本發(fā)明涉及換熱器技術領域，特別是涉及一種三維折流板及管殼式換熱器。

背景技術：

管殼式換熱器又稱為列管式換熱器或者列管式冷凝器，其適用于化工、石油、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、焦化等行業(yè)中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”熱交換的對流傳熱，以及蒸汽冷凝和液體蒸發(fā)等換熱冷凝流程，是應用最為廣泛的熱交換器。

管殼式換熱器一般由管束、殼體、管箱、外頭蓋等主要構件構成，管束是列管式換熱器的核心，管束通常由換熱管、折流板（或者稱為支持板）和管板組成，成排的換熱管通過折流板支持，其兩端穿進管板的管孔中與管板相連接，在保證換熱管與管板的接頭的密封性和強度的情況下，即可成為一臺管束，管束再與殼體、管箱組成完整的換熱器。其中，換熱管作為導熱元件，與折流板一起決定列管式換熱器的傳熱性能，管箱與殼體則決定列管式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。這種管殼式換熱器的制造工藝成熟，安全性能高，是在換熱設備中關鍵的能耗設備。

傳統(tǒng)技術中，普通使用在管束的折流板的結構一般為弓形折流板，或者在弓形折流板的基礎上進行改進的圓缺阻液形折流板、環(huán)盤形折流板、孔式折流板、折流桿等，這些折流板結構或多或少都存在如下不足之處：(1)由于殼程流體多次改變流動方向，容易在折流板邊緣處產生流體分離，從而增大流動阻力；(2)弓形折流板與殼體間之間存在著流動滯止死區(qū)，不僅導致傳熱效率降低，而且滯止死區(qū)的流體容易在殼側結垢；(3)對于圓缺阻液形折流板，由于圓缺區(qū)中流體呈平行于換熱管的管軸方向流動，致使傳熱性能下降；(4)對于環(huán)盤形折流板，殼程流體經折流板的多次折流會產生叉流流動，進而將減少傳熱的平均溫差；(5)當殼程的進、出口管距管板較遠時，流動停止區(qū)會變大，需增設導流筒，還得增加換熱管的有效長度；(6)對于折流桿換熱器，其在高粘度的介質中很難形成有效的卡門旋渦，進而達不到高傳熱效率的要求。

針對傳統(tǒng)的折流板存在的問題，人們采取的對策是徹底拋棄弓形折流板，采用螺旋扁管自我支持換熱管，或采用纏繞管自我支持換熱管，或把二維折流板拼成螺旋折流板支持換熱管等，這些改進結構的折流板在解決上述部分問題的同時，也帶來了使用條件的局限性、結構的復雜性、不易清洗和維修、成本高等新的問題。另外，隨著石油化工裝置的規(guī)?；l(fā)展和節(jié)能技術指標的完善，殼管式換熱器適用的公稱直徑從2600mm擴大到4000mm，結構尺寸的放大設計并不會天然地帶來線性比例增大的工藝效果，反而會放大原有的缺點，例如，在大公稱直徑的殼管式換熱器中，現(xiàn)有的折流板結構（包括傳統(tǒng)的折流板和改進后的已有的折流板），其中一部分本身不適用于大公稱直徑的殼管式換熱器，其中另一部分使得本身存在的上述問題更加突出和嚴重。因此，針對上述諸多問題和缺陷，研發(fā)一種具結構簡單、設計技術可靠、制造工藝成熟、結構成本低的折流板和殼管式換熱器，其能夠提高有效換熱面積和換熱效率，對穩(wěn)定生產和經濟效益具有重要的工程意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種能夠消除流動滯止死區(qū)、避免殼側流體結垢、加速熱交換的三維折流板。

本發(fā)明的目的之二是針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種能夠有效提高有效換熱面積和換熱效率的殼管式換熱器。

為實現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明提供以下技術方案：

提供一種三維折流板，其安裝于圓筒形的殼體內，三維折流板包括折流板主體和折邊輔體，所述折邊輔體的一側與所述折流板主體連接，所述折邊輔體的另一側為流通缺口面，所述流通缺口面與所述殼體的內壁圍成供流體流過的流通缺口，所述折流板主體與所述折邊輔體之間的夾角為a，90°＜a＜180°,所述折流板主體連接于所述殼體的內壁。

其中，所述折邊輔體與所述折流板主體的連接處為圓弧過渡。

其中，所述折邊輔體與所述折流板主體為一體成型。

其中，所述折邊輔體與所述折流板主體的連接處為尖角過渡。

其中，所述折流板主體與所述殼體的內壁之間的夾角為b，90°≤b≤135°。

其中，所述折邊輔體包括第一折邊和第二折邊，所述第一折邊的一側與所述折流板主體固接，所述第一折邊的另一側與所述第二折邊的一側固接，所述第二折邊的另一側為所述流通缺口面，所述第一折邊與所述第二折邊之間的夾角為c,135°≤c＜180°。

其中，所述流通缺口面為平面或者為圓弧面。

其中，所述流通缺口面為具有開口凹槽的齒形面，所述齒形面的每個齒頂沿垂直于所述齒形面的方向延伸有加長條。

其中，所述加長條固接有與其垂直的折流桿。

為實現(xiàn)上述目的之二，本發(fā)明提供以下技術方案：

提供一種管殼式換熱器，包括圓筒形的殼體和安裝于所述殼體內的折流板，其特征是：所述折流板為上述的一種三維折流板。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的三維折流板，其結構包括折流板主體和折邊輔體，折流板主體與折邊輔體之間的夾角為a，90°＜a＜180°，這樣流體在折邊輔體的導流下不僅能夠充分沖刷到流板主體與殼體之間的拐角處，避免出現(xiàn)低效或者無效的流體滯止死區(qū)，改善局部微觀流態(tài)，而且能夠使殼程流道形成流通面積反復縮放循環(huán)的宏觀流態(tài)，例如在折流板主體處流通面積擴大，在折邊輔體處流通面積縮小，這樣通過流通面積反復縮不僅放能夠不斷改變流動速度，進而形成紊流，從而在紊流的干擾下可以使熱交換加速，提高換熱效率，而且動態(tài)的縮放流可以沖刷垢層和雜質，減少殼體的金屬壁的熱阻。

本發(fā)明的管殼式換熱器，其通過采用上述的三維折流板，能夠使得流體形成紊流以加速熱交換，并且能夠沖刷垢層和雜質以減少殼體的金屬壁的熱阻，還能夠消除流體滯止死區(qū)，進而達到提換熱器的有效換熱面積和換熱效率的目的。

附圖說明

圖1為實施例1的一種三維折流板的結構示意圖。

圖2為實施例2的一種三維折流板的結構示意圖。

圖3為實施例3的一種三維折流板的結構示意圖。

圖4為實施例4的一種三維折流板的結構示意圖。

圖5為實施例5的一種三維折流板的結構示意圖。

圖6為實施例6的一種三維折流板的結構示意圖。

圖7為實施例7的一種三維折流板的結構示意圖。

圖8為三維折流板垂直安裝于殼體內的結構示意圖。

圖9為三維折流板傾斜安裝于殼體內的結構示意圖。

圖10為具有兩個折邊的三維折流板安裝于殼體內的結構示意圖。

圖1至圖10中的附圖標記：

1-殼體、11-殼程進口管、12-殼程出口管；

2-折流板主體；

3-折邊輔體、31-第一折邊、32-第二折邊、33-流通缺口面、34-齒牙、35-加長條、36-折流桿；

4-管孔；

5-折痕。

具體實施方式

以下結合具體實施例及附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

實施例1的一種三維折流板，如圖1和圖8所示，其安裝于圓筒形的殼體1內，三維折流板包括折流板主體2和折邊輔體3，折邊輔體3的一側與折流板主體2連接，折邊輔體3的另一側為流通缺口面33，流通缺口面33與殼體1的內壁圍成供流體流過的流通缺口，折流板主體2與折邊輔體3之間的夾角為a，90°＜a＜180°,優(yōu)選的，a=135°，這樣流體在折邊輔體3的導流下不僅能夠充分沖刷到流板主體與殼體1之間的拐角處（圖8中的a處和b處），可以避免出現(xiàn)低效或者無效的流體滯止死區(qū)，進而改善局部微觀流態(tài)，而且還能夠使殼程流道形成流通面積反復縮放循環(huán)的宏觀流態(tài)，例如圖8中在折流板主體2處流通面積擴大，在折邊輔體3處流通面積縮小，這樣通過流通面積反復縮不僅放能夠不斷改變流動速度，進而形成紊流，從而在紊流的干擾下可以使熱交換加速，提高換熱效率，而且動態(tài)的縮放流可以沖刷垢層和雜質，減少殼體1的金屬壁的熱阻。

進一步的，折邊輔體3與折流板主體2的材料及厚度可以相同也可以不同。折邊輔體3可利用傳統(tǒng)的弓形折流板為形成流通缺口而剪切掉的板料來制造，這樣可大大節(jié)省材料成本。

如圖1所示，折邊輔體3與折流板主體2的連接處為尖角過渡，這使得連接處為一條明顯的折痕5。折邊輔體3與折流板主體2可以通過角接、對接或者搭接的方式連接，當然，折邊輔體3與折流板主體2還可通過其他部件實現(xiàn)間隙連接。本實施例中，折邊輔體3與折流板主體2通過焊接固接，焊接可以是點焊、間斷焊、連續(xù)焊，單面焊或雙面焊之中的任何一種焊接方法。

如圖8和圖9所示，折流板主體2與殼體1的內壁之間的夾角為b，90°≤b≤135°，在相鄰兩個三維折流板之間的間距較小時，折流板主體2垂直安裝于殼體1的內壁，b=90°，這樣流體在折邊輔體3的導流下，流體可以充分沖刷到圖8中a處和b處飛拐角，進而可避免出現(xiàn)低效或者無效的流動死區(qū)，但是流體對沒有折邊輔體3導流的圖8中c處和d處的拐角沖刷力有限，為此，將折流板主體2傾斜安裝于殼體1的內壁，如圖9所示，b=135°，其適用于在相鄰兩個三維折流板之間的間距較大時，這樣流體在折邊輔體3的導流下，流體可以充分沖刷到圖9中a處和b處拐角，還可以沖刷的圖9中c處，但去卻不能充分沖刷圖9中d處的拐角。

如圖10所示，為使流體能夠充分沖刷到折流板主體2與殼體1所形成的所有拐角處，將折邊輔體3設計成包括第一折邊31和第二折邊332，第一折邊31的一側與折流板主體2固接，第一折邊31的另一側與第二折邊332的一側固接，第二折邊332的另一側為流通缺口面33，第一折邊31與第二折邊332之間的夾角為c,135°≤c＜180°，優(yōu)選的，c=135°，這樣流體在折邊輔體3的導流下，流體可以充分沖刷到圖10中a處和b處拐角，還可以沖刷的圖10中c處和d處的拐角，進而在殼體1內可以形成周期性收縮流通面積的流道，提高沖向拐角的流速，提高換熱效率，還可避免出現(xiàn)低效或者無效的流動死區(qū)。當然，具有雙折邊的折邊輔體3既可包括在同一個折彎方向的兩次折邊，也包括兩個折邊朝向相反的方向，即正折邊和反折邊。當然，一折邊的三維折流板和二折邊的三維折流板可以同時安裝于有個殼體1內，二折邊的三維折流板多用于靠近殼體1的兩端部。

本實施例中，折流板主體2和折邊輔體3的管孔4都可為橢圓孔或圓孔，以便于換熱管安裝于三維折流板，并且管孔4均勻排布于折流板主體2和折邊輔體3上。

本實施例中，如圖1所示，折流板主體2和折邊輔體3都為平面板，流通缺口面33為平面。

如圖8-10所示，本實施例的三維折流板不僅可以應用于管殼式換熱器，也可應用于浮頭式換熱器或者固定管板式換熱器，還可應用于殼程流體是液體或氣體的換熱器，且特別適用于大直徑、低流速或兩者兼具的管殼式換熱器。當殼體1的側部的殼程進口管11和殼程出口管12都距管板較遠時，采用上述的三維折流板，就不再需要增設導流筒，即可通過折流輔體引導流體到達管板的背面，進而簡化了換熱器結構。另外，對于傳統(tǒng)的換熱器，只需更換其中的管束（管束包括換熱管、折流板和管板），即可達到增強了換熱器的傳熱效果，進而提高換熱效率，這樣使得換熱器的技術升級操作簡便易行，并且成本投入少切節(jié)能效果顯著。

實施例2

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之二，如圖2所示，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例1中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，折邊輔體3與折流板主體2的連接處為圓弧過渡，這樣折邊輔體3與折流板主體2的連接處沒有明顯的折痕5，并且折邊輔體3與折流板主體2為一體成型，這樣可省去焊接工藝，并且使得整個三維折流板的結構強度增強。

實施例3

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之三，如圖3所示，本實施例的主要技術方案與實施例1相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例1中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，折流板主體2和折邊輔體3的管孔4呈三角形均勻排布，流通缺口面33為具有開口凹槽的齒形面，換熱管內置于開口凹槽內。由于齒形面是把管孔4剖成兩部分而形成，齒形面的齒牙34形成換熱管之間的管橋，這樣可有效對改善原來流動死區(qū)的流態(tài)，強化換熱效果，但是齒牙34存在尖銳的切邊，當換熱管振動時容易被齒牙34切邊磨損穿孔，因此需對尖銳的切邊修磨圓滑，以保護換熱管。

實施例4

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之四，如圖4所示，本實施例的主要技術方案與實施例3相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例3中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例3的區(qū)別在于，對于流通缺口面33要為齒形面的三維折流板，為了避免齒形尖銳的切邊磨損換熱管，可以把齒牙34之間的尺寸適當加大，使換熱管不接觸齒牙34的尖銳切邊，以防止換熱管振動時被齒牙34切邊磨損穿孔。

實施例5

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之四，如圖5所示，本實施例的主要技術方案與實施例4相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例4中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例4的區(qū)別在于，為進一步優(yōu)化流通缺口面33要為齒形面的三維折流板，防止換熱管振動時被齒形切邊磨損穿孔，在齒形面的每個齒頂沿垂直于齒形面的方向延伸有加長條35，這些加長條35不僅可以避免齒形尖銳的切邊磨損換熱管，還可進一步強化三維折流板的導流功能。

實施例6

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之四，如圖6所示，本實施例的主要技術方案與實施例5相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例5中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例5的區(qū)別在于，在加長條35上固接有與其垂直的折流桿36，折流桿36有兩個，且兩個折流桿36上下平行排布，這樣折邊輔體3采用折流桿36形結構與折流板主體2組合，充分利用各種兩種結構的優(yōu)點，既強化換熱效果，又提高了抗振效果。

實施例7

本發(fā)明的一種三維折流板具體實施方式之四，如圖7所示，本實施例的主要技術方案與實施例3相同，在本實施例中未解釋的特征，采用實施例3中的解釋，在此不再進行贅述。本實施例與實施例3的區(qū)別在于，流通缺口面33為圓弧面，這樣圓弧面與圓筒形的殼體1的弧形內壁之間形成寬度基本一致或符合某種尺寸的流道缺口，這樣可以均衡流通缺口的導流功能，使流態(tài)均勻化。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質和范圍。