CN102230755B - 一种定位格架支撑针翅管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种定位格架支撑针翅管换热器。包括壳体、管束、上管箱、下管箱，管束位于壳体中，管束两端安装在上管板和下管板上，上管板安装在壳体与上管箱之间，下管板安装在壳体与下管箱之间，壳体上带有壳程进口与壳程出口，上管箱上带有管程进口，下管箱上带有管程出口；所述管束由断续式针翅管组成，在针翅管上无针翅区设置有定位格架。本发明利用特殊定位格架对高效强化换热管进行支撑，可以达到减小流动死区、增加传热系数、降低流动阻力的目的。

Description

一种定位格架支撑针翅管换热器

技术领域

本发明涉及的是一种管壳式换热器。

背景技术

管壳式换热器广泛应用于动力、机械、核能等领域，但目前大部分换热器存在换热效率低，体积和重量大的缺点，随着能源的日趋紧张和节能技术的不断发展，世界各国都在致力于提高这种换热器的性能，对其进行不断的改进。在电厂、船舶等动力系统中，许多机械设备利用润滑油抑制各部件之间的磨损，同时对摩擦部件进行冷却，用以延长机械设备的寿命。但若润滑油温度过高，就会导致其粘度下降，使润滑油的润滑性能和油膜承载能力下降，并且高温下润滑油变质较快，会大大缩短其使用寿命，所以要求润滑油的温度值保持在一定范围内。由于润滑油自身粘度大的特点，目前使用较多的普通强化换热元件和普通换热器无法在传热系数和压降两个方面同时取得令人满意的效果。

针翅管是一种新型强化换热元件，其针翅可以有效破坏高粘度液体流动时在边界形成的粘性底层，增强流体扰动，使高粘度介质在较低的雷诺数下达到过度流或者紊流状态。名称为“针翅管热交换器”的专利文件（专利申请号：00220040.6）中，采用针翅管代替光管增强换热，对空气-水、空气-氟利昂换热有较好的强化传热效果。但是此种换热器在应用于润滑油等高粘度介质时易存在旁流，限制了其换热能力，并且针翅管之间没有支撑，容易使换热管产生振动，缩短换热器使用寿命；对于折流板换热器（如专利申请号：200520093064.7及200810052113.0的专利文件中的技术方案）会产生较大的流动死区，增加能量消耗；对于折流杆换热器（如专利申请号：87209430及93247942.1的专利文件中的技术方案），则对流体扰动较小，传热系数不高，安装比较麻烦，都不符合高效节能的要求。因此，需要发明一种新型支撑结构的高效换热器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以减小流动死区、增加传热系数、便于安装的定位格架支撑针翅管换热器。

本发明的目的是这样实现的：

包括壳体、管束、上管箱、下管箱，管束位于壳体中，管束两端安装在上管板和下管板上，上管板安装在壳体与上管箱之间，下管板安装在壳体与下管箱之间，壳体上带有壳程进口与壳程出口，上管箱上带有管程进口，下管箱上带有管程出口；所述管束由断续式针翅管组成，在针翅管上无针翅区设置有定位格架。

本发明还可以包括：

1、在管束的外围设置围板，围板的内缘与管束相切，围板布置于上管板与定位格架、定位格架与定位格架、定位格架与下管板之间，围板端部与定位格架或上、下管板之间焊接。

2、所述的管束为八边形结构，断续式针翅管呈正方形排列。

3、所述的定位格架由若干连接件与支撑件构成，连接件与支撑件之间焊接，连接件与断续式针翅管的基管外壁相切，定位格架与壳体内壁相切。

4、所述支撑件前端呈锥形，后端呈四叶梅花柱形。

本发明针对折流板换热器流动死区大、折流杆换热器换热效率低的问题，给出了一种定位格架支撑针翅管换热器。该换热器利用特殊定位格架对高效强化换热管进行支撑，可以达到减小流动死区、增加传热系数、降低流动阻力的目的。

换热管采用正方形布置，断续式针翅管上的无针翅区设置定位格架，定位格架支撑件的四叶梅花柱端与针翅管基管尺寸相配合，支撑针翅管防止其震动，定位格架的锥体端可以起到分流作用从而减小支撑件的局部阻力，且可以迫使流体对针翅进行冲刷，提高换热器的传热系数。定位格架外缘与壳体内壁面相切。管束横截面为八边形结构，外侧加围板防止壳侧流体泄漏，最大限度地利用了换热器的壳侧空间，提高其单位体积的换热量，有效增强换热器的换热性能。

与传统的管壳式换热器相比，本发明定位格架支撑针翅管换热器具有以下优点和效果：

1、采用定位格架与管束相配合，省去了传统的折流板或折流杆等管间支撑物，抑制管束振动的同时还可以减小壳侧流体的流动死区，降低流动阻力，使换热器综合效能得到提高。

2、采用针翅管为强化换热元件，针翅能有效地破坏流体的边界层，增加流体的湍流度，大大增加了壳侧流体的传热系数，且工作中管子不易结垢。

3、定位格架支撑件的四叶梅花柱段对管束起支撑作用，圆锥段可以增加对流体的扰动作用，其特殊的流线结构可以有效地减小支撑件的局部阻力。

4、管束外围安装围板，有效解决了壳程流体旁流的问题，围板分段与定位格架进行焊接，解决了定位格架的支撑问题。

5、定位格架外缘与壳体内壁相切，其连接件与基管外壁相切，减少了壳侧流体的泄漏，便于针翅管与管板之间的装配，能提高换热器的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的Ａ-Ａ断面结构图；

图3是图2Ⅰ处局部放大图；

图4是定位格架剖面图；

图5是图4俯视图。

具体实施方式

下面给出本发明的实施方案，并结合附图加以说明。

结合图1，定位格架支撑针翅管换热器的组成包括壳体4、安装在壳体内的管束5，管束两端安装在上管板9和下管板12上，由定位格架11进行支撑与定位，上管板安装在壳体4与上管箱7之间，下管板安装在壳体4与下管箱2之间，壳体上带有壳程进口3与壳程出口10，上管箱上带有管程进口8，下管箱上带有管程出口1。同时结合图2，所述的管束5由断续式针翅管13正方形排列组成，管束横截面呈八边形结构，在管束5的外围设置围板6，围板6的内缘与管束相切，两端焊接在管板和定位格架11上。同时结合图3、图4和图5，定位格架由支撑件14与连接件15经焊接加工制成，在每4根断续式针翅管之间的无针翅区布置一个支撑件。所述的针翅管呈正方形排列，在针翅管上无针翅区设置定位格架，定位格架支撑件与针翅管基管外壁相切，定位格架外缘与壳体内壁相切，定位格架由若干连接件15与支撑件14焊接加工制成，支撑件14前端呈锥形，后端为四叶梅花柱形。

为防止管束震动，减小流动死区，本发明中采用定位格架作为支撑针翅管的支撑结构，定位格架由若干支撑件与连接件组成，支撑件前端为锥形结构，可以减小支撑件局部阻力，同时对流体能起到一定的分配作用，迫使流体在针翅区流过，破坏流体边界层，增加流体的湍流度，有效增加换热器的壳侧传热系数，支撑件后端为四叶梅花柱形结构，四叶梅花柱的外缘与基管外壁之间相互支撑，尺寸依据四根针翅管基管间的空隙大小制定；连接件将支撑件连接成整体，便于整个格架的定位与安装，连接件尺寸与针翅管基管外壁以及壳体内壁相配合，减小壳侧流通截面积，减少流体的泄漏流，增加流体流速。

为防止壳侧流体的旁路流，管束5外侧由围板6包围，围板6与定位格架11之间进行焊接，围板6的内缘与管束5相切，定位格架11的外缘与壳体4的内壁面相切，既有效解决了壳程流体旁流的问题，又解决了定位格架的支撑问题，同时可以防止壳侧流体横向冲刷对管束5造成震荡损坏。

为减小换热器的流动阻力，提高其换热效率，定位格架支撑针翅管换热器采用单流程逆向流动布置。参考图1所示，管程流体的流程是：管程流体从管程进口8进入，通过上管箱7和上管板9进入到管束5内，而后通过下管板12和下管箱2，由管程出口1流出。壳程流体的流程是：壳程流体通过壳程入口3进入到壳体4内，经管束5换热后由壳程出口10流出。

为使换热器安装简单易行，定位格架与针翅管以及壳体尺寸相配合，定位格架支撑针翅管换热器的具体安装实施过程如下：根据设计尺寸将定位格架相同层的支撑件与连接件焊接；在安装时，先固定好最底层的定位格架，然后在其上面放置第一层针翅管，继续放置第二层定位格架，安装正确后将两层定位格架点焊固定；如此依次安装正确之后焊接整个定位格架，使之成为一体；安装完成定位格架以后，在管束外围安装围板，围板内缘紧贴管束，端部与定位格架进行焊接；此后先安装一侧管板，待管束胀接固定好后，将围板焊接在管板上，达到最终的固定目的；最后将安装好的管束装进壳体，同样的方法安装另一侧管板，待胀接、焊接等工序完成，安装管箱、法兰接管等部件，最终形成一种新型定位格架支撑针翅管换热器。

Claims (5)

1.一种定位格架支撑针翅管换热器，包括壳体、管束、上管箱、下管箱，管束位于壳体中，管束两端安装在上管板和下管板上，上管板安装在壳体与上管箱之间，下管板安装在壳体与下管箱之间，壳体上带有壳程进口与壳程出口，上管箱上带有管程进口，下管箱上带有管程出口；其特征是：所述管束由断续式针翅管组成，在针翅管上无针翅区设置有定位格架；所述的定位格架由若干连接件与支撑件构成，连接件与支撑件之间焊接，连接件与断续式针翅管的基管外壁相切，定位格架与壳体内壁相切。

2.根据权利要求1所述的一种定位格架支撑针翅管换热器，其特征是：在管束的外围设置围板，围板的内缘与管束相切，围板布置于上管板与定位格架、定位格架与定位格架、定位格架与下管板之间，围板端部与定位格架或上、下管板之间焊接。

3.根据权利要求1或2所述的一种定位格架支撑针翅管换热器，其特征是：所述的管束为八边形结构，断续式针翅管呈正方形排列。

4.根据权利要求1或2所述的一种定位格架支撑针翅管换热器，其特征是：所述支撑件前端呈锥形，后端呈四叶梅花柱形。

5.根据权利要求3所述的一种定位格架支撑针翅管换热器，其特征是：所述支撑件前端呈锥形，后端呈四叶梅花柱形。

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