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双螺旋水流筒式高效冷却器

阅读：850发布：2020-05-13

IPRDB可以提供双螺旋水流筒式高效冷却器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种双螺旋水流筒式高效冷却器，包括筒体、内套、螺旋管，其特征在于：筒体内底部设有旋流发生装置，该旋流发生装置由外导流套、内导流套、环形隔板及封口板构成；外导流套与筒体壁间形成外环导向空间，外环导向空间对应螺旋管外侧空间；内导流套与外导流套之间形成内环导向空间，内环导向空间对应螺旋管内侧空间；外导流套和内导流套壁面上各均布有第一、第二导流孔，它们在周向上以其中心延长线未通过轴心的涡旋方向设置；外导流套和内导流套的内腔底部形成进水腔，该进水腔一端连通冷却水进水管，另一端经各第一、第二导流孔与内环导向空间、外环导向空间连通。本发明冷却水能分成内外两股螺旋形式向上流动，使螺旋管内侧和外侧冷却均匀，从而最终提高了热交换效率。，下面是双螺旋水流筒式高效冷却器专利的具体信息内容。

1、一种双螺旋水流筒式高效冷却器，包括密闭的筒体(1)、置于该筒体(1) 内中央处的封闭式内套(2)、置于筒体(1)内且套在内套(2)外的螺旋管(3)， 所述螺旋管(3)的两端从筒体(1)内伸出，冷却水出水管(4)设在筒体(1) 上部，其特征在于：所述筒体(1)内底部在螺旋管(3)的下方设有旋流发生装置(5)，该旋 流发生装置(5)主要由外导流套(6)、内导流套(7)、环形隔板(8)及封口 板(9)构成；

所述外导流套(6)为一套环，它同轴心置于筒体(1)内，以此外导流套 (6)与筒体(1)壁间形成一外环导向空间(11)，该外环导向空间(11)上 方开口对应于螺旋管(3)外侧的空间；所述外导流套(6)底部壁面上沿周向 均布第一导流孔(10)，这些第一导流孔(10)在周向上以其中心延长线未通 过所述轴心的涡旋方向设置；

所述内导流套(7)也为一套环，它同轴心置于外导流套(6)内，内导流 套(7)底部和外导流套(6)之间以环形隔板(8)密封连接，该环形隔板(8) 水平位置高于第一导流孔(10)的水平位置，以此内导流套(7)与外导流套 (6)之间形成一内环导向空间(12)，该内环导向空间(12)上方开口对应于 螺旋管(3)内侧的空间；所述内导流套(7)壁面上，在高于环形隔板(8) 的水平位置沿周向均布有第二导流孔(13)，这些第二导流孔(13)在周向上 以其中心延长线未通过所述轴心的涡旋方向设置，这些第二导流孔(13)的涡 旋旋向与第一导流孔(10)的涡旋旋向一致；

并且，所述内导流套(7)的内部或上端端口处密封连接有封口板(9)，该 封口板(9)的水平位置高于第二导流孔(13)的水平位置，以此在外导流套 (6)和内导流套(7)的内腔底部形成密闭的进水腔(14)，该进水腔(14) 一端连通冷却水进水管(15)，另一端经第一导流孔(10)、第二导流孔(13) 与内环导向空间(12)、外环导向空间(11)连通。

2、根据权利要求1所述的双螺旋水流筒式高效冷却器，其特征在于：所述 内导流套(7)底端伸至外导流套(6)的中部或中下部，在底端与外导流套(6) 间以环形隔板(8)密封连接；所述冷却水进水管(15)沿所述的轴心设置于 筒体(1)底部，其上端向上延伸与封口板(9)底面密封连接；且环形隔板(8) 的内缘也向内延伸与冷却水进水管(15)外壁密封连接，以此将进水腔(14) 分隔成独立的上环形进水腔(16)和下环形进水腔(17)；所述冷却水进水管 (15)管壁上各对应上环形进水腔(16)和下环进水腔(17)沿周向均布第三 导流孔(18)和第四导流孔(22)，第三导流孔(18)和第四导流孔(22)各 在周向上以其中心延长线未通过所述轴心的涡旋方向设置，其旋向与第一导流 孔(10)、第二导流孔(13)的涡旋旋向一致。

3、根据权利要求1所述的双螺旋水流筒式高效冷却器，其特征在于：所述 第一导流孔(10)的中心线与外导流套(6)圆周切线方向的夹角为30°～50 °；第二导流孔(13)的中心线与内导流套(7)圆周切线方向的夹角为30°～ 50°。

4、根据权利要求3所述的双螺旋水流筒式高效冷却器，其特征在于：。所 述第一导流孔(10)的中心线与外导流套(6)圆周切线方向的夹角为45°； 第二导流孔(13)的中心线与内导流套(7)圆周切线方向的夹角为45°。

5、根据权利要求1所述的双螺旋水流筒式高效冷却器，其特征在于：所述 螺旋管(3)和内套(2)的上端与一端盖(21)连接成一体，该端盖(21)密 封盖设于筒体(1)的上端口上，使螺旋管(3)和内套(2)是从上向下插设 于筒体(1)内。

说明书全文

技术领域

本发明属机械工程类的热交换介质不直接接触的热交换设备，具体涉及 火力发电厂热力系统中高温水和蒸汽在线取样分析装置用的筒式冷却装置。

背景技术

在火力发电的热力系统中，工作介质——高温高压水和蒸汽的品质直接 影响热机的安全性能。因此，对高温高压水和蒸汽取样进行在线连续分析、 监测是不可缺少的。如果直接将高温高压水和蒸汽引入在线仪表是不现实 的，通常必须先将水和蒸汽的温度、压力、流量降至分析监测仪表正常工作 允许的条件下进行。
冷却器作为系统降温设备，其换热效率直接影响高温高压水和蒸汽在线 取样分析监测装置的性能。目前用于火力发电厂热力系统中，在线取样分析 监测装置用的冷却装置主要有筒式冷却器和双套管式冷却器两种。中国专利 94年2月23日曾公告了一种筒式高效螺旋管流冷却器(CN1082705A， 92107667.3)，其主要结构和原理为：筒体与内套构成密闭环形腔体结构，环 形腔内设有螺旋管，螺旋管两端从腔内伸出，冷却水的进水管设在环形腔下 部的切线方向上，出水管设在环形腔上部的切线方向上，进水管与环形腔和 出水管构成的环流通道与螺旋管的旋向相同，环形腔自下而上为容积收敛。 工作时，螺旋管接样水(高温高压水和蒸汽)，冷却水沿进水管进入，出水 管流出，在环形腔内形成自下而上与螺旋管内水和蒸汽流动方向相反的螺旋 管流，使样水(高温高压水和蒸汽)降温。上述技术方案与原始的自然对流 式筒式冷却器相比无疑，冷却效果更好。但随着形势发展，火力发电厂机组 容量越来越大，对冷却器的换热效率要求也越来越高，上述技术方案为进一 步提高换热效率，增大换热面积，就只能将螺旋管设计得更长，使螺旋管的 螺距越来越小，即螺旋管越绕越密(现一般螺旋外径为10mm，而螺距仅 11mm)。在实际使用中，绕密后的螺旋管就像一隔墙一样阻碍了螺旋管内侧 和外侧的冷却水的流通，就导致冷却水仅在螺旋管的外侧空间中螺旋流动， 而螺旋管内侧空间的冷却水流动速度慢甚至不流动，导致螺旋管内侧表面换 热效率很差，即浪费了螺旋管的内侧表面，最终限制了换热效率的进一步提 高。
因此如何改进上述现有的筒式冷却器结构，进一步提高换热效率，便成 了本行业设计研究人员十分关心的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的螺旋管内侧冷却水螺旋流动效果不佳，导 致换热效率不高的技术问题，提供了一种新型的样水螺旋形流动，而冷却水 也螺旋形流动的双螺旋水流筒式高效冷却器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双螺旋水流筒式高效 冷却器，包括密闭的筒体、置于该筒体内中央处的封闭式内套、置于筒体内 且套在内套外的螺旋管，所述螺旋管的两端从筒体内伸出，冷却水出水管设 在筒体上部，其创造性在于：
所述筒体内底部在螺旋管的下方设有旋流发生装置，该旋流发生装置主 要由外导流套、内导流套、环形隔板及封口板构成；
所述外导流套为一套环，它同轴心置于筒体内，以此外导流套与筒体壁 间形成一外环导向空间，该外环导向空间上方开口对应于螺旋管外侧的空 间；所述外导流套底部壁面上沿周向均布第一导流孔，这些第一导流孔在周 向上以其中心延长线未通过所述轴心的涡旋方向设置；
所述内导流套也为一套环，它同轴心置于外导流套内，内导流套底部和 外导流套之间以环形隔板密封连接，该环形隔板水平位置高于第一导流孔的 水平位置，以此内导流套与外导流套之间形成一内环导向空间，该内环导向 空间上方开口对应于螺旋管内侧的空间；所述内导流套壁面上，在高于环形 隔板的水平位置沿周向均布有第二导流孔，这些第二导流孔在周向上以其中 心延长线未通过所述轴心的涡旋方向设置，这些第二导流孔的涡旋旋向与第 一导流孔的涡旋旋向一致；
并且，所述内导流套的内部或上端端口处密封连接有封口板，该封口板 的水平位置高于第二导流孔的水平位置，以此在外导流套和内导流套的内腔 底部形成密闭的进水腔，该进水腔一端连通冷却水进水管，另一端分别经第 一导流孔、第二导流孔与内环导向空间、外环导向空间连通。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述“这些导流孔在周向上以其中心延长线未通过轴心 的涡旋方向设置”是指：各导流孔是中心延长线不通过轴心的偏置的斜向孔， 并且这些孔在周向上均是朝同一旋向偏置，形成涡旋。至于导流孔偏置的较 佳范围为：各导流孔的中心线与切线方向的夹角为30°～50°，最佳为：各 导流孔的中心线与切线方向的夹角为45°。导流为45°好加工，导流效果 也较佳。
2、上述方案中，所述内导流套底端伸至外导流套的中部或中下部，在底 端与外导流套间以环形隔板密封连接；所述冷却水进水管沿轴心设置于筒体 底部，其上端向上延伸与封口板底面密封连接；且环形隔板的内缘也向内延 伸与冷却水进水管外壁密封连接，以此将进水腔分隔成独立的上环形进水腔 和下环形进水腔；所述冷却水进水管管壁上各对应上环形进水腔和下环进水 腔沿周向均布导流孔，这些导流孔在周向上也以其中心延长线未通过轴心的 涡旋方向设置，其旋向与外导流套及内导流套上的导流孔的涡旋旋向一致。 以此达到内外双重导流孔导流作用，使水流的旋转力更大，旋转速度加快， 进一步提高换热效率。
3、上述方案中，所述螺旋管和内套的上端与一端盖连接成一体，该端盖 密封盖设于筒体的上端口上，使螺旋管和内套是从上向下插设于筒体内。这 一设计是为了方便更换和清洗螺旋管。
4、上述方案中，所述“该外环导向空间上开口对应于螺旋管外侧的空间” 意为：所述外环导向空间的上开口在竖直方向上正朝向螺旋管外侧的空间， 该螺旋管外侧的空间即是螺旋管与筒体内壁之间的空间。
5、上述方案中，所述“该内环导向空间上开口对应于螺旋管内侧的空间” 意为：所述内环导向空间的上开口在竖直方向上正朝向螺旋管内侧的空间， 该螺旋管内侧的空间即是螺旋管与内套之间的空间。
6、上述方案中，所述“封闭式内套”意为上下端封口的柱形体，它的作 用主要是导向，因此以实心柱体代替也可。
7、上述方案中，所述“上”“下”“底”等方向都是指冷却器工作状态下 摆放的状态来定的，即工作时冷却器就按上下方向设置，如图1中所示状态。
本发明工作原理是：根据流体管流原理和流体运动学原理，工作时，向 螺旋管内通入样水，样水从上至下流经螺旋管；同时，冷却水经进水管进入 进水腔中，分为两股流，其中一股经外导流套上的导流孔进入外环导向空间， 因为导流孔的旋流导向作用，进入外环导向空间的冷却水自下向上，以与螺 旋管内的样水流动方向相反的螺旋管流形式流经螺旋管的外侧空间，与螺旋 管的外侧表面充分接触带走热量；而另一股冷却水经内导流套上的导流孔进 入内环导向空间，也同样因为导流孔的旋流导向作用，进入内环导向空间的 冷却水也自下向上，以与螺旋管内的样水流动方向相反的螺旋管流形式流经 螺旋管的内侧空间(即螺旋管与内套间的空间)，与螺旋管的内侧表面充分 接触带走热量；最后两股冷却水汇聚沿筒体上部内壁面切线方向从出水管流 出。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本发明采用了旋流发生装置，冷却水能分成内外两股螺旋形式上 升流动，一股对应于螺旋管外侧空间与螺旋管外侧表面热交换，另一股正对 应于螺旋管内侧空间与螺旋管内侧表面热交换，保证了螺旋管内侧空间的水 流速度和流量，使螺旋管内侧和外侧冷却均匀，即是充分利用了螺旋管的表 面积，从而最终提高了热交换效率。
2、由于本发明采用封闭式内套，使冷却水在单位时间内带走的热量更高。
3、由于本发明螺旋管和内套的上端与一端盖连接成一整体，要清洗和更 换螺旋管时，将这三者从筒体内向上取出即可，使用维护十分方便。

附图说明

附图1为本发明整体结构示意图；
附图2为附图1的A向结构流体旋向示意图；
附图3为本发明中旋流发生装置的结构示意图；
附图4为附图3中的B-B向截面示意图；
附图5为附图3中的C-C向截面示意图。
以上附图中：1、筒体；2、内套；3、螺旋管；4、冷却水出水管；5、 旋流发生装置；6、外导流套；7、内导流套；8、环形隔板；9、封口板； 10、第一导流孔；11、外环导向空间；12、内环导向空间；13、第二导流孔； 14、进水腔；15、冷却水进水管；16、上环形进水腔；17、下环形进水腔； 18、第三导流孔；19、样水入口；20、样水出口；21、端盖；22、第四导流 孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见附图1、附图2所示，一种双螺旋水流筒式高效冷却器，包 括密闭的筒体1、置于该筒体1内中央处的封闭式内套2、置于筒体1内且 套在内套2外的螺旋管3，所述螺旋管3的两端从筒体1内伸出，冷却水出 水管4设在筒体1上部内壁面的切线方向上。所述封闭式内套2为一圆柱形 空心柱体。
参见附图1、附图3所示，所述筒体1内底部在螺旋管3和内套2的下方 设有旋流发生装置5，该旋流发生装置5主要由外导流套6、内导流套7、环 形隔板8及封口板9构成。
参见附图1、附图3所示，所述外导流套6为一上下两端敞口的套环，它 同轴心置于筒体1内，其底端与筒体1内底面密封连接，以此外导流套6与 筒体1壁间形成一外环导向空间11，该外环导向空间11上开口对应于螺旋 管3外侧的空间；所述外导流套6底部壁面上沿周向均布一圈第一导流孔10， 这一圈第一导流孔10在周向上以其中心延长线未通过轴心的涡旋方向设置， 其分布形式参见附图5所示，具体一圈第一导流孔10有五个，各第一导流 孔10的中心线不通过轴心向同一旋向偏置，它们的中心线与外导流套6圆 周切线方向的夹角n如图所示，较佳为30°～50°，最佳为45°。
参见附图1、附图3所示，所述内导流套7也为一上下两端敞口的套环， 它同所述轴心置于外导流套6内，内导流套7底部伸至外导流套6的中部或 中下部且与外导流套6之间以环形隔板8密封连接，该环形隔板8水平位置 高于外导流套的第一导流孔10的水平位置，以此内导流套7与外导流套6 之间形成一内环导向空间12，该内环导向空间12上开口对应于螺旋管3内 侧的空间；所述内导流套7壁面上，在高于环形隔板8的水平位置沿周向均 布有一圈第二导流孔13，这一圈第二导流孔13在周向上以其中心延长线未 通过所述轴心的涡旋方向设置，其分布形式参见附图4所示。具体一圈第二 导流孔13有四个，各第二导流孔13的中心线不通过轴心向同一旋向偏置， 它们的中心线与内导流套切线方向的夹角n如图所示，较佳为30°～50°， 最佳为45°；并且，这些第二导流孔13的涡旋旋向与第一导流孔10的涡旋 旋向一致。
参见附图1、附图3所示，所述内导流套7的内部或上端端口处密封连接 有封口板9，该封口板9的水平位置高于第二导流孔13的水平位置，以此在 外导流套6和内导流套7的内腔底部形成密闭的进水腔14；一冷却水进水管 15沿所述轴心设置于筒体1底部，其上端向上延伸插设进筒体内与封口板9 底面密封连接；且环形隔板8的内缘也向内延伸与冷却水进水管15外壁密 封连接，以此将进水腔14分隔成独立的上环形进水腔16和下环形进水腔17。
参见附图3、附图4、附图5所示，所述冷却水进水管15管壁上各对应 上环形进水腔16和下环进水腔17沿周向均布第三导流孔18和第四导流孔 22(即上部一圈第三导流孔18和下部一圈第四导流孔22)，其中上部一圈第 三导流孔18与第二导流孔13处在同一水平高度相对应，下部一圈第四导流 孔22与第一导流孔10处在同一水平高度相对应，这第三导流孔18和第四 导流孔22在周向上均以其中心延长线未通过轴心的涡旋方向设置，即第三 导流孔18、第四导流孔22的中心线不通过轴心朝向同一旋向偏置，它们的 中心线与冷却水进水管圆周切线方向的夹角n如图所示，较佳为30°～50 °，最佳为45°；并且，它们的旋向与外导流套6及内导流套上7的第一导 流孔10、第二导流孔13的涡旋旋向一致。具体，上部一圈第三导流孔18与 第二导流孔13相对应为四个，下部一圈第四导流孔22与第一导流孔10相 对应为五个。
参见附图1所示，所述螺旋管3和内套2的上端与一端盖21连接成一体， 该端盖21密封盖设于筒体1的上端口上，使螺旋管3和内套2是从上向下 插设于筒体1内，这里的端盖21为一上法兰，而筒体1的上端口固定连接 一下法兰，上法兰和下法兰以螺钉固定。这样在清洗和更换螺旋管3时，只 要卸下螺钉，整体卸下上法兰、螺旋管3和内套2即可，使用和维护方便。
工作时，如附图1、附图3、附图4、附图5所示，水流方向如箭头所示， 冷却水经冷却水进水管15通入，分为两股，第一股经进水管壁面上的上部 一圈第三导流孔18进入上环形进水腔16，再经内导流套上的一圈第二导流 孔13进入内环导向空间12，因第三导流孔18和第二导流孔13双重导向作 用，冷却水向顺时针方向旋转起来，冷却水流再由内环导向空间12导向向 上螺旋形上升，正对应流经螺旋管3的内侧空间；冷却水进水管15通入的 冷却水分出的第二股经进水管壁面上的下部一圈第四导流孔22进入下环形 进水腔17，再经外导流套上的一圈第一导流孔10进入外环导向空间11，因 第四导流孔22和第一导流孔10双重导向作用，冷却水向顺时针方向旋转起 来，该股冷却水流再由外环导向空间11导向向上螺旋形上升，正对应流经 螺旋管3的外侧空间；这样两股冷却水流分别流经冲刷螺旋管3的内侧和外 侧表面，带走热量，最终两股水流汇聚经冷却水出水管4沿筒体1内壁切线 方向排出。两股水流分别对应流经螺旋管3的内侧和外侧，使冷却均匀，与 现有技术相比大大提高了螺旋管3内侧空间的冷却水水流速度和流量，使内 侧表面的换热效率明显提高，最终提高了整体的冷却效果。
如附图1、附图3、附图4、附图5所示，上述实施例中，所述外导流套 上的第一导流孔10如上所述仅一圈，这是较佳方案，而实际也可设计为上 下多圈，每圈第一导流孔10的数量也是举一例为五个，实际也不限，2个以 上都可。所述内导流套上第二导流孔13如上所述仅一圈，这是较佳方案， 而实际也可设计为上下多圈，每圈第二导流孔13的数量也是举一例为四个， 实际也不限，2个以上都可。所述冷却水进水管15管壁上的第三导流孔18 和第四导流孔22也同样可以是一圈或多圈，它的设置位置最佳是与第一导 流孔10或第二导流孔13相对应处同一水平高度。当然，实际上下相错开也 是可行的。另外，最佳可如下设计：冷却水进水管15的第三导流孔18的孔 径之和与内导流套的第二导流孔13的孔径之和相等，冷却水进水管15上第 四导流孔22的孔径之和与第一导流孔10的孔径之和相等，以此使上环形进 水腔16和下环形进水腔17进入的水量等于出去的水量，水流平稳。另外， 再近一步因为螺旋管的内侧空间和外侧空间大小的不同，一般可能外侧空间 大而内侧空间小，相对应外导流套的第一导流孔10的孔径之和可设计得较 大，而内导流套的第二导流孔13之和设计得较小。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保 护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。
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