專利名稱：波浪管折流柵式方形換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種強(qiáng)化換熱技術(shù)領(lǐng)域的換熱器。
背景技術(shù)：
換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于能源、動力、核能、石油、制冷、化工和加工處理等工程技術(shù)領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展和能源的短缺，設(shè)計(jì)制造出一種高效能、低能耗、低成本的換熱設(shè)備對于節(jié)約能源有著重要的意義。管殼式換熱器是應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器類型，一直以來，管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱主要集中在管程強(qiáng)化和殼程強(qiáng)化兩方面。在管程強(qiáng)化方面，通過改變換熱管形狀來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱是其中一個(gè)主要的方向。波浪管利用沿軸線方向正反變化的彎曲結(jié)構(gòu)使管內(nèi)流體在流動時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流，從而起到強(qiáng)化換熱的作用，而其彎曲結(jié)構(gòu)對管外流體同樣會產(chǎn)生擾動作用，尤其在管束密集排布時(shí)效果更為明顯。在殼程強(qiáng)化方面，主要是改進(jìn)殼程的支撐結(jié)構(gòu)，既對管子起支撐作用，又對流體起擾動作用，藉以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。目前在換熱器的支撐方面主要采用傳統(tǒng)的弓形折流板，這種折流板加工簡單，安裝方便因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種折流板主要適用于直管，而對于軸向具有彎曲結(jié)構(gòu)的波浪管而言會帶來穿管難度加大，加工精度提高等諸多困難，因此并不適用于波浪管換熱器的殼側(cè)支撐。因此，想要利用波浪管制造管殼式換熱器，必須研究一種與之相適合的管束支撐結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)外對波浪管換熱器的研究尚未充分開展，關(guān)于波浪管換熱器的相關(guān)專利也寥寥無幾?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常簡單，對波浪管的結(jié)構(gòu)、在殼體內(nèi)的具體布置方式和管子在管板上的排列等重要問題都沒有提出明確的方案(專利號=94225614. U)，無法滿足換熱器實(shí)際生產(chǎn)和使用的技術(shù)要求。其他概念性設(shè)計(jì)也存在換熱管結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造困難、難以承受高壓等突出的問題，且殼側(cè)結(jié)構(gòu)無法滿足水-水換熱的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用場合僅限于汽車廢氣的冷卻系統(tǒng)(專利號200610165381. 4)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有很強(qiáng)的換熱能力的波浪管折流柵式方形換熱器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是包括殼體、換熱管、上管板、下管板，殼體、上管板、下管板組成密閉空間，上管板左側(cè)設(shè)置密閉的上封頭，下管板右側(cè)設(shè)置密閉的下封頭，上封頭上設(shè)置管側(cè)進(jìn)口，下封頭上設(shè)置管側(cè)出口，換熱管安裝在密閉空間里，換熱管的兩端分別安裝在上管板和下管板里，并分別連通上封頭和下封頭，在殼體上上管板的右方設(shè)置殼側(cè)出口管，下管板的左方設(shè)置殼側(cè)進(jìn)口管，殼體里安裝用于支撐換熱管的折流柵，折流柵包括折流圈和安裝在折流圈里的支撐桿，上管板和下管板之間安裝用于固定折流柵的拉桿。本發(fā)明還可以包括1、所述的折流柵包括橫向折流柵和縱向折流柵，橫向折流柵的支撐桿與縱向折流柵的支撐桿的夾角為90度，橫向折流柵的支撐桿與縱向折流柵的支撐桿均與殼體的軸向垂直。2、所述的換熱管的外形為波浪形，其軸線由彎曲弧度相等的圓弧組成，彎曲弧度介于10度 90度之間，換熱管均勻分布于上管板、下管板和殼體組成的密閉空間里。3、兩個(gè)橫向折流柵和兩個(gè)縱向折流柵組成一組折流柵，兩個(gè)橫向折流柵在水平方向上分別支撐奇數(shù)排和偶數(shù)排的換熱管，兩個(gè)縱向折流柵在豎直方向上分別支撐奇數(shù)列和偶數(shù)列的換熱管。4、支撐桿直徑等于波浪管間距。5、每組折流柵的兩個(gè)橫向折流柵的支撐桿分別頂在波浪管的波峰下方或壓在波谷上方。6、折流柵與殼體之間還安裝直線形換熱管。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1.波浪管的波浪形結(jié)構(gòu)可使管內(nèi)流體流動時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流，從而顯著強(qiáng)化管內(nèi)換熱；而對于殼側(cè)而言，密集的波浪結(jié)構(gòu)可以對殼程流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪混作用，使換熱大大增強(qiáng)；此外，當(dāng)管束長度相同時(shí)，波浪管的實(shí)際長度要遠(yuǎn)大于直管長度，由此可帶來換熱面積的大幅提升，從而起到附加的強(qiáng)化作用。2.波浪管的加工方法簡單，不破壞換熱管機(jī)械結(jié)構(gòu)，對其機(jī)械性能影響較小，可以滿足光滑直管所適用的工作環(huán)境；管子的波浪結(jié)構(gòu)，可以通過適當(dāng)?shù)男巫兾赵诠茏邮軣岵痪鶆驎r(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力；流體流經(jīng)波浪結(jié)構(gòu)時(shí)，流動方向不斷改變，產(chǎn)生的沖刷作用可以抑制管道表面污垢的沉積，具有良好的自清潔能力。3.利用折流柵作為傳熱管間支撐部件，使波浪管換熱器的加工成本大大降低，安裝工藝方便可行；相對于傳統(tǒng)的圓形折流柵設(shè)計(jì)，本發(fā)明提出的方形折流柵對波浪管的彎曲弧度和方形殼體具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，使換熱器結(jié)構(gòu)更加緊湊；在殼程流體流經(jīng)折流柵時(shí)會發(fā)生渦流流動及文丘里效應(yīng)，使殼程流體獲得良好的紊流狀態(tài)，減少了橫掠管束時(shí)的流動死區(qū)和漏流損失，強(qiáng)化了殼側(cè)的換熱。4.利用折流柵作為傳熱管間支撐部件，使殼程流體介質(zhì)能夠沿“列管束”延伸方向流動，可顯著降低殼程壓降，降低了殼側(cè)的泵功，節(jié)約能源，或允許殼程流體有較高的流速通過，在一定程度上減輕了因油污等雜質(zhì)附著管壁而影響傳熱效果的現(xiàn)象，并能較好地減輕誘導(dǎo)振動，保證管束的牢固穩(wěn)定，減少管束、管壁磨損和管子與管板聯(lián)接處的應(yīng)力及疲勞損壞，延長設(shè)備的正常使用壽命。5.折流柵各邊外側(cè)根據(jù)實(shí)際情況需要可加焊一定數(shù)量的拉桿以起到固定折流柵和減少旁通流量的作用，并在折流柵外側(cè)與拉桿同一排或列的剩余空間，布置一定數(shù)量的直管換熱管，充分利用殼體內(nèi)空間，增加換熱面積，也能減少旁通流量。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為波浪形換熱管示意圖；圖3為折流柵結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為單根管支撐方式示意圖；圖5為管束部分裝配3D示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 5，本發(fā)明的波浪管折流柵式方形換熱器，包括方形殼體1、殼側(cè)進(jìn)口管2、殼側(cè)出口管3、換熱管束4、上封頭5、下封頭6、管板7、8、橫向折流柵9D，9U、縱向折流柵10R、10L、管側(cè)進(jìn)口 11、管側(cè)出口 12和拉桿13。殼體I上殼的側(cè)進(jìn)口管2和殼側(cè)出口管3采用側(cè)進(jìn)側(cè)出形式，安裝在殼側(cè)兩端靠近下封頭6和上封頭5的位置，沿與殼體垂直方向流入和流出殼側(cè)空間，殼側(cè)進(jìn)口管2和殼側(cè)出口管3之間的夾角依據(jù)安裝要求可以為任意角度，管側(cè)進(jìn)口管11和管側(cè)出口管12分別位于上封頭5和下封頭6的中心，換熱管束依靠橫向折流柵9D，9U和縱向折流柵10R、IOL支撐，換熱器的殼程流體和管程流體采用逆流方式進(jìn)行換熱。在進(jìn)行熱交換時(shí)，殼程流體由殼側(cè)進(jìn)口管2流入，在外掠管束4完成換熱后由殼側(cè)出口管3流出；管程流體由管側(cè)進(jìn)口 11流入上封頭5，經(jīng)管板7上的傳熱管接口流入管束4,在管內(nèi)完成換熱后由管板8上的傳熱管接口流入下封頭6,最后由管側(cè)出口管12流出換熱器。結(jié)合附圖2所示的波浪形換熱管示意圖，換熱器內(nèi)使用的波浪管由兩端的直管段和中間的彎管段組成，其中直管段的長度略大于管板的厚度，而彎管段由若干彎曲弧度相等的圓弧組成，彎曲弧度一般在60°以下。波浪管的彎管段分為若干周期，每一周期內(nèi)包括一個(gè)正向彎曲的圓弧結(jié)構(gòu)和一個(gè)反向彎曲的圓弧結(jié)構(gòu)，且所有的圓弧結(jié)構(gòu)處于同一平面內(nèi)。波浪管可通過彎管機(jī)械對光管進(jìn)行多次彎曲加工得到。結(jié)合附圖3所示的折流柵結(jié)構(gòu)示意圖，折流柵由外圍的折流圈和中間的支撐桿組成，折流柵四塊為一組支撐，分為兩塊橫向折流柵9D，9U和縱向折流柵10R、10L，每塊折流柵的結(jié)構(gòu)及尺寸由管束的實(shí)際排布情況決定，折流圈形式分為桿式、板式、帶式，多為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，可有棒材或板材機(jī)械加工而成；本發(fā)明設(shè)計(jì)了方形折流圈，方形結(jié)構(gòu)更能適應(yīng)波浪管存在的弧度和方形殼體結(jié)構(gòu)，使換熱器更加緊湊；支撐桿通過焊接固定在折流圈上，相鄰折流柵用拉桿固定。結(jié)合附圖4所示的單根管支撐方式示意圖，橫向折流柵的支撐桿與波浪管彎曲圓弧所在的平面垂直，縱向折流柵的支撐桿與波浪管彎曲圓弧所在的平面平行，兩塊橫向折流柵的支撐桿頂在波浪管的波峰下方，或壓在波谷上方，分別提供奇數(shù)管排和偶數(shù)管排的水平支撐，另兩塊縱向折流柵中的折流桿分別提供奇數(shù)管排和偶數(shù)管排的豎直支撐，保證每根波浪管能被四塊折流柵的四根折流桿從四個(gè)方向?qū)⑵淅卫喂潭?。結(jié)合附圖5所示管束部分裝配3D示意圖，裝配時(shí)先在一側(cè)固定管板上布置波浪管管束、直管換熱管及拉桿，再將折流圈套入管束，通過拉桿焊接固定，從換熱管束的多個(gè)方向插入支撐桿，然后將支撐桿與折流圈焊接組成折流柵。用支撐桿去穿插已定位的波浪管，使波浪管折流柵式換熱器的組裝變得簡便易行；在折流柵各邊外側(cè)裝有拉桿，這樣不但可以對折流柵起到固定作用，而且填補(bǔ)了管束周圍的殼程空間，減少了旁通流量，同時(shí)布置在折流柵外側(cè)的直管換熱管增加了殼內(nèi)空間的利用率，增加換熱面積，使換熱器的換執(zhí)能力有了進(jìn)一步的提升。
權(quán)利要求
1.波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是包括殼體、換熱管、上管板、下管板，殼體、上管板、下管板組成密閉空間，上管板左側(cè)設(shè)置密閉的上封頭，下管板右側(cè)設(shè)置密閉的下封頭，上封頭上設(shè)置管側(cè)進(jìn)口，下封頭上設(shè)置管側(cè)出口，換熱管安裝在密閉空間里，換熱管的兩端分別安裝在上管板和下管板里，并分別連通上封頭和下封頭，在殼體上上管板的右方設(shè)置殼側(cè)出口管，下管板的左方設(shè)置殼側(cè)進(jìn)口管，殼體里安裝用于支撐換熱管的折流柵，折流柵包括折流圈和安裝在折流圈里的支撐桿，上管板和下管板之間安裝用于固定折流柵的拉桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是所述的折流柵包括橫向折流柵和縱向折流柵，橫向折流柵的支撐桿與縱向折流柵的支撐桿的夾角為90度，橫向折流柵的支撐桿與縱向折流柵的支撐桿均與殼體的軸向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是所述的換熱管的外形為波浪形，其軸線由彎曲弧度相等的圓弧組成，彎曲弧度介于10度 90度之間，優(yōu)選60度以下，換熱管均勻分布于上管板、下管板和殼體組成的密閉空間里。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是兩個(gè)橫向折流柵和兩個(gè)縱向折流柵組成一組折流柵，兩個(gè)橫向折流柵在水平方向上分別支撐奇數(shù)排和偶數(shù)排的換熱管，兩個(gè)縱向折流柵在豎直方向上分別支撐奇數(shù)列和偶數(shù)列的換熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是支撐桿直徑等于波浪管間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是每組折流柵的兩個(gè)橫向折流柵的支撐桿分別頂在波浪管的波峰下方或壓在波谷上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波浪管折流柵式方形換熱器，其特征是折流柵與殼體之間還安裝直線形換熱管。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供波浪管折流柵式方形換熱器，包括殼體、換熱管、上管板、下管板，殼體、上管板、下管板組成密閉空間，上管板左側(cè)設(shè)置密閉的上封頭，下管板右側(cè)設(shè)置密閉的下封頭，上封頭上設(shè)置管側(cè)進(jìn)口，下封頭上設(shè)置管側(cè)出口，換熱管安裝在密閉空間里，換熱管的兩端分別安裝在上管板和下管板里，并分別連通上封頭和下封頭，在殼體上上管板的右方設(shè)置殼側(cè)出口管，下管板的左方設(shè)置殼側(cè)進(jìn)口管，殼體里安裝用于支撐換熱管的折流柵，折流柵包括折流圈和安裝在折流圈里的支撐桿。本發(fā)明在殼程流體流經(jīng)方形折流柵時(shí)會發(fā)生渦流流動及文丘里效應(yīng)，使殼程流體獲得良好的紊流狀態(tài)，減少了橫掠管束時(shí)的流動死區(qū)和漏流損失，強(qiáng)化了殼側(cè)的換熱。
文檔編號F28D7/00GK103047882SQ20131001099
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者范廣銘, 孫中寧, 張東洋, 徐慧強(qiáng), 閻昌琪, 孫立成, 曹夏昕, 王建軍, 丁銘, 谷海峰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)