CN104359344A - S型折流板换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型高效换热器，具体地说是一种S型折流板换热器，包括筒体，左管箱、右管箱分别连接于筒体两侧的管板上，若干根拉杆平行设置于筒体内，每根拉杆一端均固定于其中一块管板上，定距管套设于所述拉杆上，并在定距管上连接有折流板，所述折流板包括上层折流板、下层折流板，所述上层折流板上端紧密贴合于筒体内部顶端表面，下层折流板下端紧密贴合于筒体内部底端表面。该换热器能有效强化换热器的壳程传热，降低换热器的压降，减弱诱导振动对换热器寿命的影响和改善流动死区。

Description

S型折流板换热器

技术领域

本发明涉及一种新型高效换热器，具体地说是一种S型折流板换热器。

背景技术

换热器的折流板是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器壳程介质流道的设计。折流板在列管换热器中起到提高传热系数和支撑管束的作用。

传统折流板换热器的壳程侧压降大，存在多个流动死区，导致换热不充分，压降损耗大。同时，高速流体横向冲刷管束易产生诱导振动，传热管磨损严重，缩短换热器整体寿命。而本发明S型折流板换热器有效的提高了热交换的效率，死区面积大幅度改善，压降明显降低，提高了换热器换热管的固有频率，减小振动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、巧妙、合理的S型折流板换热器，该换热器能有效强化换热器的壳程传热，降低换热器的压降，减弱诱导振动对换热器寿命的影响和改善流动死区。

按照本发明提供的技术方案：一种S型折流板换热器，特征在于：包括筒体，左管箱、右管箱分别连接于筒体两侧的管板上，若干根拉杆平行设置于筒体内，每根拉杆一端均固定于其中一块管板上，定距管套设于所述拉杆上，并在定距管上连接有折流板，所述折流板包括上层折流板、下层折流板，所述上层折流板上端紧密贴合于筒体内部顶端表面，下层折流板下端紧密贴合于筒体内部底端表面，所述上层折流板、下层折流板相互间隔设置，所述上层折流板、下层折流板与筒体内壁之间形成流道，所述折流板为弯曲弧度相同的S型折流板，换热管穿设于所述折流板的连接孔中，且所述换热管两端均固定于相应的管板上。

作为本发明的进一步改进，所述上层折流板靠近筒体顶壁的弧面的方向与下层折流板靠近筒体底壁的弧面的方向相同。

作为本发明的进一步改进，所述折流板通过钢板压制而成，折流板包含的两个圆弧曲面呈外相切状，两个圆弧曲面的曲率半径相同，且均等于筒体直径的0.3倍。设有切口的圆弧曲面段为Ⅰ段，无切口的圆弧曲面段为Ⅱ段，其中Ⅰ圆弧曲面段的圆弧角为75~85°，Ⅱ圆弧曲面段的圆弧角为65~75°。

本发明与现有技术相比，优点在于：壳程流体在S型折流板组成的流道中形成稳定无急转向的曲线流动，振动噪音低，S型折流板换热器的换热管的最低固有频率相对于垂直弓形折流板换热器换热管固有频率大约3倍，在相同换热面积和相同工况下的S型折流板换热器的抗振效果要远优于垂直弓形折流板换热器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中的折流板的结构示意图。

图3为传统单弓形折流板换热器壳程流体速度矢量示意图。

图4为S型折流板换热器壳程流体速度矢量示意图。

附图标记说明：拉杆1、定距管2、管板3、右管筒4、筒体5、折流板6、上层折流板6.1、下层折流板6.2、换热管7、左管道8；I.D.为换热器的内径，R1：S型折流板的上弧半径，R2：S型折流板的下弧半径。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本发明一种S型折流板换热器，包括筒体5，左管箱8、右管箱4分别连接于筒体5两侧的管板3上，若干根拉杆1平行设置于筒体5内，每根拉杆1一端均固定于其中一块管板3上，定距管2套设于所述拉杆1上，并在定距管2上连接有折流板6，所述折流板6包括上层折流板6.1、下层折流板6.2，所述上层折流板6.1上端紧密贴合于筒体1内部顶端表面，下层折流板6.2下端紧密贴合于筒体1内部底端表面，所述上层折流板6.1、下层折流板6.2相互间隔设置，所述上层折流板6.1、下层折流板6.2与筒体5内壁之间形成流道，所述折流板6为弯曲弧度相同的S型折流板，换热管7穿设于所述折流板6的连接孔中，且所述换热管7两端均固定于相应的管板3上。

所述上层折流板6.1靠近筒体5顶壁的弧面的方向与下层折流板6.2靠近筒体5底壁的弧面的方向相同。

所述折流板6通过钢板压制而成，折流板6包含的两个圆弧曲面呈外相切状，两个圆弧曲面的曲率半径相同，且均等于筒体5直径的0.3倍。设有切口的圆弧曲面段为Ⅰ段，无切口的圆弧曲面段为Ⅱ段，其中Ⅰ圆弧曲面段的圆弧角为75~85°，Ⅱ圆弧曲面段的圆弧角为65~75°。

如图2所示，折流板的主视图与传统折流板无异，而左视图为S型。

本发明产品属于管壳式换热器，其结构和功能与普通管壳式换热器基本相同，可以直接参照GB151-1999《管壳式换热器》规范进行生产。如图1、2所示，在不改变传统换热器的外形结构和连接方式的前提下，将S型折流板取代垂直弓形折流板。

S型折流板的成型和换热器的组装过程如下：S型折流板的制造比较容易，采用模具压制而成，如此就可以保证同一换热器的各个S型折流板的弯曲弧度相同，安装方便，折流板孔在专用冲压模具上冲压，保证换热管和拉杆顺利安装。

换热器的S型折流板管束组装:如图1所示，S型折流板管束的组装和传统垂直弓形折流板换热器相似，先将两块管板3位置固定；安装拉杆1，S型折流板6和定距管2，其中定距管2与S型折流板6接触的端面应该进行打磨，使得定距管端面与S型折流板6接触面的弧度完全相同，而安装拉杆1时，先将拉杆杆1的一端与管板3相连，另一端穿过最后一个S型折流板6后应加上一段定距管短节，然后再用螺母旋紧固定，该定距管短节与S型折流板6接触面也应打磨成与S型折流板件6接触面的弧度相同；最后穿换热管7，并采用胀焊固定。

本发明产品在开发设计过程中进行了多次试验。实施例1：所用换热器为单管程单壳程，壳程直径DN500，换热管长度为3000mm，数量为273，设有两个半径R=150mm圆弧曲面外相切的S型折流板。该换热器S型折流板为有切口的圆弧曲面段圆弧角为75°，无切口的圆弧曲面段圆弧角为65°。实验结果显示该换热器的壳侧传热膜系数比传统弓形折流板换热器高38.3%。实验中振动噪音明显较低，检测换热器的换热管振动幅度结果显示约为传统折流板换热器换热管的0.32倍，表明S型折流板换热器的抗振效果明显。

实施例2：所用换热器为单管程单壳程， 壳程直径DN500，换热管长度为3000mm，数量为273，设有两个半径R=150mm圆弧曲面外相切的S型折流板。该换热器S型折流板为有切口的圆弧曲面段圆弧角为80°，无切口的圆弧曲面段圆弧角为70°。实验结果显示该换热器的壳侧传热膜系数比传统弓形折流板换热器高32.6%。实验中振动噪音明显较低，检测换热器的换热管振动幅度结果显示约为传统折流板换热器换热管的0.34倍。

实施例3：所用中换热器为单管程单壳程， 壳程直径DN500，换热管长度为3000mm，数量为273，设有两个半径R=150mm圆弧曲面外相切的S型折流板。该换热器S型折流板为有切口的圆弧曲面段圆弧角为85°，无切口的圆弧曲面段圆弧角为75°。实验结果显示该换热器的壳侧传热膜系数比传统弓形折流板换热器高28.5%。实验中振动噪音明显较低，检测换热器的换热管振动幅度结果显示约为传统折流板换热器换热管的0.39倍。

传统的折流板换热器的壳程流体流经折流板的圆缺处（窗口区），流通截面发生突变，在折流板的背风侧形成回流区，即流动死区，如图3所示。流动死区的存在既增加了壳程的压力损失，又减少了壳程换热效率。本发明与传统技术相比，由于壳程流体受到S型折流板的导流作用，如图4所示，除壳程的进出口附近有部分的回流外，壳程流体呈现无急转向流动，大大提高壳程流体的流速，雷诺数Re也得到了相应的提高，折流板附近流动死区大幅减少，对流传热效果明显提高。与此同时，稳定无急转向的高速流动有利于壳程流体将颗粒物和沉积物冲刷掉，显著降低了总热阻中20~50%的污垢热阻。

壳程流体在S型折流板导流作用下形成特殊的速度场和梯度场，没有明显的横向冲刷区和窗口区的界限，主体流体流线与换热管形成的75~90°倾斜角α，根据场协同理论，换热管的传热性能不仅与速度场以及温度场的分布有关，同样与速度场以及温度梯度场之间的夹角β有关，夹角β越小，传热效果越好，倾斜角α与夹角β互余，因此S型折流板换热器具有高效的传热。S型折流板换热器的壳侧传热膜系数比传统弓形折流板换热器高30~50%。

Claims (3)

1.一种S型折流板换热器，其特征在于：包括筒体（5），左管箱（8）、右管箱（4）分别连接于筒体（5）两侧的管板（3）上，若干根拉杆（1）平行设置于筒体（5）内，每根拉杆（1）一端均固定于其中一块管板（3）上，定距管（2）套设于所述拉杆（1）上，并在定距管（2）上连接有折流板（6），所述折流板（6）包括上层折流板（6.1）、下层折流板（6.2），所述上层折流板（6.1）上端紧密贴合于筒体（1）内部顶端表面，下层折流板（6.2）下端紧密贴合于筒体（1）内部底端表面，所述上层折流板（6.1）、下层折流板（6.2）相互间隔设置，所述上层折流板（6.1）、下层折流板（6.2）与筒体（5）内壁之间形成流道，所述折流板（6）为弯曲弧度相同的S型折流板，换热管（7）穿设于所述折流板（6）的连接孔中，且所述换热管（7）两端均固定于相应的管板（3）上。

2.如权利要求1所述的S型折流板换热器，其特征在于：所述上层折流板（6.1）靠近筒体（5）顶壁的弧面的方向与下层折流板（6.2）靠近筒体（5）底壁的弧面的方向相同。

3.如权利要求1所述的S型折流板换热器，其特征在于：所述折流板（6）通过钢板压制而成，折流板（6）包含的两个圆弧曲面呈外相切状，两个圆弧曲面的曲率半径相同，且均等于筒体（5）直径的0.3倍。