專利名稱:使用雙重支承帶的棒條擋環(huán)熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及熱交換器,更具體地(但不是用于限制)涉及棒條擋環(huán)熱交換器。
棒條擋環(huán)熱交換器是使用棒條擋環(huán)支承管及把管固定防止震動的外殼—管型熱交換器,另外,棒條擋環(huán)可用來糾正外殼側(cè)流體流動的分布不均及糾正造成更湍流的外殼側(cè)流動。術(shù)語“擋環(huán)”代表一個圓形環(huán),多個支承棒的端部連接在環(huán)內(nèi),因此也有術(shù)語“棒條擋環(huán)”。
在某些應(yīng)用中,如表面冷凝器和電廠的應(yīng)用中,減小在棒條擋環(huán)熱交換器內(nèi)的軸的流動的外殼側(cè)壓力損失很關(guān)建。減小外殼側(cè)的壓力損失可以通過增加棒條擋環(huán)間隙,因而減小棒條擋環(huán)的數(shù)目來完成,或者通過增加管心距(也就是在兩行相鄰管之間管心測量的距離)減少管的數(shù)目來完成。增加擋環(huán)間距通常不是可行的選擇方案,因?yàn)樵黾訐醐h(huán)間隙有可能誘導(dǎo)流動的管的震動增加。通過增加管心距尺寸減小管的數(shù)目使得棒條擋環(huán)之間的縱向流動的外殼側(cè)壓力損失降低,但是要求過大的支承棒直徑,在一般的棒條擋環(huán)設(shè)計中支承棒直徑必須等于管心距減去管的外徑。支承棒直徑的增加使得增加棒條擋環(huán)壓力損失,這樣可以減少管量補(bǔ)償縱向流動、外殼側(cè)壓力損失的任何降低。因此,在棒條擋環(huán)熱交換器中減少縱向流動、外殼側(cè)壓力損失而沒有明顯增加棒條擋環(huán)壓力損失及沒有增加流動導(dǎo)致管振動發(fā)生的可能性,是有利的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種棒條擋環(huán)熱交換器,與現(xiàn)有技術(shù)的棒條擋環(huán)熱交換器相比降低了外殼側(cè)壓力損失,避免增加流動導(dǎo)致的管振動發(fā)生的可能性。
本發(fā)明的另一個目的是增加棒條擋環(huán)熱交換器的管心距的尺寸,而沒有明顯增加支承棒造成的縱向流動外殼側(cè)壓損失。
按照本發(fā)明,提供了一種棒條擋環(huán)熱交換器,概括多根平行的管,具有一公共的對齊軸線,管設(shè)置成多個管行,在相鄰的管行之間形成通道;一個環(huán)包住所述的多根管;和多個支承件,設(shè)置在至少所述的通道一部分,各支承件具有一個第一帶、一個第二帶及多個支承柱,其中所述的第一帶有第一端和第二端,它們固定到所述的環(huán)上,使得第一帶沿著所述的環(huán)的第一弦延伸,而所述的第一弦位于在相鄰的管行之間的一個所述的通道,使得第一帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第一行中所有的管接觸,而所述的第二帶有第一端和第二端,它們固定到所述的環(huán)上,使得第二帶沿著所述的環(huán)的第二弦延伸,而所述的第二弦位于在相鄰管行之間的一個所述的通道,使得第二帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第二行中所有的管接觸,所述的支承撐柱沿著所述的第一帶和第二帶間隔設(shè)置,使得各支承撐柱在第一帶和第二帶之間延伸,其第一端固定到第一帶而第二端固定到第二端下面通過附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明,附圖中
圖1是本發(fā)明的外殼管型熱交換器的側(cè)視剖面圖,部分外殼已剖去以便更清楚地示出內(nèi)部結(jié)構(gòu);圖2是沿圖1中2-2線剖取的放大的剖面圖3是按照本發(fā)明的四擋環(huán)組的正視剖圖;圖4是更清楚地示出圖2實(shí)施例中所示的棒條擋環(huán)的上部的放大的部分橫剖面圖;圖5是圖4中所用的支承元件的局部放大圖,更清楚地示出本發(fā)明的支承元件;圖6是沿圖5中6-6線剖取的橫剖面圖。
參見附圖,特別參見圖1,圖中示出外殼管型熱交換器10,其中管束12被外殼14包住。管束12的管28被多個棒條擋環(huán)組件16、18、20和22支承著。一種流體通過進(jìn)口26進(jìn)入外殼和管熱交換器10的外殼側(cè),在與管28中流體熱交換后通過出口30離開外殼側(cè)。流過熱交換器管側(cè)的流體通過進(jìn)口32進(jìn)入熱交換器的端蓋38,并通過出口34離開熱交換器的蓋44。流體以由熱交換器端蓋38和管板40限定的端室36流過管28,流入類似的由端蓋44和另一管板46限定的相對的端室42。
管28可設(shè)成如圖2所示的正方形圖案。管28被多個棒條擋環(huán)組件16、18、20和22保持在位。在圖2所示的實(shí)例,這些棒條擋環(huán)組件各包括一個擋環(huán)48和多個擋環(huán)支承件50,支承件50成成對的支承帶形式,它們的相對端固定到擋環(huán)48上,并且均勻地分布,使它們在各成對平行的管28行之間延伸。
典型地,擋環(huán)支承件50是水平延伸(如圖2所示),或者它們可垂直延伸。一般,外殼和管熱交換器有一系列棒條擋環(huán)組件,至少一部分棒條擋環(huán)組件有水平延伸的擋環(huán)支承件,至少一部分擋環(huán)組件有垂直延伸的擋環(huán)支承件。最好,外殼和管熱交換器10有一個四個擋環(huán)的組,它包括兩個垂直桿擋環(huán)組件和兩個水平桿擋環(huán)組件,擋環(huán)支承件50相互隔開使得它們在交替的成對的垂直或水平的平行管28行之間延伸。另外,成對水平的棒條擋環(huán)組件應(yīng)使擋環(huán)支承件50設(shè)置成使得擋環(huán)支承件50在它們之間延伸的管行不是同一管行用于兩個水平的棒條擋環(huán)組件。類似地,垂直棒條擋環(huán)組件的擋環(huán)支承件50使擋環(huán)支承件50設(shè)置成是擋環(huán)支承件50在其中延伸的管行不是同一管行用于兩個垂直的棒條擋環(huán)組件。這種四擋環(huán)組允許有適當(dāng)?shù)墓苤С?,而減小支承棒對外殼側(cè)壓力損失。在圖3中示出了一個四擋環(huán)組。
圖3示出第一棒條擋環(huán)組件16,第二棒條擋環(huán)組件18,第三棒條擋環(huán)組件20和第四棒條擋環(huán)組件22。棒條擋環(huán)組件16、20包含水平擋環(huán)支承件50,而棒條擋環(huán)組件18、22包含垂直擋環(huán)支承件50。但是應(yīng)注意棒條擋環(huán)組件20的支承件50在其之間延伸的管行28不是在棒條擋環(huán)組件16的支承年50在其之間延伸的管行28,棒條擋環(huán)組件20的擋環(huán)支承件50設(shè)置在棒條擋環(huán)組件16開口的及未支承的水平管行之間。另外也可注意到棒條擋環(huán)組件22的支承件50在其之間延伸的管行不是棒條擋環(huán)組件18的支承件50在其之間延伸的管行。棒條擋環(huán)組件22的支承件50設(shè)置在棒條擋環(huán)組件18中開口的及未支承的垂直管行之間。因此,該四個擋環(huán)一起對各管28的四側(cè)提供了徑向支承。
棒條擋環(huán)組件的該四個擋環(huán)組在DS5139084和US4398595中有更詳細(xì)的說明,該兩文件結(jié)合作為參考文件。
另外,可以設(shè)置交叉支承件(未示出)未對管28加上進(jìn)一步的支承。在設(shè)計上,交叉支承件可類似于支承件50,但是垂直與擋環(huán)連接地延伸跨過擋環(huán),支承件50也連接在其上。
下面轉(zhuǎn)向圖4、5、6,可很好地看到圖2、3中示出的擋環(huán)支承件50。擋環(huán)支承件50成雙支承帶的形式,包括第一棒條(或帶)52,和一第二棒條(或帶)54及多個支承撐柱56。第一帶52、第二帶54及一對支承撐柱56一起限定了一個通道58,外殼側(cè)流體可流經(jīng)其中。
第一帶52的端頭用適合的方法(如焊接)與擋環(huán)48連接。類似地,第二帶54的端頭也與擋環(huán)48連接。各對帶,第一帶52和第二帶54各設(shè)置成使得第一帶52沿著擋環(huán)的第一弦延伸,該弦位于兩相鄰管行之間的通道,使得第一帶52與一條管行中所有的管子接觸,而第二帶54處在同一通道中與另一條管行中所有的管子接觸,這樣,第一帶52與一條管行的管接觸并支承它們,而第二帶54與另一條管行的管接觸并支承它們。支承撐柱56在第一和第二帶之間間隔設(shè)置,每個支承撐柱從第一帶延伸到第二帶,其第一端固定到第一帶52,而第二端固定到第二帶54。撐柱56可用合適的方法(如焊接)與各帶連結(jié)。通過撐柱56給擋環(huán)支承件的剛性增大到比單用第一及第二帶大使得擋環(huán)支承件有結(jié)構(gòu)整體性。撐柱56提供的結(jié)構(gòu)支承力在撐柱位置最大。因此,最好把撐柱56設(shè)在各管的位置使得它們提供對抗管振動的最大支承力。
第一及第二帶的厚度W應(yīng)該選擇得能保證對管28的適當(dāng)支承并使第一帶52、第二帶54及撐柱56限定的通道58最大。使通道58面積最大則可得到外殼側(cè)流體的最大流量,因此使流動沿縱向外殼側(cè)壓力損失最小。雖然單個支承桿的厚度W可以改變以便使結(jié)構(gòu)支承力最大而外殼側(cè)壓力損失最小,但是厚度W最好為相鄰兩管行之間的間距d的約10%到約40%,較好為約20%到約30%,最好為約25%。間距d可由管心距P減去管外徑得到。于是,間隙最大又能保證對管28有足夠的支承力,按照本發(fā)明的支承件將比實(shí)心的桿或支承件有較小的縱向流動外殼側(cè)壓力降,并仍能固定管子對抗振動。
為了組裝熱交換器10,管28插進(jìn)間隔的擋環(huán)組件16、18、20、22等(如圖1所示)。這樣,管28被擋環(huán)組件16、18、20、22的擋環(huán)支承件50支承著。隨后管28的端頭容納穿過設(shè)在管板40、46中的相應(yīng)的孔中。在合適地放置后,管28固定到管板40、46,各管的各端與各管板相應(yīng)的孔形成流體的密封件。
另外,在把管28插進(jìn)穿過擋環(huán)組件以前可把各管28的第一端固定到管板40上,與管板40的相應(yīng)的孔形成流體的密封件。在把管28插進(jìn)穿過擋環(huán)組件后,各管28的第二端固定到管板46,各管28的第二端與管板46的相應(yīng)的孔形成流體的密封件。
這樣裝配好的管束12插進(jìn)外殼14的開口端,并適當(dāng)?shù)胤胖迷诶锩妫@時用合適的端蓋38、44封住外殼14的開口端。
本專業(yè)的技術(shù)人員可對本發(fā)明作出合理的改變及改型而仍在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置,包括多根平行的管,具有一公共的對齊軸線管設(shè)置成多個管行,在相鄰的管行之間形成通道;一個環(huán)包住所述的多根管;和多個支承件,設(shè)置在至少所述的通道一部分,各支承件具有一個第一帶、一個第二帶及多個支承撐柱,其中所述的第一帶有第一端和第二端,它們固定到所述的環(huán)上,使得第一帶沿著所述的環(huán)的第一弦延伸,而所述的第一弦位于在相鄰的管行之間的一個所述的通道,使得第一帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第一行中所有的管接觸,而所述的第二帶有第一端和第二端,它們固定到所述的環(huán)上,使得第二帶沿著所述的環(huán)的第二弦延伸,而所述的第二弦位于在相鄰管行之間的一個所述的通道,使得第二帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第二行中所有的管接觸,所述的支承撐柱沿著所述的第一帶和第二帶間隔設(shè)置,使得各支承撐柱在第一帶和第二帶之間延伸,其第一端固定到第一帶而第二端固定到第二帶。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于所述的環(huán)位于與對齊所述的多根管的所述的公共軸線相垂直的平面內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于所述的支承撐柱設(shè)在各管的位置。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于包括至少四個所述的環(huán),各有固定其上的多個所述的支承件,使得所述的環(huán)和所述的支承件一起形成一個四擋環(huán)的組使得各管的四側(cè)有徑向支承。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于所述的第一帶和所述的第二帶各有厚度為相鄰管行之間的間距的約10%-40%。
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于所述的第一帶和所述的第二帶各有厚度為相鄰管行之間的間距的約20%-30%。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于所述的第一帶和所述的第二帶各有厚度約為相鄰管行之間的間距的25%。
8.一種裝置,包括多根平行的管,具有一公共的對齊軸線,管設(shè)置成多個管行,在相鄰的管行之間形成通道;多個環(huán),分別在與所述的公共的對齊軸線成正交的平面中包住所述的多根管;多個支承件,設(shè)置在相鄰的管行之間,各支承件具有一個第一帶,其厚度為相鄰的管行之間的間距的約25%,和一個第二帶,其厚度為相鄰的管行之間的間距的約25%,和多個支承撐柱,其中所述的第一帶有第一端和第二端,它們固定到所述的一個環(huán)上,使得第一帶沿著所述的環(huán)的第一弦延伸,而所述的第一弦位于在相鄰的管行之間的一個所述的通道,使得第一帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第一行的所有的管接觸,而所述的第二帶有第一端和第二端,它們固定到所述的環(huán)上,使得第二帶沿著所述的環(huán)的第二弦延伸,而所述的第二弦位于在相鄰的管行之間的一個所述的通道,使得第二帶與構(gòu)成所述的通道的相鄰的管行中的第二行的所有的管接觸,所述的支承撐柱在各管的位置沿著所述的第一帶和第二帶間隔設(shè)置,各支承撐柱有第一端和第二端,其第一端固定到所述的第一帶,而第二端固定到所述的第二帶,所述的環(huán)和所述的支承件一起構(gòu)成一個四擋環(huán)組使得各管的四側(cè)有徑向支承。
全文摘要
公開了一種使用改進(jìn)棒條擋環(huán)的棒條擋環(huán)熱交換器。改進(jìn)的棒條擋環(huán)具有一個擋環(huán)及支承件,支承件包括第一帶和第二帶,各帶與環(huán)連接,并橫穿過環(huán),使得各帶支承一個鄰近的管行。支承撐柱與第一帶和第二帶連接,并在它們之間延伸。本發(fā)明改進(jìn)的棒條擋環(huán)比實(shí)心的支承件減小了縱向流動,外殼側(cè)的壓力降。
文檔編號F28F9/013GK1193723SQ96100628
公開日1998年9月23日 申請日期1996年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月10日
發(fā)明者塞西爾·C·金特里 申請人:菲利浦石油公司