用于換熱器內彈性管束振動誘導的均布式脈動流發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于換熱器內彈性管束振動誘導的脈動流發生裝置，屬于換熱器內彈性管束振動誘導技術領域。
【背景技術】
[0002]換熱器作為一種不同介質間熱交換的通用工藝設備，廣泛應用于石油、化工、電力、制冷等工業領域。換熱器的強化換熱技術力求提高換熱器的換熱能力，達到節能降耗的目的。依據是否需要額外的動力，強化換熱技術可分為有源強化換熱技術和無源強化換熱技術。無源強化換熱技術由于不需要附加動力設備而實現強化換熱的目的，是當前強化換熱技術的研究重點。
[0003]換熱器及其相關技術經過近幾十年的迅速發展，取得了令人鼓舞的進步，然而一些長期未能解決的問題更加凸現出來。換熱器內流體誘導振動和傳熱表面積垢，是世界公認的亟待解決的突出問題。流體誘導振動會導致劇烈的噪聲與傳熱管束的損壞，傳熱管束表面積垢會造成巨大的能量與資源損失。在換熱器內完全防止管束振動是不可能的，而通過增加傳熱管束的強度來防止振動從而避免管束的損壞與噪聲，并不總是有效的。利用流體誘導傳熱管束的振動實現強化換熱是無源強化換熱的一種形式，通過對振動的有效利用，可在實現強化換熱的同時抑制傳熱表面積垢，降低污垢熱阻，實現復合強化換熱。
[0004]中國專利文獻CN1084963公開的“浮動盤管-熱管兩級加熱汽水熱交換器”和CN1104759公開的“彈性管束汽水熱交換機組”提出了一種平面彈性管束傳熱元件。這種管束由4根純銅彎管組成，包括兩個固定端和兩個帶有附加質量塊的自由端，通過附加質量塊調整管束的固有頻率。CN101266106公開的“空間螺旋彈性強化換熱管束及其支撐裝置”，包括單螺旋型管束和雙螺旋型管束，雙螺旋型管束通過其附加質量塊調整管束的固有頻率。上述平面彈性管束和空間錐螺旋彈性管束均通過殼程流體誘導振動實現強化換熱并降低傳熱表面積垢，流體介質和流速是影響彈性管束陣型、頻率和幅值的主要因素。然而，通過改變流體介質和流速獲得管束所要求的陣型、頻率和幅值是很困難的，且在換熱器的實際工作過程中，很難實現各排管束的均勻振動，在靠近殼程流體入口的底層管排振動劇烈，易發生疲勞破壞。所以，為實現彈性管束換熱器在滿足強化傳熱、降低傳熱表面積垢的同時兼顧管束的疲勞壽命，對實際運行條件下管束振動的合理誘發和控制是彈性管束換熱器設計的關鍵。
[0005]CN101738129B公開的“用于彈性管束換熱器強化傳熱的振動誘導裝置”，在進水管上設置與彈性管束浮動質量塊一一對應的脈動管，并在脈動管內部安裝擾流體，通過流體繞流擾流體生成具有一定強度和頻率的脈動流，沖擊彈性管束的質量塊，誘導彈性管束振動。然而，由于這種裝置的頂部密封結構，導致內部流場存在流動“死區”，流體流入各分支脈動管的流量和流動的穩定性較差，部分脈動管出口處不能生成脈動流，且生成脈動流的強度和頻率不一致，無法實現強化換熱所需的預期振動。以誘導換熱器內六排彈性管束振動的六分支振動誘導裝置為例，當入口流體介質為水且流速為0.4m/s時，通過改變各部分的結構參數，至少有1個脈動流管內不能生成脈動流，且其余脈動流管內生成脈動流強度(通過設立監測點，檢測流體速度，以流速變化的幅值表征脈動流的強度。)的最大相對誤差高于14.5%，脈動流頻率最大相對誤差高于5.0%。此外，通過管道閥門調節進入脈動管的流體流量，不能解決上述問題。
[0006]基于上述彈性管束換熱器實際工程應用中存在的問題及現有用于彈性管束換熱器振動誘導裝置存在的不足，對實際運行條件下各排彈性管束的振動進行合理的誘發和控制，使各排彈性管束振動的陣型、頻率和振幅基本一致，避免振動導致管束的疲勞破壞，是彈性管束換熱器設計的難點問題之一。
【發明內容】
[0007]本實用新型為解決現有彈性管束換熱器實際工程應用中存在的問題，提出一種用于誘導各排彈性管束實現均勻振動，在滿足強化傳熱的同時兼顧管束的疲勞壽命，同時又能實現對管束振動的有效控制，能夠方便獲得彈性管束換熱器強化傳熱所需預期振動的均布式脈動流發生裝置。
[0008]本實用新型的用于換熱器內彈性管束振動誘導的均布式脈動流發生裝置，采用下述技術方案:
[0009]該裝置，包括豎管、分支彎管、導流管、脈動流管、擾流體和殼程進水管；豎管上分布有間距一致的分支彎管，每個分支彎管上連接有導流管，導流管上連接脈動流管，脈動流管上設置有擾流體；殼程進水管設置在豎管的底端。
[0010]所述分支彎管的彎曲角度(彎曲的兩段之間的軸線夾角)為75°?120°。
[0011]所述分支彎管上與豎管連接的一段的軸線與豎管軸線的夾角為30°?60°。
[0012]所述脈動流管上設有三角形卡槽(用于安放及固定三棱柱形的擾流體)。
[0013]所述擾流體呈三棱柱形。
[0014]使用時，將上述均布式脈動流發生裝置的一端固定在換熱器的上封頭上，一端懸置于換熱器底部。通過控制進入豎管的流體流量，可以在各脈動流管出口生成均勻一致的且具有一定頻率和強度的脈動流。當脈動流的頻率接近彈性管束的某階固有頻率時，可以誘導彈性管束按該階固有頻率所對應的陣型振動。當流速較低時，生成脈動流的頻率和強度較低，可以誘導彈性管束以低階固有頻率及其所對應的陣型振動；當流速較高時，生成脈動流的頻率和強度較高，可以誘導彈性管束以高階固有頻率及其所對應的陣型振動。此外，在上述均布式脈動流發生裝置的制造過程中，可根據換熱器的實際使用情況，改變某個分支彎管、導流管和/或脈動流管的內徑，或改變相應擾流體的尺寸和/或形狀，可以控制該分支出口生成脈動流的頻率和強度，從而控制所對應彈性管束的振動。
[0015]以誘導換熱器內6排彈性管束振動的六分支均布式脈動流發生裝置為例，當入口流體介質為水且流速為0.4m/s時，各脈動流管內均能生成脈動流，且通過調節結構參數可使脈動流強度的最大相對誤差低于2.0%，脈動流頻率最大相對誤差低于0.05%。以誘導換熱器內20排