专利名称：节能低噪声蒸汽加热器的制作方法
技术领域：
本实用新型是用于汽一液介质直接接触的热交换装置，尤其适用于以蒸汽对冷液箱中的大量冷液进行加热的情况。
目前，在利用锅炉蒸汽对冷液进行加热的热交换装置中，一般都是以简单的单孔大口径直通管构成加热管，锅炉产生的蒸汽通过直通管式的加热管以单股大射流形式直接进入冷液中，以对流传热和传质的方式对冷液进行加热。这种热交换装置虽然结构非常简单，热效率也较非直接接触的加热形式要高，但却存在着振动大、噪声高以及蒸汽弥漫、热能浪费等不足之处，形成恶劣的工作环境。
在《能源利用》1987年第4～5期上，本发明人对上述热交换装置提出了一种改进方案，采用碎流管式的加热管来加热冷液，也就是将单孔大口径直通管的末端封闭，在管壁上开若干小孔，使蒸汽通过小孔以多股小射流形式进入冷液中。试验结果表明，振动和噪声下降，无蒸汽逸出液面，热效率提高，环境得到改善。但是它的振动、噪声的降低还不够理想，在冷液温度较低时，刚开始加热的两、三分钟内振动、噪声仍较大。
本实用新型的目的在于提供一种振动、噪声更低，热效率高的直接接触式蒸汽加热器。
本实用新型是在碎流管式的加热管的基础上采用了引射技术来解决问题的。它有一个末端带堵盖、管壁开小孔的碎流管式加热管，在加热管前加装由喷嘴和外壳组成的引射器，加热管分为前段——管壁上不开孔的混流段和后段——管壁上开小孔的碎流段两段，引射器的外壳上开有供冷液流入的槽口。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
附
图1.节能低噪声蒸汽加热器结构示意图从图中可以看出，整个蒸汽加热器分为引射器喷嘴(1)、引射器外壳(3)、加热管(包括混流段(4)及碎流段(5)两段)和堵盖(7)四个部件。引射器的喷嘴与外壳之间、引射器的外壳与加热管之间以及加热管与堵盖之间均以螺纹连接。蒸汽以一定的速度经引射器喷嘴射入加热管混流段，由于蒸汽的快速流动而在引射器的喷嘴出口(9)周围形成低压区。在压差的作用下，冷液就经引射器外壳上的槽口(2)及加热管混流段上的入口(8)向混流段内流动。因进入混流段的蒸汽和冷液是两种状态完全不同的介质，而且汽流具有横向脉动的速度，所以蒸汽和冷液两者在混流段内进行热量、质量和动量交换而成为一种汽一液混合流，然后再从加热管后段的碎流段喷入到周围的冷液中对其进行加热。由于将强烈的能量交换过程分为管内混合与管外碎流加热两个步骤进行，使能量交换的强烈程度得到缓解，因而使振动、噪声降低，热能利用率提高。
为保证汽一液混合的效果，对进入混流段的蒸汽和冷液的量要作适当控制。经过大量实验得知，在引射系数为3～4时效果最好，即冷液流量
与蒸汽流量
之比为m.Lm.V=3~4.]]>根据引射系数，可求得引射器喷嘴出口面积SA与加热管混流段的冷液入口面积SB′(即加热管混流段的入口总面积SB除去引射器喷嘴在入口处所占面积SA′之后所剩环面积)之间的关系为SA/SB′＝1。还有，要保证冷液的连续供给，最好使引射器外壳上所开槽口总面积SO为加热管混流段的冷液入口面积SB′的两倍，即SO/SB′＝2，槽口可以是径向对称地开设。另外，为使蒸汽射流能在混流段内得到充分扩展，根据平行射流理论，混流段的直径DC最好不小于引射器喷嘴出口直径DA的3.3倍，即DC≥3.3DA，混流段的长度L(即碎流段管壁上最前排小孔与引射器喷嘴出口之间的距离)不小于4～5倍的DA，即L≥(4～5)DA。
因为汽一液混合流是经碎流段以多股小射流形式进入冷液中形成大量的小区域内的汽液间能量交换，从而也使节能降噪减振效果得到保证。若不仅在碎流段管壁上开小孔(6)，在碎流段末端的堵盖上也开小孔(6′)，则效果更好。同时为保证获得最佳效果，对两处个孔的大小、数量、布置等有一定的要求。根据理论计算与大量的实验数据可得出，当汽泡的初始直径db＞12mm后，汽泡的上浮高度h及汽泡的破灭时间τ都将急剧增加，要保证汽泡能在液面下破裂，最好使汽泡初始直径db≤12mm，至少使db＜20mm；而对射流孔径do(在此即为小孔直径d，d′)与汽泡初始直径db之间的关系，经过对大量实验数据的处理可得出db=0.779(ΔPρV)0.2dO0.8,]]>式中ΔP为蒸汽压力PV与液体压力PL之间的压差，ρV为蒸汽密度。根据计算结果可知在通常情况下(PV≤0.5MPa时)，射流孔径应不大于3mm，亦即d≤3mm，d′≤3mm。在设计时还应考虑到，由于堵盖的作用会使碎流段内压力不均等，沿蒸汽入射的反方向压力逐渐降低，因而碎流段管壁上的小孔孔径d可沿蒸汽入射方向逐渐减小。根据平行射流理论，各小孔间的孔距l，l′要不小于4～5倍的孔径，即l≥(4～5)d，l′≥(4～5)d′。碎流段管壁上的小孔不一定要沿圆周均布，尤其是当蒸汽加热器要置于靠近冷液箱体的位置时，碎流段管壁上靠近箱体的部位不要开孔，以免射流冲击箱体。关于小孔的数量，可取使全部小孔的总面积(包括碎流段管壁上的小孔总面积S与堵盖上的小孔总面积S′两部分)占引射器喷嘴出口面积SA的120％以上，即(S+S′)≥1.2SA′，其中堵盖上小孔总面积S′占SA的15～20％，即S′＝(0.15～0.2)SA。
对于本实用新型的效果，已通过实验设备进行了测定，结果如下与目前广泛使用的直通管式加热管相比，在蒸汽压力高于0.4MPa时，噪声可降低20～30dB，基本无振动；在蒸汽压力低于0.4MPa时，噪声可降低15～20dB，完全消除振动(而在相应情况下使用碎流管式加热管，则噪声降低量分别为10～20dB和8～12dB)。同时，热损失的减少均可达10～20％。因此，本实用新型实现了将节能、降噪、减振三个作用结合为一体，而且装置结构也不复杂，成本亦不高，制造，使用、维护均很方便。
权利要求1.一种节能低噪声蒸汽加热器，有一个末端带堵盖(7)，管壁开小孔(6)的碎流管式加热管，其特征在于加热管前加装由喷嘴(1)和外壳(3)组成的引射器，加热管分为前段——管壁上不开孔的混流段(4)和后段——管壁上开小孔的碎流段(5)两段，引射器的外壳上开有供冷液流入的槽口(2)。
2.如权利要求1所述的蒸汽加热器，其特征在于引射器喷嘴出口(9)面积SA与加热管混流段的冷液入口(8)面积SB′之比为SA/SB′＝1，引射器外壳上所开槽口总面积SO与加热管混流段的冷液入口面积SB′之比为SO/SB′＝2，加热管混流段的直径DC与引射器喷嘴出口的直径DA的关系为DC≥3.3DA，加热管碎流段管壁上最前排小孔与引射器喷嘴出口之间的距离L要满足L≥(4～5)DA。
3.如权利要求1、2所述的蒸汽加热器，其特征在于加热管碎流段末端的堵盖上也开有小孔(6′)，碎流段管壁上所开小孔及堵盖上所开小孔的直径与孔距各满足d≤3mm，l≥(4～5)d，d′≤3mm，l′≥(4～5)d′，小孔的总面积S及S′满足(S+S′)≥1.2SA，其中S′＝(0.15～0.2)SA。
专利摘要节能低噪声蒸汽加热器是用于汽—液介质直接接触的热交换装置，尤其适用于以蒸汽对冷液箱中的大量冷液进行加热。它是在碎流管式加热管前加装由喷嘴和外壳组成的引射器，加热管分为混流段和碎流段两段，通过增加引射和混流作用而将原来直通管式或碎流管式加热管的一次能量交换改变为两次，使能量交换的强烈程度得以缓解。本实用新型显著地降低了振动和噪声，热效率亦高，而且装置结构不复杂、成本不高，制造、使用、维修均方便。
文档编号F28C3/00GK2048567SQ8920519
公开日1989年11月29日 申请日期1989年7月3日 优先权日1989年7月3日
发明者刘德彰 申请人:南京航空学院