可變面積的管式換熱器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種換熱器，具體涉及一種可變面積的管式換熱器，所要解決的技術問題是提供了一種結構合理，通過調整流體的流通面積來改變出口溫度，控制精度高、響應速度快的可變面積的管式換熱器，所采用的技術方案為殼體和設置在殼體兩端的管箱，其中殼體的一端管箱上設置有管程流體進口，另一端管箱上設置有管程流體出口，殼體上設置有殼程流體進口和殼程流體出口，殼體內部設置有用于連通兩個管箱的多個換熱管和用于固定換熱管兩端的封板，所述設置有管程流體進口的管箱上設置有主軸，主軸上設置有用于阻擋換熱管進口的直角擋板，所述直角擋板位于管箱內，主軸上還連接有旋轉驅動裝置，所述旋轉驅動裝置位于殼體外部；本發明廣泛用于換熱器。
【專利說明】可變面積的管式換熱器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種換熱器，具體涉及一種可變面積的管式換熱器。
【背景技術】
[0002]換熱器是一種用來進行熱交換的工藝設備，在工業生產中應用極為廣泛。管殼式換熱器作為一種傳統的標準換熱設備，在化工、煉油、石油化工、動力、核能和其他工業裝置中得到普遍采用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應用占據絕對優勢。但由于目前制造工藝的限制，控制方法的單一性，換熱器普遍存在控制效果差，換熱效率低的現象，從而造成能源的浪費。
[0003]對于傳統換熱器，在控制裝置上，為了控制換熱器的流體出口溫度，通常采用的是流量調節即通過調節冷熱流體的調節閥開度來控制參與換熱的載熱體流量，進而起到調節出口溫度的目的。這種控制方法屬于對被控變量的間接控制，控制精度低，響應時間慢，滯后大，而且對能量的浪費嚴重。同時這種通過流量調節控制換熱器溫度的方法不能夠精確到換熱器的每一根管，當換熱器中的某根或多根管子失效時，會對溫度的控制效果產生很大的負面影響；而且換熱器內部管子需要經常檢修和清理，給正常的生產帶來了很多不便。
[0004]在控制方案上，通常采用以熱流體出口溫度為被控變量，載熱體流量為操縱變量的單回路PID控制系統。PID反饋控制系統對于換熱器系統內部特性的變化和外部擾動的影響都具有一定的抑制能力，但是由于控制器參數是固定的，實際的工業過程往往難以用簡單的一階或二階系統來描述，且由于噪聲、負載擾動等因素的干擾，還可能引起對象模型參數的變化甚至模型結構的改變，所以當換熱器內部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統的性能常常會大幅度下降，甚至是不穩定。
【發明內容】
[0005]本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題是提供了一種結構合理，通過調整流體的流通面積來改變出口溫度，控制精度高、響應速度快的可變面積的管式換熱器。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為:可變面積的管式換熱器，包括:殼體和設置在殼體兩端的管箱，其中殼體的一端管箱上設置有管程流體進口，另一端管箱上設置有管程流體出口，殼體上設置有殼程流體進口和殼程流體出口，所述殼體內部設置有用于連通兩個管箱的多個換熱管和用于固定換熱管兩端的封板，所述設置有管程流體進口的管箱上設置有主軸，所述封板上開有凹槽，所述凹槽內設置有套管，所述主軸的一端穿過殼體插裝在套管內，所述主軸上設置有用于阻擋換熱管進口的直角擋板，所述直角擋板位于管箱內，所述主軸上還連接有旋轉驅動裝置，所述旋轉驅動裝置位于殼體外部。
[0007]優選地，所述管箱內安裝有條形支板，條形支板和封板之間安裝有直角擋板和弧形薄片阻擋裝置；
所述弧形薄片阻擋裝置包括弧形薄片、連板、第一齒圈、第一齒輪和第一壓力軸承，所述直角擋板和套管之間交替設置有第一齒圈和第一壓力軸承，第一齒輪安裝在主軸上，并與第一齒圈相嚙合，每個第一齒圈的外緣上均固定有一個連板，每個連板的端部均固定有一個弧形薄片，多個弧形薄片呈扇形布置，用于阻擋不同直徑上的換熱管；
所述直角擋板上設置有第二齒圈，所述第二齒圈與第一齒圈同心設置，主軸上還設置有第二齒輪，第二齒輪與第二齒圈相嚙合，所述直角擋板外側設置有第二壓力軸承，外螺紋套管安裝在條形支板的中心，并壓緊第二壓力軸承。
[0008]優選地，所述旋轉驅動裝置包括設置在主軸上的第三齒輪、電動機和設置在電動機轉軸上的第四齒輪，所述第三齒輪和第四齒輪相嚙合。
[0009]優選地，所述主軸的端部還設置有控制主軸串動的伸縮油缸。
[0010]本發明結構合理，容易操作，采用直角擋板和弧形薄片阻擋換熱管，根據換熱器換熱原理可以精確控制所需管子的個數，改變流體的流通面積，控制精度大大提高，同時采用改變流通面積的方式來實現換熱器溫度的調控，修正自己的特性以適應對象和擾動的動態特性的變化，系統響應時間短，實時性高；并且還能提高換熱管的利用率，防止管子因為長時間使用而損壞，增加換熱器的使用壽命，且便于清洗。
[0011]此外，本發明可以實現換熱管的通斷檢測，以便于及早發現有問題的換熱管，所以當部分管子失效時，可以避免這些管子被使用，同時能夠充分利用每個換熱管的管程，減少了管程流體的使用量和泵工作消耗的能量，在保證換熱的同時達到了節能的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明中實施例一的結構示意圖。
[0013]圖2為本發明中實施例二的結構示意圖。
[0014]圖3為本發明中直角擋板和弧形薄片的布置結構示意圖。
[0015]圖4為圖1中A處的局部放大圖。
[0016]圖中:1為殼體,2為管箱,3為換熱管,4為封板,5為主軸,6為直角擋板,7為旋轉驅動裝置，8為凹槽,9為套管，10為條形支板，11為阻擋裝置，12為弧形薄片，13為連板，14為第一齒圈，15為第一齒輪,16為第一壓力軸承，17為第二齒圈，18為第二齒輪,19為第二壓力軸承，20為外螺紋套管,21為第三齒輪,22為電動機,23為第四齒輪,24為伸縮油缸。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作的具體實施例作進一步說明。
[0018]實施例一
如圖1所示，可變面積的管式換熱器，包括:殼體I和設置在殼體I兩端的管箱2，其中殼體I的一端管箱2上設置有管程流體進口，另一端管箱2上設置有管程流體出口，殼體I上設置有殼程流體進口和殼程流體出口，所述殼體I內部設置有用于連通兩個管箱2的多個換熱管3和用于固定換熱管3兩端的封板4，換熱管3均勻分布在封板4上，并呈圓環分布，設置有管程流體進口的管箱2上設置有主軸5，封板4上開有凹槽8，所述凹槽8內設置有套管9，所述主軸5的一端穿過殼體I插裝在套管9內，主軸5和殼體I之間進密封，位于殼體I外部的主軸5進行固定支撐，保證主軸5與換熱器同心，套管9的直徑比主軸5直徑大，可保證主軸5自由旋轉，且套管9還起到限位作用，主軸5上設置有用于阻擋換熱管3進口的直角擋板6，直角擋板6緊貼套管9安裝，使直角擋板6能夠換熱管3保持在適當位置，直角擋板6位于管箱2內，所述主軸5上還連接有旋轉驅動裝置7，所述旋轉驅動裝置7位于殼體I外部。旋轉驅動裝置7驅動主軸5轉動，旋轉驅動裝置7包括設置在主軸5上的第三齒輪21、電動機22和設置在電動機22轉軸上的第四齒輪23，所述第三齒輪21和第四齒輪23相嚙合，電動機22驅動主軸5旋轉，控制直角擋板6轉動，阻擋一定數量的換熱管3，從而調整殼程出口溫度，控制方便。
[0019]實施例二
圖2至圖4所示，為了更好的調整殼程出口溫度范圍，管箱2內安裝有條形支板10，條形支板10和封板4之間安裝有直角擋板6和弧形薄片阻擋裝置11 ;弧形薄片阻擋裝置11包括弧形薄片12、連板13、第一齒圈14、第一齒輪15和第一壓力軸承16，所述直角擋板6和套管9之間交替設置有第一齒圈14和第一壓力軸承16，第一壓力軸承16主要用于保證施加軸向力對第一齒圈進行定位的同時，不影響第一齒圈14的轉動，第一齒圈14可以根據換熱管3的布置圈數選擇合適的數量，第一齒輪15安裝在主軸5上，并與第一齒圈14相嚙合，每個第一齒圈14的外緣上均固定有一個連板13，每個第一齒圈14上連板13的長度與換熱管3所在的圓圈直徑相適應，長度一般靠近套管9 一側的連板13最短，靠近直角擋板6 一側的連板13最長，每個連板13的端部均固定有一個弧形薄片12，多個弧形薄片12呈扇形布置，用于阻擋不同直徑上的換熱管3 ;
直角擋板6上設置有第二齒圈17,所述第二齒圈17與第一齒圈14同心設置,主軸5上還設置有第二齒輪18，第二齒輪18與第二齒圈17相嚙合，所述直角擋板6外側設置有第二壓力軸承19，外螺紋套管20安裝在條形支板10的中心，并壓緊第二壓力軸承19，外螺紋套管20主要用于施加軸向力，壓緊直角擋板6和阻擋裝置11，同時還要保證主軸5能夠穿過，主軸5與外螺紋套管20之間進行密封。
[0020]第一齒輪15和第二齒輪18位于主軸上的適當位置，在第二齒輪18與第二齒圈17哨合時，第一齒輪15位于套管9內，當第二齒輪18與第二齒圈17哨合完全脫開時,第一齒輪15剛好與靠近套管9內側的第一齒圈14相嚙合。這樣在使用時，根據需要阻擋換熱管3的數量，調整直角擋板6和弧形薄片12的旋轉角度，通過調整主軸5向內、向外移動，從而控制第一齒輪15與第一齒圈14進行嚙合，從而達到控制不同管徑上弧形薄片12的目的。主軸5的端部還設置有控制主軸5串動的伸縮油缸24，伸縮油缸24可以控制主軸5向內或向外移動。
[0021]上面結合附圖對本發明的實施例作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出的各種變化，也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.可變面積的管式換熱器，包括:殼體(I)和設置在殼體(I)兩端的管箱(2)，其中殼體(I)的一端管箱(2 )上設置有管程流體進口，另一端管箱(2 )上設置有管程流體出口，殼體(I)上設置有殼程流體進口和殼程流體出口，所述殼體(I)內部設置有用于連通兩個管箱(2)的多個換熱管(3)和用于固定換熱管(3)兩端的封板(4)，其特征在于:所述設置有管程流體進口的管箱(2)上設置有主軸(5)，所述封板(4)上開有凹槽(8)，所述凹槽(8)內設置有套管(9 )，所述主軸(5 )的一端穿過殼體(I)插裝在套管(9 )內，所述主軸(5 )上設置有用于阻擋換熱管(3)進口的直角擋板(6)，所述直角擋板(6)位于管箱(2)內，所述主軸(5)上還連接有旋轉驅動裝置(7 )，所述旋轉驅動裝置(7 )位于殼體(I)外部。
2.根據權利要求1所述的可變面積的管式換熱器，其特征在于:所述管箱(2)內安裝有條形支板(10)，條形支板(10)和封板(4)之間安裝有直角擋板(6)和弧形薄片阻擋裝置(11)； 所述弧形薄片阻擋裝置(11)包括弧形薄片(12)、連板(13)、第一齒圈(14)、第一齒輪(15)和第一壓力軸承(16)，所述直角擋板(6)和套管(9)之間交替設置有第一齒圈(14)和第一壓力軸承(16)，第一齒輪(15)安裝在主軸(5)上，并與第一齒圈(14)相嚙合，每個第一齒圈(14)的外緣上均固定有一個連板(13)，每個連板(13)的端部均固定有一個弧形薄片(12)，多個弧形薄片(12)呈扇形布置，用于阻擋不同直徑上的換熱管(3); 所述直角擋板(6)上設置有第二齒圈(17)，所述第二齒圈(17)與第一齒圈(14)同心設置，主軸(5)上還設置有第二齒輪(18)，第二齒輪(18)與第二齒圈(17)相嚙合，所述直角擋板(6)外側設置有第二壓力軸承(19)，外螺紋套管(20)安裝在條形支板(10)的中心，并壓緊第二壓力軸承(19)。
3.根據權利要求1所述的可變面積的管式換熱器，其特征在于:所述旋轉驅動裝置(7)包括設置在主軸(5)上的第三齒輪(21)、電動機(22)和設置在電動機(22)轉軸上的第四齒輪(23)，所述第三齒輪(21)和第四齒輪(23)相嚙合。
4.根據權利要求2所述的可變面積的管式換熱器，其特征在于:所述主軸(5)的端部還設置有控制主軸(5)串動的伸縮油缸(24)。
【文檔編號】F28D7/00GK104048529SQ201410285291
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】高強, 張建祥, 邱俊彭, 李艷, 陸輝山, 閆宏偉, 李如菊, 高天翔 申請人:中北大學