专利名称：旋、涡高效筒式冷却器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用不直接接触的热交换方式，对高温高压流体介质进行高效降温的冷却装置，具体涉及火力发电厂热力系统中高温高压水和蒸汽在线取样分析监测装置用的冷却装置。
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，保证水和蒸汽的品质，以防锅炉、汽包和热机等热力设备腐蚀、结垢，从而确保系统安全运行则不可缺少的。如果把高温高压水和蒸汽直接引入在线分析监测仪表，就目前而论是无法忍受的。必须将水和蒸汽的温度、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93年3月24日曾公告了一种筒式高效螺旋管流冷却器(CN2128728Y,92218311.2)，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，使高温水和蒸汽降温。上述技术方案在筒式冷却器的发展过程中，无疑在当时，对提高筒式冷却器效率方面特别与自然对流式筒式冷却器相比起到了积极作用，但随着形势发展，火力发电厂小容量机组(50MW及其以下)逐渐淘汰，而大容量机组对在线取样分析监测装置的要求愈来愈高，取样路数以及每路中所带表计也更多，采用现有筒式冷却器作为系统降温设备，由于换热效率低、积体大，数量多，必然导致1、冷却器数量增多，成本骤增；2、在线取样分析监测装置管路复杂，连接点和焊接点增多，泄漏的隐患增大；3、在线取样分析监测装置长度明显增加，结构庞大，烘漆设备能力不足，场地面积大等一系列问题。因此如何改进现有筒式冷却器结构，提高换热效率，便成了顾客和许多生产厂商以及研究人员十分关心的问题。
本实用新型目的是提供一种热交换效率高，且体积小的旋、涡高效筒式冷却器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种旋、涡高效筒式冷却器，包括内筒、外筒、螺旋管、冷却水进水口以及冷却水出水口，螺旋管的两个端口中一个为取样水进口，另一个为取样水出口，内筒置于外筒之中构成一个中心的柱形腔、一个围绕中心的环形腔和设在两腔顶部的连通腔，环形腔与柱形腔通过连通腔并经内筒顶部的敝口连通，环形腔、连通腔和柱形腔组成一个封闭的冷却水通道；冷却水进水口设在环形腔底部切线方向上，冷却水出水口设在柱形腔底部；所述螺旋管由内螺旋管和外螺旋管串联构成，内螺旋管插入柱形腔底部自下而上呈螺旋状排列至顶部，然后转为外螺旋管伸入环形腔顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔底部伸出，内螺旋管插入端口为取样水进口，外螺旋管伸出端口为取样水出口。
上述技术方案中，所述“柱形腔”是指内筒筒壁所包络的一段柱形空间。所述“环形腔”是指外筒与内筒筒壁之间截面为环形的一段空间。所述“连通腔”是指环形腔通道与柱形腔通道之间的连通空间，其位置设在柱形腔和环形腔顶端，并由封闭的外筒顶部(内筒筒顶以上部分)空间形成。所述“环形腔、连通腔和柱形腔组成一个封闭的冷却水通道”，含意之一指出了冷却水通道的组成；含意之二说明了通道为一个封闭结构。所述封闭结构可以这样形成在外筒与内筒构成的双套筒结构中，外筒筒壁自然成为冷却器周向的封闭结构，外筒顶部封闭，内筒顶部敝开，且低于外筒顶部，外筒和内筒底部通过法兰连接封闭，这里外筒和内筒的底部在高度方向上有三种可能，即在一个平面上；外筒底高，内筒底低；外筒底低，内筒底高。所述柱形腔顶部的螺旋管跨过内筒顶部的敝口伸入环形腔，也可以为螺旋管从柱形腔顶部直接穿过内筒筒壁伸入环形腔。所述环形腔底部的外螺旋管与内筒外侧之间设有一段隔热套，隔热套上可以设有孔，也可以不设孔，但不设孔时隔热套与环形腔底面间应留有间隙以便使冷却水能够通过间隙进入夹层向上与主流汇合。所述内螺旋管与内筒的筒壁在径向间隔设置；外螺旋管与内筒和外筒的筒壁在径向间隔设置。
本实用新型工作原理是当所述冷却器按内筒敝口朝上的要求安置(不可倒置)，冷却水进水口接冷却水进水管，冷却水出水口接冷却水出水管，插入柱形腔的螺旋管端口作为取样水输入端口，伸出环形腔的螺旋管端口作为取样水输出端口。取样水流动路径为取样水从柱形腔的螺旋管端口进入，自下而上沿柱形腔内螺旋管上升到顶部，再从环形腔的螺旋管顶部自上而下至底部，最后从输出端口流出。冷却水从冷却水进水口流入冷却器的环形腔底部，由于冷却水进水口设在环形腔底部的切线方向上，冷却水在压力作用下，从环形腔底部以旋流方式不断上升至顶部。接着，冷却水经内筒顶部的敝口在重力作用下，从柱形腔顶部以涡流方式迅速下降至底部，最后从冷却水出水口流出。显然，高温取样水在外筒环形腔内与旋转冷却水进行热交换；高温取样水在内筒柱形腔内与涡流运动的冷却水进行热交换。且取样水与冷却水在冷却器内全部呈逆向流动，这种以一只冷却器完成两种热交换逆流过程，实践证明取得了理想的换热效果。
本实用新型所述隔热套的工作原理是本实用新型环形腔底部是一个十分关键的部位。在该部位，冷却水从冷却水进水口进入环形腔底部，而取样水经冷却后从该部位离开冷却器，当然，该处冷却水温度最低；但由于本实用新型柱形腔底部正好是取样水进入处，冷却水出口处，因此该处冷却水温度最高，由于环形腔底部与柱形腔底只有内筒筒壁之隔，显然，出现了冷却水从柱形腔高温区向环形腔低温区的横向热传导，它直接影响取样水出口温度。为了阻止该部位的不理想的横向热传导，环形腔底部的螺旋管与内筒外侧之间设有一段带孔的隔热套。这样，从冷却水进水口流入的冷却水有一部分从孔经过隔热套与内筒形成的夹层，在其中以圆周运动并跟随主流向上引射，最终与主流汇合，形成了一个水流隔热层，有效地隔绝了内筒高温冷却水横向传导到取样水出口，从而进一步降低了冷却器出口的取样水温度。
由于上述技术方案运用，本实用新型与前述现有技术相比具有下列优点1、由于本实用新型在一个筒式冷却器内，以双套筒形式设计了旋流和涡流两套串联的冷却装置，打破了传统结构模式，实现了筒式冷却器结构关键性突破，合理、有效地将两套冷却结构组合在一个筒式冷却器内，其效果比前述现有技术的两只冷却器的串联好得多，而且结构紧凑，体积小。因此具有显著地创造性和新颖性。
2、由于本实用新型冷却水通道由一个中心的柱形腔、一个围绕中心的环形腔和设在两腔顶部的连通腔组成，环形腔与柱形腔通过连通腔并经内筒顶部的敝口连通；冷却水进水口设在环形腔底部切线方向上，冷却水出水口设在柱形腔底部。在双套管结构中，利用冷却水压力在环形腔内产生旋流的同时，巧妙的利用了冷却水的重力在柱形腔内产生涡流，使冷却水吸热能力充分发挥，而这两种流动，通过连通腔连接，构成了串联的冷却水通道，从而获得了理想高效的换热效率。
3、由于本实用新型所述螺旋管由内螺旋管和外螺旋管串联构成，内螺旋管插入柱形腔底部自下而上呈螺旋状排列至顶部，然后转为外螺旋管伸入环形腔顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔底部伸出，内螺旋管插入端口为取样水进口，外螺旋管伸出端口为取样水出口。这使得取样水与冷却水在一个冷却筒体内完全以逆向流动换热，螺旋管在柱形腔和环形腔组成的冷却水通道中得到了合理、充分的布置(指空间和螺旋管长度)，使取样水与冷却水充分进行热交换得到保证，为进一步提高冷却器的换热效率打下了良好地基础。
4、由于本实用新型所述环形腔底部的螺旋管与内筒外侧之间设有一段隔热套，隔热套上设有孔。从冷却水进水口流入的冷却水穿过隔热套上所设的孔流入内筒与隔热套夹层，形成了一个水流隔热层，有效地隔绝了内筒高温冷却水横向传导到取样水出口，从而进一步降低了冷却器出口的取样水温度，对进一步提高冷却器换热效率起到了积极作用。
为了证实实际使用效果，本实用新型与前述现有技术的筒式冷却器(专利号92218311.2)试验对比情况及结果如下1、时间2000年5月10日2、地点苏州市热电厂3、测试对象本实用新型冷却器1只，筒体直径φ108mm，筒长400mm，螺旋管为φ8×1，内螺旋管30圈，外螺旋管30圈，换热面积为0.34m2。现有技术的筒式冷却器2只串联，每只筒体φ108mm，筒长340mm，螺旋管为φ12×2，换热面积为0.16m2。
4、环境温度27～29℃测试内容单位现有2只串联本实用新型1只冷却水量t/h 2.11.9过热蒸汽温度℃ 220220～222过热蒸汽压力Mpa 2.92.9
过热蒸汽冷却后冷凝水流量ml/min1060～11001000～1020冷却水温度℃ 2424过热蒸汽冷却后冷凝水温度 ℃ 29～29.525.5出口冷凝水与进口冷却水端差℃ 5.5 1.5经测试计算得本实用新型换热系数为3050大卡/米2小时℃现有技术冷却器系数为1200大卡/米2小时℃结论1、由以上测试数据可见，在同等的过热蒸汽、冷却水温度、冷却水压力、冷却水流量以及冷凝水流量条件下，1只本实用新型筒式冷却器其效果完全可以取代2只串联的前述现有技术冷却器，而且出口冷凝水与进口冷却水端差与2只串联相比则呈现了突出的优势。
2、从换热系数看，本实用新型与前述现有技术冷却器相比要大一倍多，在国内同类产品和引进产品中该指标处于领先地位。
3、由于出口冷凝水与进口冷却水端差不可能为零，因此，本实用新型取得的端差指标(1.5℃端差)在国际上也处于先进行列。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述附
图1为本实用新型原理图；附图2为本实用新型实施例结构图。
其中[1]、内筒；[2]、外筒；[3]、内螺旋管；[4]、外螺旋管；[5]、冷却水进水口；[6]、隔热套；[7]、上法兰；[8]、下法兰；[9]、冷却水出水口；[10]、密封垫；[11]、取样水进口球形接头；[12]、螺母；[13]、接头体；[14]、螺旋管连接管；[15]、柱形腔；[16]、环形腔；[17]、取样水出口球形接头。
实施例参见附
图1和附图2，一种旋、涡高效筒式冷却器，主要由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进水口[5]、冷却水出水口[9]以及法兰组成，内筒[1]置于外筒[2]之中构成一个中心的柱形腔[15]、一个围绕中心的环形腔[16]和设在两腔顶部的连通腔，环形腔[16]与柱形腔[15]通过连通腔并经内筒[1]顶部的敝口连通，环形腔[16]、连通腔和柱形腔[15]组成一个封闭的冷却水通道。所述封闭的冷却水通道为在外筒[2]与内筒[1]构成的双套筒结构中，外筒[2]顶部封闭，内筒[1]顶部敝开，内筒[1]顶部低于外筒[2]顶部；外筒[2]和内筒[1]底部通过法兰连接封闭。所述法兰由上法兰[7]和下法兰[8]组成，上法兰[7]中央开有通孔，并固定在外筒[2]底口上；下法兰[8]固定在内筒[1]底端，上法兰[7]与下法兰[8]固定连接，其连接端面上设有密封垫[10]。冷却水进水口[5]设在环形腔[16]底部的切线方向上，冷却水出水口[9]设在柱形腔[15]底部的下法兰[8]中央。所述螺旋管由内螺旋管[3]和外螺旋管[4]串联构成，内螺旋管[3]经下法兰[8]插入柱形腔[15]底部自下而上呈螺旋状排列至顶部，然后通过螺旋管连接管[14]跨过内筒[1]顶部的敝口伸入环形腔[16]顶部转为外螺旋管[4]自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[16]底部的下法兰[8]伸出，内螺旋管[3]插入端口为取样水进口球形接头[11]，外螺旋管[4]伸出端口为取样水出口球形接头[17]，且进、出端口分别通过螺母[12]和接头体[13]固定在下法兰[8]底端。所述环形腔[16]底部的螺旋管与内筒[1]外侧之间设有一段隔热套[6]，隔热套[6]上设有至少2个环套壁分布的长孔。所述螺旋管与内筒[1]和外筒[2]的筒壁在径向间隔设置。
权利要求1.一种旋、涡高效筒式冷却器，包括内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进水口[5]以及冷却水出水口[9]，螺旋管的两个端口中一个为取样水进口，另一个为取样水出口，其特征在于内筒[1]置于外筒[2]之中构成一个中心的柱形腔[15]、一个围绕中心的环形腔[16]和设在两腔顶部的连通腔，环形腔[16]与柱形腔[15]通过连通腔并经内筒[1]顶部的敝口连通，环形腔[16]、连通腔和柱形腔[15]组成一个封闭的冷却水通道；冷却水进水口[5]设在环形腔[16]底部切线方向上，冷却水出水口[9]设在柱形腔[15]底部；所述螺旋管由内螺旋管[3]和外螺旋管[4]串联构成，内螺旋管[3]插入柱形腔[15]底部自下而上呈螺旋状排列至顶部，然后转为外螺旋管[4]伸入环形腔[16]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[16]底部伸出，内螺旋管[3]插入端口为取样水进口，外螺旋管[4]伸出端口为取样水出口。
2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述环形腔[16]底部的外螺旋管[4]与内筒[1]外侧之间设有一段隔热套[6]。
3.根据权利要求2所述的冷却器，其特征在于所述隔热套[6]上设有孔。
4.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述封闭的冷却水通道为在外筒[2]与内筒[1]构成的双套筒结构中，外筒[2]顶部封闭，内筒[1]顶部敝开，内筒[1]顶部低于外筒[2]顶部；外筒[2]和内筒[1]底部通过法兰连接封闭。
5.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述柱形腔[15]顶部的螺旋管跨过内筒[1]顶部的敝口伸入环形腔[16]。
6.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述内螺旋管[3]与内筒[1]的筒壁在径向间隔设置；外螺旋管[4]与内筒[1]和外筒[2]的筒壁在径向间隔设置。
专利摘要一种旋、涡高效筒式冷却器,特征在于:内筒(1)置于外筒(2)之中构成由柱形腔(15)、环形腔(16)和两腔顶部的连通腔连通组成的一个冷却水封闭通道;冷却水进水口(5)设在环形腔(16)底部切线方向上,出水口(9)设在柱形腔(15)底部;螺旋管为内螺旋管(3)和外螺旋管(4)串联,并对应设在柱形腔(15)和环形腔(16)内,内螺旋管(3)端口为取样水进口,外螺旋管(4)端口为出口。本实用新型打破了传统模式,以双套筒形式实现了筒式冷却器关键性突破,合理、有效地将旋流和涡流两种换热方式以串联形式巧妙地组合在一个筒式冷却器内,使筒式冷却器的换热效率超过了目前优良筒式冷却器2只串联的效果,而结构紧凑,体积小。
文档编号F28D7/00GK2424436SQ00220530
公开日2001年3月21日 申请日期2000年6月2日 优先权日2000年6月2日
发明者潘家丽 申请人:苏州市中新动力设备辅机有限公司