CN108731537B - 适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条，包括条形的底座，所述底座的上表面在长度方向上等间距分布有若干齿形凸起，所述齿形凸起相互平行，相邻齿形凸起之间形成凹槽，所述凹槽的底面为平面。所述凹槽的宽度可以根据使用要求设计，与所涉管体的尺寸以及轴向移动范围相适应，当所涉管体因热膨胀而沿轴向向前移动时，其移动仅仅是平动，不会因位移而受到齿形凸起的挤压，也不会因齿形凸起的挤压而径向位移，可以有效地避免垫条对换热管的挤压和损坏，有效地减小螺旋状管束的径向膨胀。

Description

适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条

技术领域

本发明涉及一种适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条，可用于缠绕管换热器，能够保证同层换热管的轴向间距以及相邻层换热管的层间距。

背景技术

换热器广泛用于石油、化工、冶金、电力、食品、制药等行业，实现物料之间的能量传递。现阶段全球工业迅速发展，能源问题也变得愈发重要，各国不仅在积极寻求新能源，同时也更加注意能源的高效利用。换热器设备在工艺设备投资中大约占到35%-40%，若能提高换热器的效率，则对能源的节约有着非常大的意义。

缠绕管式换热器结构紧凑、高效节能，能够很好的进行余热利用，非常适用于现今节能减排的大环境，将会是工业领域的一个发展重点。

缠绕管式换热器的制造结构较为特殊，换热管是分层缠绕在中心筒之上的，同层换热管呈螺旋状，且可以由若干根换热管组成，将垫条垫在各相邻层换热管之间，形成同层换热管/换热管螺旋之间和不同层之间的物理隔离，所用垫条为异形垫条，这是换热器的一个关键件，能够保证换热器按照设计要求进行制造和组装，还可在正常工况下保持换热管的形状和相对位置。

如图4所示，现有用于缠绕管式换热器的异形垫条1均采用圆弧形凹槽，在换热器制造过程中，这种异形垫条便于实现螺旋式换热管6的嵌入，但使用中，在发生热膨胀的情况下，换热管因膨胀产生轴向移动效应，由于受弧形凹槽的制约，会沿着弧形凹槽的曲面移动，产生轴向位移分量和径向位移分量Si，由此导致该层换热管的缠绕直径变大，当每层换热管均发生相似变化时，管束的总缠绕直径将明显扩大，严重影响换热器的换热效率。另外，在换热器沿凹槽的曲面膨胀移动时，凹槽还会对换热管造成挤压，相互间形成挤压力P，导致换热管的局部破裂，从而影响设备使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条，以减轻或消除换热管热膨胀过程中的径向位移和与垫条之间的挤压力。

本发明的技术方案是：一种适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条，包括条形的底座，其特征在于所述底座的上表面在长度方向上等间距分布有若干齿形凸起，所述齿形凸起相互平行，相邻齿形凸起之间形成凹槽，所述凹槽的底面（即所述底座在相应部位的上表面）为平面。

所述凹槽的宽度可以根据使用时设置在凹槽上的管体（简称所涉管体）的尺寸以及热膨胀时的移动范围相适应，安装时将所涉管体的后侧贴近在位于其后侧的齿形凸起的前侧面上，由此使得所涉管体的前侧与位于其前侧的齿形凸起之间留有间隙，该间隙的大小应满足所涉管体因热膨胀时（螺旋管因热膨胀形成的位置主要是沿螺旋轴向方向的位移及长度延伸）轴向（垫条的长度方向，也就是缠绕式换热器中螺旋状管束的轴向）位移要求，使其不因轴向位移而与位于其前侧的齿形凸起相互挤压。在其情形下，由于凹槽的底面是平面，因此管体只有轴向的平动，不产生径向的位移或扩张（实际中因热膨胀导致的管体自身直径变化可以忽略不计）。

由于各齿形凸起的形状相同且等间距分布，因此，各凹槽（相邻齿形凸起间的凹形结构）的形状也相同，且相互平行和等间距分布。

所述齿形凸起通常可以呈条状，其长度方向优选与所述基座长度方向相互垂直，也可以呈一锐角，该锐角角度应与所涉管体延伸方向的角度一致，以适应于缠绕式换热器的螺旋管等斜向管体。

所述齿形凸起的前侧面优选为弧面，该弧面可以采用与所涉管体表面曲率半径相同或相仿的弧形（例如，曲率半径略大与管体的曲率半径），由此，将管体设置在凹槽上后，可以使管体的后侧贴合或基本上贴合在其后侧的齿形凸起的前侧面上。

所述齿形凸起的后侧面优选为平面，且优选与凹槽底部的平面垂直，由此可以避免与所涉管体接触并产生具有在所涉管体径向上的分量的挤压力，避免或减小因挤压力导致的所涉管体损坏。

所述齿形凸起上的各变向区域（包括弯折区域、边缘区域等）及其与基座主体部分的连接处均可以采用圆滑过渡（包括过圆滑的渡弧面和钝化边缘等）。

所述齿形凸起通常可以呈柱形，除两端之外，其长度方向上各处的横截面相同，由此，所述凹槽亦呈柱形，除两端外，在其长度方向上各处的横截面相同，以适应于管体的圆柱形结构，且保证强度和方便制造。

这种异形垫条的材质优选为钢材，以适应于缠绕式换热器等使用场合的材质特性要求。

这种异形垫条优选采用由条形钢板加工成型的一体结构，不仅不易损坏，而且加工方便，成本低。

所述底座上的齿形凸起和凹槽可以采用冲压和/或轧辊工艺成型。

这种异形垫条上的所有尖角区域优选经倒钝处理形成圆滑过渡。

所述齿形凸起与凹槽底部的连接处优选为圆角半径明显小于所涉管体半径（例如，为所涉管体半径的1/5-1/20）的圆滑过渡弧面。

本发明有益效果为：根据所涉管体（例如，缠绕式换热器的换热管）的不同，设置相邻齿形凸起的相对面之间的间距，该间距是对设置，以保证具有所涉管体轴向（换热器轴向或底座长度方向）移动的空间，通常可以大于所涉管体的直径，使用时将所涉管体设置在相应的凹槽上，使所涉管体的后侧贴在位于其后侧的齿形凸起的前侧面上，由此，所涉管体的前侧与位于其前侧的齿形凸起之间留有间隙，当所涉管体因热膨胀而沿轴向向前移动时，所涉管体的移动仅仅是平动，其前侧不会因位移而受到齿形凸起的挤压，也不会因齿形凸起的挤压而产生向上（当用于缠绕式换热器时，该移动方向为换热器或螺旋换热管束的径向）移动的分量，因此避免了现有技术下因所涉管体在圆弧形凹槽上移动而受到的挤压力和向上的位移分量，避免了因挤压力对管体及垫条的损坏以及因这种限位或挤压作用产生的向上位移。将这种垫条用于缠绕式换热器的层间时，可以有效地避免了换热管管束的径向膨胀以及由此导致的换热效率下降和设备损坏。

附图说明

图1是本发明在主视方向上的结构示意图；

图2是本发明在俯视方向上的结构示意图；

图3是本发明在用于缠绕式换热器管束时管体热膨胀位移相关示意图；

图4是现有技术下的弧形凹槽异形垫条在用于缠绕式换热器管束时管体热膨胀位移相关示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1-3所示，本发明所涉及的异形垫条包括底座1，所述底座2的上表面上，沿长度方向上，按照具体用途下的设计要求制作出若干凹槽3，各凹槽3之间为板型的齿形凸起2，齿形凸起2相互平行且等间距分布，使得各个凹槽3的轴线5相互平行，用于放置所涉管体6，例如，缠绕式换热器的换热管束。

齿形凸起的前侧面2.1可以采用现有技术下的圆弧面或类似柱面，后侧面2.2则采用平面且优选与凹槽底部平面垂直，在安装时，将所涉管体6的后侧贴在相应吃形凸起的前侧面上，当所涉管体因热膨胀沿轴向向前移动式，其后侧面脱离位于其后侧的吃形凸起，而凹槽的宽度设计应保证管体在允许或实际的移动范围内，不受前侧吃形凸起的挤压。

这种垫条的所有存在表面方向变化的区域，包括不同平面和/或曲面的相交处、边缘棱角处，均需采用圆滑过渡，包括设置过渡曲面或进行钝化处理。

所述凹槽3的底面为平面，该平面区域对应的垫条厚度d、齿形凸起顶部相对于凹槽底部平面（底面）的高度H、齿形凸起之间的间距L以及凹槽的轴线方向4（同时也是齿形凸起的轴线方向和长度方向）与垫条轴线方向5（同时也是缠绕式换热器的轴线方向，当用于缠绕式换热器时）之间的夹角a的取值，均应根据实际使用要求，例如用于缠绕式换热器时的设计条件来确定。

本发明所设计的异形垫条为一体成型，如下为具体制造过程：选取一条长短、宽窄、材质合适的钢条或条形钢板，通过线切割或者冲压、轧辊等方法制作出若干凹槽，之后对齿形凸起和凹槽进行进一步的加工，使得所有的凹槽与凸起部分满足设计数据要求且连续成型；接下来对成型的垫条进行尖角倒钝以及表面部分圆滑过渡等操作。

为防止齿形凸起底部与底座之间的过渡段与换热管接触，要求此处的圆角半径需足够小。

具体使用过程中，将螺旋缠绕的换热管嵌入相应的凹槽中，由于凹槽的轴线方向4与设备轴线方向5存在不为90°的夹角，因此换热管会按照设计要求形成螺旋形。

工作中，当换热管出现热膨胀，管束也会在设备轴线3的方向上进行滑动，通过凹槽宽度或相邻齿形凸起之间的距离设计，使得所涉管体6沿凹槽底部平面直线移动而不受凹槽底部或齿形凸起的阻挡和挤压，避免管束因轴向移动受阻而引起螺旋直径的增大。

本发明通过将凹槽底部设计为平面并使得凹槽宽度保证所涉管体的轴向移动空间，因此当换热管加热发生热膨胀时，换热管管束直径并不会发生变化；同时，齿形凸起的根部横截面积要远小于常规圆弧形凹槽设计下凹槽之间突起的根部宽度，由此增加了换热介质的通过面积，使得换热器的换热效率也有显著的提升。

本领域技术人员应该知晓的是，本发明不仅限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (4)

1.一种适用于缠绕管式换热器的新式异形垫条，采用由条形钢板加工成型的一体结构，包括条形的底座，其特征在于所述底座的上表面在长度方向上等间距分布有若干齿形凸起，所述齿形凸起呈柱形，其长度方向与所述底座长度方向呈一锐角或相互垂直，除两端之外，其长度方向上各处的横截面相同，所述齿形凸起相互平行，相邻齿形凸起之间形成凹槽，所述凹槽的底面为平面，所述齿形凸起的前侧面为弧面且采用与所涉管体表面曲率半径相同或相仿的弧形，所述齿形凸起的后侧面为平面。

2.如权利要求1所述的异形垫条，其特征在于所述齿形凸起上的各变向区域及其与基座主体部分的连接处均采用圆滑过渡。

3.如权利要求2所述的异形垫条，其特征在于所述底座上的齿形凸起和凹槽采用冲压和/或轧辊工艺成型。

4.如权利要求3所述的异形垫条，其特征在于其所有尖角区域经倒钝处理形成圆滑过渡，所述齿形凸起与凹槽底部的连接处为圆角半径明显小于所涉管体半径的圆滑过渡弧面。

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