CN103376018B - 一种用于管壳式换热器的管束支承件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管壳式换热器的管束支承件，包括支承孔，所述支承孔进一步包括标准支承孔和辅助支承孔，所述支承孔的横截面封闭轮廓线由数量相同的支承线和连接线以支承线与连接线相邻的方式依次连接而成，其特征在于所述连接线是由线段或线段和弧线或弧线构成的内凹曲线，所述标准支承孔至少包括一个由三根相邻换热管构成的基本布管单元，所述辅助支承孔至少可容纳一根换热管，并且单个辅助支承孔容纳的换热管数量少于单个标准支承孔所容纳的换热管数量。本发明所提供的用于管壳式换热器的管束支承件解决了布管区域边缘漏流问题，增加了布管紧凑程度，提高了总体换热效率。

Description

一种用于管壳式换热器的管束支承件

技术领域

本发明涉及换热器领域，特别是一种用于管壳式换热器的管束支承件。

背景技术

管束主要运用于管壳式换热器。管壳式换热器包括管程和壳程，其中壳程主要由筒形的外壳、管板、管束和用来支承换热管的支承件组成。

换热管有一定的长度，为阻止换热管产生较大挠度，需要在管束长度方向间隔一定距离设置支承件。在管束长度方向设置了传统的带圆形支承孔的支承件后，阻止了壳程流体沿管束轴向流动。为使壳程流体从管束一端流到管束另一端，一般需要从整圆的支承件上切出一个缺口(形成弓形支承件)使壳程流体从缺口流过。换热器的主要功能是换热，而换热是壳程流体与管程流体通过换热管壁进行的。为达到良好的换热效果，必须使壳程流体流动并且应流经所有的换热管外壁，因此带缺口的弓形支承件的缺口在垂直于管束方向是相向布置的，即后一块支承件的缺口位置是在前一块支承件缺口位置的基础上旋转了180°。例如：在壳程流体进口位置沿管束轴向第一块支承件的缺口朝上，则第二块支承件的缺口应朝下，第三块支承件的缺口应朝上，依次排列至壳程流体出口位置处的最后一块。这样排列后，流体流过第一块支承件缺口后受到第二地块支承件的阻挡而改变流向，流体垂直于管束轴线方向从换热管的外壁间流过，并流经第二块支承件的缺口，同样地，流体受到第三块支承件的阻挡再次改变流向。流体不断改变方向，依次流至出口处，壳程流体沿管束轴向波浪形流动。能使壳程流体流向改变的支承件有三个作用：①支承换热管；②改变壳程流体的流向；③改变支承件间距以调整相邻两支承件间的流通面积。此类管壳式换热器其壳程流体的主要流向是垂直于管束轴线方向，所以称作横向流换热器。横向流换热器是目前最常用的管壳式换热器。由于横向流换热器壳程流体流向的特点，存在许多缺点，例如：易引发管束诱导振动、压降大、流动死区大、易结垢、综合换热效率低等。

管壳式换热器的详细资料可以在众多的公开文献中找到。例如McGraw-Hill公司1997年出版的佩里化学工程师手册第七版第11章，11-36页到11-38页图11-36展示了管壳式换热器的结构，11-42页图11-40展示了支承件的布置结构。

为改善横向流换热器存在的缺点，美国4136736号专利和美国4143709号专利提出了纵向流换热器的支承结构。

美国4136736号专利的折流杆支承结构，每个单一的支承结构至少包括折流杆和折流圈，由若干平行的折流杆杆端固定在折流圈上而成，称作折流栅。根据布管形式，可以由三个、四个或六个折流栅组成一组，每个折流栅旋转一定的角度并且沿管束的轴线方向排列。折流杆的直径几乎等于相邻二根换热管外壁之间的垂直于折流杆轴线方向的距离，折流杆与换热管之间无间隙或间隙很小。换热管穿过相邻的并按一定角度旋转安置的折流栅上的折流杆所组成的支承通道，即被折流杆紧紧夹住，在各个方位上得到支撑。但存在以下缺点：布管结构松散，布管数量少；三角形布管必须加大管间距，以满足折流杆强度和刚度的要求；制造精度不易保证；小直径换热管、小管间距的布管，折流杆直径小，刚度不易保证；不布管区域需要用假管来填充，增加了设备制造费用；布管区边缘与折流圈之间存在较大的漏流区域；折流圈占据了较大的空间，布管数量减少。

美国4143709号专利的管束支承件，由形状为长方形、正方形、三角形或菱形的足以容纳多根换热管的从整体板材中切割出足够多孔的支承件并沿换热管轴线方向分隔开布置的多个支承件组成。相邻支撑板上的孔前后错列布置，使得穿过一块支承件同一孔的换热管穿过另一块支承件的不同孔，从而相邻支承件上的相对孔边紧紧夹住换热管，换热管从各个方位上得到支撑。但存在以下缺点：三角形布管必须加大管间距，以满足支承件孔边的强度和刚度要求；不布管区域需要用假管来填充，增加了设备制造费用；布管区边缘存在较大的漏流区域；对于非完整孔没有提出解决方案；管间距确定后，流通面积不能调整。

因此，有必要提出一种改进的管束支承件，相邻支承件的支承孔依次错位、旋转排列可得到壳程流体的纵流效果并克服美国4136736号专利和美国4143709号专利的缺点。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明一方面提供了一种用于管壳式换热器的管束支承件，包括支承孔，所述支承孔进一步包括标准支承孔和辅助支承孔，所述支承孔的横截面封闭轮廓线由数量相同的支承线和连接线以支承线与连接线相邻的方式依次连接而成，其特征在于所述连接线是由线段或线段和弧线或弧线构成的内凹曲线，所述标准支承孔至少包括一个由三根相邻换热管构成的基本布管单元，所述辅助支承孔至少可容纳一根换热管，并且单个辅助支承孔容纳的换热管数量少于单个标准支承孔所容纳的换热管数量。

优选地，所述横截面封闭轮廓线为支承件厚度方向支承孔横截面垂直投影到支承件端面所形成的封闭曲线，所述支承线为支承孔横截面封闭轮廓线中支承换热管的线，所述连接线为支承孔横截面的封闭轮廓线中连接支承线的线。

优选地，所述标准支承孔所容纳的任意三根相邻换热管均为一个基本布管单元，所述基本布管单元中的三根换热管呈三角形布置。

优选地，所述支承线异化为一个点。

优选地，所述连接线与两个相邻管孔圆至少各有一个切点。

优选地，其中只能容纳一根换热管的辅助支承孔的横截面封闭轮廓线由连接线两端与支承线两端分别连接而成，连接线与所容纳的换热管对应的一个管孔圆相切且至少有两个切点。

优选地，所述只能容纳一根换热管的辅助支承孔是圆形支承孔。

优选地，所述横截面封闭轮廓线的形状、大小根据设计计算变化，以改变支承件流通面积和改变扰流强度或者使支承孔孔桥的宽度与管孔孔桥的宽度相同，其中，管孔孔桥是指传统的弓形支承板上两个相邻管孔边缘之间的实体，支承孔孔桥是指两个相邻支承孔边缘之间的实体。

优选地，在满足支承孔孔桥强度和刚度要求的前提下，使最小管间距为换热管外径的1.17倍。

优选地，支承孔纵截面上支承孔内表面轮廓线是曲线。

优选地，用冲孔、注塑、铸造、或挤压方法获得支承孔，其模具形状是以下只能容纳一根换热管的五种基本形状之一或者是二种以上形状的组合：基本形状一，由一条支承线、两条连接线和两条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述两条垂直平分线是指从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的两个管孔圆的圆心所得到的两条圆心连线的两条垂直平分线；基本形状二，由一条支承线、两条连接线和三条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述三条垂直平分线是指从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的三个管孔圆的圆心所得到的三条圆心连线的三条垂直平分线；基本形状三，由一条支承线、两条连接线和四条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述四条垂直平分线是指从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的四个管孔圆的圆心所得到的四条圆心连线的四条垂直平分线；基本形状四，由一条支承线、两条连接线和五条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述五条垂直平分线是指从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的五个管孔圆的圆心所得到的五条圆心连线的五条垂直平分线；基本形状五，由六条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述六条垂直平分线是指从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的六个管孔圆的圆心所得到的六条圆心连线的六条垂直平分线。

本发明另一方面提供了一种制作如上所述的管束支承件的方法，用冲孔方法获得支承孔，其中，用基本形状一、二、三及四作为单个冲孔模具的形状进行冲孔或者用基本形状一、二、三、四及五的单个模具无缝组合成支承孔的形状作为冲孔组合模具。

优选地，用注塑、铸造或挤压的方法获得支承孔，其中，用基本形状一、二、三、四及五形状的单个模具无缝组合成支承孔的形状作为注塑模具、铸造模具、或挤压模具的加工方法的模具。

本发明还提供了一种用于管壳式换热器的管束支承件组，包括两个以上本发明所提供的管束支承件，所述两个以上管束支承件沿所支承换热管轴线方向分隔开并横向设置。

优选地，相邻支承件上的支承孔孔桥相互交错并在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道以及壳程流体的流通和扰流通道，按穿过支承件上一个标准支承孔的换热管要穿过一组支承件中另一个支承件上至少两个标准支承孔的要求排列各支承件上的标准支承孔。

优选地，各支承件上标准支承孔按照沿相邻管孔圆依次平移错位或绕支承件中心旋转某一角度的方式进行排列分布。

本发明所提供的用于管壳式换热器的管束支承件利用支承线和连接线组合构成不同形状的支承孔横截面封闭轮廓线，相邻支承件上的支承孔以错位、旋转的方式排列，各支承件上的支承孔孔桥相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道及壳程流体的流通和扰流通道，壳程流体具有纵流特性。通过改变横截面封闭轮廓线形状、大小，使标准支承孔和辅助支承孔合理分布，解决布管区域边缘漏流问题，增加了布管紧凑程度，提高了总体换热效率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：

图1根据本发明的一个实施例，示出了可以容纳三根或四根换热管的支承孔横截面封闭轮廓线120、管孔圆140、支承线121和连接线122；

图2根据本发明的一个实施例，示出了分别可以容纳一根至二十根换热管的二十种支承孔横截面封闭轮廓线；

图3根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组，其中，各支承板上标准支承孔横截面封闭轮廓线沿相邻管孔圆依次平移错位；

图4根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组，其中，一块支承板上标准支承孔绕旋转中心旋转了120°；

图5A-C根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组，其中，各支承板上标准支承孔横截面封闭轮廓线以沿相邻管孔圆依次平移方式进行错位；

图6根据本发明的一个实施例，示出了由图5A-C所示出的三块支承板的支承孔及其支承孔孔桥相互交错，在换热管轴线方向形成了完整换热管支承通道；

图7A-B根据本发明的一个实施例，示出了示出了一个支承件组，其中，一块支承板由另一支撑板绕其中心旋转120°得到；

图8A-B根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组，其中，一块支承板由另一支撑板绕其中心旋转180°得到；

图9根据本发明的一个实施例，示出了采用不同连接线圆弧半径所得到的流经支承孔和换热管间的流通面积；

图10根据本发明的一个实施例，示出了五种基本形状轮廓及换热管在基本形状中的相对位置；

图11根据本发明的一个实施例，示出了用五种基本形状无缝组合出图2中的容纳一根至二十根换热管的二十种支承孔横截面。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明的较佳实施例结合附图详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式

本发明所使用的技术术语

换热管圆：是指将换热管外壁投影到垂直于换热管轴线的平面上形成的封闭轮廓线。一个圆代表一根换热管。

管孔圆：是指传统的弓形支承板上用来支承换热管的孔的横截面封闭轮廓线。

基本布管单元：是指确定换热管布置基本尺寸的三角形，三角形的顶点是换热管圆的圆心。

相邻管孔圆：是指基本布管单元中任意两个管孔圆。

支承孔：是指至少可以容纳一根换热管的孔，该孔至少可以限制一根换热管的至少一个侧向移动。

标准支承孔：是指在同一换热器中各支承件上分布数量最多的、起主导作用的、容纳换热管数量最多的一种支承孔，标准支承孔至少可容纳一个由三根相邻换热管构成的基本布管单元。

辅助支承孔：是指在同一换热器中各支承件上分布数量较少的、起辅助作用的、容纳换热管数量少于标准支承孔。单个辅助支承孔所容纳的换热管数量必须少于同一换热器中单个标准支承孔所容纳的换热管数量。

管孔孔桥：是指传统的弓形支承板上两个相邻管孔边缘之间的实体。

支承孔孔桥：是指两个相邻支承孔边缘之间的实体。

支承孔横截面：是指用平行于支承件端面且通过支承孔内表面与换热管切点的平面切割支承孔形成的截面。

支承孔纵截面：是指用平行于换热管轴线且垂直于支承孔内表面的平面切割支承孔形成的截面。

支承线：是指支承孔横截面封闭轮廓线中起换热管支承作用的线。支承线与管孔圆至少有两个切点(支承线与管孔圆重合，代表有无穷个切点)。

连接线：是指支承孔横截面封闭轮廓线中连接相邻两条支承线的线。连接线是由线段或线段和弧线或弧线构成的内凹曲线，连接线与两个相邻管孔圆至少各有一个切点(连接线与管孔圆重合，代表有无穷个切点)。

圆心连线：是指连接两个相邻管孔圆圆心的线段。

垂直平分线：是指管孔圆圆心连线的垂直平分线。

概述

本发明为管束提供一种支承件，一组支承件(即：构成完整的换热管支承通道的若干支承件)至少包括二个沿所支承换热管的轴线方向分隔开的横向设置的支承件。本发明利用支承线和连接线组合构成不同形状的支承孔横截面封闭轮廓线，所述支承孔适用于任意布管形式并可容纳任意数量的换热管。一组相邻支承件上的支承孔以错位、旋转的方式排列，各支承件上的支承孔孔桥相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道及壳程流体的流通和扰流通道，壳程流体具有纵流特性。

改变横截面封闭轮廓线形状、大小，可以获得与管孔孔桥宽度相同的支承孔孔桥宽度。在满足支承孔孔桥强度和刚度要求的前提下，可以使用较小的管间距，增加了布管紧凑程度。在管间距一定的条件下，可以通过改变横截面封闭轮廓线形状、大小，获得最佳的支承件流通面积和扰流强度，提高综合换热效率。通过标准支承孔和辅助支承孔的合理分布，解决布管区域边缘漏流问题，增加了布管紧凑程度，提高了总体换热效率。

本发明将支承孔横截面分割成只能容纳一根换热管的五种基本形状，支承孔横截面至少由一种基本形状构成。可以用这五种基本形状作为冲孔模具的形状或将它们无缝组合成支承件孔横截面的形状作为注塑、铸造、挤压的方法或类似方法来获得支承孔。

支承孔

本发明将所有的换热管布置方式都理解成三角形布置，即任意相邻的三根换热管布置中的基本布管单元是三角形，由该基本布管单元确定了换热管布置的基本尺寸。例如：换热管正方形布置方式中的基本布管单元是等腰直角三角形、换热管长方形布置方式中的基本布管单元是非等腰直角三角形、换热管等边三角形布置方式中的基本布管单元是等边三角形。等边三角形是一种特殊的基本布管单元，具有完全对称性和完全相等性。从基本布管单元是三角形的基本思想出发，将支承孔横截面封闭轮廓线分割成最基础的两种线，即支承线和连接线。支承孔横截面封闭轮廓线由同样数量的支承线和连接线以支承线与连接线相邻的方式依次连接而成，同样数量是指构成支承孔横截面封闭轮廓线的支承线数量和连接线数量相同。构成同一支承孔横截面封闭轮廓线的支承线或连接线的形式、长度可以相同，也可以根据其所处位置不同而采用不同的支承线或连接线的形式、长度。支承线根据其所处位置还可以异化为一个点，即支承线的长度为零，由连接线与连接线直接相连。

图1根据本发明的一个实施例，示出了可以容纳三根或四根换热管的支承孔横截面封闭轮廓线120、管孔圆140、支承线121和连接线122的示例。图中仅示出了一部分支承线和连接线形状的示例。实际应用中可根据需要设计出任意形状的支承线和连接线，构成同一支承孔横截面封闭轮廓线的支承线或连接线的形状、长度可以相同，也可以根据其所处位置不同而采用不同的支承线或连接线的形式、长度。支承线根据其所处位置还可以异化为一个点，即支承线的长度为零，由连接线与连接线直接相连。图中粗实线围成的闭合线是支承孔横截面封闭轮廓线120，双点划细线是管孔圆140。

从理论上看，可以用支承线和连接线构成容纳任意多根换热管的支承孔横截面封闭轮廓线。即支承孔可以小到只能容纳一根换热管，大到容纳设计需要的任意多根换热管。可以通过支承线和连接线组合构成众多的符合设计需要的支承孔横截面形状。图2根据本发明的一个实施例，示出了分别可以容纳一根至二十根换热管的二十种支承孔横截面封闭轮廓线。图中仅示出了可以容纳一根至二十根换热管的各一种支承孔横截面封闭轮廓线的形状。实际应用中可根据所要容纳的换热管的根数和位置设计出任意形状和大小的支承孔横截面封闭轮廓线。图中粗实线围成的闭合线是支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线是管孔圆。

对于只能容纳一根换热管的支承孔横截面封闭轮廓线是由一条支承线和一条连接线构成，连接线的两端分别与支承线的两端连接，此连接线与该根容纳的换热管对应的管孔圆至少有两个切点。横截面封闭轮廓线是圆形的支承孔是只能容纳一根换热管的支承孔的特例。

支承线与连接线

支承线和连接线是构成支承孔横截面封闭轮廓线最基础的两种线。由支承线沿支承孔所容纳换热管轴线方向的内表面轮廓线扫略构成的支承面是支承孔中起支承换热管作用的面。支承线至少由一条曲线构成，支承线与管孔圆至少有两个切点，当支承线与管孔圆重合，则有无穷个切点。支承线可以异化为一个点，即支承线的长度为零。

连接线是支承孔横截面封闭轮廓线中连接相邻两条支承线的线，连接线沿支承孔所容纳换热管轴线方向的内表面轮廓线扫略构成了连接面。连接线是由线段或线段和弧线或弧线构成的内凹曲线，连接线与两个相邻管孔圆至少各有一个切点，当支承线与管孔圆重合，则有无穷个切点。对于只能容纳一根换热管的支承孔中的连接线，只与所容纳的换热管对应的一个管孔圆相切且至少有两个切点。

支承孔分布

根据流体介质、流速等等相关参数选择合适的标准支承孔大小、形状，标准支承孔的大小、形状决定了一组构成完整的换热管支承通道的支承件数量。支承孔的分布是以标准支承孔为主、以填补无法构成完整标准支承孔的少数换热管、不同形式的少量辅助支承孔为辅的一种组合布置，构成符合换热管布置要求且无布管边缘区域漏流的管束支承件。不存在布管边缘区域漏流现象，非布管区不需要用假管，提高总体换热效率，降低制造成本。标准支承孔按一定规则排列分布后，无法构成完整的标准支承孔的少数换热管，需要用适合该标准支承孔区域所包涵的换热管数量及换热管分布形状的辅助支承孔来填补。

按穿过支承件上一个标准支承孔的换热管至少要穿过一组支承件中另一个支承件上两个标准支承孔的要求排列各支承件上的标准支承孔，例如各支承件上标准支承孔可以沿相邻管孔圆依次平移错位或绕支承件中心旋转某一角度的方法或类似方法进行排列分布。一组相邻支承件上的支承孔以错位、旋转的方式排列后，各支承件上的支承孔孔桥相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道及壳程流体的流通和扰流通道。

图3根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组(本例四块支承板为一组)，其中，各支承板上标准支承孔横截面封闭轮廓线沿相邻管孔圆依次平移错位，以达到穿过一块支承板上一个标准支承孔的换热管至少要穿过一组支承件中另一块支承板上两个标准支承孔的要求。图中四条闭合线分别代表一组支承件的四块支承板上的标准支承孔横截面封闭轮廓线323、324、325、326，双点划细线是管孔圆340。

图4根据本发明的一个实施例，示出了一个支承件组(本例两块支承板为一组)，其中，一块支承板上标准支承孔绕旋转中心旋转了120°，以达到穿过一块支承板上一个标准支承孔的换热管至少要穿过一组支承件中另一块支承板上两个标准支承孔的要求。图中封闭轮廓线427是旋转前的标准支承孔横截面封闭轮廓线，封闭轮廓线428是绕旋转中心441旋转了120°后的标准支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线是管孔圆440。

图5A-C根据本发明的一个实施例，示出了一组支承件(本例三块支承板为一组)中各支承板上标准支承孔横截面封闭轮廓线以沿相邻管孔圆依次平移方式进行错位。图5A示出了一组支承件中的第一板支承板的标准支承孔横截面封闭轮廓线和辅助支承孔横截面封闭轮廓线的分布、图5B示出了一组支承件中的第二板支承板的标准支承孔横截面封闭轮廓线和辅助支承孔横截面封闭轮廓线的分布、图5C示出了一组支承件中的第三板支承板的标准支承孔横截面封闭轮廓线和辅助支承孔横截面封闭轮廓线的分布。从图5A-C可以看出，在支承板边缘区域的换热管无法填充满完整的标准支承孔横截面封闭轮廓线包围的区域，并且部分标准支承孔横截面封闭轮廓线包围的区域超出了支承板外圆，为避免漏流和保持支承板的完整性，需要用适合这部分换热管分布形状和数量的辅助支承孔横截面封闭轮廓线来填补。图5A-C中黑粗实线大圆是支承板外圆542、封闭轮廓线529是标准支承孔横截面封闭轮廓线、封闭轮廓线530是辅助支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线是管孔圆540。

图6根据本发明的一个实施例，示出了由图5A-C所示出的三块支承板的支承孔601及其沿换热管轴线方向叠合后各支承板的支承孔孔桥602相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道的示例。

图7A-B根据本发明的一个实施例，示出了一组支承件(本例两块支承板为一组)中一块支承板由另一支撑板绕其中心旋转120°，得到穿过一块支承板上一个标准支承孔的三根换热管可以穿过另一块支承板上三个标准支承孔的示例。图7A示出了标准支承孔横截面封闭轮廓线和辅助支承孔横截面封闭轮廓线的分布。图7A中封闭轮廓线731是标准支承孔横截面封闭轮廓线、封闭轮廓线732是辅助支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线是管孔圆740。图7B示出了由图7A所示出的支承板及其绕支承板中心旋转120°得到的另一块支承板，以及两块支承板沿换热管轴线方向叠合后支承板的支承孔孔桥703相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道的示例。

图8A-B示出了一组支承件(本例两块支承板为一组)中一块支承板由另一支撑板绕其中心旋转180°，得到穿过一块支承板上一个标准支承孔的三根换热管可以穿过另一块支承板上三个标准支承孔的示例。图8A示出了标准支承孔横截面封闭轮廓线和辅助支承孔横截面封闭轮廓线的分布，在此示例中应用到了圆形辅助支承孔的横截面封闭轮廓线。图8A中封闭轮廓线833是标准支承孔横截面封闭轮廓线、封闭轮廓线834是辅助支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线是管孔圆840。图8B示出了由图8A所示出的支承板及其绕支承板中心旋转180°得到的另一块支承板，以及两块支承板沿换热管轴线方向叠合后支承板的支承孔孔桥804相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道的示例。

流通面积可变

本发明的支承孔横截面封闭轮廓线是由支承线和连接线构成的，而支承线和连接线都是可以由一条曲线构成，因此支承孔横截面封闭轮廓线形状在设计时可以根据支承件的流通面积要求变化。横截面封闭轮廓线形状、大小的变化可以改变支承孔孔桥实体形状、大小的变化，从而具有改变支承件流通面积和改变扰流强度的作用。

图9示出了采用不同连接线圆弧半径所得到的流经支承孔905和换热管943间的流通面积944示例。改变连接线的圆弧半径和/或改变连接线圆弧的圆心位置，可以达到改变流通面积的目的。

支承孔孔桥

本发明的支承孔横截面封闭轮廓线是由支承线和连接线构成的，而支承线和连接线都是至少由一条曲线构成，因此支承孔横截面封闭轮廓线形状可以改变。改变横截面封闭轮廓线形状、大小，可以获得与管孔孔桥宽度相同的支承孔孔桥宽度。在满足支承孔孔桥强度和刚度要求的前提下，可以使用较小的管间距，使最小管间距为换热管外径的1.17倍，增加了布管紧凑程度。

五种基本形状

本发明的支承孔可以通过公知的加工方法获得，如冲孔、线切割、激光切割、注塑、铸造或类似的方法。本发明将支承孔横截面分割成只能容纳一根换热管的五种基本形状，以减少冲孔、注塑或类似加工方法所用的模具种类。图10根据本发明的一个实施例，示出了五种基本形状轮廓及换热管在基本形状中的相对位置示例。图中实线是基本形状轮廓，双点划线是换热管圆。图中从左至右依次是基本形状一、基本形状二、基本形状三、基本形状四和基本形状五。

①基本形状一的封闭轮廓特征是由一条支承线、二条连接线和二条垂直平分线构成的封闭轮廓。二条垂直平分线的获得方法：任选一个管孔圆并从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的两个管孔圆的圆心，得到两条圆心连线并分别作两条圆心连线的垂直平分线即得二条所需的垂直平分线。

②基本形状二的封闭轮廓特征是由一条支承线、二条连接线和三条垂直平分线构成的封闭轮廓。三条垂直平分线的获得方法：任选一个管孔圆并从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的三个管孔圆的圆心，得到三条圆心连线并分别作三条圆心连线的垂直平分线即得三条所需的垂直平分线。

③基本形状三的封闭轮廓特征是由一条支承线、二条连接线和四条垂直平分线构成的封闭轮廓。四条垂直平分线的获得方法：任选一个管孔圆并从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的四个管孔圆的圆心，得到四条圆心连线并分别作四条圆心连线的垂直平分线即得四条所需的垂直平分线。

④基本形状四的封闭轮廓特征是由一条支承线、二条连接线和五条垂直平分线构成的封闭轮廓。五条垂直平分线的获得方法：任选一个管孔圆并从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的五个管孔圆的圆心，得到五条圆心连线并分别作五条圆心连线的垂直平分线即得五条所需的垂直平分线。

⑤基本形状五的封闭轮廓特征是由六条垂直平分线构成的封闭轮廓。六条垂直平分线的获得方法：任选一个管孔圆并从该圆的圆心依次连接与该圆相邻的六个管孔圆的圆心，得到六条圆心连线并分别作六条圆心连线的垂直平分线即得六条所需的垂直平分线。

由于基本布管单元构成的三角形特性不同，致使基本形状有异化现象。对于正方形布管和长方形布管，基本布管单元是直角三角形。部分位置的基本形状发生了异化，基本形状二异化成了基本形状一、基本形状三异化成了基本形状二、基本形状四异化成了基本形状三、基本形状五由六条边异化成了四条边。

图11根据本发明的一个实施例，示出了用五种基本形状无缝组合出图2中的容纳一根至二十根换热管的二十种支承孔横截面。图中粗实线围成的闭合线是支承孔横截面封闭轮廓线，双点划细线的圆是管孔圆，双点划细的直线是垂直平分线。

各种形状的支承孔横截面至少由一种基本形状构成。用基本形状一、二、三及四可作为单个冲孔模具的形状进行冲孔，而被这四种基本形状所包围的其它部分则是自然形成的不需要冲孔。可以用基本形状一、二、三、四及五形状的单个模具无缝组合成支承孔的形状作为冲孔组合模具、注塑模具、铸造模具或其它类似加工方法的模具。

综上所述，本发明所提供的运用于管壳式换热器的管束支承件利用支承线和连接线组合构成不同形状的支承孔横截面封闭轮廓线，相邻支承件上的支承孔以错位、旋转的方式排列，各支承件上的支承孔孔桥相互交错在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道及壳程流体的流通和扰流通道，壳程流体具有纵流特性。通过改变横截面封闭轮廓线形状、大小，使标准支承孔和辅助支承孔合理分布，增加了布管紧凑程度，解决布管区域边缘漏流问题，提高了总体换热效率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (16)

1.一种用于管壳式换热器的管束支承件，包括支承孔，所述支承孔进一步包括标准支承孔和辅助支承孔，所述支承孔的横截面封闭轮廓线由数量相同的支承线和连接线以支承线与连接线相邻的方式依次连接而成，其特征在于所述连接线是由线段或线段和弧线或弧线构成的内凹曲线，所述标准支承孔至少包括一个由三根相邻换热管构成的基本布管单元，所述辅助支承孔至少可容纳一根换热管，并且单个辅助支承孔容纳的换热管数量少于单个标准支承孔所容纳的换热管数量，所述支承孔适用于任意布管形式，且可根据所要容纳的换热管的根数和位置设计出任意形状和大小的支承孔横截面封闭轮廓线。

2.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，所述横截面封闭轮廓线为支承件厚度方向支承孔横截面垂直投影到支承件端面所形成的封闭曲线，所述支承线为支承孔横截面封闭轮廓线中支承换热管的线，所述连接线为支承孔横截面的封闭轮廓线中连接支承线的线。

3.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，所述标准支承孔所容纳的任意三根相邻换热管均为一个基本布管单元，所述基本布管单元中的三根换热管呈三角形布置。

4.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，所述支承线异化为一个点。

5.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，所述连接线与两个相邻管孔圆至少各有一个切点。

6.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，其中只能容纳一根换热管的辅助支承孔的横截面封闭轮廓线由连接线两端与支承线两端分别连接而成，连接线与所容纳的换热管对应的一个管孔圆相切且至少有两个切点。

7.如权利要求6所述的管束支承件，其特征在于，所述只能容纳一根换热管的辅助支承孔是圆形支承孔。

8.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，所述横截面封闭轮廓线的形状、大小根据设计计算变化，以改变支承件流通面积和改变扰流强度或者使支承孔孔桥的宽度与管孔孔桥的宽度相同，其中，管孔孔桥是指传统的弓形支承板上两个相邻管孔边缘之间的实体，支承孔孔桥是指两个相邻支承孔边缘之间的实体。

9.如权利要求8所述的管束支承件，其特征在于，在满足支承孔孔桥强度和刚度要求的前提下，使最小管间距为换热管外径的1.17倍。

10.如权利要求1所述的管束支承件，其特征在于，支承孔纵截面上支承孔内表面轮廓线是曲线。

11.一种制作如权利要求1所述的管束支承件的方法，其特征在于，用冲孔、注塑、铸造、或挤压方法获得支承孔，其模具形状是以下只能容纳一根换热管的五种基本形状之一或者是二种以上形状的组合：

基本形状一，由一条支承线、两条连接线和两条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述两条垂直平分线是指从该管孔圆的圆心依次连接与该管孔圆相邻的两个管孔圆的圆心所得到的两条圆心连线的两条垂直平分线；

基本形状二，由一条支承线、两条连接线和三条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述三条垂直平分线是指从该管孔圆的圆心依次连接与该管孔圆相邻的三个管孔圆的圆心所得到的三条圆心连线的三条垂直平分线；

基本形状三，由一条支承线、两条连接线和四条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述四条垂直平分线是指从该管孔圆的圆心依次连接与该管孔圆相邻的四个管孔圆的圆心所得到的四条圆心连线的四条垂直平分线；

基本形状四，由一条支承线、两条连接线和五条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述五条垂直平分线是指从该管孔圆的圆心依次连接与该管孔圆相邻的五个管孔圆的圆心所得到的五条圆心连线的五条垂直平分线；

基本形状五，由六条垂直平分线构成的封闭轮廓，所述六条垂直平分线是指从该管孔圆的圆心依次连接与该管孔圆相邻的六个管孔圆的圆心所得到的六条圆心连线的六条垂直平分线。

12.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，用冲孔方法获得支承孔，其中，用基本形状一、二、三及四作为单个冲孔模具的形状进行冲孔或者用基本形状一、二、三、四及五的单个模具无缝组合成支承孔的形状作为冲孔组合模具。

13.一种如权利要求11所述的方法，其特征在于，用注塑、铸造或挤压的方法获得支承孔，其中，用基本形状一、二、三、四及五形状的单个模具无缝组合成支承孔的形状作为注塑模具、铸造模具、或挤压模具的加工方法的模具。

14.一种用于管壳式换热器的管束支承件组，包括两个以上如权利要求1-10所述的管束支承件，所述两个以上管束支承件沿所支承换热管轴线方向分隔开并横向设置。

15.如权利要求14所述的管束支承件组，其特征在于，相邻支承件上的支承孔孔桥相互交错并在换热管轴线方向形成完整的换热管支承通道以及壳程流体的流通和扰流通道，按穿过支承件上一个标准支承孔的换热管要穿过一组支承件中另一个支承件上至少两个标准支承孔的要求排列各支承件上的标准支承孔。

16.如权利要求14所述的管束支承件组，其特征在于，各支承件上标准支承孔按照沿相邻管孔圆依次平移错位或绕支承件中心旋转某一角度的方式进行排列分布。