專利名稱：純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種管殼式換熱器，尤其是一種采用多個螺旋扁管作為換熱管管 束的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器?？蓮V泛應(yīng)用于石油化工、冶金、電力等行業(yè)。
背景技術(shù)：
自20世紀70年代初石油危機爆發(fā)以來，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)和社會經(jīng)濟 問題日益加劇。世界各國充分認識到節(jié)能的重要意義，能源的合理利用已經(jīng)成為各國工業(yè) 良性發(fā)展的核心問題。在這一背景下，各種節(jié)能技術(shù)競相出現(xiàn)。強化傳熱是合理高效利用 能源、節(jié)約能源的重要途徑之一。而在實際工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用強化傳熱技術(shù)最多的便是換熱 器。換熱器在各工業(yè)生產(chǎn)過程中，不僅是保證工程設(shè)備正常運轉(zhuǎn)不可缺少的部件，而且在金 屬消耗、動力消耗及投資方面均占整個工程的重要份額。螺旋扁管換熱器是在傳統(tǒng)管殼式換熱器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型高效換熱 器，與光管換熱器相比，其熱流密度高，容積小，適用于多種換熱過程。然而現(xiàn)今國內(nèi)螺旋扁 管換熱器的應(yīng)用還很少，只有少數(shù)工業(yè)試驗研究的報導。其具體的實施方案，如螺旋扁管管 型的選取，排管方式等均達不到理想的狀態(tài)，限制了其發(fā)展應(yīng)用。專利公告號為CN2867256Y 的“螺旋扁管油冷卻器”公開了使用螺旋扁管作為換熱油管的技術(shù)方案，但是對螺旋扁管在 殼體內(nèi)的排管方式的描述過于簡單，不利于技術(shù)人員的實施。專利公告號為CN101551207B 的“管殼式螺旋扁管換熱器”公開了一種適用的換熱器結(jié)構(gòu)，包括管型尺寸及殼體內(nèi)的排管 方式。此種布置結(jié)構(gòu)形式單一，如圖1所示，圖中a、b是現(xiàn)有螺旋扁管換熱器的管束中兩個 不同橫截面的布置圖，由圖可見，該換熱器的管束的各螺旋扁管的管間距與扁管的長軸的 長度是一致的。該結(jié)構(gòu)通過改變管型尺寸來滿足傳熱和壓降的要求，但是，由于該換熱器的 管束的各螺旋扁管的管間距與扁管的長軸的長度一致，因此使換熱器的體積增大，限制了 換熱器的設(shè)計，不利于其發(fā)展和推廣。故現(xiàn)有的管殼式螺旋扁管換熱器的結(jié)構(gòu)亟待改進。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，可從根本上解決傳統(tǒng)管殼式 弓形換熱器存在的殼程流動死區(qū)、殼程壓力降較大、容易結(jié)垢以及容易發(fā)生管束誘導振動 的問題。與現(xiàn)有螺旋扁管換熱器相比，不僅使整個換熱器的體積縮小，而且可大大減少殼程 的流通面積和殼體直徑，提高換熱效率，適用范圍更加廣泛。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種純逆流管殼式螺旋扁管換 熱器，包括設(shè)有殼程入口和出口的殼體、組裝在殼體內(nèi)的換熱管管束、用于固定管束的固定 管板、組裝在殼體端部并設(shè)有管程出入口的管箱；所述管束由若干形狀相同的螺旋扁管緊 密排列構(gòu)成；其特點是每相鄰的兩根螺旋扁管的相對部位的螺旋升角的角度錯開，使得 各螺旋扁管緊密接觸時各螺旋扁管的外緣螺旋線有一部分鑲嵌在相鄰的螺旋扁管的螺旋 槽中，在螺旋槽中形成周期性點接觸，從而在管外形成強制繞流通道。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中當各螺旋扁管緊密接觸時，相鄰兩螺旋扁管之間的管間距小于每個螺旋扁管的長軸的長度。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位 的螺旋升角錯開的角度為大于0度至小于180度。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位 的螺旋升角錯開的角度完全相同。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的相鄰兩螺旋扁管之間的螺旋升 角錯開的角度為90度時，所述管束的任意截面中各相鄰螺旋扁管的長軸的截面是相互垂直的。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的相鄰兩螺旋扁管之間的螺旋升 角錯開的角度為60度時所述管束的任意截面中各相鄰螺旋扁管的長軸的截面是相互呈 三角形狀態(tài)。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位 的螺旋升角錯開的角度不完全相同。上述純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其中所述的殼程和管程的進出口按照逆流 換熱方式布置。由于本實用新型采用了以上的技術(shù)方案，其產(chǎn)生的技術(shù)效果是明顯的由于各螺 旋扁管采用錯角布置，使各管之間的管間距小于扁管長軸的長度，因此使結(jié)構(gòu)更加緊湊，可 以減小換熱器的體積，增加了殼程的表面換熱系數(shù)，提高換熱效率，也使螺旋扁管管型的設(shè) 計更加靈活；由于采用純逆流的布置形式，可以大大增加有效傳熱溫差，提高換熱效率。

圖1是現(xiàn)有螺旋扁管換熱器管束的橫截面布置圖，其中a是一個截面的示意圖，b 是另一個截面的示意圖。圖2是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的總體結(jié)構(gòu)示意圖(部分剖視)。圖3是顯示了構(gòu)成本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的管束的其中一根 螺旋扁管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的管束中相鄰螺旋扁管排列的 一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的一個實施例的管束橫截面布 置圖，其中a是一個截面的示意圖，b是另一個截面的示意圖。圖6是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的另一個實施例的管束橫截面 布置圖，其中a是一個截面的示意圖，b是另一個截面的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例和附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)作進一步的詳細說明。請參閱圖2，圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(部分剖視)。本實用新型包括管箱1、 固定管板2、殼程入口 3、殼體4、換熱管管束5、箍圈6、管程入口 7、管程出口 8、殼程出口 9。 管箱1組裝在殼體4的端部，殼體4上設(shè)有殼程入口 3和殼程出口 9，管箱上設(shè)有管程進口 7 和管程出口 8，按逆流方式布置。所述的管束5置于殼體4內(nèi)，所述管束由多個螺旋扁管緊密排列構(gòu)成，管束兩端固定在固定管板2上，管束外圍用若干箍圈6箍紫。所述螺旋扁管換 熱器殼程不設(shè)置導流板，殼程和管程的進出口按照逆向布置，布置形式滿足完全逆流換熱； 所述管束由若干箍圈從外圍箍緊，可有效防止振動。請參閱圖3，圖3是顯示了構(gòu)成本實用新型換熱器的管束的其中一根螺旋扁管100 的結(jié)構(gòu)示意圖。為了方便與固定管板連接，螺旋扁管的兩端各保留一段長度例如為200mm 的圓管段101。由圖可見，隨著螺旋扁管的螺旋角的不同，該處截面顯示的長軸的傾斜角度 也不同，圖中A是長軸，B是短軸。請參閱圖4，圖4是本實用新型相鄰螺旋扁管排列的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖 中只顯示了三根螺旋扁管201、202、203，其中第二根螺旋扁管202與相鄰的兩根螺旋扁管 201、203之間在相対的部位的螺旋角錯開了一定的角度，使得各螺旋扁管緊密接觸時各螺 旋扁管的外緣螺旋線有一部分鑲嵌在相鄰的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性 點接觸，從而在管外形成強制繞流通道。當各螺旋扁管緊密接觸時，相鄰兩螺旋扁管之間的 管間距小于每個螺旋扁管的長軸的長度。所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位的螺旋升角 錯開的角度為大于0度至小于180度。請參閱圖5，圖5是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的一個實施例的管 束橫截面布置圖。例如由多個的螺旋扁管構(gòu)成，每個螺旋扁管由一 019_圓管加工而成， 其螺距S與當量直徑式之比5/式的取值范圍為6 12，其中長軸A的取值范圍為22 26mm，短長軸之比B/A的范圍為0. 25 0. 63。該實施例中選擇的螺旋扁管的尺寸為長軸 A=25mm,短軸B=8. 5mm,螺距S=ISOmm,短長軸之比B/A=0. 34,螺距與當量直徑de之比Sj 式=11. 37。排列時，所述的每相鄰的兩所述螺旋扁管的各相對部位的螺旋角錯開，錯開的角 度完全相同，使得各螺旋扁管緊密接觸時各螺旋扁管的外緣螺旋線有一部分鑲嵌在相鄰的 螺旋扁管的螺旋槽中。在該實施例中，在任意橫截面上，相鄰管束的長軸相互垂直，呈90° 角。螺旋扁管之間靠長軸的ー個點相接觸形成支撐，使相鄰兩螺旋扁管之間的管間距小于 每個螺旋扁管的長軸的長度。管間距小于長軸。此實施例中，與現(xiàn)有的螺旋扁管換熱器相 比，在管程面積不變的情況下使殼程流通面積減小35%，換熱器的結(jié)構(gòu)也更加緊湊，換熱器 的直徑減小15%。請參閱圖6，圖6是本實用新型純逆流管殼式螺旋扁管換熱器的另ー個實施例的 管束橫截面布置圖。在該實施例中，所述螺旋扁管由0 25_的圓管加工成，每個螺旋扁管 其長軸A的取值范圍為28 34mm，短長軸之比B/A的范圍為0. 27 0. 7。本實施例中，在 構(gòu)成管束的任意橫截面上，任意相鄰的兩根管之間，長軸的方向都不相同，兩兩呈60°角相 交，為正三角形排列，此實施例中，管間距小于長軸。本實例在管程面積不變的情況下可以 使殼程流通面積減小15%，換熱器的直徑減小8%。本實用新型所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位的螺旋升角錯開的角度也可以 是不完全相同的。本實用新型具有換熱器體積小、傳熱效率高、不易結(jié)垢和適用范圍廣的優(yōu)點。
權(quán)利要求1.ー種純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，包括設(shè)有殼程入口和出ロ的殼體、組裝在殼體內(nèi)的換熱管管束、用于固定管束的固定管板、組裝在殼體端部并設(shè)有管程出入口的管箱；所述管束由若干形狀相同的螺旋扁管緊密排列構(gòu)成；其特征在于每相鄰的兩根螺旋扁管的相對部位的螺旋升角的角度錯開，使得各螺旋扁管緊密接觸時各螺旋扁管的外緣螺旋線有一部分鑲嵌在相鄰的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性點接觸，從而在管外形成強制繞流通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于當各螺旋扁管緊密接觸時，相鄰兩螺旋扁管之間的管間距小于每個螺旋扁管的長軸的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位的螺旋升角錯開的角度為大于O度至小于180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位的螺旋升角錯開的角度完全相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的相鄰兩螺旋扁管之間的螺旋升角錯開的角度為90度時，所述管束截面中各相鄰螺旋扁管的長軸的截面是相互垂直的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的相鄰兩螺旋扁管之間的螺旋升角錯開的角度為60度時所述管束的截面中各相鄰螺旋扁管的長軸的截面是相互呈三角形狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的相鄰兩螺旋扁管之間相對部位的螺旋升角錯開的角度不完全相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，其特征在于所述的殼程和管程的進出ロ按照逆流換熱方式布置。
專利摘要本實用新型公開了一種純逆流管殼式螺旋扁管換熱器，包括設(shè)有殼程入口和出口的殼體、組裝在殼體內(nèi)的換熱管管束、用于固定管束的固定管板、組裝在殼體端部并設(shè)有管程出入口的管箱；管束由若干形狀相同的螺旋扁管緊密排列構(gòu)成；其特點是每相鄰的兩根螺旋扁管的相對部位的螺旋升角的角度錯開，使得各螺旋扁管緊密接觸時各螺旋扁管的外緣螺旋線有一部分鑲嵌在相鄰的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性點接觸，從而在管外形成強制繞流通道。與現(xiàn)有螺旋扁管換熱器相比，不僅能使整個換熱器的體積縮小，而且可大大減少殼程的流通面積和殼體直徑，提高換熱效率，適用范圍更加廣泛。
文檔編號F28F1/02GK202420236SQ20112055846
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者夏曉宇, 孫朋林, 張永貴, 李建華, 欒輝寶, 趙無非, 陳曉華, 魏冬香 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所