CN106767039A - 折流栅支撑凹面管管束换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折流栅支撑凹面管管束换热器，包括壳体、与所述壳体两端固定连接的管板，管板之间固定有与壳体轴线平行且两端分别与两侧封头相通的若干组换热管，换热管由沿壳体轴向间隔分布的折流栅固定支撑；所述折流栅包括与两端管板平行的折流圈以及两端固定在所述折流圈内等间距分布且相互平行的折流杆。本发明提供的换热管采用折流栅支撑，不同于普通的折流板中壳程流体为S形流动，是沿换热管管长方向的轴向流动与管程流体形成的是纯逆流流动，增大了总传热温差，提高了传热速率，同时减少了流体对管束的横向冲刷，基本消除了流体产生的诱导振动，而且壳程阻力比折流板明显减少，适用于不同的传热介质，适用范围广。

Description

折流栅支撑凹面管管束换热器

技术领域

本发明涉及传热设备领域，特别涉及一种折流栅支撑凹面管管束换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器结构主要由壳体、换热管、管束支撑物、两端管板、两端封头、壳程及管程进出口接管共同连接构成，换热管为光滑管，管间支撑物为折流板，以折流板为支撑物时壳程流体沿流动方向呈S形流动，不是完全沿换热管管长方向的轴向流动，与管程流体形成的也不是纯逆流流动，总传热温差不够大，导致传热速率没法提高，同时壳程流体对管束的还存在横向冲刷会对换热管管束产生诱导振动。

另外，缩放管、横纹管、波节管等强化传热管的对流传热系数虽有提高，但阻力也增大，容易结垢，而且各自用于不同的传热介质，适用范围窄，目前已有的换热管的换热效率比较低，如单向螺旋线的换热管冷却介质在流动时受螺旋线的扰动，形成一定程度的紊流，增加了换热效果，但扰动较小，在管中心处仍以层流形式流动；而管内增加插入物虽然换热效果较好，但增加了流动阻力，另外管内结垢后难以清洗，特别是以气体为传热介质时传热系数小，传热速率低。

发明内容

本发明的任务是提供一种能提供牢固支撑防止换热管管束产生诱导振动，流动阻力小易清洗且能提高管体中心流体扰动，传热效果好，尤其适用于提高含尘气体的热交换效率的折流栅支撑凹面管管束换热器以解决现有技术存在的不足。

本发明通过以下技术方案来实现发明目的：

一种折流栅支撑凹面管管束换热器，包括壳体、与所述壳体两端固定连接的管板，管板之间固定有与壳体轴线平行且两端分别与两侧封头相通的若干组换热管，换热管由沿壳体轴向间隔分布的折流栅固定支撑；所述换热管管体外壁设有左右对称的左凹面和右凹面以及上下对称的上凹面和下凹面；所述折流栅包括与两端管板平行的折流圈以及两端固定在所述折流圈内等间距分布且相互平行的折流杆，由此，通过折流栅来支撑换热管束，折流栅又由折流杆和折流圈组成，具有良好的弹性，换热管四周均被固定，能有效防止换热管的破坏性振动，折流杆对传热管起支撑作用的同时，对流体产生扰流，增大了流体的湍动，通过交错凹面管管表面的凹凸起伏对流体产生扰动也增强了流体湍流度，提高了管外流体的对流换热系数。

进一步地，所述折流栅至少由三根拉杆固定，拉杆两端固定在两侧的管板上且与折流栅垂直；所述折流栅每四个作为一个折流栅组来固定所述换热管管束，折流栅组中相邻折流栅的折流杆之间相互垂直且分别紧压换热管外壁对应的凹面处从左右侧和上下侧四个方向来固定换热管，由此，折流栅组中的四组折流杆分别从上下和左右四个方向将换热管管束固定，能有效防止换热管的破坏性振动。

进一步地，所述拉杆包括固定杆和分段套设在固定杆外壁的定距管，固定杆沿折流圈边沿周向分布且与折流栅垂直，折流栅与管板之间以及中心线在同一直线上的折流栅与折流栅之间均通过定距管固定，由此，无需通过焊接固定折流栅，定距管的设置使得折流栅的拆装和维修都非常方便。

进一步地，所述折流栅之间的间距为50mm-250mm。由此，壳程流体流动方向不再是由普通折流板支撑时的S形流动，而是沿换热管的轴向流动，与管程流体形成纯逆流流动，增大了总传热温差，提高了传热速率，同时减少了流体对管束的横向冲刷，基本消除了流体产生的诱导振动，而且壳程阻力比折流板明显减少。

进一步地，所述折流杆中位于同一折流栅上的折流杆之间的间距与相邻两根换热管的管间距相等。

进一步地，所折流杆呈薄板条形或圆柱体形，由此，根据换热管管束外壁凹面的形状来选择相匹配的折流杆形状使折流杆对换热管的支撑更加牢固稳定。

进一步地，所述左凹面、右凹面、上凹面和下凹面均呈半球形或半椭球形，所有凹面与管体经圆弧光滑连接，由于所有凹面呈半球形或半椭球形且与管体通过圆弧光滑连接，流体阻力小，在管体内形成上下、左右对称的所有凸面使管体内流体不断改变流动方向，不易结垢，便于清洗。

进一步地，所述左凹面和右凹面与上凹面和下凹面之间形成交错凹面管段，所述交错凹面管段的凹面节距为1～3倍的凹面直径，所有凹面的尺寸相同，由此使管体内相对应的交错凸面管段能连续改变流体流动方向，强化了管内中心处流体的传热，交错凹面管段的节距可长可短，视对换热器的阻力要求而定，沿管体长度方向均匀分布，凹面节距过大，不能有效提高对流换热系数，节距过小会加大流体沿程阻力的增幅。

进一步地，所述管体由铜管、不锈钢管或无缝钛管制作，可适用于多种性质的流体，延长换热管的使用寿命。

进一步地，所述两侧封头端部分别设有用于管程流体进出的管程入口管和管程出口管，沿所述管程流体逆流方向壳体上方和下部分别设有用于壳程流体进出的壳程出口管和壳程入口管。

本发明提供的折流栅支撑凹面管管束换热器，与现有技术相比具有以下优点：

1、换热管采用折流栅支撑，折流栅又由折流杆和折流圈组成，具有良好的弹性，换热管上下左右均被固定，能有效防止换热管的破坏性振动；折流杆对传热管起支撑作用的同时，对流体产生扰流，增大了流体的湍动，通过交错凹面管管表面的凹凸起伏对流体产生扰动也增强了流体湍流度，提高了管外流体的对流换热系数；

2、由于采用折流栅作为支撑，壳程流体流动方向不再是普通折流板作为支撑时的S形流动，而是沿换热管管长方向的轴向流动，与管程流体形成的是纯逆流流动，增大了总传热温差，提高了传热速率，同时减少了流体对管束的横向冲刷，基本消除了流体产生的诱导振动，而且壳程阻力比折流板明显减少；

3、管程换热管管壁采用交错凹面管，交错凹面管的管内形成与管体外表凹面相对应的球形凸面，管内流体速度的大小和方向发生周期性的改变，增强了流体的湍流程度，在边界层内速度矢量和温度梯度矢量的夹角变小，传热场协同作用加强，提高了对流换热系数，而由于凹面与基管采用圆弧连接，流体阻力增幅不大。

附图说明

图1为本发明折流栅支撑凹面管管束换热器一种实施方式的结

构示意图；

图2为图1中折流栅及折流栅组的结构示意图；

图3为图1中换热管及其相应剖面处的剖面示意图；

其中：1—壳体，2—管板，3—封头，4—换热管，41—管体，42—左凹面，43—右凹面，44—上凹面，45—下凹面，46—圆弧，47—交错凹面管段，5—折流栅，5a—第一折流栅，5b—第二折流栅，5c—第三折流栅，5d—第四折流栅，51—折流圈，52—折流杆，6—拉杆，7—管程入口管，8—管程出口管，9—壳程出口管，10—壳程入口管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明，

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图3所示，一种折流栅支撑凹面管管束换热器，包括壳体1、与壳体1两端固定连接的管板2，管板2之间固定有与壳体1轴线平行且两端分别与左右两侧封头3相通的若干组换热管4，换热管4由沿壳体1轴向间隔分布的折流栅5固定支撑，两侧封头3端部分别设有用于管程流体进出的管程入口管7和管程出口管8，沿管程流体逆流方向壳体上方和下部分别设有用于壳程流体进出的壳程出口管9和壳程入口管10。

如图3所示，换热管4管体41外壁设有左右对称的左凹面42和右凹面43以及上下对称的上凹面44和下凹面45，左凹面42、右凹面43、上凹面44和下凹面45均呈半球形，也可以为半椭球形，且所有凹面与管体41经圆弧46光滑连接以减少管内液体阻力，其中，左凹面42和右凹面43与上凹面44和下凹面45之间形成交错凹面管段47，交错凹面管段47的凹面节距为1～3倍的凹面直径，所有凹面的尺寸相同。

如图2所示，折流栅5包括与两端管板2平行的折流圈51以及两端固定在折流圈51内等间距分布且相互平行的折流杆52，折流栅5至少由三根拉杆6固定，拉杆6两端固定在两侧的管板2上且与折流栅5垂直。

其中，拉杆6包括固定杆和分段套设在固定杆外壁的定距管(固定杆和定距管未在图中示出)，固定杆沿折流圈51边沿周向分布且与折流栅5垂直，折流栅5与管板2之间以及中心线在同一直线上的折流栅5与折流栅5之间均通过定距管垂直固定。为了对换热管4管束起到稳定的支撑作用，折流栅5每四个作为一个折流栅组来固定换热管4管束，折流栅组中相邻折流栅5的折流杆之间相互垂直且分别紧压换热管4外壁对应的凹面处从左右侧和上下侧四个方向来固定换热管4，第一折流栅5a的折流杆51与换热管4外壁的左凹面42卡合，隔一个凹面节距后，第二折流栅5b的折流杆51再与换热管4外壁的上凹面44卡合，再隔一个凹面节距后，第三折流栅5c的折流杆51再与换热管4外壁的右凹面43卡合，再隔一个凹面节距，第四折流栅5d的折流杆51再与换热管4外壁的下凹面45卡合，由此实现对换热管4管束的上下左右四周的固定，折流杆51中位于同一折流栅5上的折流杆51之间的间距与相邻两根换热管4的管间距相等，折流杆51呈圆柱体形以与换热管4外壁的半球形凹面配合更紧密对换热管4持支撑更稳定，折流杆51也可以根据实际情况选择薄板条形。

另外，折流栅5之间的间距为100mm，也可为50-250mm之间的其它尺寸，这个间距由换热管4管长与壳体1直径之比确定。

换热管的管体由不锈钢管制作，也可以采用无缝钛管或铜管制作。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：包括壳体、与所述壳体两端固定连接的管板，管板之间固定有与壳体轴线平行且两端分别与两侧封头相通的若干组换热管，换热管由沿壳体轴向间隔分布的折流栅固定支撑；

所述换热管管体外壁设有左右对称的左凹面和右凹面以及上下对称的上凹面和下凹面；

所述折流栅包括与两端管板平行的折流圈以及两端固定在所述折流圈内等间距分布且相互平行的折流杆。

2.根据权利要求1所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述折流栅至少由三根拉杆固定，拉杆两端固定在两侧的管板上且与折流栅垂直；

所述折流栅每四个作为一个折流栅组来固定所述换热管管束，折流栅组中相邻折流栅的折流杆之间相互垂直且分别紧压换热管外壁对应的凹面处从左右侧和上下侧四个方向来固定换热管。

3.根据权利要求1所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述拉杆包括固定杆和分段套设在固定杆外壁的定距管，固定杆沿折流圈边沿周向分布且与折流栅垂直，折流栅与管板之间以及中心线在同一直线上的折流栅与折流栅之间均通过定距管固定。

4.根据权利要求3所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述折流栅之间的间距为50mm-250mm。

5.根据权利要求1所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述折流杆中位于同一折流栅上的折流杆之间的间距与相邻两根换热管的管间距相等。

6.根据权利要求1任一项权利要求所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所折流杆呈薄板条形或圆柱体形。

7.根据权利要求2所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述左凹面、右凹面、上凹面和下凹面均呈半球形或半椭球形，所有凹面与管体经圆弧光滑连接。

8.根据权利要求1所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述左凹面和右凹面与上凹面和下凹面之间形成交错凹面管段，所述交错凹面管段的凹面节距为1～3倍的凹面直径，所有凹面的尺寸相同。

9.根据权利要求1所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述管体由铜管、不锈钢管或无缝钛管制作。

10.根据权利要求1-9任一项权利要求所述的折流栅支撑凹面管管束换热器，其特征在于：所述两侧封头端部分别设有用于管程流体进出的管程入口管和管程出口管，沿所述管程流体逆流方向壳体上方和下部分别设有用于壳程流体进出的壳程出口管和壳程入口管。