CN104913663A

CN104913663A - 管壳程容积可调节纵紊流油冷却器

Info

Publication number: CN104913663A
Application number: CN201410091301.XA
Authority: CN
Inventors: 朱冬生; 朱振奇; 莫逊; 文敏
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-09-16

Abstract

本发明公开了管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其包括壳体，所述壳体的两端分别由第一管板和第二管板封闭，形成一容置空间，该壳体内安装有多个换热管，所述换热管包括变形传热管以及连接于该变形传热管两端的第一圆管和第二圆管，其中，第一圆管固定于第一管板上，第二圆管固定于第二管板上，所述第一圆管、变形传热管和第二圆管的横截面周长均相等，相邻换热管通过变形传热管上的凸起部位实现点接触以形成自支撑结构，相邻换热管的相邻两个接触点之间相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。本发明通过变形传热管实现管/壳程空间控制，可在壳程形成了均匀、紧密的螺旋形流道，对壳程流体起到了强烈的扰动作用，因而可以大幅度提高壳程传热系数。

Description

管壳程容积可调节纵紊流油冷却器

技术领域

本发明涉及油冷却器制造技术领域，具体涉及一种用于石化、电力、冶金等行业的管、壳程空间可调的顺紊流油冷却器。

背景技术

管壳式油冷却器作为一种传统的油冷却器结构形式，具有结构简单、制造成本低、维护方便、适用性强、安全性高、选材范围广、处理能力大等特点。在管壳式油冷却器中，传统的折流板结构一直占据着主导地位。但由于折流板结构在折流板与壳体结合部位为流动死区，在此位置形成涡流，并由此导致有效换热面积减少、结垢和腐蚀等问题，同时，由于壳程流动状态为总体逆流、局部错流，形成了对管束的冲刷，造成管束振动，由此导致管板焊接处开裂和磨损导致穿孔。

针对传统的折流板壳程结构的缺点，近年不断有新型的壳程结构推出,如螺旋折流板、折流杆、空心环等。其共同特点是壳程流体延油冷却器轴向流动，消除或减少了死区和对管束的冲刷，减少了壳程结垢和振动，同时也降低了壳程流体的压降。

与传统的折流板油冷却器不同，新型的油冷却器壳程流体一般为轴向流动，因而壳程流体流速通常较低，由此导致壳程流体传热系数低，因此只能适合壳程流量较大的场合。因此，目前仍然为折流板式油冷却器占据主导地位。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，通过采用新型换热管及换热管排列方式，使管程和壳程流体流速匹配更为合理，提高壳程流体的湍流程度，从而较大程度地提高壳程换热系数。

为实现以上目的，本发明采取了的技术方案是：

管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其包括壳体，所述壳体的两端分别由第一管板和第二管板封闭，形成一容置空间，该壳体内安装有多个换热管，所述多个换热管由卡箍进行捆扎形成一换热管束，所述换热管束的两端分别与第一管板和第二管板固定连接，第一管板和第二管板的外侧分别固定连接一第一封头和第二封头；

第一封头与第一管板形成的空间通过一隔板分为管程进口通道和管程出口通道，管程进口通道和管程出口通道分别与安装于第一封头上的冷冻水进口和冷冻水出口相连通；所述壳体的上侧固定连接有与所述容置空间相连通的进油口和出油口，所述进油口位于第二管板侧，所述出油口位于第一管板侧，所述壳体的下侧固定连接有与所述容置空间相连通的放油口；

所述换热管包括变形传热管以及连接于该变形传热管两端的第一圆管和第二圆管，所述第一圆管、变形传热管和第二圆管一体成型，其中，第一圆管固定于第一管板上，第二圆管固定于第二管板上，所述第一圆管、变形传热管和第二圆管的横截面周长均相等，相邻换热管通过变形传热管上的凸起部位实现点接触以形成自支撑结构，相邻换热管的相邻两个接触点之间相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。

所述变形传热管为螺旋扭曲管，该螺旋扭曲管的横截面为三叶状结构，所述三叶状结构由三个半椭圆和三个圆弧成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧的顶点位于该三叶状结构的内接圆上，且三个顶点至内接圆圆心连线所形成的夹角均为120°，相邻换热管通过半椭圆相互接触以形成自支撑结构，相邻换热管的圆弧相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。

所述换热管为铜管。

所述铜管的外表面设有翅片强化结构，所述变形传热管由光滑圆管经冷轧加工而成。

所述第一圆管、第二圆管分别焊接或胀接于第一管板、第二管板上。

所述容置空间内进一步安装有至少一隔环，换热管束穿于所述隔环上设有的穿孔中，所述隔环与壳体内表面固定连接。

所述隔环为圆形，其穿孔为六边形，其中，圆形的外边缘固定连接于壳体的内壁上，换热管束穿于该六边形中。

所述内接圆和圆弧的半径比为（0.2～2）：1。

所述变形传热管的导程与圆弧的半径的比例为（10～100）：1。

所述变形传热管的水力直径与第一圆管的直径之比例为（0.5～0.9）：1。

采用截面为螺旋三叶管作为换热管，由光滑圆管经压扁、扭曲而成，为了便于管束与管板的安装和焊接，换热管的两端与管板连接处仍保持圆形。所有换热管的几何尺寸包括外径、扭距、截面长轴、短轴等都是相同的。换热管之间通过互相接触形成自支撑，通过换热管的有序排布以增大壳程流体的湍流程度，达到强化传热的目的，同时节省空间。螺旋三叶管纵向相互靠凸点接触，横向间距可变，通过螺旋三叶管间形成壳程变空间螺旋形流道，形成对壳程流体的强烈扰动，因而更有利于壳程流体的传热。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、强化传热效果好：通过采用变空间的布管方式，在壳程形成了均匀、紧密的螺旋形流道，对壳程流体起到了强烈的扰动作用，因而可以大幅度提高壳程传热系数，对于层流流动，可提高壳程传热系数2～3倍，对于湍流流动，可提高壳程传热系数30％以上。

2、空间利用效率高：通过采用变空间的布管方式，管间距可显著缩小，因而在相同的布管面积内可排布更多的换热管，相同的体积内能够获得更多的换热面积。

3、结构简单，易于维护：由于扭曲管自支撑结构取消了支撑部件，其它结构均与传统的管壳式油冷却器相同，结构上易于实现，安装方便，适用于各种压力级别和温度条件的全部管壳式油冷却器结构形式，与常规的管壳式油冷却器具有互换性，因而易于推广。

4、使用寿命长：由于壳程流体流动方向为完全轴向流动，消除了由于对管束的冲刷引起的诱导振动，减少了由于振动造成管板焊接处开裂和换热管破裂，因而油冷却器的使用寿命更长，同时也消除了流动死区，降低了结垢和腐蚀速率。

附图说明

图1为本发明管壳程容积可调节纵紊流油冷却器的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B向示意图；

图4为单个换热管的结构示意图；

图5为图4中变形传热管部分的剖视图。

其中：1、冷冻水进口；2、管板；3、出油口；4、隔环；5、卡箍；6、支架；7、壳体；8、换热管；81、变形传热管；811、半椭圆；812、圆弧；82、圆管；83、圆管；9、放油口；10、冷冻水出口；11、进油口；12、导流板；13、内接圆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参照图1和图3所示，一种管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其包括壳体7，所述壳体7的两端通过两个管板2封闭，形成一容置空间，该壳体7内安装有多个换热管8，该多个换热管8通过卡箍5捆绑形成换热管束，管板2的外侧均固定连接封头，管板2与其对应的封头之间形成了流动通道，换热管束的两端分别固定于相应的管板2上且与相应的流动通道相连通，其中一流动通道并通过隔板进行管程分程，提高换热效率，其将该流动通道分成冷冻水进口通道和冷冻水出口通道，在该流动通道相应的封头上设有冷冻水进口1和冷冻水出口10，冷冻水进口1和冷冻水进口通道相连通，冷冻水出口10和冷冻水出口通道相连通。

壳体7的上侧固定安装有进油口11和出油口3，进油口11和出油口3均与壳体7内形成的容置空间相连通，形成壳程流动通道，出油口3靠近冷冻水进口1所对应的管板侧，进油口11则远离该管板，在壳体7的下侧安装有至少一个放油口9。同时，壳体7的下侧并固定连接支架6实现支撑。

请结合图2、图4和图5所示，换热管8包括变形传热管81以及连接于该变形传热管81两端的圆管82和圆管83，圆管82、变形传热管81和圆管83一体成型，换热管8为光滑圆形铜管，其中间部分通过冷轧处理形成螺旋扭曲结构，两端不经过处理。圆管82、变形传热管81和圆管83的周长均相等。铜管的表面设置多个翅片结构，相邻翅片之间形成孔结构，其既减薄铜管外液相厚度，同时又增加对流换热速率。其中，圆管82和圆管83的端部分别焊接或胀接于相对应的管板2上。采用螺旋扭曲管的变形传热管81采用三叶管结构，即其横截面为三叶状结构，三叶状结构由三个半椭圆811和三个圆弧812成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧812的顶点位于该三叶状结构的内接圆13上，且三个顶点至内接圆13圆心连线所形成的夹角a均为120°，纵向相邻两个换热管8通过半椭圆811相互接触以形成自支撑结构，该两个换热管的圆弧812相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道，通过换热管的有序排布以增大壳程流体的湍流程度，使得管内的流体得以充分混合，并使得边界层减薄，达到强化传热的目的，同时节省空间。并且横向相邻两个换热管的间距可以调整，从而整体可形成壳程变空间螺旋形流道，形成对壳程流体的强烈扰动，因而更有利于壳程流体的传热。

内接圆13的半径R和圆弧的半径r比为（0.2～2）：1，当二者的比例越小，说明变形传热管81越扁，则壳程空间就越大，反之，则壳程空间越小，通过调整二者的比例，可对管、壳程空间大小的有效控制。同时，变形传热管81的扭曲比可通过变形传热管81的导程与圆弧812的半径的比例进行调节，在本发明中，二者比例为（10～100）：1。为了保证变形传热管中制冷剂蒸汽流动的稳定性，可通过变形传热管81的水力直径与圆管82（或圆管83）的直径之比例进行调节，在本发明中，二者比例为（0.5～0.9）：1。

采用上述变形传热管自支撑结构，加上该油冷却器又未设折流板，因此换热管束的边缘与壳体7的内壁之间存在较大的孔隙，因此，这种油冷却器在结构上有漏油的可能。如图1和2所示，为了防止漏油，在壳体7内安装有多个隔环4，隔环越多，漏油现象越易消除，因此，可根据漏油情况设定相邻两个隔环的距离。隔环4为圆形结构，其外边缘通过焊接等方式固定于壳体7的内壁上，在隔环4的中心镂空出一六边形的穿孔，换热管束穿于该穿孔内，穿孔的六边形中其中2个对边与导流板12固定连接。在穿孔中安装换热管束，可防止换热管束与壳体内壁间出现漏流的情况发生。同时，由于隔环中空，使其不会像折流板一样起到阻碍流体流动的作用，使得油冷却器的低压降特性没有发生变化，从而不会影响油冷却器的传热效果。

综上所述，本发明一种管壳程容积可调节纵紊流油冷却器具有以下几个突出特点：(1)根据管内外冷热流体体积和流速匹配的需要，利用螺旋三叶管变形控制冷热流场，实现油冷却器管/壳程空间可控的纯逆流，可使壳程在中、低雷诺数下产生紊流，不仅避免了弓形折流板和螺旋折流板的错流和死角，传热效率更高，流动性更好，实现油冷却器的轻量化、小型化。(2)采用自支撑螺旋三叶管，同等压降下，流速和传热系数大大提高，反过来，在同样传热效果下，壳程流体压降降低，支承结构简单化使制造更方便，并节约了材料和设备投资。(3)抗振性能和抗结垢性能显著提高，使设备的使用寿命延长，维护费用降低。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，其包括壳体，所述壳体的两端分别由第一管板和第二管板封闭，形成一容置空间，该壳体内安装有多个换热管，所述多个换热管由卡箍进行捆扎形成一换热管束，所述换热管束的两端分别与第一管板和第二管板固定连接，第一管板和第二管板的外侧分别固定连接一第一封头和第二封头；

2.根据权利要求1所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述变形传热管为螺旋扭曲管，该螺旋扭曲管的横截面为三叶状结构，所述三叶状结构由三个半椭圆和三个圆弧成交错连接形成的闭合曲线，其中，三个圆弧的顶点位于该三叶状结构的内接圆上，且三个顶点至内接圆圆心连线所形成的夹角均为120°，相邻换热管通过半椭圆相互接触以形成自支撑结构，相邻换热管的圆弧相对应形成间隙以在容置空间内形成网状通道。

3.根据权利要求1或2所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述换热管为铜管。

4.根据权利要求3所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述铜管的外表面设有翅片强化结构，所述变形传热管由光滑圆管经冷轧加工而成。

5.根据权利要求3所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述第一圆管、第二圆管分别焊接或胀接于第一管板、第二管板上。

6.根据权利要求1所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述容置空间内进一步安装有至少一隔环，换热管束穿于所述隔环上设有的穿孔中，所述隔环与壳体内表面固定连接。

7.根据权利要求6所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述隔环为圆形，其穿孔为六边形，其中，圆形的外边缘固定连接于壳体的内壁上，换热管束穿于该六边形中。

8.根据权利要求2所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述内接圆和圆弧的半径比为（0.2～2）：1。

9.根据权利要求2或8所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述变形传热管的导程与圆弧的半径的比例为（10～100）：1。

10.根据权利要求9所述的管壳程容积可调节纵紊流油冷却器，其特征在于，所述变形传热管的水力直径与第一圆管的直径之比例为（0.5～0.9）：1。