用于換熱器內(nèi)彈性管束振動(dòng)誘導(dǎo)的均布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于換熱器內(nèi)彈性管束振動(dòng)誘導(dǎo)的脈動(dòng)流發(fā)生裝置，屬于換熱器內(nèi)彈性管束振動(dòng)誘導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器作為一種不同介質(zhì)間熱交換的通用工藝設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、制冷等工業(yè)領(lǐng)域。換熱器的強(qiáng)化換熱技術(shù)力求提高換熱器的換熱能力，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。依據(jù)是否需要額外的動(dòng)力，強(qiáng)化換熱技術(shù)可分為有源強(qiáng)化換熱技術(shù)和無(wú)源強(qiáng)化換熱技術(shù)。無(wú)源強(qiáng)化換熱技術(shù)由于不需要附加動(dòng)力設(shè)備而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的目的，是當(dāng)前強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究重點(diǎn)。
[0003]換熱器及其相關(guān)技術(shù)經(jīng)過近幾十年的迅速發(fā)展，取得了令人鼓舞的進(jìn)步，然而一些長(zhǎng)期未能解決的問題更加凸現(xiàn)出來(lái)。換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)和傳熱表面積垢，是世界公認(rèn)的亟待解決的突出問題。流體誘導(dǎo)振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致劇烈的噪聲與傳熱管束的損壞，傳熱管束表面積垢會(huì)造成巨大的能量與資源損失。在換熱器內(nèi)完全防止管束振動(dòng)是不可能的，而通過增加傳熱管束的強(qiáng)度來(lái)防止振動(dòng)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(dǎo)傳熱管束的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱是無(wú)源強(qiáng)化換熱的一種形式，通過對(duì)振動(dòng)的有效利用，可在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的同時(shí)抑制傳熱表面積垢，降低污垢熱阻，實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化換熱。
[0004]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1084963公開的“浮動(dòng)盤管-熱管兩級(jí)加熱汽水熱交換器”和CNl 104759公開的“彈性管束汽水熱交換機(jī)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(gè)固定端和兩個(gè)帶有附加質(zhì)量塊的自由端，通過附加質(zhì)量塊調(diào)整管束的固有頻率。CN101266106公開的“空間螺旋彈性強(qiáng)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(zhì)量塊調(diào)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(dǎo)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱并降低傳熱表面積垢，流體介質(zhì)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(zhì)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(shí)際工作過程中，很難實(shí)現(xiàn)各排管束的均勻振動(dòng)，在靠近殼程流體入口的底層管排振動(dòng)劇烈，易發(fā)生疲勞破壞。所以，為實(shí)現(xiàn)彈性管束換熱器在滿足強(qiáng)化傳熱、降低傳熱表面積垢的同時(shí)兼顧管束的疲勞壽命，對(duì)實(shí)際運(yùn)行條件下管束振動(dòng)的合理誘發(fā)和控制是彈性管束換熱器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
[0005]CN101738129B公開的“用于彈性管束換熱器強(qiáng)化傳熱的振動(dòng)誘導(dǎo)裝置”，在進(jìn)水管上設(shè)置與彈性管束浮動(dòng)質(zhì)量塊一一對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)管，并在脈動(dòng)管內(nèi)部安裝擾流體，通過流體繞流擾流體生成具有一定強(qiáng)度和頻率的脈動(dòng)流，沖擊彈性管束的質(zhì)量塊，誘導(dǎo)彈性管束振動(dòng)。然而，由于這種裝置的頂部密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部流場(chǎng)存在流動(dòng)“死區(qū)”，流體流入各分支脈動(dòng)管的流量和流動(dòng)的穩(wěn)定性較差，部分脈動(dòng)管出口處不能生成脈動(dòng)流，且生成脈動(dòng)流的強(qiáng)度和頻率不一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱所需的預(yù)期振動(dòng)。以誘導(dǎo)換熱器內(nèi)六排彈性管束振動(dòng)的六分支振動(dòng)誘導(dǎo)裝置為例，當(dāng)入口流體介質(zhì)為水且流速為0.4m/s時(shí)，通過改變各部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)，至少有I個(gè)脈動(dòng)流管內(nèi)不能生成脈動(dòng)流，且其余脈動(dòng)流管內(nèi)生成脈動(dòng)流強(qiáng)度(通過設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)流體速度，以流速變化的幅值表征脈動(dòng)流的強(qiáng)度。)的最大相對(duì)誤差高于14.5%，脈動(dòng)流頻率最大相對(duì)誤差高于5.0%。此外，通過管道閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入脈動(dòng)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(shí)際工程應(yīng)用中存在的問題及現(xiàn)有用于彈性管束換熱器振動(dòng)誘導(dǎo)裝置存在的不足，對(duì)實(shí)際運(yùn)行條件下各排彈性管束的振動(dòng)進(jìn)行合理的誘發(fā)和控制，使各排彈性管束振動(dòng)的陣型、頻率和振幅基本一致，避免振動(dòng)導(dǎo)致管束的疲勞破壞，是彈性管束換熱器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有彈性管束換熱器實(shí)際工程應(yīng)用中存在的問題，提出一種用于誘導(dǎo)各排彈性管束實(shí)現(xiàn)均勻振動(dòng)，在滿足強(qiáng)化傳熱的同時(shí)兼顧管束的疲勞壽命，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)對(duì)管束振動(dòng)的有效控制，能夠方便獲得彈性管束換熱器強(qiáng)化傳熱所需預(yù)期振動(dòng)的均布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置。
[0008]本發(fā)明的用于換熱器內(nèi)彈性管束振動(dòng)誘導(dǎo)的均布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置，采用下述技術(shù)方案:
[0009]該裝置，包括豎管、分支彎管、導(dǎo)流管、脈動(dòng)流管、擾流體和殼程進(jìn)水管；豎管上分布有間距一致的分支彎管，每個(gè)分支彎管上連接有導(dǎo)流管，導(dǎo)流管上連接脈動(dòng)流管，脈動(dòng)流管上設(shè)置有擾流體；殼程進(jìn)水管設(shè)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(dòng)流管上設(shè)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(shí)，將上述均布式脈動(dòng)流發(fā)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(jìn)入豎管的流體流量，可以在各脈動(dòng)流管出口生成均勻一致的且具有一定頻率和強(qiáng)度的脈動(dòng)流。當(dāng)脈動(dòng)流的頻率接近彈性管束的某階固有頻率時(shí)，可以誘導(dǎo)彈性管束按該階固有頻率所對(duì)應(yīng)的陣型振動(dòng)。當(dāng)流速較低時(shí)，生成脈動(dòng)流的頻率和強(qiáng)度較低，可以誘導(dǎo)彈性管束以低階固有頻率及其所對(duì)應(yīng)的陣型振動(dòng)；當(dāng)流速較高時(shí)，生成脈動(dòng)流的頻率和強(qiáng)度較高，可以誘導(dǎo)彈性管束以高階固有頻率及其所對(duì)應(yīng)的陣型振動(dòng)。此外，在上述均布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置的制造過程中，可根據(jù)換熱器的實(shí)際使用情況，改變某個(gè)分支彎管、導(dǎo)流管和/或脈動(dòng)流管的內(nèi)徑，或改變相應(yīng)擾流體的尺寸和/或形狀，可以控制該分支出口生成脈動(dòng)流的頻率和強(qiáng)度，從而控制所對(duì)應(yīng)彈性管束的振動(dòng)。
[0015]以誘導(dǎo)換熱器內(nèi)6排彈性管束振動(dòng)的六分支均布式脈動(dòng)流發(fā)生裝置為例，當(dāng)入口流體介質(zhì)為水且流速為0.4m/s時(shí)，各脈動(dòng)流管內(nèi)均能生成脈動(dòng)流，且通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)可使脈動(dòng)流強(qiáng)度的最大相對(duì)誤差低于2.0%，脈動(dòng)流頻率最大相對(duì)誤差低于0.05%。以誘導(dǎo)換熱器內(nèi)