可变面积的管式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种换热器，具体涉及一种可变面积的管式换热器，所要解决的技术问题是提供了一种结构合理，通过调整流体的流通面积来改变出口温度，控制精度高、响应速度快的可变面积的管式换热器，所采用的技术方案为壳体和设置在壳体两端的管箱，其中壳体的一端管箱上设置有管程流体进口，另一端管箱上设置有管程流体出口，壳体上设置有壳程流体进口和壳程流体出口，壳体内部设置有用于连通两个管箱的多个换热管和用于固定换热管两端的封板，所述设置有管程流体进口的管箱上设置有主轴，主轴上设置有用于阻挡换热管进口的直角挡板，所述直角挡板位于管箱内，主轴上还连接有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置位于壳体外部；本发明广泛用于换热器。
【专利说明】可变面积的管式换热器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换热器，具体涉及一种可变面积的管式换热器。
【背景技术】
[0002]换热器是一种用来进行热交换的工艺设备，在工业生产中应用极为广泛。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。但由于目前制造工艺的限制，控制方法的单一性，换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，从而造成能源的浪费。
[0003]对于传统换热器，在控制装置上，为了控制换热器的流体出口温度，通常采用的是流量调节即通过调节冷热流体的调节阀开度来控制参与换热的载热体流量，进而起到调节出口温度的目的。这种控制方法属于对被控变量的间接控制，控制精度低，响应时间慢，滞后大，而且对能量的浪费严重。同时这种通过流量调节控制换热器温度的方法不能够精确到换热器的每一根管，当换热器中的某根或多根管子失效时，会对温度的控制效果产生很大的负面影响；而且换热器内部管子需要经常检修和清理，给正常的生产带来了很多不便。
[0004]在控制方案上，通常采用以热流体出口温度为被控变量，载热体流量为操纵变量的单回路PID控制系统。PID反馈控制系统对于换热器系统内部特性的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力，但是由于控制器参数是固定的，实际的工业过程往往难以用简单的一阶或二阶系统来描述，且由于噪声、负载扰动等因素的干扰，还可能引起对象模型参数的变化甚至模型结构的改变，所以当换热器内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。
【发明内容】
[0005]本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供了一种结构合理，通过调整流体的流通面积来改变出口温度，控制精度高、响应速度快的可变面积的管式换热器。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:可变面积的管式换热器，包括:壳体和设置在壳体两端的管箱，其中壳体的一端管箱上设置有管程流体进口，另一端管箱上设置有管程流体出口，壳体上设置有壳程流体进口和壳程流体出口，所述壳体内部设置有用于连通两个管箱的多个换热管和用于固定换热管两端的封板，所述设置有管程流体进口的管箱上设置有主轴，所述封板上开有凹槽，所述凹槽内设置有套管，所述主轴的一端穿过壳体插装在套管内，所述主轴上设置有用于阻挡换热管进口的直角挡板，所述直角挡板位于管箱内，所述主轴上还连接有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置位于壳体外部。
[0007]优选地，所述管箱内安装有条形支板，条形支板和封板之间安装有直角挡板和弧形薄片阻挡装置；
所述弧形薄片阻挡装置包括弧形薄片、连板、第一齿圈、第一齿轮和第一压力轴承，所述直角挡板和套管之间交替设置有第一齿圈和第一压力轴承，第一齿轮安装在主轴上，并与第一齿圈相啮合，每个第一齿圈的外缘上均固定有一个连板，每个连板的端部均固定有一个弧形薄片，多个弧形薄片呈扇形布置，用于阻挡不同直径上的换热管；
所述直角挡板上设置有第二齿圈，所述第二齿圈与第一齿圈同心设置，主轴上还设置有第二齿轮，第二齿轮与第二齿圈相啮合，所述直角挡板外侧设置有第二压力轴承，外螺纹套管安装在条形支板的中心，并压紧第二压力轴承。
[0008]优选地，所述旋转驱动装置包括设置在主轴上的第三齿轮、电动机和设置在电动机转轴上的第四齿轮，所述第三齿轮和第四齿轮相啮合。
[0009]优选地，所述主轴的端部还设置有控制主轴串动的伸缩油缸。
[0010]本发明结构合理，容易操作，采用直角挡板和弧形薄片阻挡换热管，根据换热器换热原理可以精确控制所需管子的个数，改变流体的流通面积，控制精度大大提高，同时采用改变流通面积的方式来实现换热器温度的调控，修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化，系统响应时间短，实时性高；并且还能提高换热管的利用率，防止管子因为长时间使用而损坏，增加换热器的使用寿命，且便于清洗。
[0011]此外，本发明可以实现换热管的通断检测，以便于及早发现有问题的换热管，所以当部分管子失效时，可以避免这些管子被使用，同时能够充分利用每个换热管的管程，减少了管程流体的使用量和泵工作消耗的能量，在保证换热的同时达到了节能的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明中实施例一的结构示意图。
[0013]图2为本发明中实施例二的结构示意图。
[0014]图3为本发明中直角挡板和弧形薄片的布置结构示意图。
[0015]图4为图1中A处的局部放大图。
[0016]图中:1为壳体,2为管箱,3为换热管,4为封板,5为主轴,6为直角挡板,7为旋转驱动装置，8为凹槽,9为套管，10为条形支板，11为阻挡装置，12为弧形薄片，13为连板，14为第一齿圈，15为第一齿轮,16为第一压力轴承，17为第二齿圈，18为第二齿轮,19为第二压力轴承，20为外螺纹套管,21为第三齿轮,22为电动机,23为第四齿轮,24为伸缩油缸。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作的具体实施例作进一步说明。
[0018]实施例一
如图1所示，可变面积的管式换热器，包括:壳体I和设置在壳体I两端的管箱2，其中壳体I的一端管箱2上设置有管程流体进口，另一端管箱2上设置有管程流体出口，壳体I上设置有壳程流体进口和壳程流体出口，所述壳体I内部设置有用于连通两个管箱2的多个换热管3和用于固定换热管3两端的封板4，换热管3均匀分布在封板4上，并呈圆环分布，设置有管程流体进口的管箱2上设置有主轴5，封板4上开有凹槽8，所述凹槽8内设置有套管9，所述主轴5的一端穿过壳体I插装在套管9内，主轴5和壳体I之间进密封，位于壳体I外部的主轴5进行固定支撑，保证主轴5与换热器同心，套管9的直径比主轴5直径大，可保证主轴5自由旋转，且套管9还起到限位作用，主轴5上设置有用于阻挡换热管3进口的直角挡板6，直角挡板6紧贴套管9安装，使直角挡板6能够换热管3保持在适当位置，直角挡板6位于管箱2内，所述主轴5上还连接有旋转驱动装置7，所述旋转驱动装置7位于壳体I外部。旋转驱动装置7驱动主轴5转动，旋转驱动装置7包括设置在主轴5上的第三齿轮21、电动机22和设置在电动机22转轴上的第四齿轮23，所述第三齿轮21和第四齿轮23相啮合，电动机22驱动主轴5旋转，控制直角挡板6转动，阻挡一定数量的换热管3，从而调整壳程出口温度，控制方便。
[0019]实施例二
图2至图4所示，为了更好的调整壳程出口温度范围，管箱2内安装有条形支板10，条形支板10和封板4之间安装有直角挡板6和弧形薄片阻挡装置11 ;弧形薄片阻挡装置11包括弧形薄片12、连板13、第一齿圈14、第一齿轮15和第一压力轴承16，所述直角挡板6和套管9之间交替设置有第一齿圈14和第一压力轴承16，第一压力轴承16主要用于保证施加轴向力对第一齿圈进行定位的同时，不影响第一齿圈14的转动，第一齿圈14可以根据换热管3的布置圈数选择合适的数量，第一齿轮15安装在主轴5上，并与第一齿圈14相啮合，每个第一齿圈14的外缘上均固定有一个连板13，每个第一齿圈14上连板13的长度与换热管3所在的圆圈直径相适应，长度一般靠近套管9 一侧的连板13最短，靠近直角挡板6 一侧的连板13最长，每个连板13的端部均固定有一个弧形薄片12，多个弧形薄片12呈扇形布置，用于阻挡不同直径上的换热管3 ;
直角挡板6上设置有第二齿圈17,所述第二齿圈17与第一齿圈14同心设置,主轴5上还设置有第二齿轮18，第二齿轮18与第二齿圈17相啮合，所述直角挡板6外侧设置有第二压力轴承19，外螺纹套管20安装在条形支板10的中心，并压紧第二压力轴承19，外螺纹套管20主要用于施加轴向力，压紧直角挡板6和阻挡装置11，同时还要保证主轴5能够穿过，主轴5与外螺纹套管20之间进行密封。
[0020]第一齿轮15和第二齿轮18位于主轴上的适当位置，在第二齿轮18与第二齿圈17哨合时，第一齿轮15位于套管9内，当第二齿轮18与第二齿圈17哨合完全脱开时,第一齿轮15刚好与靠近套管9内侧的第一齿圈14相啮合。这样在使用时，根据需要阻挡换热管3的数量，调整直角挡板6和弧形薄片12的旋转角度，通过调整主轴5向内、向外移动，从而控制第一齿轮15与第一齿圈14进行啮合，从而达到控制不同管径上弧形薄片12的目的。主轴5的端部还设置有控制主轴5串动的伸缩油缸24，伸缩油缸24可以控制主轴5向内或向外移动。
[0021]上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.可变面积的管式换热器，包括:壳体(I)和设置在壳体(I)两端的管箱(2)，其中壳体(I)的一端管箱(2 )上设置有管程流体进口，另一端管箱(2 )上设置有管程流体出口，壳体(I)上设置有壳程流体进口和壳程流体出口，所述壳体(I)内部设置有用于连通两个管箱(2)的多个换热管(3)和用于固定换热管(3)两端的封板(4)，其特征在于:所述设置有管程流体进口的管箱(2)上设置有主轴(5)，所述封板(4)上开有凹槽(8)，所述凹槽(8)内设置有套管(9 )，所述主轴(5 )的一端穿过壳体(I)插装在套管(9 )内，所述主轴(5 )上设置有用于阻挡换热管(3)进口的直角挡板(6)，所述直角挡板(6)位于管箱(2)内，所述主轴(5)上还连接有旋转驱动装置(7 )，所述旋转驱动装置(7 )位于壳体(I)外部。
2.根据权利要求1所述的可变面积的管式换热器，其特征在于:所述管箱(2)内安装有条形支板(10)，条形支板(10)和封板(4)之间安装有直角挡板(6)和弧形薄片阻挡装置(11)； 所述弧形薄片阻挡装置(11)包括弧形薄片(12)、连板(13)、第一齿圈(14)、第一齿轮(15)和第一压力轴承(16)，所述直角挡板(6)和套管(9)之间交替设置有第一齿圈(14)和第一压力轴承(16)，第一齿轮(15)安装在主轴(5)上，并与第一齿圈(14)相啮合，每个第一齿圈(14)的外缘上均固定有一个连板(13)，每个连板(13)的端部均固定有一个弧形薄片(12)，多个弧形薄片(12)呈扇形布置，用于阻挡不同直径上的换热管(3); 所述直角挡板(6)上设置有第二齿圈(17)，所述第二齿圈(17)与第一齿圈(14)同心设置，主轴(5)上还设置有第二齿轮(18)，第二齿轮(18)与第二齿圈(17)相啮合，所述直角挡板(6)外侧设置有第二压力轴承(19)，外螺纹套管(20)安装在条形支板(10)的中心，并压紧第二压力轴承(19)。
3.根据权利要求1所述的可变面积的管式换热器，其特征在于:所述旋转驱动装置(7)包括设置在主轴(5)上的第三齿轮(21)、电动机(22)和设置在电动机(22)转轴上的第四齿轮(23)，所述第三齿轮(21)和第四齿轮(23)相啮合。
4.根据权利要求2所述的可变面积的管式换热器，其特征在于:所述主轴(5)的端部还设置有控制主轴(5)串动的伸缩油缸(24)。
【文档编号】F28D7/00GK104048529SQ201410285291
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】高强, 张建祥, 邱俊彭, 李艳, 陆辉山, 闫宏伟, 李如菊, 高天翔 申请人:中北大学