旋流式液体分配装置.pdf

本发明涉及一种用于蒸发器、冷凝器等换热类产品中，将液体均匀分配或散开的旋流式液体分配装置。本发明的旋流式液体分配装置是在一段直管内设置有与管轴线相倾斜的相互相错布置的两个半椭圆形导流板，两导流板分别位于直管横截面对称轴的两侧，导流板与直管轴线间的夹角θ相等，且0°＜θ＜90°，导流板的对称轴处开设有一个缺口。本发明具有可使流体充分分散，均匀分布于加热元件表面，可使液体有较高流速，结构极其简单等优点。

1、  旋流式液体分配装置，其特征是在一段直管内设置有与管轴线相倾斜的相互相错布置的两个半椭圆形导流板，两导流板分别位于直管横截面对称轴的两侧，导流板与直管轴线间的夹角θ相等，且0°<θ<90°，导流板的对称轴处开设有一个缺口。

2、  根据权利要求1所述的旋流式液体分配装置，其特征是导流板上所设的缺口为矩形缺口，矩形的宽度为喷头出口直径/3，矩形的长度为喷头出口直径/2。

3、  根据权利要求1或2所述的旋流式液体分配装置，其特征是喷头喷洒范围和受液面距离、体积流量、喷头出口直径及导流板倾角的关系符合下式：
R = 16 Q 2 d 4 π + 2 gl - 4 Q d 2 π g × 4 Q d 2 π tgθ ]]>
式中：R为喷头喷洒覆盖半径；Q为喷头内体积流量，单位是(M³/s)；d为喷头的出口直径；1为喷头出口与受液面之间的距离；θ为导流板与喷头直管轴线间的夹角。

旋流式液体分配装置
技术领域
本发明涉及一种旋流式液体分配装置，这种装置用于蒸发器、冷凝器等换热类产品中，将液体均匀分配或散开。
背景技术
因蒸发器在工业生产中得以长期应用，人们积累了丰富的生产实践经验，形成了完整的理论体系。往往根据物性的不同或工艺需要，有逆流流程、顺流流程及混流流程，又分大循环、小循环、两段蒸发等多种工艺路线，凡此种种，不一而足。对于目前应用最广泛的降膜蒸发器，循环液体分配影响着布膜是否均匀，直接关系到设备的蒸发强度和运行效率。但是常用的液体分配器仍然为安放在蒸发器加热元件正上方的塔盘孔式结构，上层塔盘主要是为了消除流体动能使之稳定进入下层分配盘中，流体在分配盘上存在着一定的液位，以零初速度沿板孔流出，对液体进行分配，并沿各加热元件表面布膜。但由于分配盘上孔桥的存在，使液体不可能均匀分配，更加严重的现象是极易形成堵孔现象，造成加热元件干烧。
中国专利申请200580028572.X公开了一种本发明涉及一种缠绕式换热器，具有多个缠绕在芯管上的管，具有一个限定环绕这些管的外部空间的边界的壳并且具有一个用于在该外部空间中分配液体的液体分配器。中国实用新型专利02250269.6公开了一种旋转播水器与外接管的连接装置，其中接头通过螺纹配合旋接在旋转播水器的分水口上，接头内有锁止密封圈位于分水口与接头的锥形压头之间，当外接管穿过锁止密封圈插入分水口时，锥形压头可以将锁止密封圈紧压在外接管上。中国发明专利申请200410089459.X公开了一种带有新型散水头的散水器。它主要是由结合底座和散水头组成，所述的散水头的散水口外设有一导流伞，其伞面顺水流方向设有弧形导流槽。但现有的这类分配器不适用于如薄膜蒸发器之类的设备使用，因此在生产实践中迫切需要解决这一问题。
发明内容
本发明提供一种旋流式液体分配装置，这种装置适用于类似薄膜蒸发器、冷凝器等换热类产品中，可将液体均匀分布于加热元件上，同时可以克服现有技术的不足，同时具有结构简单、液体分散效果更佳的特点。
本发明的旋流式液体分配装置是在一段直管内设置有与管轴线相倾斜的相互相错布置的两个半椭圆形导流板，两导流板分别位于直管横截面对称轴的两侧，导流板与直管轴线间的夹角θ相等，且0⁰<θ<90°，导流板的对称轴处开设有一个缺口。本发明的具体结构参见附图.
本发明的旋流式液体分配装置的导流板上所设的缺口为矩形缺口，矩形的宽度为喷头出口直径/3，矩形的长度为喷头出口直径/2。
本发明的旋流式液体分配装置，其喷头喷洒覆盖半径R与受液面距离1、装置内的体积流量Q、装置喷头出口直径d，以及导流板倾角与装置直管轴线间夹角θ和重力加速度g的关系如式1所示：
R = 16 Q 2 d 4 π + 2 gl - 4 Q d 2 π g × 4 Q d 2 π tgθ ( m ) ]]>
式1
式中：R、d和l的单位为米；Q的单位是(M³/s)；θ以度计。
本发明原理是在圆形喷头内设置相互交错的半椭圆导流板(附图1)，与喷头轴线形成一定的倾角θ，利用水泵机械做功，将流体的直线流动强制转化为螺旋运动，在离心力的作用下流体相互分离散开。受离心力的作用，出口流体向周围散开，最终形成中空无水现象，为此，在导流板中部设置缺口，部分流体由此补充中间，使得流体在一定范围内均匀散化。
由式1可见：当其它条件不变时，增大喷头管内流量，或增加导流板倾角，都将增加喷洒覆盖面积。而要获得更远的喷洒距离，则应减小喷头出口管径，以获得较高的初速度。在实际应用中，综合考虑，调整各参数关系，均能得到满意的效果。
旋流式液体分配装置从根本上克服了塔盘孔式结构分配器以及现有其它种类的分配器的不足。首先，螺旋喷头将流体充分散化，均匀喷射在加热元件端部，给液体在加热元件表面布膜创造了必要条件；其次，螺旋喷头充分利用流体动能，以较高速度与加热元件接触，使得流体在加热元件表面流动更加快速活跃，增大了相对流速，强化了对流传热，提高了蒸发强度；再次，较高的表面流速起到物理冲洗作用，破坏热垢形成条件，大大减缓热垢在加热元件表面的堆积，延长设备清洗周期，降低设备使用运行成本；另外，螺旋喷头口径较大，流体高速流动，加之流体冲刷，杜绝了堵塞现象。从附图还可见，本发明的结构极其简单，它仅是由在一个直管中设置两块相错布置的椭圆导流板构成，因此其制造的难度和成本都远远小于现有技术中的任一种液体分配器。同时本发明的何种较现有技术也更为紧凑，当其用于各种蒸发器时所占用的空间最小，因此还可以相对减小蒸发器的体积。
通常，在大气冷凝器等设备中安装一正锥将液体散开，再安装一倒锥收集，如此反复，多层组装，以增加物质接触面积，如果其中应用本发明既会流体充分散化作用，能起到理想的效果，还可进一步简化设备结构。
附图说明
图1为本发明的剖面示意图。图2为沿导流面平面位置剖面示意图。图3为图1A-A位置剖面图。图4为本发明的参数计算示意图，本图为简明起见仅画出直管4内的一个导流板，其剖视位置相当于沿一个导流板的边缘进行剖切。
具体实施方式
本发明以下结合附图说明。
参见附图1，本发明是在一个直管4内相错固定设置两块半椭圆板2和3，导流板的形状参见附图2，各导流板的椭圆参数与直管4内壁倾斜剖面形成的内椭圆参数相同，这样当一块导流板固定于直管内时可将直管4的一半完全封闭。本发明所述的两块导流板相错布置是指一块导流板固定设置在直管的左侧，而另一个导流板则设置于直管的右侧，两导流板与直管轴线对称布置，参见附图3。在各导流板的对称轴处开设有一个矩形的缺口3。缺口3的宽度为d/3，长度为d/2。经理论的推算和实际的试验表明，其喷头喷洒覆盖半径R与受液面距离1、装置内的体积流量Q、装置喷头出口直径d，以及导流板倾角与装置直管轴线间夹角θ的关系如式1所示，根据式1可以得出不同管径及不同使用条件下本发明的相关参数。
以下提供一个本发明在蒸发器中的应用实例：
实例中蒸发器的换热元件宽度为1.5米，长度超过4米，需要的喷洒范围较大，喷头为组合使用，经计算，单件喷头的Q＝0.03(M³/s)，d＝0.11m，1＝0.6m，θ＝35°。
预期单个喷头的喷洒范围为直径不小于1.5米的圆周。
将上述各参数带入式1：
R = 16 Q 2 d 4 π + 2 gl - 4 Q d 2 π g × 4 Q d 2 π tgθ ]]>

= 0.768 m ]]>
计算结果为喷头喷洒半径0.768米，即直径1.536米，达到预期设定的目标，从实际运行情况来看，与计算值相当吻合，效果非常理想。