专利名称：双套筒式高效冷却器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用不直接接触热交换方式对高温高压流体介质进行降温的冷却装置，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器。
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、监测是不可缺少的。如果直接将高温高压水和蒸汽引入在线仪表是不现实的，通常必须先将水和蒸汽的温度、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。当时，上述技术方案与自然对流式筒式冷却器相比无疑起到了积极作用。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双套筒式高效冷却器，包括内筒、外筒、螺旋管、冷却水进管以及冷却水出管，内筒从底部伸入外筒中，将外筒内腔分为一个柱形腔、一个环形腔和一个顶腔，内筒顶部为敝口结构，柱形腔与环形腔仅通过顶腔连通，并构成封闭的冷却水腔室，环形腔和柱形腔的底部一个接冷却水进管，另一个接冷却水出管；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。
上述技术方案中，所述“柱形腔”是指内筒侧壁所包络的一段柱形空间。所述“环形腔”是指外筒与内筒侧壁之间截面为环形的一段空间。所述“顶腔”是指外筒筒顶与内筒筒顶之间的一段空间。所述“柱形腔与环形腔仅通过顶腔连通，并构成封闭的冷却水腔室”，含意之一指出了冷却水腔室由柱形腔、顶腔和环形腔三部分组成；含意之二说明了腔室为一个封闭结构。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；外筒底低，内筒底高。所述筒底是指在工作状态下朝下的筒体部位。
上述技术方案中，所述冷却水进管和冷却水出管的接法有两种方案第一种是环形腔的底部接冷却水进管，柱形腔的底部接冷却水出管，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(这种结构好)。第二种是柱形腔的底部接冷却水进管，环形腔的底部接冷却水出管，内螺旋管插入端口为取样水出口，外螺旋管伸出端口为取样水进口(这种结构较好)。上述冷却水进管的两种接法中，每种接法中的冷却水进管均有以下几种结构1、冷却水进管垂直接入口腔体(这种结构简单，但冷却效果较差)。2、冷却水进管设在入口腔体的切线方向上(这种结构简单，同时冷却效果较好)。3、冷却水进管为通道结构，伸入的一段通道上设有导嘴，导嘴的开口朝入口腔体的切线方向(这种结构简单，同时冷却效果较好)。4、冷却水进管由环状通道结构的导流圈构成，导流圈设在入口腔体内，导流圈的环状通道上分布有导流孔，导流孔傍设有导流片(这种结构稍复杂，但冷却效果仍较好)。5、冷却水进管的前方设有导流片(这种结构也较简单，冷却效果也较好)。 6、冷却水进管所接的入口腔体内设有导流片，导流片可以设在内筒上端，且沿内筒周向分布；导流片也可以沿筒体周向分布，并安置在筒体轴向任意位置(这种结构较复杂，但冷却较果也较好)。总之，上述各种结构组合中，当冷却水从环形腔底部接入并在环形腔内以旋流方式上升，再转入柱形腔并在柱形腔内以涡流方式下降，最后从柱形腔底流出时其冷却较果最佳。
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)，且环形腔的底部接冷却水进管，柱形腔的底部接冷却水出管，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时，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。冷却水流动路径为冷却水经冷却水进管流入环形腔底部，在压力作用下，从环形腔底部上升至顶部。接着，冷却水经内筒顶部的敝口在重力作用下，从柱形腔顶部下降至底部，最后从冷却水出水口流出。高温取样水在环形腔和柱形腔内与冷却水进行热交换，且取样水与冷却水全部呈逆向流动。当冷却水进管为上述2～6种之一的旋流结构时，冷却水经冷却水进管流入环形腔底部，在压力作用下，从环形腔底部以旋流方式上升至顶部。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，此时一只冷却器内的冷却水流动方式与螺旋管中取样水完成两种热交换逆流过程，其热交换最充分，换热效果最佳，因此冷却效果也最好。
当柱形腔的底部接冷却水进管，环形腔的底部接冷却水出管，内螺旋管插入端口为取样水出口，外螺旋管伸出端口为取样水进口时，工作原理相似，取样水与冷却水在冷却器内也全部呈逆向流动。当冷却水进管为上述2～6种之一的旋流结构时，冷却水经冷却水进管流入柱形腔底部，在压力作用下，从柱形腔底部以旋流方式上升至顶部。接着，冷却水经内筒顶部的敝口在重力作用下，从环形腔顶部以旋流方式迅速下降至底部，最后从冷却水出水口流出。显然，此时一只冷却器内的冷却水流动方式与螺旋管中取样水完成两种热交换逆流过程，其热交换充分，换热效果较好，因此冷却效果也较好。
由于上述技术方案运用，本实用新型与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。
2、本实用新型合理、巧妙地将两套串联的螺旋管与两只冷却筒有机组合在一个筒式冷却器内，不仅结构紧凑，体积小，而且冷却效果大大提高。
3、由于本实用新型所述螺旋管由内螺旋管和外螺旋管两套串联构成，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。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、当本实用新型冷却水进管为上述2～6种之一的旋流结构，并且接在柱形腔底部时，冷却水在压力作用下，从柱形腔底部以旋流方式上升至顶部，接着，冷却水经内筒顶部的敝口在重力作用下，从环形腔顶部以旋流方式迅速下降至底部，最后从冷却水出水口流出。这样可以利用压力使冷却水在柱形腔内产生旋流同时，利用重力使冷却水在环形腔内也产生旋流，因而充分发挥冷却水吸热能力，获得较好地换热效果。
5、当本实用新型冷却水进管为上述2～6种之一的旋流结构，并且接在环形腔底部时，冷却水在压力作用下，从环形腔底部以旋流方式上升至顶部，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。这样可以利用压力使冷却水在环形腔内产生旋流的同时，巧妙的利用重力使冷却水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。
6、由于本实用新型换热效率特别高，大大节约了冷却水用量，因此特别适合于大容量机组和水源紧张地区火力发电厂的水汽取样装置。
附
图1为本实用新型实施例一的结构示意图；附图2为
图1的A-A剖视图；附图3为本实用新型实施例二的结构示意图；附图4为图3的B-B剖视图；附图5为本实用新型实施例三的结构示意附图6为图5的C-C剖视图；附图7为本实用新型实施例四的结构示意图；附图8为图7的D-D剖视图；附图9为本实用新型实施例五的结构示意图。
其中、[1]、内筒；[2]、外筒；[3]、内螺旋管；[4]、外螺旋管；[5]、冷却水进管；[6]、冷却水出管；[7]、上法兰；[8]、下法兰；[9]、柱形腔；[10]、环形腔；[11]、顶腔；[12]、导嘴；[13]、导流圈；[14]、导流片a；[15]、导流片b；[16]、导流片c。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见附
图1和附图2所示，一种双套筒式高效冷却器，由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]、冷却水出管[6]以及法兰组成，内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室。所述封闭的冷却水腔室为在外筒[2]与内筒[1]构成的双套筒结构中，外筒[2]顶部封闭，内筒[1]顶部低于外筒[2]顶都，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。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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。所述环形腔[10]的底部接冷却水进管[5]，柱形腔[9]的底部接冷却水出管[6]；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。所述冷却水进管[5]为通道结构，伸入的一段通道上设有导嘴[12]，导嘴[12]的开口朝入口腔体的切线方向。
实施例二参见附图3和附图4所示，一种双套筒式高效冷却器，由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]、冷却水出管[6]以及法兰组成，内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室。所述封闭的冷却水腔室为在外筒[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。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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。所述环形腔[10]的底部接冷却水进管[5]，柱形腔[9]的底部接冷却水出管[6]；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。所述冷却水进管[5]的前方设有导流片b[15]，导流片b[15]可以固定在内筒[1]上，也可以固定在下法兰[8]上。
实施例三参见附图5和附图6所示，一种双套筒式高效冷却器，由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]、冷却水出管[6]以及法兰组成，内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室。所述封闭的冷却水腔室为在外筒[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。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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。所述环形腔[10]的底部接冷却水进管[5]，柱形腔[9]的底部接冷却水出管[6]；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。所述冷却水进管[5]由环状通道结构的导流圈[13]构成，导流圈[13]设在环形腔[10]底部，导流圈[13]的环状通道上均匀设有8个导流孔，每个导流孔傍设有一个导流片a[14]。
实施例四参见附图7和附图8所示，一种双套筒式高效冷却器，由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]、冷却水出管[6]以及法兰组成，内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室。所述封闭的冷却水腔室为在外筒[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。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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。所述环形腔[10]的底部接冷却水进管[5]，柱形腔[9]的底部接冷却水出管[6]；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。所述环形腔[10]内设有6个导流片c[16]，导流片c[16]切向固定在内筒[1]上端，且沿内筒[1]周向分布(本实施例中的导流片c[16]也可以改为在环形腔[10]内沿周向分布，按筒体轴向排列，其数量可根据情况而定)。
实施例五参见附图9所示，一种双套筒式高效冷却器，由内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]、冷却水出管[6]以及法兰组成，内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室。所述封闭的冷却水腔室为在外筒[2]与内筒[1]构成的双套筒结构中，外筒[2]顶部封闭，内筒[1]顶部低于外筒[2]顶部，内筒[1]底部低于外筒[2]底部，外筒[2]底部与内筒[1]筒壁通过法兰连接封闭。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]中央也开有孔，内筒[1]底部从孔中伸出，上法兰[7]与下法兰[8]固定连接，其连接端面上设有密封垫。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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。所述柱形腔[9]的底部接冷却水进管[5]，环形腔[10]的底部接冷却水出管[6]；内螺旋管[3]插入端口为取样水出口，外螺旋管[4]伸出端口为取样水进口。所述冷却水进管[5]也有上述实施例一至四各种结构的相应变化。
权利要求1.一种双套筒式高效冷却器，包括内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]以及冷却水出管[6]，其特征在于内筒[1]从底部伸入外筒[2]中，将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11]，内筒[1]顶部为敝口结构，柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通，并构成封闭的冷却水腔室，环形腔[10]和柱形腔[9]的底部一个接冷却水进管[5]，另一个接冷却水出管[6]；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[9]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[10]顶部自上而下呈螺旋状排列至底部，并从环形腔[10]底部伸出。
2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述环形腔[10]的底部接冷却水进管[5]，柱形腔[9]的底部接冷却水出管[6]；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。
3.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于所述柱形腔[9]的底部接冷却水进管[5]，环形腔[10]的底部接冷却水出管[6]；内螺旋管[3]插入端口为取样水出口，外螺旋管[4]伸出端口为取样水进口。
4.根据权利要求2或3所述的冷却器，其特征在于所述冷却水进管[5]设在入口腔体的切线方向上。
5.根据权利要求2或3所述的冷却器，其特征在于所述冷却水进管[5]为通道结构，伸入的一段通道上设有导嘴[12]，导嘴[12]的开口朝入口腔体的切线方向。
6.根据权利要求2或3所述的冷却器，其特征在于所述冷却水进管[5]由环状通道结构的导流圈[13]构成，导流圈[13]设在入口腔体内，导流圈[13]的环状通道上分布有导流孔，导流孔傍设有导流片a[14]。
7.根据权利要求2或3所述的冷却器，其特征在于；所述冷却水进管[5]的前方设有导流片b[15]。
8.根据权利要求2或3所述的冷却器，其特征在于所述冷却水进管[5]所接的入口腔体内设有导流片c[16]。
9.根据权利要求8所述的冷却器，其特征在于；所述导流片c[16]设在内筒[1]上端，且沿内筒[1]周向分布。
10.根据权利要求8所述的冷却器，其特征在于所述导流片c[16]沿筒体周向分布，按筒体轴向排列。
专利摘要一种双套筒式高效冷却器,包括内筒[1]、外筒[2]、螺旋管、冷却水进管[5]以及冷却水出管[6],特征是:内筒[1]从底部伸入外筒[2]中,将外筒[2]内腔分为一个柱形腔[9]、一个环形腔[10]和一个顶腔[11],内筒[1]顶部敞口,柱形腔[9]与环形腔[10]仅通过顶腔[11]连通,环形腔[10]和柱形腔[9]的底部一个接冷却水进管[5],另一个接冷却水出管[6];螺旋管由内螺旋管[3]和外螺旋管[4]串联构成,内螺旋管[3]设在柱形腔[9]内,外螺旋管[4]设在环形腔[10]内。其特点是合理、巧妙地将两套串联螺旋管与两只冷却筒有机组合在一个筒式冷却器内,不仅结构紧凑,体积小,而且冷却效果大大提高,减少了冷却水量,特别适用于大容量机组和水源特别紧张的火力发电厂水汽取样装置。
文档编号F28D7/10GK2444197SQ00240598
公开日2001年8月22日 申请日期2000年10月12日 优先权日2000年10月12日
发明者韦智 申请人:韦智