一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统。该系统主要由入口部件、实验部件和出口部件连接而成。入口部件的两个进口分别与供给气体的压缩机和供给液体的离心泵相连，入口部件的上部为气液混合器，下部为扩压腔；从出口部件流出的液体或气液混合物进入储罐，储罐的出口与离心泵的进口相连；实验部件有可更换的管板及管束，以实现多种管束的试验，实验部件进出口装有压力表，壁面上设有双电导探针和动态应变测量仪的接入端，两者的输出端与计算机相连。本实用新型能对不同排列方式、节径比和管材的管束在不同操作参数下进行单相和两相流诱发换热器管束振动实验，得到临界流速、振幅和阻尼等参数，评定各种工况下的振动特性。
【专利说明】
一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及换热器管束振动试验测试系统，尤其涉及一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统。
【背景技术】
[0002]在过程工业中，绝大多数的工艺过程都与加热、冷却和保温有关，为了实现工艺物料间的热量传递，人们常采用各种类型的换热器，它是化工、石油、食品、动力、冶金、制药及核能工业中广泛应用的工艺设备。其中，管壳式换热器的应用尤为广泛，在管壳式换热器中，由于折流板的设置，使得换热器中的管束时刻受到横向流的冲刷，容易由于流体诱发振动而发生破坏失效。近些年来，随着换热器内操作流速的提高以及设备的大型化发展，随之而来的换热器振动破坏与失效事故也逐年增加，使得这类现象引起国内外工程界与相关研究者的普遍关注。工业中常用的换热器，诸如:核蒸汽发生器、冷凝器和锅炉中均存在两相流体诱发振动，相比单相流体诱发振动，两相流体诱发振动更为复杂。
[0003]迄今为止，对于单向流体横向流过管束诱发的振动，已有比较成熟的审核方法和实践经验。而对于两相流诱发管束的振动，尚有一些问题亟待探究。虽然已出现一些用于研究单相和两相流诱发管束振动的实验装置，但大部分实验装置只能进行单相流实验，只有少部分的实验装置可以用于两相流实验，而且具有操作复杂和可研究内容单一的缺点，有关操作简便的两相流诱发管束振动的实验装置亟待设计。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，主要用于测得含气率、管道流速和换热器管束振动曲线。该实验系统不仅可以研究管束在横向流条件下，含气率、排布方式、节径比以及管材对管束振动的影响，还可以研究管束在横流下的振动特性和临界流速，进而为相关标准的修订以及换热器的振动安全设计提供参考。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:
[0006]本实用新型所述的系统主要由入口部件、实验部件和出口部件依次连接而成；其中:
[0007]入口部件的下部为扩压腔，上部为气液混合器;扩压腔下端与气体分布器相连，扩压腔中间设有液体入口管;气体分布器依次经三通球阀、气体流量计和压缩机出口阀与压缩机出口相连;液体入口管依次经液体流量计、出口阀、离心栗、入口阀和储罐与出口部件上端相连；
[0008]实验部件的中间筒体为矩形截面，沿长度方向的中间筒体内从下至上依次装有多根刚性管和多个柔性组件，左右管板分别安装在中间筒体两边，多根刚性管两端分别安装在左右管板各自孔中；
[0009]多个柔性组件中的每根刚性换热管两端分别通过左琴钢线和右琴钢线与各自的固定机构和各自的拉紧机构连接；
[0010]所有被测量的柔性组件中的每根刚性换热管的右琴钢线上均粘贴应变片并通过连线穿过测试接口端盖与动态应变测量仪相连;实验部件下端入口处安装有双电导探针，动态应变测量仪和双电导探针的输出端与计算机相连;实验部件的进出口分别装有入口压力表和出口压力表。
[0011]所述各自的固定机构结构相同，每个固定机构，均包括端盖螺栓、垫圈和左螺纹嵌入件;左螺纹嵌入件与柔性组件的刚性换热管左端连接，端盖螺栓通过垫圈与其相对应的左管板孔固接，左琴钢线一端与左螺纹嵌入件连接，左琴钢线另一端穿过左端的端盖螺栓并与端盖螺栓固接。
[0012]所述各自的拉紧机构结构相同，每个拉紧机构，均包括左螺纹嵌入件、内螺纹嵌入件和调节螺母;左螺纹嵌入件与柔性组件的刚性换热管右端连接，右管板外侧依次装有拉紧挡板和拉紧板，内螺纹嵌入件一端与拉紧板孔连接，内螺纹嵌入件另一端孔内装有调节螺母，右琴钢线一端与右螺纹嵌入件连接，右琴钢线另一端经内螺纹嵌入件孔并穿过调节螺母中心孔与调节螺母固接，内螺纹嵌入件外装有测试接口端盖。
[0013]所述中间筒体的下部内壁设有定位挡板，定位挡板与左右管板底面接触，确定左右管板在中间筒体中的竖直位置。
[0014]所述气液混合器，内部装满便于气、液混合的波纹填料。
[0015]所述被测量的柔性组件是指分布在拉紧板中间的柔性组件。
[0016]本实用新型具有的有益效果是:
[0017](I)该实验系统中管束与管板以及中间筒体之间均为可拆式连接，不仅可以获得被测管束在横流下的振动特性以及临界流速，而且可以研究管束的排列方式、节径比以及管材对流体诱发换热器管束振动的影响。
[0018](2)该实验系统中的柔性管束通过螺纹传动来实现对管束固有频率的调节，此调节方法比较稳定，操作简单，易于实现。
[0019 ] (3 )该实验系统可以实现单相和两相流实验，易于两者之间的对比。
【附图说明】
[°02°]图1是本实用新型的结构原理示意图。
[0021 ]图2是单个柔性组件的结构原理示意图。
[0022]图中:1、入口部件，1.1、气体分布器，1.2、扩压腔，1.3、气液混合器，1.4、液体入口管，2、实验部件，2.1、定位挡板，2.2、左右管板，2.3、刚性管，2.4、柔性组件，2.4.1、端盖螺栓，2.4.2、左右琴钢线，2.4.3、垫圈，2.4.4、螺纹嵌入件，2.4.5、刚性换热管，2.4.6、内螺纹嵌入件，2.4.7、调节螺母，2.5、中间筒体，2.6、测试接口端盖，2.7、应变片，2.8、拉紧挡板，2.9、拉紧板，3、出口部件，4、储罐，5、入口阀，6、离心栗，7、出口阀，8、液体流量计，9、三通球阀，10、气体流量计，11、压缩机出口阀，12、压缩机，13、入口压力表，14、出口压力表，15、双电导探针，16、计算机，17、动态应变测量仪。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0024]如图1所示，本实用新型所述的系统主要由入口部件1、实验部件2和出口部件3依次连接而成;其中:
[0025]入口部件I整体从上到下的横截面为逐渐变小的矩形截面，其下部为扩压腔1.2，上部为气液混合器1.3;扩压腔1.2下端与气体分布器1.1相连，扩压腔1.2中间设有液体入口管1.4;气体分布器1.1依次经三通球阀9、气体流量计1和压缩机出口阀11与压缩机12出口相连;液体入口管1.4依次经液体流量计8、出口阀7、离心栗6、入口阀5和储罐4与出口部件3上端相连，出口部件3为整体从下到上的横截面为逐渐变小的矩形截面。
[0026]实验部件2的中间筒体2.5为矩形截面，沿长度方向的中间筒体2.5内从下至上依次装有按照一定排列方式(如正方形或三角形)和节径比(如19/25或25/32)排布的多根刚性管2.3和多个柔性组件2.4，左右管板2.2分别安装在中间筒体2.5两边，多根刚性管2.3两端分别安装在左右管板2.2各自孔中。
[0027]如图1、图2所示，多个柔性组件2.4中的每根刚性换热管2.4.5两端分别通过左琴钢线2.4.2和右琴钢线2.4.2与各自的固定机构和各自的拉紧机构连接。
[0028]所有被测量的柔性组件2.4中的每根刚性换热管2.4.5的右琴钢线2.4.2上均粘贴应变片2.7并通过连线穿过测试接口端盖2.6与动态应变测量仪17相连;实验部件2下端入口处安装有双电导探针15，动态应变测量仪17和双电导探针15的输出端与计算机16相连；实验部件2的进出口分别装有入口压力表13和出口压力表14。
[0029]所述各自的固定机构结构相同，以一个固定机构为例，它包括端盖螺栓2.4.1、垫圈2.4.3和左螺纹嵌入件2.4.4;左螺纹嵌入件2.4.4与柔性组件的刚性换热管2.4.5左端连接，端盖螺栓2.4.1通过垫圈2.4.3与其相对应的左管板2.2孔固接，左琴钢线2.4.2—端与左螺纹嵌入件2.4.4连接，左琴钢线2.4.2另一端穿过左端的端盖螺栓2.4.1并与端盖螺栓2.4.1固接。
[0030]所述各自的拉紧机构结构相同，以一个拉紧机构为例，它包括左螺纹嵌入件2.4.4、内螺纹嵌入件2.4.6和调节螺母2.4.7;左螺纹嵌入件2.4.4与柔性组件的刚性换热管2.4.5右端连接，右管板外侧依次装有拉紧挡板2.8和拉紧板2.9，内螺纹嵌入件2.4.6—端与拉紧板2.9孔连接，内螺纹嵌入件2.4.6另一端孔内装有调节螺母2.4.7，右琴钢线
2.4.2—端与右螺纹嵌入件2.4.4连接，右琴钢线2.4.2另一端经内螺纹嵌入件2.4.6孔并穿过调节螺母2.4.7中心孔与调节螺母2.4.7固接，内螺纹嵌入件2.4.6外装有测试接口端盖
2.6ο
[0031]所述中间筒体2.5的下部内壁设有定位挡板2.1，定位挡板2.1与左、右管板2.2底面接触，确定左、右管板2.2在中间筒体2.5中的竖直位置。
[0032]所述气液混合器1.3，内部装满按照气液混合器1.3内壁尺寸切割而成的规整的便于气、液混合的塑料波纹填料。
[0033]所述被测量的柔性组件是指分布在拉紧板2.9中间的柔性组件。
[0034]本实用新型的工作原理如下:
[0035](I)单相流实验
[0036]以水为介质，节径比为19/25的正方形排布的不锈钢管的刚性换热管2.4.5进行测试试验。利用外界水源向储罐4中注入足量的水，打开离心栗6的入口阀5，并缓慢打开离心栗6的出口阀7，将水充满整个实验装置。然后调节离心栗6的出口阀7使得液体流量计8的读数为8m3/h，并观察动态应变测量仪17所测得的信号曲线，根据所得到的固有频率，旋动刚性换热管2.4.5右端的调节螺母2.4.7，通过左右琴钢线对所有被测量的换热管(即被测量的柔性管)的固有频率进行微调，使其相同。之后，调节离心栗6的出口阀7，逐渐改变流量，待液体流量计8和入口压力表13和出口压力表14的读数稳定后，保存15个不同流量下的动态应变测量仪17所测得的信号曲线并根据其获得被测量的柔性管振动的振幅和阻尼，并根据以上所得到的振幅和流速通过作图得到临界流速。最后，关闭出口阀5和入口阀7，并将三通球阀9打开，排出实验装置中残留的水。
[0037](2)两相流实验
[0038]以水和空气为介质，水的流量为8m3/h，节径比为19/25的正方形排布的不锈钢管的刚性换热管2.4.5进行测试试验。利用外界水源向储罐4中注入足量的水，打开离心栗6的入口阀5，并缓慢打开离心栗6的出口阀7，以较低的流量将水充满整个实验装置。然后调节出口阀7和压缩机出口阀11，使得液体流量计8和气体流量计10的读数分别为8m3/h和4m3/h，并观察动态应变测量仪17所测得的信号曲线，根据所得到的固有频率，旋动刚性换热管2.4.5右端的调节螺母2.4.7，通过左右琴钢线对所有被测量的换热管(即被测量的柔性管)的固有频率进行微调，使其相同。之后，保持水的流量不变，逐渐改变空气的流量，待气体流量计10和入口压力表13和出口压力表14的读数稳定后，分别记录10个不同含气率下的气体流量计10、入口压力表13和出口压力表14的读数，保存动态应变测量仪17所测得的信号曲线并根据其获得被测量的柔性管振动的振幅和阻尼，并根据以上所得到的振幅和流速通过作图得到临界流速。最后，关闭入口阀5和出口阀7以及压缩机出口阀11，并将三通球阀9打开，排出实验装置中残留的水。
【主权项】
1.一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:该系统主要由入口部件(I)、实验部件(2)和出口部件(3)依次连接而成;其中: 入口部件(I)的下部为扩压腔(1.2)，上部为气液混合器(1.3);扩压腔(1.2)下端与气体分布器(1.1)相连，扩压腔(1.2)中间设有液体入口管(1.4);气体分布器(1.1)依次经三通球阀(9)、气体流量计(10)和压缩机出口阀(11)与压缩机(12)出口相连；液体入口管(1.4)依次经液体流量计(8)、出口阀(7)、离心栗(6)、入口阀(5)和储罐(4)与出口部件(3)上端相连； 实验部件(2)的中间筒体(2.5)为矩形截面，沿长度方向的中间筒体(2.5)内从下至上依次装有多根刚性管(2.3)和多个柔性组件，左右管板分别安装在中间筒体(2.5)两边，多根刚性管(2.3)两端分别安装在左右管板各自孔中； 多个柔性组件中的每根刚性换热管两端分别通过左琴钢线和右琴钢线与各自的固定机构和各自的拉紧机构连接； 所有被测量的柔性组件中的每根刚性换热管的右琴钢线上均粘贴应变片并通过连线穿过测试接口端盖(2.6)与动态应变测量仪(17)相连;实验部件(2)下端入口处安装有双电导探针(15)，动态应变测量仪(17)和双电导探针(15)的输出端与计算机(16)相连;实验部件(2)的进出口分别装有入口压力表(13)和出口压力表(14)。2.根据权利要求1所述的一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:所述各自的固定机构结构相同，每个固定机构，均包括端盖螺栓(2.4.1)、垫圈(2.4.3)和左螺纹嵌入件；左螺纹嵌入件与柔性组件的刚性换热管左端连接，端盖螺栓(2.4.1)通过垫圈(2.4.3)与其相对应的左管板孔固接，左琴钢线一端与左螺纹嵌入件(2.4.4)连接，左琴钢线另一端穿过左端的端盖螺栓(2.4.1)并与端盖螺栓(2.4.1)固接。3.根据权利要求1所述的一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:所述各自的拉紧机构结构相同，每个拉紧机构，均包括左螺纹嵌入件、内螺纹嵌入件(2.4.6)和调节螺母(2.4.7)；左螺纹嵌入件与柔性组件的刚性换热管右端连接，右管板外侧依次装有拉紧挡板(2.8)和拉紧板(2.9)，内螺纹嵌入件(2.4.6)—端与拉紧板(2.9)孔连接，内螺纹嵌入件(2.4.6)另一端孔内装有调节螺母(2.4.7)，右琴钢线一端与右螺纹嵌入件连接，右琴钢线另一端经内螺纹嵌入件(2.4.6)孔并穿过调节螺母(2.4.7)中心孔与调节螺母(2.4.7)固接，内螺纹嵌入件(2.4.6)外装有测试接口端盖(2.6)。4.根据权利要求1所述的一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:所述中间筒体(2.5)的下部内壁设有定位挡板(2.1)，定位挡板(2.1)与左、右管板(2.2)底面接触，确定左、右管板(2.2)在中间筒体(2.5)中的竖直位置。5.根据权利要求1所述的一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:所述气液混合器(1.3)，内部装满便于气、液混合的波纹填料。6.根据权利要求1所述的一种流体诱发换热器管束振动试验测试系统，其特征在于:所述被测量的柔性组件是指分布在拉紧板(2.9)中间的柔性组件。
【文档编号】G01M10/00GK205449435SQ201620212362
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】刘宝庆, 张亚楠, 陈小阁, 郑毅骏, 范芳怡
【申请人】浙江大学