筒[1]頂部的敝口連通，環(huán)形腔[16]、連通腔和柱形腔[15]組成一個封閉的冷卻水通道；冷卻水進水口[5]設(shè)在環(huán)形腔[16]底部切線方向上，冷卻水出水口[9]設(shè)在柱形腔[15]底部；所述螺旋管由內(nèi)螺旋管[3]和外螺旋管[4]串聯(lián)構(gòu)成，內(nèi)螺旋管[3]插入柱形腔[15]底部自下而上呈螺旋狀排列至頂部，然后轉(zhuǎn)為外螺旋管[4]伸入環(huán)形腔[16]頂部自上而下呈螺旋狀排列至底部，并從環(huán)形腔[16]底部伸出，內(nèi)螺旋管[3]插入端口為取樣水進口，外螺旋管[4]伸出端口為取樣水出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器，其特征在于所述環(huán)形腔[16]底部的外螺旋管[4]與內(nèi)筒[1]外側(cè)之間設(shè)有一段隔熱套[6]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻器，其特征在于所述隔熱套[6]上設(shè)有孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器，其特征在于所述封閉的冷卻水通道為在外筒[2]與內(nèi)筒[1]構(gòu)成的雙套筒結(jié)構(gòu)中，外筒[2]頂部封閉，內(nèi)筒[1]頂部敝開，內(nèi)筒[1]頂部低于外筒[2]頂部；外筒[2]和內(nèi)筒[1]底部通過法蘭連接封閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器，其特征在于所述柱形腔[15]頂部的螺旋管跨過內(nèi)筒[1]頂部的敝口伸入環(huán)形腔[16]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻器，其特征在于所述內(nèi)螺旋管[3]與內(nèi)筒[1]的筒壁在徑向間隔設(shè)置；外螺旋管[4]與內(nèi)筒[1]和外筒[2]的筒壁在徑向間隔設(shè)置。
專利摘要一種旋、渦高效筒式冷卻器,特征在于:內(nèi)筒(1)置于外筒(2)之中構(gòu)成由柱形腔(15)、環(huán)形腔(16)和兩腔頂部的連通腔連通組成的一個冷卻水封閉通道;冷卻水進水口(5)設(shè)在環(huán)形腔(16)底部切線方向上,出水口(9)設(shè)在柱形腔(15)底部;螺旋管為內(nèi)螺旋管(3)和外螺旋管(4)串聯(lián),并對應(yīng)設(shè)在柱形腔(15)和環(huán)形腔(16)內(nèi),內(nèi)螺旋管(3)端口為取樣水進口,外螺旋管(4)端口為出口。本實用新型打破了傳統(tǒng)模式,以雙套筒形式實現(xiàn)了筒式冷卻器關(guān)鍵性突破,合理、有效地將旋流和渦流兩種換熱方式以串聯(lián)形式巧妙地組合在一個筒式冷卻器內(nèi),使筒式冷卻器的換熱效率超過了目前優(yōu)良筒式冷卻器2只串聯(lián)的效果,而結(jié)構(gòu)緊湊,體積小。
文檔編號F28D7/00GK2424436SQ00220530
公開日2001年3月21日 申請日期2000年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月2日
發(fā)明者潘家麗 申請人:蘇州市中新動力設(shè)備輔機有限公司