專利名稱：螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于換熱強(qiáng)化和換熱器領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于石油化 工、能源動(dòng)力等行業(yè)的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器。
技術(shù)背景管殼式換熱器是在石油化工、能源動(dòng)力等行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，約占世界換熱器市場總分額的37%，在石油化工領(lǐng)域高 達(dá)70%的份額。管殼式換熱器分為管側(cè)和殼側(cè)兩部分，通過管壁進(jìn)行 熱量交換，在其殼側(cè)設(shè)置有折流板來支撐換熱管，并強(qiáng)迫流體改變流 動(dòng)方式從而強(qiáng)化傳熱。工業(yè)中普遍采用的是垂直弓形折流板的結(jié)構(gòu)形 式，該結(jié)構(gòu)形式存在很多弊端，主要表現(xiàn)為(1)由于流體方向多次 改變以及在垂直折流板處的突然轉(zhuǎn)向，引起過高的流動(dòng)阻力；(2)在 折流板背風(fēng)處存在較大的流動(dòng)死區(qū)，使得無法有效利用傳熱面，降低 了換熱效率；(3)對于含有雜質(zhì)的流體，由于流動(dòng)死區(qū)的存在，極易 結(jié)塘，從而縮短使用周期；(4)殼側(cè)強(qiáng)烈的流體橫向沖刷管束，容易 誘發(fā)管束振動(dòng)，致使換熱器失效。為了克服傳統(tǒng)單弓形螺旋折流板結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，各種新型的殼側(cè)折 流板結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。螺旋折流板的結(jié)構(gòu)形式是20世紀(jì)80年代首先由 捷克科學(xué)家提出的新型結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)可以有效地降低殼側(cè)壓降。 現(xiàn)有的螺旋折流板換熱器為光管和螺旋折流板結(jié)合的形式，該結(jié)構(gòu)形
式仍存在有不足之處。對螺旋折流板單周期的數(shù)值模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 螺旋折流板殼側(cè)并非理想的螺旋流動(dòng)，在兩塊折流板間存在有三角泄 漏區(qū)，螺旋角較小時(shí)在折流板背風(fēng)處有明顯的流動(dòng)低速區(qū)。且在具有 相同的殼徑、相同的換熱管數(shù)量和布置形式的情況下，螺旋折流板換熱器的阻力大大低于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器；相同壓降下的換熱系數(shù) 大大高于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器；然而，相同的殼側(cè)流量條件下，其 換熱系數(shù)低于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器。以折流板傾角為20度的光管 束螺旋折流板換熱器為例，殼側(cè)換熱系數(shù)在相同壓降下比傳統(tǒng)弓形折 流板換熱器提高了 30% 60%;而在相同流量下是傳統(tǒng)弓形折流板換 熱器的70%。這意味著光管束螺旋折流板換熱器最大的優(yōu)點(diǎn)是相同 殼側(cè)壓降下具有較高的換熱特性，適用于殼程流體流量大的場合。但 是，實(shí)際工程應(yīng)用中殼側(cè)流量往往有限，致使換熱器換熱能力下降， 不能滿足需求，特別是在原有弓形換熱器的改造工程中，殼側(cè)流量不 能很高，且換熱器占地面積也不能太大，光管束螺旋折流板換熱器難 以滿足要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了 一種即能夠 降低阻力又能夠提高換熱效率，從而實(shí)現(xiàn)換熱器高效低阻目的的螺旋 折流板支撐丁胞管束換熱器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的包括殼體以及設(shè)置在 殼體兩側(cè)的前管箱和后管箱，其特點(diǎn)是，前管箱及后管箱與殼體之間 分別設(shè)置有前管板及后管板，該前管板及后管板將前管箱、殼體及后
管箱分成三個(gè)空腔，在前管箱內(nèi)設(shè)置有管箱隔板，在管箱隔板的上、 下兩側(cè)分別開設(shè)有管程出口和管程進(jìn)口，殼體的上、下兩側(cè)分別開設(shè) 有殼程出口和殼程進(jìn)口，在殼體及后管箱內(nèi)還設(shè)置有丁胞型強(qiáng)化換熱 管束，該丁胞型強(qiáng)化換熱管束的兩端分別固定在前、后管板上且分別 與前管箱上開設(shè)的管側(cè)進(jìn)口及管側(cè)出口相連通，且在該丁胞型強(qiáng)化換 熱管束上還設(shè)置有若干組螺旋折流板。本發(fā)明的螺旋折流板為1/4扇形折流板， 一個(gè)螺旋周期由四塊螺 旋折流板組成，相鄰兩塊螺旋折流板采用連續(xù)或交錯(cuò)搭接；丁胞型強(qiáng)化換熱管與殼體的中心軸線平行，兩端分別與前、后管板垂直連接； 丁胞型強(qiáng)化換熱管束的丁胞為半球形；殼體內(nèi)設(shè)置有與前、后管板垂 直的拉桿，且在拉桿上套裝有定距管，該定距管的兩端分別與螺旋折 流板連接；丁胞型強(qiáng)化傳熱管的丁胞高度與直徑之比為0.2-0.5，丁胞 間距與管徑比為0.5-1;螺旋折流板的螺旋傾角a為10°< a < 50°; 前、后管板分別與殼體的端部法蘭盤及前、后管箱的管箱法蘭盤相連 接，且在其之間還分別設(shè)置有密封墊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明換熱器采用丁胞型強(qiáng)化換熱管，使得換熱管近壁面的邊界層進(jìn)一步減薄，換熱器殼側(cè)和管內(nèi) 流體的擾動(dòng)增強(qiáng)，從而增強(qiáng)了換熱器的換熱。換熱器殼側(cè)采用螺旋折 流板， 一方面避免了殼側(cè)流體突然轉(zhuǎn)向而引起的較大的形體阻力損失；另一方面流體斜向沖刷管束，減小了殼側(cè)外掠管束的阻力；同時(shí) 也減小和部分消除了殼側(cè)流動(dòng)死區(qū)，因此本發(fā)明換熱器殼側(cè)阻力損失 大大降低。本發(fā)明換熱器殼側(cè)綜合性能良好，即相同壓降下的殼側(cè)換
熱系數(shù)高，同時(shí)滿足換熱系數(shù)高、阻力低的特點(diǎn)，是一種高效低阻的 高效換熱器。本發(fā)明特別適合于殼側(cè)為高粘性流體、殼側(cè)流量有限， 且要求保證具有較高換熱系數(shù)的場合。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為丁胞型強(qiáng)化換熱管2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明丁胞型強(qiáng)化換熱管束2與管板的連接示意圖；圖4為本發(fā)明螺旋折流板3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(a)為螺旋折流板3交錯(cuò)搭接方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(b)為螺旋折流板3連續(xù)搭接方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖6(a)為螺旋折流板3交錯(cuò)搭接的殼側(cè)流動(dòng)狀態(tài)示意圖；圖6(b)為螺旋折流板3連續(xù)搭接的殼側(cè)流動(dòng)狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括殼體1以及設(shè)置在殼體1兩側(cè)的前管箱6 和后管箱14，前管箱6及后管箱14與殼體1之間分別設(shè)置有前管板 9及后管板15，該前管板9及后管板15將前管箱6、殼體1及后管 箱14分成三個(gè)空腔，在前管箱6內(nèi)設(shè)置有管箱隔板7，在管箱隔板7 的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有管側(cè)出口5和管側(cè)進(jìn)口8，殼體1的上、下 兩側(cè)分別開設(shè)有殼程出口 4和殼程進(jìn)口 12，在殼體1及后管箱14內(nèi) 設(shè)置有丁胞型強(qiáng)化換熱管束2，該丁胞型強(qiáng)化換熱管束2的兩端分別 固定在前管板9上且分別與前管箱6上開設(shè)的管側(cè)進(jìn)口 8及管側(cè)出口 5相連通，且在該丁胞型強(qiáng)化換熱管束2上還設(shè)置有若干組螺旋折流 板3，殼體l內(nèi)還設(shè)置有與前、后管板9、 15垂直連接拉桿10，且在 拉桿10上套裝有定距管11，該定距管11的兩端分別與螺旋折流板3 垂直連接。工作時(shí)， 一種介質(zhì)走管程，由管程進(jìn)口 8進(jìn)入，通過換熱管16 內(nèi)側(cè)，最后由管程出口5流出； 一種介質(zhì)走殼程，由設(shè)置于殼側(cè)的殼 側(cè)入口 12進(jìn)入，沿1/4扇形板折流板3形成的螺旋通道沖刷丁胞型 強(qiáng)化換熱管束2，最后由殼程出口 4流出。由于螺旋折流板3的設(shè)置， 殼側(cè)形成了螺旋流動(dòng)，避免了殼側(cè)流體突然轉(zhuǎn)向而引起的較大的形體 阻力損失，減小和部分消除了殼側(cè)流動(dòng)死區(qū)，同時(shí)流體斜向沖刷管束， 減小了殼側(cè)外掠管束的阻力；由于丁胞型強(qiáng)化換熱管束3，流體外掠 管束時(shí)，使得換熱管近壁面的邊界層進(jìn)一步減薄，換熱器殼側(cè)流體擾 動(dòng)增強(qiáng)，從而增強(qiáng)了換熱器殼側(cè)換熱。參見圖2的螺旋低翅換熱管束3的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的丁胞型強(qiáng) 化傳熱管(2)的丁胞高度與直徑之比為0.2-0.5， 丁胞間距與管徑比 為0.5-1。如圖3所示，前、后管板9、 15通過螺栓和密封墊17將其固定 于殼體端部法蘭盤18和管箱法蘭盤19之間，丁胞型強(qiáng)化換熱管束2 兩端頭部為光滑圓管，丁胞型強(qiáng)化換熱管束2與前管板9垂直，管頭 與前管板9焊接或脹接連接。如圖4所示，a為螺旋折流板3的傾角；AE， EC'為螺旋折流板 3的兩條邊，其長度為丄；0為兩邊的夾角；R為殼側(cè)半徑。螺旋折流 板3傾角的計(jì)算關(guān)系式為:"=arctan|y2(L2i -l 螺旋折流板3兩邊夾角的計(jì)算關(guān)系式為26 = arccosl--cos a +螺旋折流板3通過模具沖壓成型，每一周期包括四塊螺旋折流板3。圖5(a)和圖5(b)分別為螺旋折流板3采用1/2交錯(cuò)搭接和連續(xù)搭 接的方式，每一周期由四塊沿螺旋線方向設(shè)置的1/4扇形螺旋板折流 板3組成。連續(xù)塔接方式的螺距計(jì)算關(guān)系式為//s =87^ tan a1/2交錯(cuò)搭接方式的螺距計(jì)算關(guān)系式為圖6(a)和圖6(b)分別為螺旋折流板3采用1/2交錯(cuò)搭接和連續(xù)搭 接的殼側(cè)流動(dòng)狀態(tài)示意圖。該換熱器殼側(cè)主流為螺旋流動(dòng)，減小和部
權(quán)利要求
1、一種螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，包括殼體(1)以及設(shè)置在殼體(1)兩側(cè)的前管箱(6)和后管箱(14)，其特征在于前管箱(6)及后管箱(14)與殼體(1)之間分別設(shè)置有前管板(9)及后管板(15)，該前管板(9)及后管板(15)將前管箱(6)、殼體(1)及后管箱(14)分成三個(gè)空腔，在前管箱(6)內(nèi)設(shè)置有管箱隔板(7)，在管箱隔板(7)的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有管程出口(5)和管程進(jìn)口(8)，殼體(1)的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有殼程出口(4)和殼程進(jìn)口(12)，在殼體(1)內(nèi)設(shè)置有丁胞型強(qiáng)化換熱管束(2)，該丁胞型強(qiáng)化換熱管束(2)的兩端分別固定在前、后管板(9、15)上且分別與前管箱(6)上開設(shè)的管側(cè)進(jìn)口(8)及管側(cè)出口(5)相連通，且在該丁胞型強(qiáng)化換熱管束(2)上還設(shè)置有若干組螺旋折流板(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于螺旋折流板(3)為1/4扇形折流板， 一個(gè)螺旋周期由四 塊螺旋折流板(3)組成，相鄰兩塊螺旋折流板(3)采用連續(xù)或交錯(cuò) 搭接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于丁胞型強(qiáng)化換熱管(2)與殼體(1)的中心軸線平行，兩 端分別與前、后管板(9、 15)垂直連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于丁胞型強(qiáng)化換熱管束(2)的丁胞為球冠形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于殼體(1)內(nèi)設(shè)置有與前、后管板(9、 15)垂直的拉桿(10)， 且在拉桿(10)上套裝有定距管(11)，該定距管(11)的兩端分別 與螺旋折流板(3)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于所述的丁胞型強(qiáng)化傳熱管(2)的丁胞高度與直徑之比為 0.2-0.5， 丁胞間距與管徑比為0.5-1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于螺旋折流板(3)的螺旋傾角a為10°<a<50°。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，其 特征在于前、后管板(9、 15)分別與殼體(1)的端部法蘭盤(18) 及前、后管箱(6、 14)的管箱法蘭盤相連接，且在其之間還分別設(shè) 置有密封墊(17)。
全文摘要
一種螺旋折流板支撐丁胞管束換熱器，包括設(shè)置在殼體兩側(cè)的前、后管箱，在前管箱內(nèi)設(shè)置有管箱隔板，在管箱隔板的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有管程進(jìn)、出口，殼體的上、下兩側(cè)分別開設(shè)有殼程進(jìn)、出口，在殼體內(nèi)設(shè)置有丁胞型強(qiáng)化換熱管束，該丁胞型強(qiáng)化換熱管束的兩端分別固定在前、后管板上且分別與前管箱上開設(shè)的管側(cè)進(jìn)口及管側(cè)出口相連通，且在該丁胞型強(qiáng)化換熱管束上還設(shè)置有若干組螺旋折流板。本發(fā)明換熱器殼側(cè)采用丁胞型強(qiáng)化換熱管，有效增強(qiáng)了殼側(cè)流體的湍流度，進(jìn)一步強(qiáng)化了殼側(cè)換熱；殼側(cè)采用螺旋折流板作為支撐結(jié)構(gòu)，大大降低了殼側(cè)阻力損失。具有換熱效率高、殼側(cè)流動(dòng)阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少、不易結(jié)垢、使用壽命長的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F28D7/10GK101162131SQ20071001899
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者何雅玲, 瑞 李, 攀 楚, 雷勇剛 申請人:西安交通大學(xué)