CN106839828A - 双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器 - Google Patents

双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器 Download PDF

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Abstract

一种双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，包括外壳体、连接外壳体的前管箱和后管箱、前后管箱间设置的管板、前后管箱分别开设的管程进口和出口、壳体一侧设置壳程进口和出口、外壳体内设置内壳体及内环形挡板。内、外壳体间设置螺旋折流板，类型为间断搭接型。内壳程采用斜百叶折流板，斜百叶折流板与换热管束呈一定角度。本发明成功规避传统弓形折流板压降大、存在流动死区等缺点，以及螺旋折流板的“三角区”的漏流、中心部分换热效率低等不足。本发明结构紧凑，有效降低了管束振动，延长使用寿命；增强流动湍流度，强化了换热，具有优良的流动和换热综合性能。

Description

双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器
技术领域
本发明涉及一种在石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域中使用的管壳式换热器，特别涉及一种双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器在石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药及其他许多行业中占有重要地位。
传统弓形折流板换热器由于结构简单，制造安装方便，得到广泛的应用。但该类换热器存在如下弊端：（1）壳侧流体横向流占主导地位，在垂直折流板处突然转向，使得其压降和泵功消耗较大；（2）折流板背风处存在流动死区，且存在漏流、旁流等情况；（3）由于流动死区的存在，尤其对于杂质含量较高的工质，容易结垢进而增加热阻，降低换热效率；（4）通过折流板突然转向引起的高速流动易产生诱导振动，破坏换热管，降低其使用寿命。
为克服上述缺点，出现了双弓板折流板、三弓板折流板等形式的管壳式换热器，但这些改进并未从根本上改变弓形折流板换热器壳侧“Z”字形的流动结构。
20世纪80年代，捷克科学家提出螺旋折流板结构形式，包括连续型和间断型，间断型又分为连续搭接型和交错搭接型。这种结构形式改变换热器壳侧流动形式，将垂直弓形折流板的横向流动变为螺旋流动，旨在加强湍流强度，消除流动死区，增强换热效果，从而减少管束振动和污垢阻力，延长换热器使用寿命。然而，螺旋折流板中心区域并非理想的螺旋流，其换热效率较低，连续搭接时相邻两片折流板间会形成一个三角区；交错搭接时会在靠近壳体处增加一个新的边缘三角区，使壳程流动偏离理想的螺旋流动。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种全新的结构形式，提高管壳式换热器的换热效率，实现综合效果的优化。
本发明的技术方案通过以下实现：一种双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，包括外壳体，连接于其两侧的前管箱和后管箱，设置于外壳体上侧的进口管和出口管，前管箱设置的管程进口和前管板，后管箱设置的管程出口和后管板，固定于前管板和后管板之间的管束，还包括与外壳体同轴的内壳体，外壳体与内壳体间间断设置的螺旋折流板和位于进口管和出口管之间的内环形挡板，内壳体内设置的斜百叶折流板。工作时，如图1所示，管程流体进入区域A后流经管束到达B区，壳侧流体由进口管进入C区，在螺旋折流板的诱导作用下流至D区，在百叶折流板的诱导作用下流出出口管。
本发明的内壳体和外壳体间设置间断布置的螺旋折流板，折流板间断连接形成的螺旋是单螺旋或多螺旋，其螺旋是左手螺旋或右手螺旋。螺旋折流板是1/3环形扇形、1/4环形扇形或1/4环形椭圆形，相对应由3块环扇形，4块环扇形，4块环椭圆形折流板组成一个周期，折流板与管束中心轴线倾角α满足10°＜α＜80°。
本发明的内壳体内设置斜百叶折流板，将弓形折流板沿平行于底边方向分割为3-5片，再将每片折流板沿管壳轴线方向倾斜β角为：-80°＜β＜80°；每排百叶折流板沿其圆心旋转角度θ，当θ=180°时，折流板的排布形式与传统弓形折流板相似，当10°＜θ＜180°时，促使流体在内壳体内形成近似螺旋流动，通过调整β、θ的相对大小，使流动工况最优化。
前、后管板分别与壳体的端部法兰盘及前、后管箱的管箱法兰盘相连接，且在其间设置有密封垫。
本发明具有以下优点和有益效果：
本发明具有内、外双壳程，使壳侧流体得到两次强化换热：内外壳体间设置间断搭接的螺旋折流板，诱导流体螺旋流动，避免了壳侧流体突然转向而引起的阻力损失，同时流体改变为斜向冲刷管束，减弱管束振动，延长寿命。内壳体内设置百叶折流板，每片折流板与轴线具有角度，改变“Z”字型流动结构，强化流体湍流度，减小和部分消除了壳侧流动死区，大大降低了换热器壳侧阻力损失。本发明克服传统非连续螺旋折流板的问题：壳体中心地带存在“流动三角区”，漏流与流动短路现象明显，换热不充分。提出双壳程的结构，在换热效率不高的中心增加内壳体，强化中心流体换热，内壳体内部折流板采用新型百叶折流板形式，形成斜向流动结构。
本发明换热器具有较高传热系数和较小压降；综合性能优，是一种高效低阻的换热器。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为换热管管束的结构示意图。
图3为图2的侧视图。
图4为内外壳体间螺旋折流板布置示意图。
图5为螺旋折流板的结构示意图。
图6为内壳程斜百叶折流板布置示意图。
图7为斜百叶折流板的结构示意图。
图8为定距带结构示意图。
图9为环形板结构示意图。
图10为管束与管板连接示意图。
图中：1-外壳体，2-前管箱，3-后管箱，4-管程进口，5-管程出口，6-前管板，7-后管板，8-内环形挡板，9-内壳体，10-管束，11-进口管，12-螺旋折流板，13-斜百叶折流板，14-出口管，15-定距带，16-环形板，17-法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括外壳体1，及其两侧连接的前管箱2和后管箱3，前管箱2设置的管程进口4和前管板6，后管箱3设置的管程出口5和后管板7，内环形挡板8，内壳体9，外壳体1与内壳体9间设置的螺旋折流板12，内壳体9内设置的斜百叶折流板13，固定于前管板6和后管板7之间的管束10。管程流体进入区域A后流经管束10到达B区；壳侧流体由进口管11进入C区，在螺旋折流板12的诱导作用下流至D区，在百叶折流板13的诱导作用下流出出口管14，壳侧流体的流向如图1所示。
参见图2、图3的换热管管束10的结构示意图，换热管排布形式为正三角形或正方形，由于双壳程的特殊结构，换热管管束在内壳体中间圆形部分及内、外壳体间的环形部分分别设置。
参见图4的内、外壳体间螺旋折流板布置示意图，壳侧流体由进口管11进入内外壳体间区域C，在螺旋折流板的诱导作用下旋转流动，避免了壳侧流体突然转向而引起的阻力损失，同时流体斜向冲刷管束，减少了管束振动，延长寿命。
参见图5的螺旋折流板的结构示意图，图5（a）为1/4环状扇形折流板，由4块折流板构成一个完整周期；图5（b）为1/3环状扇形折流板，由3块折流板构成一个完整周期；图5（c）为1/4环状椭圆折流板，由4块折流板构成一个完整周期。
参见图6的内壳程百叶折流板布置示意图，内壳体内采用斜百叶折流板，每片折流板与管束形成一定角度，改变“Z”字型的流动结构，将横向流变为斜向流，从而强化流体湍流度，减小和部分消除了壳侧流动死区，大大降低了换热器壳侧阻力损失。
参见图7百叶折流板的结构示意图，将弓形折流板沿平行于底边方向分割为3-5片，如图7（a）所示；每片斜百叶折流片与管束呈β倾角，β为：-80°＜β＜80°，如图7（b）所示；每组斜百叶折板沿其圆心旋转角度θ，如图7（c）所示，当θ=180°时，折流板的排布形式与传统弓形折流板相似，当10°＜θ＜180°时，流体可在内壳体内形成近似螺旋流动。
参见图8为定距带结构示意图，为进一步固定折流板，外壳体贴内壁侧焊接有开有沟槽的定距带15，螺旋折流板12接触壳体部分嵌入沟槽并焊接连接。
参见图9为环形板结构示意图，为进一步固定折流板，内壳体贴内壁侧焊接有开有沟槽的环形板16，斜百叶折流板13接触内壳体内壁的部分嵌入沟槽并焊接连接。
参见图10为管束与管板连接示意图，前管板6、后管板7通过螺栓和密封垫将其固定于壳体端部法兰盘17，换热管束10两端头部为光滑圆管，与前管板6、后管板7垂直，管头与其焊接连接。

Claims (7)

1.双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，包括外壳体（1），连接于其两侧的前管箱（2）和后管箱（3），设置于外壳体（1）上侧的进口管（11）和出口管（14），前管箱（2）设置的管程进口（4）和前管板（6），后管箱（3）设置的管程出口（5）和后管板（7），固定于前管板（6）和后管板（7）之间的管束（10），其特征在于还包括内壳体（9），外壳体（1）与内壳体（9）间间断设置的螺旋折流板（12）和位于进口管（11）和出口管（14）之间的内环形挡板（8），内壳体（9）内设置的斜百叶折流板（13）。
2.根据权利要求1所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：所述螺旋折流板间断连接形成的螺旋是单螺旋或多螺旋，左手螺旋或右手螺旋。
3.根据权利要求1或2所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：斜百叶折流板与管束轴线的角度β满足-80°＜β＜80°，每组斜百叶折流板整体绕中心轴旋转角度θ满足0°＜θ＜180°。
4.根据权利要求1或2所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：所述螺旋折流板是1/3环状扇形、1/4环状扇形或1/4环状椭圆形，螺旋折流板与换热管束中心轴线成角度α满足10°＜α＜80°。
5.根据权利要求1或2所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：外壳体贴内壁侧焊接有开设沟槽的定距带（15），螺旋折流板（12）接触壳体部分嵌入沟槽并焊接连接。
6.根据权利要求1或2所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：内壳体（9）贴内壁侧焊接有开设沟槽的环形板（16） ，斜百叶折流板（13）接触内壳体内壁的部分嵌入沟槽并焊接连接。
7.根据权利要求1或2所述的双壳程外螺旋折流板内斜百叶折流板管壳式换热器，其特征在于：前管板（6）、后管板（7）分别与外壳体（1）端部的法兰盘（17）及前管箱（2）、后管箱（3）的法兰盘（17）相连接，且在其之间还分别设置有密封垫。
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