CN108519007A - 一种自支撑双螺旋翅片管换热器 - Google Patents

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曲斌
段有龙
于涛
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
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Abstract

本发明涉及一种自支撑双螺旋翅片管换热器，包括由上管箱、上管板、壳体、下管板和下管箱组成的换热器主体，壳体内设有换热管束，换热管束是由多个竖直设置的双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束，双螺旋翅片管由光滑直管及绕设在光滑直管外围的双螺旋翅片组成；相邻的双螺旋翅片管之间多点接触、互相支撑并构成扰流结构，同一双螺旋翅片管沿纵向形成螺旋形通道，多个双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束形成网状螺旋通道。本发明采用双螺旋翅片管相互支撑组合构成自支撑换热管束，双螺旋翅片同时作为壳程扰流元件，从而大幅增加传热面积，优化壳程流路，强化传热效果；另外降低了壳程流动阻力，避免流动死区与泄漏流路，减少了材料消耗。

Description

一种自支撑双螺旋翅片管换热器
技术领域
本发明涉及强化换热传热技术领域，尤其涉及一种自支撑双螺旋翅片管换热器。
背景技术
目前大部分化工厂仍在采用传统的管壳式换热器，其中的换热管束采用的都是光管和折流构件组合的形式，折流构件包括折流板、折流杆等。这种换热管束结构由于需要设置支撑结构、折流结构从而增加了材料消耗，而且传热效率相对较低，其壳程流动阻力较大，容易产生流动死区和泄漏流路，致使传热效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种自支撑双螺旋翅片管换热器，采用双螺旋翅片管相互支撑组合构成自支撑换热管束，双螺旋翅片同时作为壳程扰流元件，从而大幅增加传热面积，优化壳程流路，强化传热效果；另外降低了壳程流动阻力，避免流动死区与泄漏流路，减少了材料消耗。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种自支撑双螺旋翅片管换热器，包括由上管箱、上管板、壳体、下管板和下管箱依次连接组成的换热器主体，壳体上部一侧设壳程进口，壳体下部另一侧设壳程出口；上管箱的顶部设管程进口，下管箱的底部设管程出口；壳体内设有换热管束，换热管束的两端通过上管板和下管板固定，并分别与上管箱、下管箱连通；所述换热管束是由多个竖直设置的双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束，双螺旋翅片管由光滑直管及绕设在光滑直管外围的双螺旋翅片组成；双螺旋翅片管的顶端与上管板固定连接，底端与下管板固定连接；相邻的双螺旋翅片管之间多点接触、互相支撑并构成扰流结构，同一双螺旋翅片管沿纵向形成螺旋形通道，多个双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束形成网状螺旋通道。
所述双螺旋翅片管中，光滑直管的顶端与上管板连接的区域内，以及底端与下管板连接的区域内不设双螺旋翅片，双螺旋翅片管的顶端、底端分别插入上管板、下管板中并与上管板、下管板焊接固定。
所述双螺旋翅片由2个高度、螺距相同的螺旋形翅片交叉排列组成，双螺旋翅片与光滑直管之间焊接固定。
所述螺旋形翅片的高度＝(相邻双螺旋翅片管间距-光滑直管直径)/2。
所述相邻双螺旋翅片管上的双螺旋翅片同向或反向安装，且相邻双螺旋翅片管的双螺旋翅片在同一水平面的安装相位差为180°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)双螺旋翅片能够增加换热管束的传热面积，提高单位质量的传热面积，有效减小换热器的体积和成本；
2)相邻的双螺旋翅片管之间双螺旋翅片相差180°设置形成多点接触，从而组成自支撑结构；壳程无需设置折流板，消除了壳程流动死区，提高传热面积利用率；
3)具有自支撑结构的双螺旋翅片换热管束在换热器壳体内形成网状螺旋通道，可改善壳程流路，减小阻力，促进流体在翅片间隙形成的螺旋通道与轴向不规则运动，破坏传热边界层，从而强化传热效果；
4)由于换热效率的提高，使所需换热面积减小，换热器体积随之下降，从而有利于制造成本的降低。
附图说明
图1是本发明所述一种自支撑双螺旋翅片管换热器的结构示意图。
图2是图1中的A-A视图。
图3是本发明所述双螺旋翅片管的结构示意图。
图中：1.下管箱2.下管板3.壳程出口4.壳体5.上管板6.上管箱7.自支撑双螺旋翅片管束71.双螺旋翅片管711.光滑直管712.螺旋形翅片Ⅰ713.螺旋形翅片Ⅱ8.壳程进口9.管程进口10.管程出口
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1-3所示，本发明所述一种自支撑双螺旋翅片管换热器，包括由上管箱6、上管板5、壳体4、下管板2和下管箱1依次连接组成的换热器主体，壳体4上部一侧设壳程进口8，壳体4下部另一侧设壳程出口3；上管箱6的顶部设管程进口9，下管箱1的底部设管程出口10；壳体4内设有换热管束，换热管束的两端通过上管板5和下管板2固定，并分别与上管箱6、下管箱1连通；所述换热管束是由多个竖直设置的双螺旋翅片管71组成的自支撑双螺旋翅片管束7，双螺旋翅片管71由光滑直管711及绕设在光滑直管711外围的双螺旋翅片组成；双螺旋翅片管71的顶端与上管板5固定连接，底端与下管板2固定连接；相邻的双螺旋翅片管71之间多点接触、互相支撑并构成扰流结构，同一双螺旋翅片管71沿纵向形成螺旋形通道，多个双螺旋翅片管71组成的自支撑双螺旋翅片管束7形成网状螺旋通道。
所述双螺旋翅片管71中，光滑直管711的顶端与上管板5连接的区域内，以及底端与下管板2连接的区域内不设双螺旋翅片，双螺旋翅片管71的顶端、底端分别插入上管板5、下管板2中并与上管板5、下管板2焊接固定。
所述双螺旋翅片由2个高度、螺距相同的螺旋形翅片712、713交叉排列组成，双螺旋翅片与光滑直管711之间焊接固定。
所述螺旋形翅片712、713的高度＝(相邻双螺旋翅片管71间距-光滑直管711直径)/2。
所述相邻双螺旋翅片管71上的双螺旋翅片同向或反向安装，且相邻双螺旋翅片管71的双螺旋翅片在同一水平面的安装相位差为180°。
本发明所述一种自支撑双螺旋翅片管换热器，其主体部分由上管箱6、上管板5、壳体4、自支撑双螺旋翅片管束7、下管板2、下管箱1组成。如图2、图3所示，所述自支撑双螺旋翅片管束7由若干个双螺旋翅片管71组合而成，双螺旋翅片管71包含光滑直管711和螺旋形翅片Ⅰ712、螺旋形翅片Ⅱ713。双螺旋翅片管71两端的光滑直管711管段上不设螺旋形翅片711、712，用于插入上管板5、下管板2中分别与上管板5、下管板2焊接固定。
相邻的双螺旋翅片管71通过沿纵向的多点接触相互支撑并构成扰流结构，相互支撑的双螺旋翅片管71间形成间隙，螺旋形翅片Ⅰ712与螺旋形翅片Ⅱ713之间形成螺旋通道，最终自支撑双螺旋翅片管束7形成网状螺旋通道。
管程介质从下管箱1的管程进口9进入自支撑双螺旋翅片管换热器，通过自支撑双螺旋翅片管束7与壳程介质换热后，从上管箱6的管程出口10离开。壳程介质从壳程进口8进入换热器壳程，自支撑双螺旋翅片管束7能够增加壳程介质与管程介质的接触面积，壳程介质从自支撑双螺旋翅片管束7构成的网状螺旋通道流动，其流动路径可分解为经过螺旋形翅片Ⅰ11与螺旋形翅片Ⅱ12之间螺旋通道时的螺旋运动，以及经过相互支撑的双螺旋翅片管71之间间隙时的轴向运动，螺旋运动与轴向运动的混合运动构成多次不规则折流，从而强化壳程传热效果。换热后的壳程介质从壳程出口3离开自支撑双螺旋翅片管换热器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自支撑双螺旋翅片管换热器，包括由上管箱、上管板、壳体、下管板和下管箱依次连接组成的换热器主体，壳体上部一侧设壳程进口，壳体下部另一侧设壳程出口；上管箱的顶部设管程进口，下管箱的底部设管程出口；壳体内设有换热管束，换热管束的两端通过上管板和下管板固定，并分别与上管箱、下管箱连通；其特征在于，所述换热管束是由多个竖直设置的双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束，双螺旋翅片管由光滑直管及绕设在光滑直管外围的双螺旋翅片组成；双螺旋翅片管的顶端与上管板固定连接，底端与下管板固定连接；相邻的双螺旋翅片管之间多点接触、互相支撑并构成扰流结构，同一双螺旋翅片管沿纵向形成螺旋形通道，多个双螺旋翅片管组成的自支撑双螺旋翅片管束形成网状螺旋通道。
2.根据权利要求1所述的一种自支撑双螺旋翅片管换热器，其特征在于，所述双螺旋翅片管中，光滑直管的顶端与上管板连接的区域内，以及底端与下管板连接的区域内不设双螺旋翅片，双螺旋翅片管的顶端、底端分别插入上管板、下管板中并与上管板、下管板焊接固定。
3.根据权利要求1所述的一种自支撑双螺旋翅片管换热器，其特征在于，所述双螺旋翅片由2个高度、螺距相同的螺旋形翅片交叉排列组成，双螺旋翅片与光滑直管之间焊接固定。
4.根据权利要求3所述的一种自支撑双螺旋翅片管换热器，其特征在于，所述螺旋形翅片的高度＝(相邻双螺旋翅片管间距-光滑直管直径)/2。
5.根据权利要求1所述的一种自支撑双螺旋翅片管换热器，其特征在于，所述相邻双螺旋翅片管上的双螺旋翅片同向或反向安装，且相邻双螺旋翅片管的双螺旋翅片在同一水平面的安装相位差为180°。
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