本發(fā)明屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種套管式螺旋板換熱器。

背景技術(shù)：

換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規(guī)定的指標，以滿足工藝條件的需要，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。

目前，市場上最常見的換熱器是管殼式換熱器。但是，常規(guī)的管殼式換熱器，存在著換熱效率較低，耗材量較大，且需要經(jīng)常清洗，否則會造成堵塞的問題。螺旋板式換熱器，是近年來新研發(fā)出來的一種換熱器。與管殼式換熱器相比較，螺旋板式換熱器的換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、耗材量更低。但是，在使用過程中，通常需要從熱流體傳輸?shù)墓芫€中單獨引出一段管路進行螺旋板式換熱器的安裝，從而將熱流體引流至換熱器中。這樣就增加了換熱器對空間的額外占用，對換熱器的安裝使用產(chǎn)生了限制，尤其是針對一些空間狹小且鋪設(shè)有大量管線的地方，使現(xiàn)有螺旋板式換熱器的安裝使用極其不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有螺旋板式換熱器在使用時，存在著占用空間大，使用不方便的問題，本發(fā)明提出了一種套管式螺旋板換熱器。該換熱器，包括管程組件和殼程組件，其中，所述管程組件包括管程管、管程進口和管程出口，并且所述管程管、所述管程進口以及所述管程出口位于同一直線上；所述殼程組件包括殼程管、殼程進口和殼程出口，且所述殼程管套設(shè)在所述管程管的外部。

優(yōu)選的，該換熱器還包括芯棒，所述芯棒穿設(shè)在所述管程管的內(nèi)部；在所述芯棒的外表面與所述管程管的內(nèi)表面之間設(shè)有管程分流螺旋板，在所述管程管的外表面與所述殼程管的內(nèi)表面之間設(shè)有殼程分流螺旋板。

進一步優(yōu)選的，所述管程分流螺旋板與所述殼程分流螺旋板的旋向反向設(shè)置。

進一步優(yōu)選的，所述芯棒的外表面與所述管程管的內(nèi)表面之間設(shè)有至少兩個管程分流螺旋板，并且所述管程分流螺旋板沿所述管程管的圓周方向均布。

優(yōu)選的，該換熱器還包括分流板，所述分流板位于所述管程進口和所述管程管之間，并且與所述芯棒固定連接；其中，所述分流板上設(shè)有分流孔，所述分流孔的數(shù)量和通流面積與所述管程分流螺旋板的數(shù)量和通流面積相同，所述分流孔在圓周方向上的分布位置與所述管程分流螺旋板的起始端在圓周方向上的分布位置相對應(yīng)。

優(yōu)選的，該換熱器還包括整流板，所述整流板位于所述管程出口和所述管程管之間，并且與所述芯棒連接；其中，所述整流板上設(shè)有多個整流孔，所述整流孔呈規(guī)則排列在所述整流板上，并且所有整流孔的通流面積總和與所有所述管程分流螺旋板的通流面積總和相同。

優(yōu)選的，該換熱器還包括管板，所述管程組件與所述殼程組件通過與所述管板的連接，實現(xiàn)兩者之間的可拆卸式連接。

進一步優(yōu)選的，所述管程進口、所述管程管以及所述管程出口三者之間依次通過法蘭連接，并且在所述管程進口與所述管程管之間以及在所述管程出口和所述管程管之間分別設(shè)有一個所述管板。

優(yōu)選的，所述殼程管位于兩個所述管板之間，并且通過開孔盲法蘭與所述管板連接；所述殼程進口和所述殼程出口與所述殼程管垂直固定連接。

優(yōu)選的，所述管板上設(shè)有定位臺階；所述定位臺階的內(nèi)孔直徑小于所述分流板和所述整流板的直徑尺寸，并且所述管板與所述管程組件連接時，兩個所述管板上的定位臺階之間的距離與所述芯棒的長度相同。

采用本發(fā)明提供的套管式螺旋板換熱器，對管線中熱流體進行熱交換，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的換熱器通過采用由管程組件和殼程組件組成的套管形式，同時將管程組件中的管程進口和管程出口與管程管沿同一直線設(shè)置。此時，就可以將管程組件作為熱流體管線的一部分，串聯(lián)在管線中，同時將殼程組件套設(shè)在管程組件的外部，在兩者之間通過冷流體。這樣，通過將換熱器串聯(lián)在熱流體管線中，不僅省去了引出額外的管路進行換熱器安裝連接時對空間的占用，而且可以實現(xiàn)熱流體在管線傳輸過程中的熱交換，簡化了工藝流程，提高了整個熱交換過程的效率。

2、在本發(fā)明中，通過在芯棒與管程管之間設(shè)置多個管程分流螺旋板以及在管程管與殼程管之間設(shè)置多個殼程分流螺旋板，并且將管程分流螺旋板與殼程分流螺旋板的旋向反向設(shè)置。這樣，借助分流螺旋板可以將流體劃分為多份，并且在螺旋板的作用下增加兩種流體之間的熱交換面積，提高熱交換效率。同時，在螺旋板的引流導向作用下，使兩種流體進行反向流動，從而增加兩者接觸位置處的熱交換速度，進一步提高熱交換效率。

3、在本發(fā)明的管程分流螺旋板的進口端和出口端分別設(shè)有分流板和整流板，并且在分流板上設(shè)有與管程分流螺旋板數(shù)量和通流面積相同的分流孔，在整流板上設(shè)有與管程分流螺旋板通流面積相同的整流孔，同時分流孔在圓周方向上的分布位置與管程分流螺旋板起始端在圓周方向上的分布位置相對應(yīng)。這樣，可以借助分流板上的分流孔對進入管程分流螺旋板的熱流體進行預(yù)先分流操作，避免熱流體在管程分流螺旋板位置同時進行分流和導流時出現(xiàn)紊流的現(xiàn)象，從而保證熱流體可以快速平穩(wěn)的進入管程分流螺旋板中。通過整流板上的整流孔又可以對流經(jīng)管程分流螺旋板的熱流體進行整流操作，快速消除在螺旋板作用下使熱流體產(chǎn)生的圓周方向的分速度，從而使熱流體快速轉(zhuǎn)換為軸向流動并進入下游管線，保證熱流體在管線中的正常傳輸流動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明套管式螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中a-a處的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中分流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中整流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中b處的結(jié)構(gòu)放大示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細介紹。

結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的套管式螺旋板換熱器，包括管程組件和殼程組件。管程組件包括管程管11、管程進口12和管程出口13，并且將管程進口12、管程出口13以及管程管11沿同一直線設(shè)置。殼程組件包括殼程管21、殼程進口22和殼程出口23，其中殼程管21套設(shè)在管程管11的外部，在殼程管21與管程管11之間形成一個密閉空間，并且由殼程進口22和殼程出口23作為該密閉空間的進、出口。

由于，管程進口12、管程出口13以及管程管11位于同一直線上，這樣通過管程進口12進入管程管11內(nèi)部的熱流體沿直線方向穿過管程管11后，就可以直接通過管程出口13流出。因此，可以直接將管程組件安裝在熱流體傳輸?shù)墓芫€上，即將管程進口12與熱流體的上游管線連接，將管程出口13與熱流體的下游管線連接，從而將管程管11作為熱流體傳輸管線的一部分。同時，將冷流體通過殼程進口22輸入殼程管21與管程管11之間的密閉空間，進行與熱流體之間的熱交換。這樣，就可以在熱流體沿管線正常傳輸?shù)那闆r下，完成兩者之間的熱交換操作，從而減少換熱器安裝時對空間的占用，以及熱交換過程中對熱流體傳輸狀態(tài)的影響，從而實現(xiàn)熱流體在管線傳輸過程中的熱交換操作，提高熱交換的操作效率。

其中，在本實施例中，殼程進口22與殼程出口23采用直管形結(jié)構(gòu)與殼程管21垂直固定連接。同樣，也可以根據(jù)現(xiàn)場管道鋪設(shè)方向的不同，將殼程進口22與殼程出口23設(shè)計為彎管形結(jié)構(gòu)，使殼程進口22和殼程出口23與殼程管21呈平行狀態(tài)，以便于對傳輸冷流體的管線進行鋪設(shè)。

優(yōu)選的，本發(fā)明的換熱器還包括芯棒3，并且芯棒3穿設(shè)在管程管11的內(nèi)部。其中，在芯棒3的外表面與管程管11的內(nèi)表面之間設(shè)有管程分流螺旋板4，用于對經(jīng)過管程管11的熱流體進行分流導向。在管程管11的外表面與殼程管21的內(nèi)表面之間設(shè)有殼程分流螺旋板5，用于對進入殼程管21的冷流體進行分流導向。其中，在本實施例中，將管程分流螺旋板4與芯棒3設(shè)計為一體，將殼程分流螺旋板5與管程管11設(shè)計為一體，這樣不僅便于分流螺旋板的加工制造，而且容易保證加工精度。

進一步優(yōu)選的，將管程分流螺旋板4與殼程分流螺旋板5之間的旋向呈相反設(shè)置。這樣，使熱流體與冷流體保持對流狀態(tài)，從而提高兩者之間的熱交換效率。

此外，結(jié)合圖2所示，在本發(fā)明中，在芯棒3與管程管11之間設(shè)有至少兩個管程分流螺旋板4，并且將管程分流螺旋板4沿管程管11的圓周方向均布設(shè)置。例如，在本實施例中，沿管程管11的圓周方向均布有三個管程分流螺旋板4，同時沿殼程管21的圓周方向也均布有四個殼程分流螺旋板5。這樣，可以將通過殼程管21和管程管11的流體進行多等份劃分，增加流體與分流螺旋板之間的接觸面積，提高熱流體與冷流體之間的熱交換效率。

另外，在本實施例中，管程分流螺旋板4和殼程分流螺旋板5都采用了等螺距的設(shè)置，而在實際使用過程中，考慮到換熱過程中產(chǎn)生的壓力降，可根據(jù)實際工況使用變螺距結(jié)構(gòu)。以管程分流螺旋板4為例，在滿足工藝性能的條件下，通過保持螺旋板寬度不變的情況下，逐漸減小螺旋板的螺距，可以減小管程管11中介質(zhì)的流通面積，進而補償在換熱過程中產(chǎn)生的壓力降。

優(yōu)選的，結(jié)合圖3所示，本發(fā)明的換熱器還包括分流板6。分流板6位于管程進口12和管程管11之間，并且通過螺栓與芯棒3固定連接。在分流板6的端面上設(shè)有分流孔61，其中分流孔61的數(shù)量和通流面積與管程分流螺旋板4的數(shù)量和通流面積相同，分流孔61在圓周方向上的分布位置與管程分流螺旋板4的起始端在圓周方向上的分布位置相對應(yīng)。例如，在本實施例中，在分流板6的圓周方向均布有三個扇形的分流孔61，并且這三個扇形的分流孔61與三個管程分流螺旋板4的起始端在圓周方向上的分布位置相對應(yīng)。

此時，通過在管程分流螺旋板4的進口位置設(shè)置分流板6，可以預(yù)先對通過管程進口12進入管程管11的熱流體進行分流導向。這樣，可以使分流后的熱流體快速平穩(wěn)的進入管程分流螺旋板4內(nèi)部，從而避免在熱流體突然進入管程分流螺旋板4時，在管程分流螺旋板4的進口端出現(xiàn)紊流現(xiàn)象，產(chǎn)生流體的局部能量損失，造成對熱流體正常傳輸?shù)挠绊憽?/p>

優(yōu)選的，結(jié)合圖4所示，本發(fā)明的換熱器還包括整流板7。整流板7位于管程出口13和管程管11之間，并且通過螺栓與芯棒3固定連接。整流板7上設(shè)有整流孔71，其中整流孔71呈規(guī)則排列在整流板7上，并且整流孔71的通流面積與管程分流螺旋板4的通流面積相同。在本實施例中，在整流板7上設(shè)有12個圓形的整流孔71，并且這12個整流孔71成正方形分布在整流板7的端面上。同樣，也可以在整流板7上設(shè)置其他數(shù)量的整流孔71，并且采用其他規(guī)則排列在整流板7上。

通過在管程分流螺旋板4的尾部設(shè)置整流板7，可以對流經(jīng)管程分流螺旋板4的熱流體進行快速整流操作，即對熱流體的流向進行校正。由于熱流體在管程分流螺旋板4的導向作用下，產(chǎn)生一定的圓周方向分速度。此時，在整流板7的作用下，可以快速消除熱流體所具有的圓周方向分速度，使熱流體保持軸向速度，繼續(xù)沿管線傳輸。

此外，結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的換熱器還包括管板8，其中管板8的中心位置設(shè)有通孔，用于熱流體進出管程管11。管程組件與殼程組件通過共同與管板8的連接，實現(xiàn)兩者之間的可拆卸式連接，從而便于該換熱器在安裝和檢修時的拆裝操作，提高使用的便捷性。

其中，在本發(fā)明中，管程進口12、管程管11以及管程出口13三者之間依次通過法蘭進行可拆卸式連接。同時，在靠近管板8中心位置的圓周方向上開設(shè)有一圈通孔，用于穿設(shè)連接管程進口12和管程管11以及管程出口13和管程管11的螺栓。這樣，在管程進口12與管程管11之間以及在管程出口13和管程管11之間就分別設(shè)有一個管板8，實現(xiàn)管程組件與管板8之間的連接。

另外，殼程管21的長度與兩個管板8相對面之間的距離相等，這樣將殼程管21置于兩個管板8之間，同時借助兩個帶孔盲法蘭9與殼程管21之間的法蘭連接，就可以將管板8夾持固定在殼程管21與帶孔盲法蘭9之間，實現(xiàn)殼程組件與管板8之間的可拆卸式連接，進而實現(xiàn)管程組件與殼程組件之間的可拆卸式連接。同時，在管板8的兩個端面上分別設(shè)有密封墊片，用于連接過程的密封，避免在連接位置出現(xiàn)泄漏。

此外，結(jié)合圖5所示，在本發(fā)明中，在管板8上設(shè)有一個定位臺階81。其中，管板8與管程組件連接時，兩個管板8上的定位臺階81之間的距離與芯棒3的長度相等，同時定位臺階81的內(nèi)孔直徑小于分流板6和整流板7的直徑。這樣，將芯棒3穿設(shè)在管程管11中，并且將分流板6和整流板7分別安裝在芯棒3的兩端時，可以在定位臺階81對分流板6和整流板7的定位作用下，將芯棒3穩(wěn)定的固定在管程管11的內(nèi)部，使芯棒3與管程管11保持位置上的相對靜止。