一种新型自动调节换热面积的换热器及流量调节方法技术

本发明专利技术公开一种新型自动调节换热面积的换热器，包括：壳体；以及第一管箱和第二管箱，其对称设置在所述壳体轴向两侧；第一封板和第二封板，其对称密封设置在所述壳体轴向两侧，将所述壳体、第一管箱和第二管箱分隔为壳体腔室、第一管箱腔室和第二管箱腔室；换热管，其等间距平行设置在所述壳体内且两端分别与所述第一管箱腔室和第二管箱腔室连通；活塞，其设置在所述第一管箱腔室内，且周向与所述第一管箱腔室内壁密闭接触，所述活塞能够沿所述第一管箱腔室轴向运动；驱动机构，其输出端与所述活塞连接，用于驱动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动。本发明专利技术还提供一种新型自动调节换热面积的换热器的流量调节方法，既保证换热又节能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型自动调节换热面积的换热器及流量调节方法
本专利技术涉及换热器
，更具体的是，本专利技术涉及一种新型自动调节换热面积的换热器及流量调节方法。
技术介绍
换热器是一种常用的用于热交换的工艺设备。管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢，可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。以火力发电为例，换热器是必不可少的设备。现在所使用的大都是固定换热面积的冷凝器。然而在实际中，用户在一天不同时段用电量需求不同，电网负荷随之变化，汽轮机负荷也就处于变化中，导致乏汽流量变化，并且昼夜差值较大。冷凝器无法根据实时工况做出变化，会导致流体出口温度偏离设计值，影响后续工艺。同时管程流体消耗量增大，水泵也做了不必要的能量消耗。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是设计开发了一种新型自动调节换热面积的换热器，在第一管箱腔室轴向可运动设置有活塞，进而改变换热面积，减少了管程流体的使用量和水泵工作消耗的能量,在保证换热的同时达到了节能的效果。本专利技术的一个目的是设计开发了一种新型自动调节换热面积的换热器的流量调节方法，能够检测进气流速、进气口处气体的温度和排气口处气体的温度的差值，并基于模糊PID输出流量调节度。本专利技术还能根据流量调节度精确控制驱动电机的旋转方法和旋转圈数，精确调控换热面积。本专利技术提供的技术方案为：一种新型自动调节换热面积的换热器，包括：壳体；以及第一管箱和第二管箱，其对称设置在所述壳体轴向两侧；第一封板和第二封板，其对称密封设置在所述壳体轴向两侧，将所述壳体、第一管箱和第二管箱分隔为壳体腔室、第一管箱腔室和第二管箱腔室；换热管，其等间距平行设置在所述壳体内且两端分别与所述第一管箱腔室和第二管箱腔室连通；活塞，其设置在所述第一管箱腔室内，且周向与所述第一管箱腔室内壁密闭接触，所述活塞能够沿所述第一管箱腔室轴向运动；驱动机构，其输出端与所述活塞连接，用于驱动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动；其中，初始位置时，所述活塞位于所述第一管箱腔室底部，使得所述第一管箱腔室与所述换热管全部连通；当所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动时，位于所述活塞下部的换热管与所述第一管箱腔室断开连通。优选的是，还包括：凹槽，其设置在所述活塞底部中心；挡板，其可旋转设置在所述活塞内，且能够绕所述活塞轴心旋转；螺纹柱，其为内部中空结构，且轴向设置有内螺纹，所述螺纹柱一端设置在所述第一管箱腔室内并与所述第一管箱腔室底面平齐，另一端轴向穿出所述第一管箱腔室并与所述驱动机构的输出端固定连接；螺杆，其一端设置在所述中空结构内，且外部设置有与所述内螺纹配合的外螺纹，另一端固定穿过所述挡板并间隙设置在所述凹槽内；其中，所述驱动机构正转时，所述螺杆带动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向远离所述螺纹柱运动；所述驱动机构反转时，所述螺杆带动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向靠近所述螺纹柱运动。优选的是，还包括：折流板，其均匀分布在所述换热管中；密封圈，其套设在所述活塞上。优选的是，还包括：冷流体入口，其设置在所述第一管箱腔室顶部，用于冷流体的流入；冷流体出口，其设置在所述第二管箱腔室顶部，用于冷流体的流出；进气口，其设置在所述壳体腔室顶部一侧，用于进气；排气口，其设置在所述壳体腔室顶部另一侧，用于排气。优选的是，还包括：多个温度传感器，其分别设置在所述进气口和所述排气口，用于检测进气口处气体的温度和排气口处气体的温度；流量传感器，其设置在所述进气口，用于检测进气流量；流速传感器，其设置在所述进气口，用于检测进气流速；控制器，其与所述温度传感器、流量传感器、流速传感器和驱动电机连接，用于接收所述温度传感器、流量传感器和流速传感器的检测数据，并控制所述驱动电机工作。一种新型自动调节换热面积的换热器的流量调节方法，包括模糊控制器：将进气流速vg、进气口处气体的温度Tin和排气口处气体的温度Tout的温度差值ΔT输入模糊控制器，所述模糊控制器中进气流速vg和温度差值ΔT分为7个等级；模糊控制器输出流量调节度输出分为7个等级；所述进气流速vg的模糊论域为[0,1]，其定量化因子为50；所述温度差值ΔT的模糊论域为[0,1]，定量化因子为60；输出流量调节度的模糊论域为[0,1]，定量化因子为1；输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。优选的是，还包括模糊PID控制器：输入第i个换热过程的进气流量Vg和理想进气流量的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行流量调节度的误差补偿控制。优选的是，所述进气流量Vg和理想进气流量的偏差e的模糊论域为[-1,1]，定量化因子为20；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，定量化因子为10；所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其定量化因子为0.0001；所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。优选的是，当时，控制驱动电机旋转的圈数为：式中，ω为驱动电机旋转的圈数，γ为螺杆的螺距，H为第一管箱腔室的内部高度，hc为当前时刻活塞顶面与第一管箱腔室底部的距离，n为换热管数量，τ为换热管沿水平方向阵列的列数，ζ为校正系数，d为换热管沿竖直方向的阵列间距，D为换热管的直径，为流量调节度；其中，当ω＞0时，驱动机构正转；当ω＜0时，驱动机构反转。优选的是，当时，驱动电机控制活塞运动至第一管箱腔室底部。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术提供的新型自动调节换热面积的换热器，在第一管箱腔室轴向可运动设置有活塞，进而改变换热面积，减少了管程流体的使用量和水泵工作消耗的能量,在保证换热的同时达到了节能的效果。(2)本专利技术提供的新型自动调节换热面积的换热器的流量调节方法，能够检测进气流速、进气口处气体的温度和排气口处气体的温度的差值，并基于模糊PID输出流量调节度。本专利技术还能根据流量调节度精确控制驱动电机的旋转方法和旋转圈数，精确调控换热面积。附图说明图1为本专利技术所述的新型自动调节换热面积的换热器进口一侧结构示意图。图2为本专利技术所述的新型自动调节换热面积的换热器出口一侧结构示意图。图3为图1中活塞沿B方向的结构示意图。图4为图1中A处的局部放大图。图5为本专利技术所述的新型自动调节换热面积的换热器进口一侧俯视结构示意图图6为图5沿A-A方向的剖视图。图7为本专利技术所述的模糊控制器和模糊PID控制器的控制示意图。图8为本专利技术所述的模糊控制器的输入进气流速vg的隶属度函数图。图9为本专利技术所述的模糊控制器的输入温度差值ΔT的隶属度函数图。图10为本专利技术所述的模糊控制器的输出流量调节度的隶属度函数图。图11为本专利技术所述的模糊PID控制器的输入偏差e的隶属度函数图。图12为本专利技术所述的模糊PID控制器的输入偏差变化率ec的隶属度函数图。图13为本专利技术所述的模糊PID控制器的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，包括：壳体；以及第一管箱和第二管箱，其对称设置在所述壳体轴向两侧；第一封板和第二封板，其对称密封设置在所述壳体轴向两侧，将所述壳体、第一管箱和第二管箱分隔为壳体腔室、第一管箱腔室和第二管箱腔室；换热管，其等间距平行设置在所述壳体内且两端分别与所述第一管箱腔室和第二管箱腔室连通；活塞，其设置在所述第一管箱腔室内，且周向与所述第一管箱腔室内壁密闭接触，所述活塞能够沿所述第一管箱腔室轴向运动；驱动机构，其输出端与所述活塞连接，用于驱动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动；其中，初始位置时，所述活塞位于所述第一管箱腔室底部，使得所述第一管箱腔室与所述换热管全部连通；当所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动时，位于所述活塞下部的换热管与所述第一管箱腔室断开连通。

【技术特征摘要】
1.一种新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，包括：壳体；以及第一管箱和第二管箱，其对称设置在所述壳体轴向两侧；第一封板和第二封板，其对称密封设置在所述壳体轴向两侧，将所述壳体、第一管箱和第二管箱分隔为壳体腔室、第一管箱腔室和第二管箱腔室；换热管，其等间距平行设置在所述壳体内且两端分别与所述第一管箱腔室和第二管箱腔室连通；活塞，其设置在所述第一管箱腔室内，且周向与所述第一管箱腔室内壁密闭接触，所述活塞能够沿所述第一管箱腔室轴向运动；驱动机构，其输出端与所述活塞连接，用于驱动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动；其中，初始位置时，所述活塞位于所述第一管箱腔室底部，使得所述第一管箱腔室与所述换热管全部连通；当所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向运动时，位于所述活塞下部的换热管与所述第一管箱腔室断开连通。2.如权利要求1所述的新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，还包括：凹槽，其设置在所述活塞底部中心；挡板，其可旋转设置在所述活塞内，且能够绕所述活塞轴心旋转；螺纹柱，其为内部中空结构，且轴向设置有内螺纹，所述螺纹柱一端设置在所述第一管箱腔室内并与所述第一管箱腔室底面平齐，另一端轴向穿出所述第一管箱腔室并与所述驱动机构的输出端固定连接；螺杆，其一端设置在所述中空结构内，且外部设置有与所述内螺纹配合的外螺纹，另一端固定穿过所述挡板并间隙设置在所述凹槽内；其中，所述驱动机构正转时，所述螺杆带动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向远离所述螺纹柱运动；所述驱动机构反转时，所述螺杆带动所述活塞沿所述第一管箱腔室轴向靠近所述螺纹柱运动。3.如权利要求1或2所述的新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，还包括：折流板，其均匀分布在所述换热管中；密封圈，其套设在所述活塞上。4.如权利要求3所述的新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，还包括：冷流体入口，其设置在所述第一管箱腔室顶部，用于冷流体的流入；冷流体出口，其设置在所述第二管箱腔室顶部，用于冷流体的流出；进气口，其设置在所述壳体腔室顶部一侧，用于进气；排气口，其设置在所述壳体腔室顶部另一侧，用于排气。5.如权利要求4所述的新型自动调节换热面积的换热器，其特征在于，还包括：多个温度传感器，其分别设置在所述进气口和所述排气口，用于检测进气口处气体的温度和排气口处气体的温度；流量传感器，其设置在所述进气口，用于检测进气流量；流速传感器，其设置在所述进气口，用于检测进气流速；控制器，其与所述温度传感器、流量传感器、流速...

【专利技术属性】
技术研发人员：金英爱，蒋代晖，袁昊瑞，闫泽宇，陈彦宇，马纯强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22