CN107850404B - 具有防振挡板的管壳式设备及相关的组装方法 - Google Patents

Abstract

管壳式设备包括多个支撑管的挡板(5)，每个挡板(5)具有用于接收管的座，这些座被成形以便在至少一个自由间隙状况下和在锁定状况下接收一个或多个管；每个挡板(5)在组装位置和工作位置之间相对于管束可移动位置；在组装位置中，可以在自由间隙状况下通过挡板接收管，而在工作位置中，锁定管；还描述了组装管束和挡板的对应方法。

Description

具有防振挡板的管壳式设备及相关的组装方法

技术领域

本发明涉及管壳式设备的领域。

背景技术

在管壳式设备中，已知提供特定数量的挡板，这些挡板基本具有两个任务：第一任务是增大在壳体侧流动且经过管的流体的速度，因此增大热交换系数；第二任务是沿着束为管提供中间支撑点，从而防止振动。当在壳体内部循环的流体的速度更高时，更多地感觉到防止振动的需求。

每个挡板具有意图接收单一管或一组管的开口，且可以例如利用固定到外部框架的一系列杆状物或利用适当穿孔的片状金属盘来实现。这些挡板间隔给定距离，称为节距；也已知具有不同几何形状的替选挡板，从而相邻挡板为不同组的管和/或在垂直方向上提供支撑。对于挡板的另一需求是允许流体(通常气体)穿过壳体侧的合适贯流。

例如在现有技术专利US 5,058,664、US 5,642,778和FR 2993217中描述了设置有前述挡板的管壳式设备。

已知的构造技术基本涉及如下步骤：提供包括挡板和各自的纵向杆的框架；通过使管穿过各个挡板而插入管；将管固定到管板。然而，该技术是有问题的且具有多个缺点。每个管必须匹配挡板中的对应通孔，这些挡板具有相当小的容差(否则，这些挡板在防止振动上将会是无效的)；当该组挡板和纵向杆仍具有一定移动性时，该操作对于第一管来说是可行的；然而，随着逐步插入管，组件变得更坚硬且管的放置变得更困难；最后的管的插入通常通过用铁锤推动这些管来执行，且该实践可损坏管本身。例如，已经注意到，利用该组装技术，由于与挡板的摩擦而损坏管的表面。也损坏挡板，在操作期间有破裂的风险。在操作期间破裂是危险的，因为管将缺少支撑且遭受振动。此外，以上述方式执行的组装需要很长时间且因此成本高。

现有技术寻求在管和挡板之间的精确配合(这在减小振动上更有效但使组装极大地复杂化)与不太精确配合(这使组装更容易但减小了抵抗振动的有效性)之间的折衷。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题且促成设置有防振挡板的管壳式设备的构造。

利用根据所附权利要求的管壳式设备来实现该目的。

该设备包括：壳体；管束；沿着该管束布置的多个挡板，每个挡板具有用于所述管的多个接收座且所述座中的每一者接收该束的至少一个管，以及该设备的特征在于：

挡板的所述座被成形为至少包括设计成以给定的第一间隙接收所述至少一个管的第一区域、和设计成以小于该第一间隙的第二间隙或基本上无间隙地接收所述至少一个管的第二区域，

每个挡板在称为组装位置的第一位置与称为工作位置的第二位置之间能够相对于管束移动位置，

该束的每个管在挡板处于组装位置时被接收在各自的座的第一区域中、以及在挡板处于工作位置时被接收在第二区域中。

本发明提供可以将挡板设置在组装配置中和在工作配置中。通用类挡板的管接收座被成形且被定向，使得挡板从组装位置到工作位置的位移提供了管相对于挡板的基本锁定。挡板从组装位置到工作位置的位移使得各自的座共同地从组装位置移动到工作位置。

更详细地，在组装位置中，间隙允许在管与挡板的各自座之间存在自由滑行移动。在工作位置中，该间隙减小或优选地没有间隙，且因此相对于挡板锁定或基本上锁定管。

管接收座被定向使得利用移位或旋转来进行管的锁定(即，从组装位置到工作位置的转变)。相应地，管锁定系统可以在利用挡板的线性位移而发生时命名为“移位锁定”，以及在利用旋转而发生时命名为“扭转锁定”。在锁定期间，管接收座在移位锁定实施方式中沿着线性路径移动或在扭转锁定实施方式中遵循圆弧。

例如，在具有移位锁定系统的挡板的优选实施方式中，接收座被定向从而利用挡板在垂直于管束的轴线的平面上的位移获得管的锁定；在扭转锁定类型的优选实施方式中，座被定向从而利用挡板相对于所述轴线的旋转来锁定管。

根据本发明的一个方面，具有不同锁定运动的两个或更多个系列的挡板是交替的。特别地，根据优选实施方式，提供了配置成利用相反运动锁定管的至少两个系列的挡板。所述“相反运动”的术语分别指的是沿着相同轴线的具有相反方向的平移(移位锁定)、或围绕相同轴线的具有相反指向的旋转(扭转锁定)。

优选地，接收座包括至少一个有效表面，该至少一个有效表面在组装位置中与各自的管隔开、以及在工作位置中与所述管接触，获得预期的锁定效果。所述有效表面有利地相对于锁定方向倾斜。术语“锁定方向”被理解为指的是所述表面朝向各自的管移动的方向。所述锁定方向例如在移位锁定实施方式中为挡板的位移方向以及在扭转锁定实施方式中为接收座所经的圆弧的切线。

更有利地，每个管接收座包括两个有效表面，这两个有效表面靠拢形成锁定管的楔形区。例如，根据本实施方式的座可以具有梯形形状。

根据本发明的不同实施方式，每个座可以被设计成接收单一管或多个管。

在一些实施方式中，每个挡板为平板(例如，片状金属盘)，以及座为使用合适方法形成在挡板中的窗口，例如通过激光切割或水切割、或通过冲压，这是特别低成本的技术。

在扭转锁定实施方式中，可以提供根据其距旋转轴线的距离而具有不同形状的管接收座。所述措施提供均匀的管锁定效果，补偿如下事实：更靠近旋转轴线的座所经的圆弧比远离该轴线的座所经的圆弧短。例如，上文提及的有效表面可以具有靠近该轴线的更大倾斜(更大锁定角度)。

扭转锁定实施方式允许管布置在同心圆上、而非以方形或三角形节距来布置。根据本发明的特定实施方式，管布置在同心行中，以及挡板包括多个同心环，其中，每个环包括多个管接收座。例如，意图接收管的座可以基本上被实现为形成在所述环的边缘中的凹槽。

本发明的另一方面涉及根据所附权利要求的一种用于组装管壳式设备的方法，该管壳式设备包括用于管的防振支撑挡板。所述方法例如包括如下步骤：

将挡板设置成临时组装配置，在临时组装配置中，束的管可以带有间隔地被插入且接收在挡板的各自座的第一区域中；

插入管直到完成管束；

将挡板移动位置到工作配置中，在所述工作配置中，管带有小间隙或基本上无间隙地被接收在每个挡板的座的第二区域中(锁定的管)。

在组装配置中，优选地利用模板或等效临时方式将挡板保持在合适位置上。例如，在组装配置中，挡板已按工作节距隔开，但是使这些挡板偏移使得每个管在各自的第一区域中(即带有间隔)碰到接收座。可选地，挡板在组装配置中可以具有特定的轴向移动性。

优选地，挡板在工作配置中的限定性锁定通过设备的壳体自身、借助挡板与壳体之间的直接结构合作来执行。根据本发明的该另一优选方面，在将挡板移动位置到各自的工作位置中之后，将管束与挡板的组件与设备的壳体组装在一起以及直接通过所述壳体将挡板锁定在各自的工作位置中。

应当注意，壳体相对于挡板不具有任何间隙。组装例如通过组装壳体的两个或更多个半体或通过使用相当薄的金属板构造壳体来执行，可以使该金属板缠绕管束。在其它实施方式中，挡板的锁定可以使用传统技术(例如使用拉杆)来执行；在该情况下，束在结构上不与壳体合作且可以简单地被插入壳体中。

本发明适用于具有笔直管的设备和具有U形管的设备。在后者中，沿着U形管的笔直区段安装挡板。

本发明的极大优势在于简化的组装而不负面影响抵抗振动的有效性。可以毫无困难地放置管，因为在相对于挡板具有间隙的情况下执行组装；然而，在操作中，基本上去除所述间隙且管获得在挡板上的精确支撑。借助涉及大量优选实施方式的如下详细描述，本发明的这些优势和其它优势将更清楚地显现。

附图说明

图1示出包括一系列防振挡板的管壳式设备的简化图。

图2以示意图形式示出根据本发明的第一实施方式的图1中所示的设备的一系列挡板。

图3和图4示出根据图2的实施方式的将管锁定在挡板之一的各自窗口中。

图5至图7类似于图2至图4且示出本发明的另一实施方式。

图8示出对于挡板的窗口、尤其对于在图5至图7中所示类型的实施方式的优选实施方式。

图9和图10示出意图接收管的挡板的窗口的其它实施方式。

图11和图12分别示出具有设计为接收多个管的窗口的挡板以及自由管和锁定管的示例。

图13示出在图11中所示类型的连续挡板中的窗口的优选布置方式。

图14示出本发明的另一实施方式，其中，挡板基本由同心环组成。

图15示出图14的细节，图示了管的锁定。

具体实施方式

图1以示意图形式示出了管壳式设备1，该管壳式设备1包括：壳体2；笔直管4的束3；间隔节距p且用作对于管4的防振支撑的多个挡板5；两个管板6。为了简单起见，图1仅示出管的轴线。

图2涉及本发明的第一实施方式，且为了简单起见，示出穿过挡板5的单一管4。每个挡板5包括一系列窗口7形式的穿越式开口，其允许管的穿过。附图标记5总体地指示该组挡板，且附图标记7总体地指示在挡板中形成的窗口。在根据图2的示例中，窗口7具有梯形形状、更优选地等腰梯形的形状。

如图3和图4所示，梯形窗口7包括在长底附近的区域8和靠近梯形短底的第二区域9，该区域8可以以一定间隙g接收管4，在该第二区域9中反而基本上无间隙地接收管4(即被锁定)，该管4倚靠由窗口7的两个靠拢边限定的内表面10(图4)。

间隙g允许管4自由地滑动穿过窗口7。在组装期间实际上通过间隙g补偿管与窗口之间的轻微错位。而在区域9中，梯形窗口7的靠拢边形成消除间隙g的楔形区且锁定管4，该管4与所述表面10具有两个接触点11。因此，可以注意到，在图3中所示的布置允许更容易的组装，而在图4中所示的布置在操作期间由于管抵靠接触表面10而确保抵抗振动的有效行为。

将管4锁定在窗口7内部(即，管的从具有间隙的接收区域8到基本上锁定的区域9的迁移)是将窗口7相对于所述管的线性位移f的结果。

应当注意，锁定为表面10相对于锁定方向的合适倾斜β的结果(图4)。在此，所述表面10被称为“有效表面”，因为这些表面为管提供预期的防振支撑。可以将锁定方向定义为管朝向区域9(且因此朝向表面10)移动的方向，该方向在本示例中为位移f的方向。简言之，所述角度β也被称为锁定角度。

在该示例中，对于每个管4，具有两个靠拢的表面10，其限定楔形锁定区。更一般地，优选的是提供相对于管的锁定方向倾斜的至少一个表面。

仍参照图2，示出了优选实施方式，其中，该组挡板5包括具有第一取向的窗口7的第一系列的挡板5A、和具有第二取向的窗口7B的第二系列的挡板5B。由于不同取向，分别用A和B指示的两个系列的挡板具有不同的锁定方向，例如，利用位移+f锁定挡板5A，以及利用相等且反向的位移–f锁定挡板5B。

应当注意，锁定操作将挡板带回到与管束轴向对齐，即，消除了在图2中所示的错位。

图2示出了挡板的中心和设备的轴线12。因此，该图突出了挡板在组装期间的错位，该错位通过位移+f或–f来消除。

图5至图7类似于图2至图4，且示出了利用围绕设备1的轴线12的旋转获得管的锁定的实施方式。特别地，示出了可以利用相等且反向的旋转

锁定A系列挡板和B系列挡板的实施方式。

在图5和图6中可以看到管的锁定：挡板旋转经过角度

将管4带向相关联的窗口7的楔形区域9，在该楔形区域处发生锁定。表面10的倾斜角β在该情况下可以相对于与由窗口7在旋转时所经的圆弧正切的线13来限定(图7)。

在图2中所示类型的实施方式被称为“移位锁定”，而在图5中所示类型的实施方式被称为“扭转锁定”。

根据本发明的各个实施方式，单一挡板5的窗口7可以全部相同或可以具有不同形状和/或取向。

在扭转锁定实施方式中，根据距旋转轴线的距离而为窗口7设置不同形状可以是优选的，以便获得均匀锁定，因此补偿周界窗口相对于靠近轴线的窗口的更大位移。为了补偿该差异，优选地，挡板5包括同心的两行或更多行形状不同的窗口7。

例如，如图8所示，位于距旋转轴线的距离r1的窗口7.1优选地具有有效表面10，这些有效表面10具有比位于距该轴线的更大距离r2的窗口7.2更大的锁定角度。对于相同的旋转

，较大锁定角度补偿由靠近轴线的窗口7.1所经的较小圆弧。更详细地，图8具有β1>β2，其中，β1为靠近轴线的窗口7.1的锁定角度，且β2为远离轴线的窗口7.2的锁定角度。换言之，靠近轴线的窗口具有更尖锐的楔形锁定区9，从而获得预期锁定，尽管有相对较小的位移。

根据图5的扭转锁定配置有利地适用于具有在同心圆周上、而非以方形或三角形节距布置的管的设备。具有这种布置的管的设备通常用于例如在用于氨合成的反应器的内部实现热交换器，这些反应器具有布置在圆形队列上的管。

图2至图4和图5至图7示出了该组挡板5包括第一系列的挡板5A和第二系列的挡板5B的实施方式，这两个系列的挡板可以利用相同幅度的、具有相反方向或指向的位移或旋转来锁定。在这两种情况下，第一系列和第二系列的挡板是交替的。因此，根据不同平面交替地支撑管4。这些实施方式适合于支撑方形或三角形布置的管，这符合大多数应用。一些实施方式可以设想具有不同几何结构的更大数量的系列挡板，例如形成沿着管束重复的挡板序列5’，5”，…5⁽ⁿ⁾。

图9和图10示出不以连续性的方案连接多个单一的窗口7(例如梯形的)的变型，窗口例如通过在挡板5中制成的锯切口14来形成。图9的变型适用于移位锁定实施方式，且图10的变型适用于扭转锁定实施方式。当管彼此非常靠近时，该变型可以是优选的。

在根据图1至图10的实施方式中，管接收座用上文所描述的窗口7表示，每个管接收座意图接收束的单一管4。其它实施方式是可能的，其中，挡板5的每个座配置成接收多个管。

本发明的优选应用涉及轴流式热交换器，其中，壳体侧的流体通过挡板；在该情况下，为了避免用于流体通过挡板的通路的区段的过度阻塞(这会引起负荷损失的过度增大)，每个座有利地接收多个管。

例如，图11示出管接收座为设计成以移位锁定接收四个管的窗口27的形式的本发明的实施方式。

窗口27具有基本上矩形的形状且包括设计成接收各自管4的四个角形瓣。瓣包括：圆弧形式的表面，该表面限定用于带有间隙地接收管4的区域28；和有效表面20，该有效表面20相对于锁定方向倾斜且限定锁定区29。点21(图12)指示与管的接触点，该接触点源自于将窗口27移动位置到工作位置中。

图11示出将管4置于瓣的区域28中且因此以特定间隙来接收的组装位置。该图也示出窗口27的一些特征参数，即有效表面20的长度L和锁定角度β。

图12示出四个管中的每个管被锁定而在点21处与各自的有效表面20接触的工作状况。

图13分别以连续线和虚线示出属于两个相邻挡板的窗口27A和窗口27B的优选布置方式，在操作期间可以利用相反位移锁定这两个相邻挡板(例如两个挡板5A和5B，如图2所示)。注意，相邻挡板的窗口以等于管节距的偏移距离水平地和竖直地交错，从而接收不同组的管4。

图14和图15示出扭转锁定类型的另一实施方式，即，管布置在同心行中和挡板可通过旋转锁定。在本实施方式中，挡板基本上由通过桥接部连接的同心环形成。

管接收座以基本上半圆形的凹槽37的形式形成在同心环的边缘上，该凹槽37包括相对于锁定方向倾斜的笔直部，该笔直部限定有效表面30。附图标记38和39(类似于附图标记8、9和附图标记28、29)指示具有间隙的接收区和用于将管锁定在凹槽37中的区域；附图标记31(类似于附图标记11和21)指示管抵靠有效表面30的接触点。

在本示例中，参考用A和B(以类似于图2和图5的方式)指示且通过相反旋转

可锁定的两个系列的挡板。该图示出了具有各自的桥接部33A和桥接部33B的第一挡板5A的两个环32A和第二挡板5B的两个环32B。

应当注意，每个管4在工作位置上交替地停靠在属于第一系列的挡板5A的环上和属于第二系列的挡板5B的环上。这是由于如下事实：单一挡板的两个相邻环以距离34分隔，该距离34为管的连续两行之间的径向距离35的二倍，以及相邻挡板以等于所述径向距离35的距离交错，例如，如图14所示。

用于组装设备1的方法基本上包括如下步骤。

挡板5布置成临时组装配置(诸如例如图2或图5的配置)。在所述临时配置中，座7被布置使得可以将管4插入穿过挡板且带间隙被接收在区域8中。在该步骤期间，有利地借助合适的临时手段保持挡板5处于正确距离(图1的节距p)。

通过存在于管与挡板的座之间的间隙极大地促进管的插入，而且可以毫无难度地放置束的最后管。在完成管束之后，将挡板5移动位置且移动到工作位置中，例如通过线性位移+f、–f或旋转

因此，将管4锁定在挡板的区域9中。

以类似的方式组装诸如图11至图13的实施方式或诸如图14至图15的实施方式的实施方式。

在特别优选的实施方式中，在达到工作状况(锁定的管)之后，通过将束插入壳体2中且与所述壳体的结构合作来封锁挡板5。

Claims (15)

1.一种管壳式设备，包括壳体(2)、多个管(4)形成的管束(3)、支撑所述管的多个挡板(5)，每个挡板(5)具有用于接收所述管的多个管接收座，每个管接收座接收至少一个管，

其特征在于：

所述管接收座(7，27，37)中的每一者包括设计成以预定义的第一间隙接收所述至少一个管的至少一个第一区域(8，28，38)、和设计成以小于所述第一间隙的第二间隙或基本上无间隙地接收所述至少一个管的至少一个第二区域(9，29，39)，

每个挡板(5)在称为组装位置的第一位置与称为工作位置的第二位置之间能够相对于所述管束移动位置，

所述管束的每个管(4)在所述挡板处于所述组装位置时被接收在各自的管接收座(7，27，37)的第一区域(8，28，38)中、以及在所述挡板处于所述工作位置时被接收在所述管接收座的第二区域(9，29，39)中。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个挡板(5)能够利用线性位移从所述组装位置移动位置到所述工作位置中。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个挡板(5)能够利用角旋转从所述组装位置移动位置到所述工作位置中。

4.根据权利要求3所述的设备，所述旋转围绕所述管束的轴线(12)来进行。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于：所述管(4)布置在同心行中；所述挡板(5)包括多个同心环且所述管接收座形成为圆环的凹槽(37)。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，相邻挡板具有共轭形状和/或共轭布置的管接收座，从而所述相邻挡板利用相反移动从所述工作位置转变到所述组装位置。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管接收座中的每一者包括至少一个有效表面(10，20，30)，所述至少一个有效表面(10，20，30)：

在所述挡板处于所述组装位置时与相应的管隔开，以及

在所述挡板处于所述工作位置时与所述管接触。

8.根据权利要求7所述的设备，所述管接收座中的每一者包括两个有效表面(10)，所述两个有效表面(10)靠拢以形成用于限定所述第二区域(8)的楔形。

9.根据权利要求8所述的设备，所述管接收座(7)具有梯形形状。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板(5)由平面金属板组成，且所述管接收座(7，27)用形成在所述挡板中的窗口来表示。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板(5)直接通过所述设备的所述壳体(2)被锁定在各自的工作位置中并且以预定义的节距隔开。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管(4)为笔直管或U形管，在所述U形管中，所述挡板安装在相应的笔直部上。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备为轴流式热交换器，在所述轴流式热交换器中，壳体侧的流体通过所述挡板且每个座接收多个管。

14.一种用于组装管壳式设备的方法，所述管壳式设备包括壳体(2)、多个管(4)形成的管束(3)、用于所述管的多个防振支撑挡板(5)，其中：

每个挡板具有用于所述管束中的至少一个管的多个接收座，以及所述接收座包括设计成以预定义的第一间隙接收所述至少一个管的至少一个第一区域、和设计成以小于所述第一间隙的第二间隙或基本上无间隙地接收所述至少一个管的至少一个第二区域，

所述方法包括如下步骤：

将所述挡板布置成临时组装配置，其中，所述管束中的所述管能够被插入且接收在所述挡板的相应的所述接收座的所述第一区域中；

插入所述管直到完成所述管束；

将所述挡板移动位置到工作配置中，其中，所述管被接收在每个挡板的所述座的所述第二区域中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

在移动位置到所述工作配置中之后，所述组装包括：将所述管束和所述挡板插入所述设备的所述壳体中，以及直接通过所述壳体将所述挡板锁定在其各自的工作配置中。

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