專利名稱：殼管式換熱器管間的傳熱強(qiáng)化與支撐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于殼管式換熱器的管間支撐與傳熱強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。
美國Phillips石油公司于1971.1.11申請(qǐng)了折流柵換熱器US3，708，142，它很好的解決了傳熱管振動(dòng)問題，并且在高Re下有較好的強(qiáng)化傳熱之效果。但是，絕大多數(shù)殼管式換熱器并非在那樣高的Re下運(yùn)行，因而傳熱管振動(dòng)問題不是實(shí)際運(yùn)行中的主要問題，而折流柵結(jié)構(gòu)的傳熱強(qiáng)化效果不佳，并且制造與組裝復(fù)雜，材料消耗多，工時(shí)費(fèi)用高。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效殼管式換熱器可在管外雷諾數(shù)Re不太高工況下適用，并且又制造簡(jiǎn)便，消耗材料少、流體阻力低的傳熱強(qiáng)化與管間支撐結(jié)構(gòu)。在這種新型結(jié)構(gòu)中，沒有傳統(tǒng)的折流板，管外流體幾乎消除了誘導(dǎo)傳熱管振動(dòng)的橫向流動(dòng)而變?yōu)槠叫械目v向流動(dòng)，另外圓柱彈簧本身給傳熱管以橫向支撐約束與減振作用。運(yùn)行時(shí)管外流體沿程受到圓柱彈簧的不斷擾動(dòng)，因而使近鄰傳熱管外壁面區(qū)傳熱得到有效強(qiáng)化；由于圓柱彈簧絲徑不大，對(duì)中心流體不構(gòu)成阻力，因而這種結(jié)構(gòu)的阻力相當(dāng)?shù)汀?br> 本實(shí)用新型采用普通的圓柱彈簧作為殼管式換熱器管外傳熱強(qiáng)化與傳熱管管間支撐的結(jié)構(gòu)元件。彈簧絲徑d在(0.5～2.0)mm之間。彈簧的螺距H為傳熱管外徑D0的(0.2～0.8)倍。傳熱管正方形均布管間距t1時(shí)，彈簧外徑D為
t1－D0－(0～1.2)mm，傳熱管三角形均布管間距為t2時(shí)，彈簧外徑D為(0.577t2～0.5D0)－(0～1.2)mm，使彈簧盡可能地與傳熱管外表接觸或接近，并且方便實(shí)際組裝。彈簧的長度接近傳熱管，彈簧的兩頭(至少有一頭)有帶彎鉤的直柄段，以便拉伸成形與軸向定位，又有利于流體的均勻分布。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)(d，H，D)和傳熱管的排布方式(正方形或三角形)的選定，均取決于管內(nèi)外的傳熱分系數(shù)之比值α1／α0與管外的Re及管外阻力降允許值［△P］。


圖1為用圓柱彈簧作為管外傳熱強(qiáng)化與管間支撐結(jié)構(gòu)元件的殼管式換熱器的組裝示意縱剖圖。圖中傳熱管(1)，彈簧(2)，彈簧直柄段(3)。
圖2為
圖1所示換熱器組裝方式的橫剖局部放大圖，表示傳熱管(1)以管間距t1作正方形排布時(shí)與彈簧(2)的組裝方式。
圖3為
圖1所示換熱器組裝方式的橫剖局部放大圖，表示傳熱管(1)以管間為t2呈等邊三角形排布時(shí)與彈簧(2)的組裝方式。
圖4為彈簧(2)的示意圖，彈簧(2)至少一頭帶有拉伸成形組裝與定位用的直柄段(3)。
圖5表示三種不同結(jié)構(gòu)換熱器的綜合性能(α／△P－Re)實(shí)驗(yàn)曲線。圖中111＃，114＃表示本發(fā)明設(shè)計(jì)的換熱器，211＃，214＃表示折流柵換熱器，311＃，314＃表示折流板換熱器，由圖可見本發(fā)明比折流柵、折流板結(jié)構(gòu)均好。另外，設(shè)計(jì)計(jì)算表明本發(fā)明的管間彈簧耗用材料只需折流柵、折流板的1／5以下，組裝工時(shí)也只需折流柵的1／5以下。
發(fā)明人曾有如下實(shí)施例傳熱管為外徑D0＝25mm的銅管，傳熱管有正方形排布，也有等邊三角形排布，其管間距t1＝t2＝32mm，管內(nèi)為空氣被加熱，管外為水蒸汽加熱。傳熱管長1000mm，圓柱彈簧的鋼絲直徑d分別為0.6，0.8，1.0，1.2，1.5，2.0mm；彈簧的螺距H在(0.2～0.8)DO范圍內(nèi)變化；彈簧長度約800mm，彈簧的直柄段長約100mm，按圖3與圖4所示的方式組裝。先后對(duì)十多種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的裝置進(jìn)行傳熱試驗(yàn)，測(cè)量表明傳熱強(qiáng)化效果好，殼程阻力降低，其綜合性能指標(biāo)(α／△P)比傳統(tǒng)的折流板結(jié)構(gòu)要高(當(dāng)Re＝9000時(shí)要高125％～170％)，比折流桿結(jié)構(gòu)也要高(當(dāng)Re＝9000時(shí)要高50％～80％)。(注對(duì)比的折流板換熱器結(jié)構(gòu)為37管φ25×2.5×2.5×2000，折流板板間距400mm；對(duì)比的折流桿換熱器結(jié)構(gòu)為37管φ25×2.5×2.5×2000，折流柵柵距為80mm。兩者的傳熱試驗(yàn)均為水蒸汽→銅管→空氣。這些數(shù)據(jù)引自《石油化工設(shè)備》1988，V17，n1，P8，圖3，4，5，6和《化工煉油機(jī)械》1983，n2，p6，表3，圖7)
權(quán)利要求1.一種殼管式換熱器管間傳熱強(qiáng)化與支撐的結(jié)構(gòu)元件，其特征在于結(jié)構(gòu)元件的形狀為圓柱彈簧，其外徑(D)由傳熱管外徑(Do)和管間距離(t)決定，在傳熱管以管間距t1正方形排布時(shí)圓柱彈簧的外徑D=(
t1-DO(0～1.2))mm，在傳熱管以管間距t2等邊三角形排布時(shí)為D=0.577t2-0.5Do-(0～1.2)mm；圓柱彈簧螺距H=(0.2～0.8)Do；圓柱彈簧絲徑為d，d=(0.5～2.0)mm；圓柱彈簧安裝在傳熱管之間的空隙處，圓柱彈簧的外表面與傳熱管外表面或接觸或接近。
專利摘要本實(shí)用新型采用圓柱彈簧作為殼管式換熱器管外傳熱強(qiáng)化與支撐的結(jié)構(gòu)元件。傳熱管的排列方式、圓柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)(絲徑d與螺距H)取決于α
文檔編號(hào)F28D7/00GK2157476SQ93233429
公開日1994年2月23日 申請(qǐng)日期1993年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月10日
發(fā)明者俞秀民, 吳金香, 劉吉甫, 朱瑞林, 吳娟媛 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)