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1、(10)申请公布号 CN 103424423 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103424423 A *CN103424423A* (21)申请号 201310255717.6 (22)申请日 2013.06.25 G01N 25/20(2006.01) (71)申请人 江苏乐科热力科技有限公司 地址 214500 江苏省泰州市靖江市开发区华 翔路 18 号 2 幢 (72)发明人 韩东 彭涛 赵锦杰 岳晨 田智昀 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237 代理人 贺翔 (54) 发明名称 蒸汽冷凝换热测试装置 (57) 摘要 一种蒸汽冷凝换热测试装置， 属于换。
2、热器领 域。该装置包括换热内管 （1） 、 冷凝段壳体 （2） 、 物 料出口管道 （3） 、 第一两通路旋转接头 （5） 、 蒸汽 出口管道 （6） 、 第二两通路旋转接头 （8） 、 蒸汽进 口管道 （10） 、 密封垫圈 （11） 、 内螺纹套头 （12） 、 物 料进口管道 （14） 、 固定机座 （16） 、 管壁壁面热电 偶 （17） 、 管内流体热电偶 （18） 、 管外蒸汽热电偶 （20） ； 本发明可以实现对换热管外冷凝换热的温 度数据的测试研究， 并以此来得到自由旋转载荷 条件下冷凝换热的总体换热系数及其冷凝换热特 性， 不仅为现有的冷凝器的换热机理研究提供了 重要方法， 。
3、也为其提高换热系统换热性能和结构 改造提供了研究基础。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103424423 A CN 103424423 A *CN103424423A* 1/2 页 2 1. 一种蒸汽冷凝换热测试装置， 包括换热内管 （1） 、 冷凝段壳体 （2） 、 物料出口管道 （3） 、 蒸汽出口管道 （6） 、 蒸汽进口管道 （10） 、 物料进口管道 （14） 、 管壁壁面热电偶 （17） 、 管 内流体热电偶 （18。
4、） 、 管外蒸汽热电偶 （20） ； 冷凝段壳体 （2） 安装于换热内管 （1） 外侧， 且冷 凝段壳体 （2） 两端与换热内管 （1） 密封 ； 其特征在于 ： 该装置还包括第一两通路旋转接头 （5） 、 第二两通路旋转接头 （8） 、 固定机座 （16） ; 上 述第一两通路旋转接头 （5） 由第一内芯 （5-1） 和通过轴承安装于第一内芯 （5-1） 外侧的第 一旋转壳体 （5-2） 组成 ； 第一旋转壳体 （5-2） 上设置有物料进口流路孔 （15-1） 和物料出 口流路孔 （4-1） ； 第一内芯 （5-1） 上设有通过周向环槽结构与物料进口流路孔 （15-1） 始终 相通物料进口流。
5、路 （15-2） ； 第一内芯 （5-1） 上设有通过周向环槽结构与物料出口流路孔 （4-1） 始终相通物料出口流路 （4-2） ； 上述物料进口管道 （14） 一端与物料进口流路孔 （15-1） 相连， 另一端与换热内管 （1） 第 一端相连 ； 物料出口管道 （3） 一端与物料出口流路孔 （4-1） 相连， 另一端与换热内管 （1） 第 二端相连 ； 上述第二两通路旋转接头 （8） 由第二内芯 （8-1） 和通过轴承安装于第二内芯 （8-1） 外 侧的第二旋转壳体 （8-2） 组成 ； 第二旋转壳体 （8-2） 上设置有蒸汽进口流路孔 （9-1） 和蒸 汽出口流路孔 （7-1） ； 第二内。
6、芯 （8-1） 上设有通过周向环槽结构与蒸汽进口流路孔 （9-1） 始 终相通蒸汽进口流路 （9-2） ； 第二内芯 （8-1） 上设有通过周向环槽结构与蒸汽出口流路孔 （7-1） 始终相通的蒸汽出口流路 （7-2） ； 上述蒸汽进口管道 （10） 一端与蒸汽进口流路孔 （9-1） 相连， 另一端与冷凝段壳体 （2） 的第二端相连 ； 上述蒸汽出口管道 （6） 一端与蒸汽出口流路孔 （7-1） 相连， 另一端与冷凝段 壳体 （2） 的第一端相连 ； 换热内管 （1） 的第一端与冷凝段壳体 （2） 的第一端在同一侧 ； 第一内芯 （5-1） 和第二内芯 （8-1） 固定于固定机座 （16） 上。。
7、 2. 根据权利要求 1 所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 上述管内流体热电偶 （18） 和管外蒸汽热电偶 （20） 为螺钉式热电偶 ； 上述管壁壁面热 电偶 （17） 为焊点式热电偶。 3. 根据权利要求 2 所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 所述的管壁壁面热电 偶 （17） 的焊点位于换热内管 （1） 外壁面的盲孔 （19） 内。 4. 根据权利要求 2 所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 所述管外蒸汽热电偶 （20） 通过带孔螺栓 （13） 安装于冷凝段壳体 （2） 上， 其探头位于换 热内管 （1） 外壁和冷凝段壳体 （2） 内壁之间， 且靠近换热内管。
8、 （1） 外壁处。 5. 根据权利要求 2 所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 所述管内流体热电偶 （18） 的探头通过换热内管 （1） 壁面上的通孔 （21） 伸入换热内管 （1） 内。 6. 根据权利要求 1 所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 上述管内流体热电偶 （18） 、 管壁壁面热电偶 （17） 、 管外蒸汽热电偶 （20） 采用分段式分 布方式， 即将测试装置分成若干段， 每一测试段安装有 3 个管内流体热电偶 （18） 、 1 个管壁 壁面热电偶 （17） 、 1 个管外蒸汽热电偶 （20） ； 设测试段沿管内轴向方向长度为 L, 管壁壁面 热电偶 （17）。
9、 和管外蒸汽热电偶 （20） 沿管内轴向方向位于 L/2 处， 3 个管内流体热电偶 （18） 权 利 要 求 书 CN 103424423 A 2 2/2 页 3 沿管内轴向方向分别位于 0、 L/2、 L 处。 7.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 上述冷凝段壳体 （2） 的 两端通过内螺纹套头 （12） 和密封垫圈 （11） 与换热内管 （1） 密封连接。 8.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝换热测试装置， 其特征在于 ： 上述换热内管 （1） 为光 滑圆管， 或外微肋管， 或内微肋管， 或扁管， 或波纹管。 权 利 要 求 书 CN 103424423 A 3 1。
10、/3 页 4 蒸汽冷凝换热测试装置 技术领域 0001 本发明涉及一种蒸汽冷凝换热测试装置， 属于换热器领域。 背景技术 0002 随着对节能技术的日益重视和推进， 蒸汽冷凝中热能的利用作为一个主要的节能 方向主要进行研究了。对于蒸汽冷凝已经有了一部分的研究。换热管作为一个节能高效的 部件一直广泛的应用于各种换热领域。对于换热管的开发利用， 已经到了一个非常成熟的 阶段， 如空冷器、 水冷器、 热管等换热器中均已经得到了广泛的应用。然而现有技术中对冷 凝换热的研究主要集中在水平式冷凝换热管和竖直降膜式冷凝换热管两种方式， 水平式和 降膜式换热管为实现转动均必须使用金属软管来连接换热装置， 但金。
11、属软管由于转动会产 生交叉缠绕， 所以无法实现自由旋转和不同频率的载荷。 至今为止， 仍没有人将冷凝换热管 安装于一个可以方便实现不同旋转载荷的平台而同时对换热管的换热性能进行研究。 0003 发明内容 ： 本发明的目的在于提供一种流体管道不会交叉缠绕而可以实现不同旋转载荷条件下 研究分析冷凝换热机理的蒸汽冷凝换热测试装置。 0004 蒸汽冷凝换热测试装置， 包括换热内管、 冷凝段壳体、 蒸汽进口管道、 蒸汽出口管 道、 物料进口管道、 物料出口管道、 管内流体热电偶、 管壁壁面热电偶、 管外蒸汽热电偶 ； 冷 凝段壳体、 安装于换热内管外侧， 且冷凝段壳体两端与换热内管密封。其特征在于 ： 。
12、还包括 第一两通路旋转接头、 第二两通路旋转接头、 固定机座。 上述第一两通路旋转接头由第一内 芯和通过轴承安装于第一内芯外侧的第一旋转壳体组成 ； 第一旋转壳体上设置有物料进口 流路孔和物料出口流路孔 ； 第一内芯上设有通过周向环槽结构与物料进口流路孔始终相通 物料进口流路 ； 第一内芯上设有通过周向环槽结构与物料出口流路孔始终相通物料出口流 路。 上述物料进口管道一端与物料进口相连， 另一端与换热内管第一端相连 ； 物料出口管道 一端与物料出口相连， 另一端与换热内管第二端相连。上述第二两通路旋转接头由第二内 芯和通过轴承安装于第二内芯外侧的第二旋转壳体组成 ； 第二旋转壳体上设置有蒸汽进。
13、口 流路孔和蒸汽出口流路孔 ； 第二内芯上设有通过周向环槽结构与蒸汽进口流路孔始终相通 蒸汽进口流路 ； 第二内芯上设有通过周向环槽结构与蒸汽出口流路孔始终相通的蒸汽出口 流路。 上述蒸汽进口管道一端与蒸汽进口相连， 另一端与冷凝段壳体的第二端相连 ； 上述蒸 汽出口管道一端与蒸汽出口流路孔相连， 另一端与冷凝段壳体的第一端相连。第一内芯和 第二内芯固定于固定机座上。 0005 该蒸汽冷凝换热测试装置在冷凝段壳体上通过焊接连接第一两通路旋转接头和 第二两通路旋转接头的旋转壳体， 而同时第一两通路旋转接头、 第二两通路旋转接头的旋 转接头内芯连接固定机座， 这样使得冷凝换热试验可以非常方便的实现。
14、自由旋转， 与原来 的冷凝换热试验相比， 可以得到很多有价值的换热试验数据， 为冷凝换热试验提供了一种 新的试验结构、 换热机理研究方法。 0006 对于本发明的核心是可自由旋转的冷凝换热局部测量方式， 是一项新的冷凝换热 说 明 书 CN 103424423 A 4 2/3 页 5 测量技术。现阶段我国对于管外多角度放置的冷凝换热的研究和应用还没有。本发明的换 热试验装置的换热内管为光滑圆管、 外微肋管、 内微肋管、 扁管、 波纹管。 0007 本发明基于对冷凝换热的机理研究， 将冷凝的换热设备圆管与两通路旋转接头结 合起来， 采用新型的热电偶分段排布方式， 从而研究发明了该蒸汽冷凝换热测试。
15、装置。 本发 明利用第一两通路旋转接头和第二两通路旋转接头， 使得换热测试装置可以实现旋转的同 时而不会产生管道的交叉缠绕， 从而进行不同旋转载荷条件下的换热测试。 0008 本发明设计一种可以测量旋转载荷的冷凝换热状态的蒸汽冷凝换热测试装置， 属 于换热器领域。本发明可以有效的测量出换热管内部各局部的传热系数、 换热系数及其变 化趋势， 特别适合冷凝换热的机理研究。该发明可以应用于能源、 化工、 环保等领域。 0009 上述管内流体热电偶和管外蒸汽热电偶为螺钉式热电偶 ； 管壁壁面热电偶为焊点 式热电偶。所述的管壁壁面热电偶的焊点位于换热内管外壁面的盲孔内。管外蒸汽热电偶 通过带孔螺栓安装于。
16、冷凝段壳体上， 其探头位于换热内管外壁和冷凝段壳体内壁之间， 且 靠近换热内管外壁处。管内流体热电偶的探头通过换热内管壁面上的通孔伸入换热内管 内。 0010 上述管内流体热电偶、 管壁壁面热电偶、 管外蒸汽热电偶采用分段式分布方式， 即 将测试装置分成若干段， 每一测试段安装有3个管内流体热电偶、 1个管壁壁面热电偶、 1个 管外蒸汽热电偶 ； 设测试段沿管内轴向方向长度为 L, 管壁壁面热电偶和管外蒸汽热电偶 沿管内轴向方向位于L/2处， 3个管内流体热电偶沿管内轴向方向分别位于0、 L/2、 L处。 上 述的每个分段的热电偶的线路都是通过其对应的冷凝段壳体处的带孔螺栓连接外界温度 显示仪。
17、器。 附图说明 0011 图 1 是蒸汽冷凝换热测试装置图 ； 图 2 是两通路旋转接头剖视图 ； 图 3 是蒸汽冷凝换热测试装置热电偶分布的分段分布图。 0012 图中标号名称 ： 1、 换热内管， 2、 冷凝段壳体， 3、 物料出口管道， 4-1、 物料出口流路 孔， 4-2、 物料出口流路， 5、 第一两通路旋转接头， 5-1、 第一内芯， 5-2、 第一旋转壳体， 6、 蒸汽 出口管道， 7-1、 蒸汽出口流路孔， 7-2、 蒸汽出口流路， 8、 第二两通路旋转接头， 8-1、 第二内 芯， 8-2、 第二旋转壳体， 9-1、 蒸汽进口流路孔， 9-2、 蒸汽进口流路， 10、 蒸汽进。
18、口管道， 11、 密 封垫圈， 12、 螺纹套头， 13、 带孔螺栓， 14、 物料进口管道， 15-1、 物料进口流路孔， 15-2、 物料 进口流路， 16、 固定机座， 17、 管壁壁面热电偶， 18、 管内流体热电偶， 19、 盲孔， 20、 管外蒸汽 热电偶， 21、 通孔。 具体实施方式 0013 参照附图， 本发明提供一种蒸汽冷凝换热测试装置， 其中测试装置包括换热内管 1、 冷凝段壳体2、 物料出口管道3、 第一两通路旋转接头5、 蒸汽出口管道6、 第二两通路旋转 接头 8、 蒸汽进口管道 10、 密封垫圈 11、 内螺纹套头 12、 物料进口管道 14、 固定机座 16、 管。
19、壁 壁面热电偶 17、 管内流体热电偶 18、 管外蒸汽热电偶 20。试验装置分成三大部分 ： 冷凝段 壳体， 两通路旋转接头， 换热内管。如图所示， 物料由外力 （如循环泵） 通过第一两通路旋转 说 明 书 CN 103424423 A 5 3/3 页 6 接头 5、 物料进口管道 14， 由物料进口流路 15-2 流入换热内管 1， 通过换热圆管后再经过上 部的物料出口管道 3 进入第一两通路旋转接头 5 的物料出口流路 4-2， 完成换热的管侧的 循环 ； 蒸汽由外力通过第二两通路旋转接头 8、 蒸汽进口流路 9-2 由蒸汽进口管道 10 从第 二端 （假设下部为第一端） 进入冷凝段壳体。
20、 2， 在壳体内部与换热内管中的物料进行冷凝换 热， 蒸汽部分冷凝成饱和水由于压差的主要作用沿着壳体内壁随着蒸汽一起向下进入下部 蒸汽出口管道 6 再次进入第二两通路旋转接头 8 的蒸汽出口流路 7-2， 完成换热的壳侧循 环。 当整个换热试验循环稳定后， 通过安装于换热装置管体和壳体的管内流体热电偶18、 管 壁壁面热电偶 17、 管外蒸汽热电偶 20、 压力表和流量计等测量设备， 由传热学基本原理出 发， 可以得到冷凝试验的整体、 局部的换热系数和传热系数及其变化趋势， 进而较为可以清 楚的研究出蒸汽冷凝换热特性。同时， 换热试验装置在冷凝段壳体 2 上通过焊接固定连接 了换热装置与第一旋。
21、转壳体 5-2、 第二旋转壳体 8-2， 而第一两通路旋转接头 5、 第二两通路 旋转接头 8 的第一内芯 5-1、 第二内芯 8-1 连接固定机座 16， 两通路旋转接头使得在不改变 试验管路的基础上整个换热试验装置可以进行自由旋转试验测量， 从而得到光滑圆管、 外 微肋管、 内微肋管、 扁管、 波纹管的自由旋转状态下对于现有的冷凝换热的影响状态， 提出 了一个研究换热试验的机理的新的思路、 方法。 说 明 书 CN 103424423 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103424423 A 7 2/2 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103424423 A 8 。