[实用新型]大口径变声速增压热交换器

说明书

技术领域

本实用新型属于热交换技术领域，主要涉及的是一种大口径变声速增压热交换器。

背景技术

现有的变声速增压热交换器只能进行小流量汽水换热，其进水量小于100吨/小时，单台采暖面积小于5万平方米，当进水量进一步增大时，热交换器内部的汽水混合物流束将会由层流状态变为紊流状态，由于其混合室结构为单一大口径流道，这样在单一大口径流道下，流通截面积的直径增大，汽水混合物的流动状态为紊流流动，由于附加切应力的作用，流体质点不断地互相混杂和碰撞，使流体速度、温度、压力在径向和轴向都产生变化，增加了流体的能量损失，使混合室内汽水混合物的速度、压力处于波动状态，造成了换热器的运行不稳定。当热交换的场态发生急剧的变化，使换热过程无法在稳定的状态下进行。当换热器热负荷或采暖面积较大时，变声速增压热交换器无法满足使用要求，进水量强行增大，换热器运行时会出现巨烈的异响、振动，容易引起管道及换热设备出现安全事故。

发明内容

本实用新型的目的即由此产生，提出一种大口径变声速增压热交换器。使系统在大水量时，热交换器内汽水混合质量比、压力比始终处于最佳状态，有效降低设备运行噪音和运行费用，提高其换热效率和运行安全性。

本实用新型实行上述目的采取的技术方案是：其由前变径、蒸汽喷管、三通、短二通、长二通、后变径和前混合室、后混合室及衬套构成，蒸汽喷管同轴插入三通内，三通连接在变径和短二通之间，长二通连接在短二通和后变径之间，前混合室位于三通与短二通内的连接部位之间；后混合室为多孔小口径流道结构，其设置在短二通内。

本实用新型是依据两相流汽水混合换热的理论，结合计算机、热力学、流体力学、声学、机械设计等领域的相关理论，应用连续方程、能量方程、动量定理、热力学第一二定律等物理定律推导出用于理论设计的一套基本关系式，在给定蒸汽压力、冷水压力、温度、出水量、冲击力等设计参数下，确定热交换器系统参数及工艺流程，并选定基本元件的几何形状和尺寸研制的节能环保型具有多种用途的的产品。其通过两相流体场汽液混合压缩时，经过绝热膨胀技术处理后，以射流态与水在热交换器混合室瞬间相混合。由于蒸气释放大量的汽化潜热，产生了蒸汽与水两相流的混合物，形成两相流体场。当汽水两相流满足一定的容积比时，场态激化，热交换器中的混合物在不变截面管道内克服音障，使汽水混合物中的声速大大低于蒸汽中的声速(可低至5～10米/秒)，流动速度完成了向亚声速的转变。此时产生了大量的压力激波。由于压力激波的单向传导特性，使流体在不变截面管道中出现压力剧增而不回流现象。使输出混合物的压力可以大大超过蒸汽压力，因而达到增压和瞬时加热的效果。其能瞬时将水加热、加压到设定温度和压力，可随时调整水温、水压，起到即供即热即有压力的效果。汽水接触面积小，在高速汽水流剧烈冲刷下，热交换器内表面不易结垢。换热效率高达99.28％，具有自增压功能，输出热水的压力高于输入流体的压力，可减少循环水泵的数量及功率，节省电能，降低能源消耗，减少污染物排放，保护了环境。每小时最大可达100吨。体积小，重量轻，安装简便。

本实用新型通过改进传统汽水混合换热器的混合室结构，由原单一孔径混合室变为多孔径混合室，通过流通截面积的改变，改善汽水混合物的流束和场态。改变混合室内部曲线变化，由原线性结构变为区间性曲线结构，使热交换器内汽水混合质量比、压力比始终处于最佳状态。当系统汽水参数发生变化时，可通过调节喷嘴与混合室的位置，改变喷嘴与混合室的间隙和距离，达到动态调节的目的。其具有以下特点：

1、其为射流式汽水混合增压热交换器，输出水的压力可以高于工作蒸汽的压力，它利用蒸汽的能量来直接加热水、并使网路水循环，不需要补充其它能量，节约电能50％-85％以上，节约蒸汽10％以上。

2、其为管状设备，体积小，重量轻，安装简便。输水量每小时最大可达300吨。改建项目无需大动现有管路，节省土建费用。内部材料为特种合金钢，使用寿命15年以上，性能可靠，使用维护运行费用低。

3、操作方便、简单。能瞬时将水加热到设定温度，可随时调整水温，起到即供即热的效果。汽水接触面积小，在高速汽水流剧烈冲刷下，热交换器管状内表面不易结垢。输出热水的压力较输入流体的压力高，具有自增压功能。使蒸汽、水混合介质动压增大，产生增压节能效果。可减少、减少循环水泵的数量，节省电能30％～85％。降低能源消耗，减少污染物排放，保护了环境，由于在运行中可进行动态调节，可与计算机系统、自动控制系统联网进行全面自动控制。