CN103261829B - 管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管壳式换热器，其包括由壳体（1）围绕的热表面管（6），所述管在一个端部处经由管板（5）与入口端部腔（11）连通，而在另一个端部处经由管板（4）与出口端部腔（12）连通，且在管式换热器的管际空间中，存在由扁平条（21）制成的至少一个挡板（7），用于支撑热表面管（6）和引导管际空间流。本发明的特征在于，形成挡板（7）的扁平条（21）是直的且薄于被支撑的管（6）之间的距离，还在于，通过将挡板（7）的每一扁平条（21）相对于热表面管（6）设置在倾斜位置而获得所需的支撑，致使扁平条（21）的一个交叉边缘支撑一根管而另一个交叉边缘支撑相邻的另一根管（6）。

Description

管壳式换热器

本发明涉及一种管壳式换热器，其包括由壳体围绕的热表面管，所述管在一个端部处经由管板与入口端部腔连通，而在另一端部处经由管板与出口端部腔连通，且在换热器的管际空间（shellside）中存在至少一个由扁平条制成的挡板（baffleplate），用于支撑热表面管和用于引导管际空间流。

用于引导管际空间流和用于支撑热表面管的最常用的技术方案是使用由板制成的引导段/支撑导流板（baffle）。这类导流板的构造和尺寸在例如TEMA标准（管式换热器制造协会标准）中已详细讨论。这类导流板的缺点是在由换热器壳体和挡板形成的角落处存在“死区”，在死区流速缓慢且换热很差，这些区域还很容易被污染，尤其是这些管具有用于大直径的换热器中的较小直径且薄壁时，它们为热表面管提供的抗震和失稳的支持不够充分。

美国专利公布号5,642,778公开了用于支持热表面管的另一种解决方案。其中，热表面管借助平行地附接至其的外环和圆形导流板杆（bafflerode）支撑。通过改变导流板杆的厚度和数量可提供管的所需节距和支撑。将导流板交叉定位时，为每一热表面管提供四点支撑。一个四点支撑需要两个或四个相继交叉布置的杆形导流板。这种支撑的缺点在于，需要大量的杆形导流板来提供足够的支撑，导流板的长杆容易引起震动，这将导致它们破裂，且管际空间中的压力损失相对高。

本发明的目的是开发一种管壳式换热器，其中将管际空间流引导成在预定压力损失下获得尽可能有效的热传递，同时，提供热表面管的充分支撑，以避免由于管的震动和/或失稳引起的管损坏，并克服上面提到的缺点。该目的可借助具有以下特征的换热器来实现，此特征在于，形成挡板的扁平条（flatstrips）是直的且薄于被支撑的管之间的距离，还在于，通过将挡板的每个扁平条设置在相对于热表面管为倾斜的位置而提供所需的支撑，使得扁平条的一个横向边缘支撑两根相邻管中的一根管，而另一横向边缘支撑另一根管。换热器可以安装在垂直位置或水平位置中。由于设有根据本发明的挡板，每个热表面管在四个点处被支撑，且同时，在该构造中没有留下可能遭受污染和使热传递变差的死区。由于这类挡板，可以获得均匀的管际空间流和沿热表面管整个长度的良好热传递。因为在管际空间处仅10-20%的横截面流动面积被挡板覆盖，压力损失很小。

有利的是，可以在支撑热表面管的挡板的扁平条边缘的点中形成或机加工出平行于热交换管的凹槽，以使管和扁平条之间的接触表面更大。

热表面管可以是直的，由此入口端部腔位于管式换热器的一个端部处，而出口端部腔位于管式换热器的另一个端部处，或者它们可以形成为U形，由此入口端部腔和出口端部腔位于由共用壳体覆盖的同一个端部中，使得所述腔体通过分隔壁彼此分开。

良好的热传递和低的污染再加上小的压力损失可以导致管式换热器具有较小的热表面和较小的尺寸。

本发明的挡板加之单相流还适用于蒸发器和冷凝器中。

本发明的挡板还适用于具有不同轮廓和/或翅片的热表面管。

下面将参考附图更详细地描述本发明。附图中：

图1为具有直管和固定管板的单管程换热器的截面图；

图2示出了图1中A的放大细节；

图3示出了图1中a-a的放大部分；

图4示出了与图1中相对应的部分，此处热表面管以等边三角形的形式布置；

图5的示例示出了以什么方式在与热表面管的接触点处形成挡板的扁平条的边缘的情况；

图6的示例示出了以什么方式在与热表面管的接触点处机加工出挡板的扁平条的边缘的情况。

换热器的管际空间由圆柱形壳体1形成，所述圆柱形壳体经由扩大的壳体和波纹管部分2和3连接到管板4和5。热表面管6在其端部处被固定到所述管板4和5。以预定距离布置、用于支撑管并用于引导流动的挡板7借助环8被固定到壳体1。管际空间管道连接部9和10被固定到扩大的壳体部分2和3。

管方（turbside）端部腔11和12由圆柱形壳体13和可开启的端板14构成。管方管道连接部15和16被固定到这些腔的壳体部分13。

图1所示的换热器适用于针对液体和蒸汽/气体流两者传热的换热器。

热释放介质通过管道连接部15流到换热器的管方入口端部腔11并进一步流到热表面管6。在热表面管6中向下流动的介质冷却下来，并经过出口端部腔12和管道连接部16流出换热器。

热接收介质穿过管道连接部9被引导至管际空间的扩大的下部2，在这里，流动介质被分配，以便均匀地在板边缘18下方围绕管束19在整个周界长度上流动。流动介质填充管之间的壳体体积，并在该空间中平行于管从下向上流动。

热表面管6经过本发明的挡板7，该挡板以预定距离设置在管际空间中。挡板7支撑热表面管6并提高管之间的轴向流动介质的湍流，由此增强传热。

从下向上穿过壳体部分流动的介质在板边缘20上流到管际空间的扩大的上部3，从这里，所述介质穿过管道连接部10流出换热器。

根据本发明的挡板7由交叉放置的、薄直带沟槽且倾斜的扁平条21形成。这些条中的沟槽将所述交叉条（crossingstrips）彼此固定并形成刚性的格栅导流板。图2显示了挡板7的扁平条21以角度α倾斜的情况，由此扁平条21的左下边缘支撑一根热表面管，而右上边缘支撑另一热表面管6。可以改变扁平条21的角度α、厚度s及宽度l，以提供所需的引导和支撑导流板。

图3显示了热表面管6以正方形形式布置时提供四点支撑的挡板7的构造，图4显示了热表面管6的布置具有等边三角形的形式时挡板7的构造。

在图1中，挡板7被支撑在固定到壳体1的环8上。同时，该环用作密封条，防止从管束19旁流动。挡板7还可以借助拉紧杆支撑，像传统管壳式换热器中的板形引导件/支撑导流板一样。

左边没有管的挡板7的一些点或者可由板产生，或者可被（薄）板覆盖，以防止不利的旁通流和漏泄流。为了减小由挡板7引起的压力损失，有利的是斜切形成挡板7的扁平条的边缘，如图2所示。

例如，如图5所示，可以增大挡板7的扁平条21和热表面管6之间的接触点处的支撑表面。图中示出了在与被支撑的管6的接触点处被压到扁平条21的边缘的凹槽与管的弧度相应，由此，扁平条21与管的接触表面在横向和垂直方向都增大。

在图6中，例如通过磨削加工出扁平条21的边缘中的相应凹槽。在根据本发明的换热器中，支承表面越大，管6的支撑越好，且能使用以不同方式呈波纹状的、加工出轮廓的或带翅片的管。

Claims (5)

1.一种管壳式换热器，其包括由壳体(1)围绕的热表面管(6)，所述热表面管(6)在一个端部处通过管板(5)与入口端部腔(11)连通，而在另一个端部处通过管板(4)与出口端部腔(12)连通，且在该管壳式换热器的管际空间中存在至少一个由扁平条(21)构成的挡板(7)，所述扁平条交叉放置、支撑热表面管(6)并沿管方向引导管际空间流，所述条(21)薄于被支撑管(6)之间的距离，其特征在于，形成挡板(7)的所有扁平条(21)至少在与热表面管(6)的接触点之间的区域处具有平直横截面，所述条(21)设有沟槽，借此，条(21)中的沟槽使所述扁平条彼此固定并构成刚性的格栅导流板，由此，通过将所有扁平条(21)相对于热表面管(6)设置在倾斜位置中而提供所需的支撑，且它们的交叉边缘之一在一个水平面上，另一边缘在平行于所述水平面的另一水平面上，且距其为距离(h)，由此每个条(21)的边缘之一支撑一排热表面管(6)中的管(6)，而另一边缘支撑管(6)的两相邻排中的另一排的管(6)。

2.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，通过挡板(7)的每根热表面管(6)在四个点处由挡板(7)的扁平条(21)支撑。

3.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，在挡板(7)的扁平条(21)的边缘处形成有平行于管(6)的、在所述点处支撑热表面管(6)的凹槽，所述凹槽扩大了管(6)和扁平条(21)之间的接触表面。

4.如前述权利要求中任一项所述的管壳式换热器，其特征在于，所述热表面管(6)是直的，由此入口端部腔(11)位于管壳式换热器的一个端部中，而出口端部腔(12)位于该管壳式换热器的相对的端部中。

5.如权利要求1-3中任一项所述的管壳式换热器，其特征在于，所述热表面管(6)呈U形，由此入口端部腔和出口端部腔位于由共用壳体(13)围绕的管壳式换热器的相同端部中，所述腔借助分隔壁彼此分开。