CN106767109A - 一种流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器 - Google Patents
一种流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器，其中，流体均布导流装置包括同轴布置的若干环形隔板和沿周向等角度间隔固定设置在相邻两环形隔板之间形成的环形带内的多个螺旋导流板；各环形隔板的径向尺寸由内至外依次增大，螺旋导流板的内外两侧分别与相邻的两环形隔板固定连接，相邻两螺旋导流板与两侧的环形隔板共同围成螺旋导流通道。流体均布导流装置通过设置螺旋导流板，相邻螺旋导流板形成的夹缝具有引导流体流向的功能，使由于重力影响已经产生偏向的流体流经流体均布导流装置时流向发生偏移，改变液相制冷剂的分布区域，使流体分布均匀。本发明结构简单，制造和使用方便，可广泛应用于海上浮式平台的低温换热设备中。
Description
技术领域
本发明属于低温换热技术领域，尤其涉及一种用于海上浮式平台的流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器。
背景技术
缠绕管式换热器是大型海上天然气浮式平台的首选主低温换热器，该换热器由多层圆管缠绕中心筒制成，管内热介质与壳体内冷介质进行热交换。缠绕管式换热器在《液化天然气技术》(顾安忠著，2004年第1版，P160-169)等公开资料中均有描述，其壳体是一个完整的腔体，壳侧制冷剂能够自由流通。当缠绕管式换热器应用于海上浮式平台时，由于受到风浪的影响，海上浮式平台会产生主要运动形式为摇动的运动，而缠绕管式换热器会随海上浮式平台一同运动。在摇动的过程中，海上浮式平台将长时间处于倾斜状态，致使缠绕管式换热器倾斜，如图1(a)、(b)所示，图中空心箭头表示液相制冷剂的流动方向，此时缠绕管式换热器内部的流体会因重力影响发生偏移流动，集聚于换热器内部倾斜的一侧，从而导致壳程两相流体分布不均，液相制冷剂无法与换热管充分接触，进而导致整个缠绕管式换热器的换热性能下降。
经对现有技术的文献检索发现，已有专利号为201410696922.0、名称为“腔体内设置竖直隔板的缠绕管式换热器”的实用新型专利，通过将腔体空间分隔成周向分布的扇形空间，部分解决了缠绕管式换热器因为摇动导致换热性能下降的问题，但对于因为摇动后液膜已偏移到壳侧一侧情况下导致整个缠绕管式换热器的换热性能下降的问题，目前现有技术尚无法解决。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器，可以在换热器倾斜时重力偏向导致液相制冷剂的分布不均匀的情况下，使流体重新分布均匀，有效解决缠绕管式换热器在晃动时由于内部液相制冷剂分布不均导致换热性能下降的问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种流体均布导流装置，其特征在于，该装置包括同轴布置的若干环形隔板和沿周向等角度间隔固定设置在相邻两所述环形隔板之间形成的环形带内的多个螺旋导流板；其中，各所述环形隔板的径向尺寸由内至外依次增大，所述螺旋导流板的内外两侧分别与相邻的两所述环形隔板固定连接，相邻两所述螺旋导流板与两侧的所述环形隔板共同围成螺旋导流通道。
所述螺旋导流板包括顺时针螺旋导流板和逆时针螺旋导流板，相邻两所述环形隔板之间形成环形带，同一所述环形带内的多个所述螺旋导流板的旋向相同，相邻两所述环形带内的所述螺旋导流板的旋向相反。
相邻两所述环形隔板之间的径向间距相等，所述螺旋导流板的高度与所述环形隔板的高度一致，所述螺旋导流板的内外两侧分别固定连接在相邻的内层所述环形隔板的外壁和外层所述环形隔板的内壁上。
相邻两所述螺旋导流板之间螺旋导流通道的宽度不超过20mm。
所述环形隔板的厚度设置在0.5mm至10mm之间，所述环形隔板的高度为所述螺旋导流板的螺旋线螺距的1/4；所述螺旋导流板的厚度在0.5mm至5mm之间。
所述环形隔板和螺旋导流板均采用铝板或者不锈钢板加工而成；所述环形隔板的截面形状为圆形、方形或者多边形。
一种缠绕管式换热器，其特征在于，该缠绕管式换热器至少包括壳体、缠绕管和上述任一项所述的一种流体均布导流装置；其中，至少一个所述流体均布导流装置固定安装在所述壳体内。
所述流体均布导流装置通过最外层的环形隔板与所述壳体的内壁固定连接；或者，所述流体均布导流装置省去最外层的环形隔板，通过最外层的螺旋导流板直接与所述壳体的内壁固定连接，从而将所述流体均布导流装置固定安装在所述缠绕管式换热器内。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种流体均布导流装置，通过设置螺旋导流板，相邻螺旋导流板形成的夹缝具有引导流体流向的功能，使由于重力影响已经产生偏向的流体流经流体均布导流装置时流向发生偏移，从而改变液相制冷剂的分布区域，使流体分布均匀。2、本发明的一种缠绕管式换热器，通过采用流体均布导流装置，使原本偏向一侧的液相制冷剂流体部分变向，增加流体扰动，使流出后液相制冷剂分布偏向倾斜的逆侧，减弱了倾斜状态的流体分布不均，使流型更稳定，均匀分布壳侧液膜，保证倾斜反方向的壳体内层管壁有充足的液相制冷剂覆盖并参与换热，有效解决晃动导致缠绕管式换热器的换热性能下降的问题。3、本发明的一种流体均布导流装置及具有该装置的缠绕管式换热器，结构简单，制造和使用方便，可以广泛应用于海上浮式平台的低温换热设备中。
附图说明
图1(a)、(b)分别是现有技术中换热器在正常情况和晃动情况下的示意图；
图2是本发明流体均布导流装置的俯视图；
图3(a)、(b)分别是经过流体均布导流装置前、后的流体分布示意图；
图4是本发明的顺时针螺旋导流板的结构示意图；
图5是本发明的逆时针螺旋导流板的结构示意图；
图6是本发明缠绕管式换热器工作在晃动情况下的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
附图6中的空心箭头表示液相制冷剂的流动方向。
如图2所示，本发明提供的一种流体均布导流装置100，其包括圆筒隔板1和螺旋导流板2，其中，若干圆筒隔板1同轴布置，各圆筒隔板1的内径由内至外依次增大且相邻两圆筒隔板1之间的径向间距相等；相邻两圆筒隔板1之间形成的环形带内沿周向等角度间隔地固定设置多个螺旋导流板2，且螺旋导流板2的内外两侧分别与相邻的两圆筒隔板1固定连接，相邻两块螺旋导流板2与两侧的圆筒隔板1共同围成螺旋导流通道。本发明的流体均布导流装置100在使用时，如果将流体流经流体均布导流装置100之前的流体分为1、2、3、4四个区域，如图3(a)所示；则当流体流经流体均布导流装置100时，由于螺旋导流通道的导流作用，使原来分布在各区域的流体被完全打乱，流体分布更为均匀，如图3(b)所示。
上述实施例中，如图2、图4和图5所示，螺旋导流板2按照螺旋线的方向分为顺时针螺旋导流板21和逆时针螺旋导流板22；同一环形带内的多个螺旋导流板2的旋向相同，即要么都是顺时针螺旋导流板21，要么都是逆时针螺旋导流板22；相邻两环形带内的多个螺旋导流板2的旋向相反，即若一个环形带内的是顺时针螺旋导流板21，则与其相邻的环形带内的必然是逆时针螺旋导流板22，能够使流体均匀分配到两侧，改善分配效果。
上述实施例中，螺旋导流板2的宽度与相邻两圆筒隔板1之间的间距一致，螺旋导流板2的高度与圆筒隔板1的高度一致；螺旋导流板2的内外两侧分别焊接在相邻的内层圆筒隔板1的外壁和外层圆筒隔板1的内壁上，相邻两螺旋导流板2之间螺旋导流通道的宽度不超过20mm，结构紧凑，节省空间，并强化分配效果。
上述实施例中，圆筒隔板1和螺旋导流板2均采用铝板或不锈钢板加工而成，与换热器壳体的材质保持一致。
上述实施例中，由于换热器壳体内是0.4MPa以下的低压空间，圆筒隔板1厚度设置在0.5mm至10mm之间，圆筒隔板1高度为螺旋导流板2螺旋线螺距的1/4，各圆筒隔板1的直径由螺旋导流板2的宽度决定；螺旋导流板2的厚度在0.5mm至5mm之间。
如图6所示，基于上述流体均布导流装置100，本发明还提供了一种缠绕管式换热器，其至少包括壳体200、缠绕管(图中未示出)和设置在壳体200内的至少一个流体均布导流装置100，流体均布导流装置100可以将原本偏向一侧的液相制冷剂部分变向，增加流体扰动，使流出后液相制冷剂分布偏向倾斜的逆侧，减弱了倾斜状态的流体分布不均，使流型更稳定，使得均匀分布壳侧液膜，从而保证壳体200倾斜逆侧管壁有充足的液相制冷剂覆盖并参与换热，有效解决晃动导致缠绕管式换热器的换热性能下降的问题。
上述实施例中，流体均布导流装置100通过最外层的圆筒隔板1与缠绕管式换热器的壳体200内壁固定连接；或者，流体均布导流装置100可以省去最外层的圆筒隔板1，而是通过将最外层的螺旋导流板2外侧直接焊接在缠绕管式换热器的壳体200内壁上，从而将流体均布导流装置100固定安装在缠绕管式换热器内。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种流体均布导流装置，其特征在于，该装置包括同轴布置的若干环形隔板和沿周向等角度间隔固定设置在相邻两所述环形隔板之间形成的环形带内的多个螺旋导流板；其中，各所述环形隔板的径向尺寸由内至外依次增大，所述螺旋导流板的内外两侧分别与相邻的两所述环形隔板固定连接，相邻两所述螺旋导流板与两侧的所述环形隔板共同围成螺旋导流通道。
2.如权利要求1所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，所述螺旋导流板包括顺时针螺旋导流板和逆时针螺旋导流板，相邻两所述环形隔板之间形成环形带，同一所述环形带内的多个所述螺旋导流板的旋向相同，相邻两所述环形带内的所述螺旋导流板的旋向相反。
3.如权利要求1或2所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，相邻两所述环形隔板之间的径向间距相等，所述螺旋导流板的高度与所述环形隔板的高度一致，所述螺旋导流板的内外两侧分别固定连接在相邻的内层所述环形隔板的外壁和外层所述环形隔板的内壁上。
4.如权利要求1或2所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，相邻两所述螺旋导流板之间螺旋导流通道的宽度不超过20mm。
5.如权利要求3所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，相邻两所述螺旋导流板之间螺旋导流通道的宽度不超过20mm。
6.如权利要求1或2或5所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，所述环形隔板的厚度设置在0.5mm至10mm之间，所述环形隔板的高度为所述螺旋导流板的螺旋线螺距的1/4；所述螺旋导流板的厚度在0.5mm至5mm之间。
7.如权利要求3所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，所述环形隔板的厚度设置在0.5mm至10mm之间，所述环形隔板的高度为所述螺旋导流板的螺旋线螺距的1/4；所述螺旋导流板的厚度在0.5mm至5mm之间。
8.如权利要求1或2或5或7所述的一种流体均布导流装置，其特征在于，所述环形隔板和螺旋导流板均采用铝板或者不锈钢板加工而成；所述环形隔板的截面形状为圆形、方形或者多边形。
9.一种缠绕管式换热器，其特征在于，该缠绕管式换热器至少包括壳体、缠绕管和如权利要求1至8中任一项所述的一种流体均布导流装置；其中，至少一个所述流体均布导流装置固定安装在所述壳体内。
10.如权利要求9所述的一种缠绕管式换热器，其特征在于，所述流体均布导流装置通过最外层的环形隔板与所述壳体的内壁固定连接；或者，所述流体均布导流装置省去最外层的环形隔板，通过最外层的螺旋导流板直接与所述壳体的内壁固定连接，从而将所述流体均布导流装置固定安装在所述缠绕管式换热器内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 100010 Chaoyangmen North Street, Dongcheng District, Dongcheng District, Beijing Applicant after: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL Corp. Applicant after: Cnooc Gas & Power Group Address before: 100010 Chaoyangmen North Street, Dongcheng District, Dongcheng District, Beijing Applicant before: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL Corp. Applicant before: CNOOC Gas & Power Group |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20181101 Address after: 100010 Chaoyangmen North Street, Dongcheng District, Dongcheng District, Beijing Applicant after: CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL Corp. Applicant after: Cnooc Gas & Power Group Address before: 100010 Chaoyangmen North Street, Dongcheng District, Dongcheng District, Beijing Applicant before: China National Offshore Oil (China) Co.,Ltd. Applicant before: CNOOC Gas & Power Group |
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| GR01 | Patent grant |