一种用于高温高压条件下过热工质的高效混合器的制作方法

本发明涉及一种混合器，具体涉及到了一种适用于高温高压条件下过热工质的卧式高效混合器。

背景技术：

在高温高压热工水力实验装置中，经常出现实验段的出口工质达到过热状态的情况。当这种情况出现时，实验段功率的轻微变化即可引发过热工质温度及密度的大幅升降，由于实验装置容积有限，容易引起实验装置系统压力的大幅波动，严重时直接危及实验装置系统的安全性和可靠性。如果将过热工质的直接输送至换热器，则换热器管程所受到的高速高温冲击较大，同时在冷流体作用下管程承压边界的温度梯度较大，容易产生局部热疲劳，从而影响换热器承压边界的安全性和整个设备的使用寿命。因此，常常在实验段出口设置混合器，将高温过热工质与实验旁路的低温过冷工质进行充分混合，以降低工质的温度、减轻换热器的热冲击及热疲劳、提高实验装置系统的安全性和可靠性。

目前，虽然混合器的结构和类型种类较多，但是针对高温高压条件下过热工质的混合器设计制造仍然存在一些技术难题：1.如何高效地降低混合后的工质温度或质量含汽率，提高工质温度分布的均匀程度；2.如何避免设备内部发生水锤现象，如何减缓过热工质对设备承压部件的高速高温冲击；3.如何降低设备加工制造及工艺实现的难度，提高设备的安全性与可靠性；4.如何排除设备中不凝气体，减轻溶解氧对设备的腐蚀等等。

本发明正是基于这一工程背景和技术需求，通过技术创新和试验验证获得专利技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于高温高压条件下过热工质的高效混合器，能避免水锤现象的发生、同时提高工质温度分布的均匀程度。

为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：

一种用于高温高压条件下过热工质的高效混合器，包括内部中空的筒体部件，筒体部件的左端连通有出口部件，还包括过热工质入口部件，过热工质入口部件为三通管件，过热工质入口部件的左端口与筒体部件的右端连通，过热工质入口部件的右端连通有低温工质入口部件；还包括喷管组件，喷管组件的右端外径面与低温工质入口部件的内径壁连接在一起，喷管组件的开设有若干组进行叉排布置的喷孔，喷管组件的左端内径安装有2个限流块，2个限流块之间存在一个出水间隙，喷管组件的外壁设置有若干个周向布置的扰动支撑件。

上述高效混合器的工作原理是：高温过热工质从过热工质入口部件的高温过热工质入口端进入到过热工质入口部件内部，低温过冷工质从低温工质入口部件的右端进入到喷管组件内部，在2个限流块的限流作用下，大部分的低温过冷工质从喷孔内喷出与进入的高温过热工质进行充分混合，而小部分的低温过冷工质从2个限流块之间的出水间隙流出与混合和的喷淋混合工质再次混合，起到二次混合降温的目的，而本发明设置的叉排布置的喷孔能够有效的并均匀的将低温工质与高温过热工质混合，再此基础上，本发明还设置有扰动支撑件，扰动支撑件设置后，可以高效地将高温条件下过热工质混合成过冷或低质量含汽率的饱和工质，同时有效地避免了水锤现象的发生。

总的说来，上述结构是利用热工水力实验装置实验支路中过热工质的压力低于实验旁路低温过冷工质压力的特点，采用卧式结构和出口设置了限流块的喷管，将流入设备的大部分低温工质由喷管沿程喷淋进入过热工质混合，在喷淋混合沿程中设置多处周向设置的扰动支撑件搅混工质，最后将喷淋混合工质与喷管组件流出的小部分低温过冷工质二次交混，可以高效地将高温条件下过热工质混合成过冷或低质量含汽率的饱和工质，同时有效地避免了水锤现象的发生。

优选的，喷管组件位于筒体部件、过热工质入口部件、低温工质入口部件内部。

优选的，还包括套筒组件，套筒组件套装在喷管组件外，且套筒组件的内径面与喷管组件的外径面之间存在间隙，扰动支撑件连接在套筒组件的内径面与喷管组件的外径面之间，套筒组件的外径面与筒体部件的内径面之间存在存水间隙，过热工质入口部件的高温过热工质入口端与存水间隙连通。

上述结构中，还包括套筒组件，在设备筒体内壁设置套筒组件，由于存在上述套筒组件，喷管组件外壁与套筒组件内壁之间的区域就形成了过冷工质与过热工质的混合区域，因此从喷管组件内部喷出的过冷工质、以及从过热工质入口部件进入的过热工质都会直接冲击套筒组件内壁，而不会去直接冲击设备的承压区域和设备的筒体内壁，上述承压区域包括筒体部件与出口部件之间的连接区域、筒体部件与过热工质入口部件之间的连接区域、过热工质入口部件与低温工质入口部件之间的连接区域，这就可以减轻过热工质流入时对设备的高速高温冲击，减轻过冷工质喷射时对设备的高速低温冲击，降低设备承压部件的温度梯度，减弱冷热流体混合时设备的热疲劳，提高设备的承压安全性和使用寿命。

优选的，套筒组件的外径面与筒体部件的内径面之间设置有若干个间隙支撑。

优选的，套筒组件与喷管组件等长。

优选的，为了避免，过热工质从喷孔处直接冲入到喷管组件内部，过热工质入口部件的高温过热工质入口端在喷管组件上的投影区域为盲区，在盲区内未设置有喷孔，这样就不会将高温过热工质喷入到喷管组件内。

优选的，出口部件设置有排气接管，排气接管与出口部件内部连通。设置排气接管，可以在充水阶段有效地排尽设备混合工质中的不凝气体，减缓溶解氧对设备的腐蚀。

优选的，限流块面向出口部件的一端端面为半圆形。

优选的，喷管组件的右端外径面通过螺纹加环焊接的方式与低温工质入口部件的内径壁连接在一起。

本发明的效果在于：a.利用热工水力实验装置实验支路中过热工质的压力低于实验旁路低温过冷工质压力的特点，采用卧式结构和出口设置了限流块的喷管，将流入设备的大部分低温工质由喷管沿程喷淋进入过热工质混合，在喷淋混合沿程中设置多处周向扰动支撑件搅混工质，最后将喷淋混合工质与喷管组件流出的小部分低温过冷工质二次交混，可以高效地将高温高压条件下过热工质混合成过冷或低质量含汽率的饱和工质，同时有效地避免了水锤现象的发生；b.在设备筒体内壁设置套筒组件，可以减轻过热工质流入时对设备的高速高温冲击，减轻过冷工质喷射时对设备的高速低温冲击，降低设备承压部件的温度梯度，减弱冷热流体混合时设备的热疲劳，提高设备的承压安全性和使用寿命；c.在设备出口设置排气接管，可以在充水阶段有效地排尽设备的不凝气体，减缓溶解氧对设备的腐蚀；d.本发明的结构简单可靠，加工制造简明易行，可以保证高温高压条件下设备的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中M区域的放大示意图。

图3为图1中沿AA线的刨面示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1、低温工质入口部件；2、过热工质入口部件；3、筒体部件；4、套筒组件；5、喷管组件；6、排气接管；7、出口部件；8、限流块；9、喷孔；10、扰动支撑件；11、间隙支撑。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种用于高温高压条件下过热工质的高效混合器，包括内部中空的筒体部件3，筒体部件3的左端连通有出口部件7，还包括过热工质入口部件2，过热工质入口部件为三通管件，过热工质入口部件的左端口与筒体部件3的右端连通，过热工质入口部件的右端连通有低温工质入口部件1；还包括喷管组件5，喷管组件5的右端外径面与低温工质入口部件1的内径壁连接在一起，喷管组件5的开设有若干组进行叉排布置的喷孔9，喷管组件5的左端内径安装有2个限流块8，2个限流块8之间存在一个出水间隙，喷管组件5的外壁设置有若干个周向布置的扰动支撑件10。

上述高效混合器的工作原理是：高温过热工质从过热工质入口部件2的高温过热工质入口端进入到过热工质入口部件内部，低温过冷工质从低温工质入口部件1的右端进入到喷管组件5内部，在2个限流块8的限流作用下，大部分的低温过冷工质从喷孔9内喷出与进入的高温过热工质进行充分混合，而小部分的低温过冷工质从2个限流块之间的出水间隙流出与混合和的喷淋混合工质再次混合，起到二次混合降温的目的，而本发明设置的叉排布置的喷孔9能够有效的并均匀的将低温工质与高温过热工质混合，再此基础上，本发明还设置有扰动支撑件10，扰动支撑件10设置后，可以高效地将高温条件下过热工质混合成过冷或低质量含汽率的饱和工质，同时有效地避免了水锤现象的发生。

总的说来，上述结构是利用热工水力实验装置实验支路中过热工质的压力低于实验旁路低温过冷工质压力的特点，采用卧式结构和出口设置了限流块的喷管，将流入设备的大部分低温工质由喷管沿程喷淋进入过热工质混合，在喷淋混合沿程中设置多处周向设置的扰动支撑件搅混工质，最后将喷淋混合工质与喷管组件流出的小部分低温过冷工质二次交混，可以高效地将高温条件下过热工质混合成过冷或低质量含汽率的饱和工质，同时有效地避免了水锤现象的发生。

实施例2：在实施例1的基础上：优选的，喷管组件5位于筒体部件3、过热工质入口部件、低温工质入口部件1内部。

实施例3：在实施例1的基础上：优选的，还包括套筒组件4，套筒组件4套装在喷管组件5外，且套筒组件4的内径面与喷管组件5的外径面之间存在间隙，扰动支撑件10连接在套筒组件4的内径面与喷管组件5的外径面之间，套筒组件4的外径面与筒体部件3的内径面之间存在存水间隙，过热工质入口部件的高温过热工质入口端与存水间隙连通。由于存在上述套筒组件，喷管组件5外壁与套筒组件4内壁之间的区域就形成了过冷工质与过热工质的混合区域，因此从喷管组件5内部喷出的过冷工质、以及从过热工质入口部件2进入的过热工质都会直接冲击套筒组件内壁，而不会去直接冲击设备的承压区域和设备的筒体内壁，上述承压区域包括筒体部件3与出口部件7之间的连接区域、筒体部件3与过热工质入口部件2之间的连接区域、过热工质入口部件2与低温工质入口部件1之间的连接区域，这就可以减轻过热工质流入时对设备的高速高温冲击，减轻过冷工质喷射时对设备的高速低温冲击，降低设备承压部件的温度梯度，减弱冷热流体混合时设备的热疲劳，提高设备的承压安全性和使用寿命。

优选的，套筒组件4的外径面与筒体部件3的内径面之间设置有若干个间隙支撑11。

优选的，套筒组件4与喷管组件5等长。

优选的，为了避免，过热工质从喷孔9处直接冲入到喷管组件5内部，过热工质入口部件的高温过热工质入口端在喷管组件上的投影区域为盲区，在盲区内未设置有喷孔9，这样就不会将高温过热工质喷入到喷管组件5内。

优选的，出口部件7设置有排气接管6，排气接管6与出口部件7内部连通。设置排气接管，可以在充水阶段有效地排尽设备的不凝气体，减缓溶解氧对设备的腐蚀。

优选的，限流块8面向出口部件7的一端端面为半圆形。

优选的，喷管组件5的右端外径面通过螺纹加环焊接的方式与低温工质入口部件1的内径壁连接在一起。

综合上述结构，本发明的总体结构为卧式结构，由低温工质入口部件、过热工质入口部件、筒体部件、出口部件、套筒组件和喷管组件组成；低温工质入口与过热工质入口位于设备同一端，混合后工质出口位于设备另一端，低温工质入口、混合后出口与设备同轴线，过热工质入口与设备轴线垂直；低温工质入口部件、过热工质入口部件、筒体部件和出口部件依次焊接组成设备的承压边界，在筒体部件内壁设置套筒组件，上述结构中提及的扰动支撑件可以用于固定支撑套筒组件。喷管组件与套筒组件之间环形腔室即为设备的第一处喷淋混合空间，喷管组件出口与出口部件内部腔室为设备的第二处混合空间。在过热工质入口区域，套筒组件承受过热工质的高速冲击，存水间隙可以缓冲过热工质对设备的高温冲击；在过热工质入口以外区域，套筒组件承受低温工质喷射时的高速冲击，存水间隙可以缓冲低温工质对设备的低温冲击。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。