CN108895864B - 折流板组件和包括此组件的管壳式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种折流板组件，包括弓形折流板，内设多个传热管安装孔，用于安装传热管，弓形折流板内还开设有多个喷射流管安装孔，喷射流管贯穿并固定于喷射流管安装孔中，喷射流管安装孔紧邻传热管安装孔，喷射流管紧邻传热管，喷射流管由进口段、安装段和射流段组成，进口段呈喇叭形结构，射流段的尾端为封闭结构，射流段在正对于传热管的位置开设有射流出口。本发明可以有效地消除折流板后方的流动滞止区，且使流动滞止区的传热管能够发挥在管侧流体和壳侧流体间传递热量的作用，从而增加了换热器的有效传热面积，提高换热效率。

Description

折流板组件和包括此组件的管壳式换热器
技术领域
本发明属于换热器强化传热技术领域，具体而言，涉及一种折流板组件和包括此组件的管壳式换热器。
背景技术
图1为现有技术中管壳式换热器的结构简图，其中A流体在传热管外流动，称为壳侧流体，B流体在传热管内流动，称为管侧流体，A、B流体温度不同，通过传热管实现他们之间的热量交换。为了增大换热量，应使管侧流体和壳侧流体都具有高的对流传热系数。根据传热学的原理，管侧流体在管内的对流传热系数很大，而管外的壳侧流体必须采取一定的强化传热措施，以提高壳侧流体的对流传热系数。提高壳侧流体对流传热系数的关键措施是使壳侧流体的流动方向尽可能垂直于传热管，因为垂直流动时的对流传热系数比平行流动时的高数倍到数十倍，因此在传热管外安装有折流板。
传统技术使用的管壳式换热器中采用的是弓形折流板，由钢板加工而成，呈弓形。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形折流板三种，图2为现有技术中的单弓形折流板及其在管壳式换热器中安装后造成的壳侧流体流动效果示意图。弓形的折流板是将圆形切掉1/4至1/3 部分所得，折流板在换热器壳体内上下交错安装，由于折流板对壳侧流体的阻挡作用，壳侧流体只能从缺口处流过，壳侧流体从上下缺口(或左右缺口)交替流经，呈“S”形流动，从而使壳侧流体在二块折流板间形成较强烈的垂直于传热管的流动，增强了壳侧流体的对流传热。
虽然弓形折流板在二板之间形成了壳侧流体较强的垂直于传热管的流动，但是同时也会在折流板后方形成流动滞止区。在流动滞止区内，壳侧流体几乎处于静止状态，从而导致壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大，传热管不能发挥传热作用，造成换热器的有效传热面积减少。
如中国专利文献CN204535199U公开了一种采用弓形折流板的列管蒸发器管束布置结构，弓形折流板与壳体底部为流动死区，在流动死区的安装孔中未安装管束，管束仅安装于弓形折流板的流动死区以外的安装孔中。抽掉了部分弓形折流板底部的管束，虽然可以一定程度上避免流动死区，但是换热器的有效传热面积相对也会减少，对整体换热性能会产生影响。
又如中国专利文献CN107726895A公开了异形管孔整圆形支撑板取代弓形折流板的管壳式换热器，包括筒体、管板、换热管和整圆形支撑板等，整圆形支撑板内设多个异形管孔，壳程流体流经通液缺口，呈轴向流动，从而使壳程流体实现“无死角”流动，但是改变了壳侧流体垂直于传热管的流动方向，流传热系数降低，对整体换热效率会产生影响。
发明内容
为解决上述问题，克服现有技术中折流板管壳式换热器中的壳程流体在流动时存在容易产生流动滞止区和换热效率低的问题，本发明设计了具有喷射流管安装孔的折流板，正对于传热管安装有喷射流管，有效地消除了折流板后方的流动滞止区，且使流动滞止区的传热管能够发挥在管侧流体和壳侧流体间传递热量的作用，从而增加了换热器的有效传热面积，提高换热效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种折流板组件，包括折流板，折流板内设多个传热管安装孔，用于安装传热管，折流板内还开设有多个喷射流管安装孔，喷射流管贯穿并固定于喷射流管安装孔中，喷射流管安装孔紧邻传热管安装孔，喷射流管紧邻传热管，喷射流管在相对于传热管的方向开设有射流出口。
本技术方案中，优选地，喷射流管由进口段、安装段和射流段组成，且依次密封连接。
优选地，进口段呈喇叭形结构，安装段与喷射流管安装孔套接连接，射流段的尾端为封闭结构。
优选地，射流段在正对于传热管的位置开设有射流出口。
优选地，射流出口为射流条缝，射流条缝沿射流段的轴向分布为一条或者多条。
优选地，射流出口为射流孔，射流孔沿射流段的轴向分布为一列或者多列。
优选地，折流板是单弓形折流板、双弓形折流板、三弓形折流板中的一种。
优选地，与折流板的缺口边缘平行的喷射流管，长度从中间向两边依次增长，进口段的喇叭结构的边缘开口直径依次增大，与折流板的缺口边缘垂直的喷射流管3，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
优选地，折流板是圆盘-圆环形折流板。
优选地，折流板的圆盘结构中的喷射流管，长度从中心向半径方向依次缩短，进口段的喇叭结构的边缘开口直径依次减小，折流板的圆环结构中的喷射流管，长度从内环边缘向外环边缘依次增长，进口段的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
一种管壳式换热器，包括筒体、管板、传热管、上述的折流板组件，折流板组件包括折流板和喷射流管，管板与筒体的两端固定连接，传热管两端固定于管板之间，传热管紧邻喷射流管，折流板固定安装于筒体内。
本技术方案解决流动滞止区内对流传热不良问题的原理是：壳侧流体通过喇叭形进口流入射流喷管中，壳侧流体进入射流段后，通过射流出口流出，垂直流向与其正对的传热管，形成壳侧流体与传热管之间的对流传热，消除了该区域传热管与壳侧流体间传热不良的问题。
本技术方案消除弓形折流板后方的流动滞止区的原理是：射流出口产生的射流可以作用于整个处于原滞止区内的传热管，产生较好的射流传热效果，通过出口射流的引射作用，出口射流周围的流体被出口射流带动，与射流一起向下一块折流板的缺口方向流动，当流动到下一块折流板的缺口位置时，在压力差的作用下通过该缺口流向下一段传热管，在射流喷管的作用下，消除了原来的流动滞止区。
本技术方案中，折流板不改变原折流板的主体结构，仅增加了射流喷管结构，保留了折流板结构简单，具有易于制造和安装的优点，且运行可靠。
本技术方案中，利用折流板二侧压力差，使壳侧流体通过射流喷管改变流动方向，并垂直流向传热管，有效地消除了流动滞止区，增强了壳侧流体与传热管的对流传热，增加了换热器的传热面积，提高了换热效率。
本技术方案中，射流喷管使用喇叭形进口，具有最小的进口流动阻力，可以使更多的壳侧流体通过射流出口流出，可增强与传热管对流传热及消除滞止区的效果。
本技术方案中，射流喷管喇叭形进口的大小和射流段的长度与所在区域滞止区的范围相匹配，可以获得良好的壳侧流体与传热管的传热效果和消除滞止区的作用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术中管壳式换热器的结构简图。
图2为现有技术中的单弓形折流板及其在管壳式换热器中安装后造成的壳侧流体流动效果示意图。
图3是弓形折流板结构示意图。
图4是圆盘-圆环形折流板结构示意图。
图5是射流喷管结构示意图。
图6是射流喷管的射流条缝结构示意图。
图7是射流喷管的射流孔结构示意图。
图8是图3中B-b截面射流喷管的结构示意图。
图9是图3中C-c截面射流喷管的结构示意图。
图10是管壳式换热器的结构示意图。
附图中：
1、折流板 11、传热管安装孔 12、喷射流管安装孔 3、喷射流管
31、进口段 32、安装段 33、射流段 331、射流条缝
332、射流孔 4、筒体 5、管板
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图3所示，一种折流板组件，包括折流板1，折流板1内设多个传热管安装孔11，用于安装传热管2，其特征在于：折流板1内还开设有多个喷射流管安装孔12，喷射流管3贯穿并固定于喷射流管安装孔12中，喷射流管安装孔12紧邻传热管安装孔11，喷射流管3紧邻传热管2，喷射流管3在相对于传热管2的方向开设有射流出口。
如图5所示，喷射流管3由进口段31、安装段32和射流段33组成，且依次密封连接。
进口段31呈喇叭形结构，安装段32与喷射流管安装孔12套接连接，射流段33的尾端为封闭结构。
射流段33在正对于传热管2的位置开设有射流出口。
射流出口为射流条缝331或者射流孔332。
如图6所示，本实施例中，射流出口为射流条缝331，所述射流条缝331沿射流段33的轴向分布为一条或者多条。
折流板1是单弓形折流板、双弓形折流板、三弓形折流板中的一种，本实施例中，折流板1为单弓形折流板。
与折流板1的缺口边缘平行的喷射流管3，长度从中间向两边依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次增大，与折流板1的缺口边缘垂直的喷射流管3，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
如图8所示，与折流板1的缺口边缘线A-a平行的第一行喷射流管3，长度从中间向两边依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径从中间向两边依次增大，其余各行射流喷管的长度均为相似的特点。
如图9所示，与折流板1的缺口边缘线A-a垂直的中间一列喷射流管3，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径从靠近缺口端向远离缺口端依次增大，其余各列射流喷管的长度均为相似的特点。
本技术方案中射流喷管喇叭形进口的大小和射流段的长度的设计原理：
(1)在折流板缺口水平方向靠近边缘部分，壳侧流体流速较低，在折流板后侧形成的滞止区较大，在缺口水平方向靠近中间部分的速度较高，在折流板后侧形成的滞止区较小。为了充分消除滞止区，在每一排安装的射流喷管长度设计为中间短，向两侧逐渐变长的结构。
(2)在垂直于折流板缺口方向，靠近折流板缺口的滞止区较小，远离缺口的滞止区较大。因此，每一列靠近缺口的射流喷管喇叭形进口较小，射流段长度较短，而远离缺口的射流喷管喇叭形进口较大，射流段长度较长。
(3)从这些长度不同的射流喷管中喷射出的流体应具有相同的速度，以获得原滞止区内流体的均匀流动。
(3)由于较短的射流喷管从射流条缝喷射出的流体流量小于较长的射流喷管的流量，因此，较短的射流喷管设计为比较长的射流喷管具有较小的喇叭形进口，以使流进的流量小于较长的射流喷管的流量。
如图10所示，一种管壳式换热器，包括筒体4、管板5、传热管2、上述的折流板组件，折流板组件包括折流板1和喷射流管3，管板5与筒体4的两端固定连接，传热管2两端固定于管板5之间，传热管2紧邻喷射流管3，折流板1固定安装于筒体4内。
本实施例中，折流板不改变原弓形折流板的主体结构，仅增加了射流喷管结构，保留了弓形折流板结构简单，具有易于制造和安装的优点，且运行可靠。
本实施例中，利用折流板二侧压力差，使壳侧流体通过射流喷管改变流动方向，并垂直流向传热管，有效地消除了流动滞止区，增强了壳侧流体与传热管的对流传热，增加了换热器的传热面积，提高了换热效率。
本实施例中，射流喷管使用喇叭形进口，具有最小的进口流动阻力，可以使更多的壳侧流体通过射流出口流出，可增强与传热管对流传热及消除滞止区的效果。
本实施例中，射流喷管喇叭形进口的大小和射流段的长度与所在区域滞止区的范围相匹配，可以获得良好的壳侧流体与传热管的传热效果和消除滞止区的作用。
实施例2：
如图3所示，一种折流板组件，包括折流板1，折流板1内设多个传热管安装孔11，用于安装传热管2，其特征在于：折流板1内还开设有多个喷射流管安装孔12，喷射流管3贯穿并固定于喷射流管安装孔12中，喷射流管安装孔12紧邻传热管安装孔11，喷射流管3紧邻传热管2，喷射流管3在相对于传热管2的方向开设有射流出口。
如图5所示，喷射流管3由进口段31、安装段32和射流段33组成，且依次密封连接。
进口段31呈喇叭形结构，安装段32与喷射流管安装孔12套接连接，射流段33的尾端为封闭结构。
射流段33在正对于传热管2的位置开设有射流出口。
射流出口为射流条缝331或者射流孔332。
如图7所示，本实施例中，射流出口为射流孔332，射流孔332沿射流段33的轴向分布为一列或者多列。
折流板1是单弓形折流板、双弓形折流板、三弓形折流板中的一种，本实施例中，折流板1为单弓形折流板。
与折流板1的缺口边缘平行的喷射流管3，长度从中间向两边依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次增大，与折流板1的缺口边缘垂直的喷射流管3，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
如图8所示，与折流板1的缺口边缘线A-a平行的第一行喷射流管3，长度从中间向两边依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径从中间向两边依次增大，其余各行射流喷管的长度均为相似的特点。
如图9所示，与折流板1的缺口边缘线A-a垂直的中间一列喷射流管3，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径从靠近缺口端向远离缺口端依次增大，其余各列射流喷管的长度均为相似的特点。
如图10所示，一种管壳式换热器，包括筒体4、管板5、传热管2、上述的折流板组件，折流板组件包括折流板1和喷射流管3，管板5与筒体4的两端固定连接，传热管2两端固定于管板5之间，传热管2紧邻喷射流管3，折流板1固定安装于筒体4内。
本实施例中，折流板不改变原弓形折流板的主体结构，仅增加了射流喷管结构，保留了弓形折流板结构简单，具有易于制造和安装的优点，且运行可靠。
本实施例中，利用折流板二侧压力差，使壳侧流体通过射流喷管改变流动方向，并垂直流向传热管，有效地消除了流动滞止区，增强了壳侧流体与传热管的对流传热，增加了换热器的传热面积，提高了换热效率。
本实施例中，射流喷管使用喇叭形进口，具有最小的进口流动阻力，可以使更多的壳侧流体通过射流出口流出，可增强与传热管对流传热及消除滞止区的效果。
本实施例中，射流喷管喇叭形进口的大小和射流段的长度与所在区域滞止区的范围相匹配，可以获得良好的壳侧流体与传热管的传热效果和消除滞止区的作用。
实施例3：
如图4所示，一种折流板组件，包括折流板1，折流板1内设多个传热管安装孔11，用于安装传热管2，其特征在于：折流板1内还开设有多个喷射流管安装孔12，喷射流管3贯穿并固定于喷射流管安装孔12中，喷射流管安装孔12紧邻传热管安装孔11，喷射流管3紧邻传热管2，喷射流管3在相对于传热管2的方向开设有射流出口。
如图5所示，喷射流管3由进口段31、安装段32和射流段33组成，且依次密封连接。
进口段31呈喇叭形结构，安装段32与喷射流管安装孔12套接连接，射流段33的尾端为封闭结构。
射流段33在正对于传热管2的位置开设有射流出口。
射流出口为射流条缝331或者射流孔332。
如图6所示，本实施例中，射流出口为射流条缝331，所述射流条缝331沿射流段33的轴向分布为一条或者多条。
本实施例中，折流板1为圆盘-圆环形折流板。
折流板1的圆盘结构中的喷射流管3，长度从中心向半径方向依次缩短，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次减小，折流板1的圆环结构中的喷射流管3，长度从内环边缘向外环边缘依次增长，进口段31的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
一种管壳式换热器，包括筒体4、管板5、传热管2、上述的折流板组件，折流板组件包括折流板1和喷射流管3，管板5与筒体4的两端固定连接，传热管2两端固定于管板5之间，传热管2紧邻喷射流管3，折流板1固定安装于筒体4内。
本实施例中，折流板不改变原圆盘-圆环形折流板的主体结构，仅增加了射流喷管结构，具有易于制造和安装的优点，且运行可靠。
本实施例中，利用折流板二侧压力差，使壳侧流体通过射流喷管改变流动方向，并垂直流向传热管，有效地消除了流动滞止区，增强了壳侧流体与传热管的对流传热，增加了换热器的传热面积，提高了换热效率。
本实施例中，射流喷管使用喇叭形进口，具有最小的进口流动阻力，可以使更多的壳侧流体通过射流出口流出，可增强与传热管对流传热及消除滞止区的效果。
本实施例中，射流喷管喇叭形进口的大小和射流段的长度与所在区域滞止区的范围相匹配，可以获得良好的壳侧流体与传热管的传热效果和消除滞止区的作用。

Claims (10)

1.一种折流板组件，包括折流板(1)，所述折流板(1)内设多个传热管安装孔(11)，用于安装传热管(2)，其特征在于：所述折流板(1)内还开设有多个喷射流管安装孔(12)，喷射流管(3)贯穿并固定于所述喷射流管安装孔(12)中，所述喷射流管安装孔(12)紧邻传热管安装孔(11)，所述喷射流管(3)紧邻传热管(2)，所述喷射流管(3)在相对于传热管(2)的方向开设有射流出口。
2.如权利要求1所述的折流板组件，其特征在于：所述喷射流管(3)由进口段(31)、安装段(32)和射流段(33)组成，且依次密封连接，所述进口段(31)呈喇叭形结构，所述安装段(32)与喷射流管安装孔(12)套接连接，所述射流段(33)的尾端为封闭结构。
3.如权利要求2所述的折流板组件，其特征在于：所述射流段(33)在正对于传热管(2)的位置开设有射流出口。
4.如权利要求3所述的折流板组件，其特征在于：所述射流出口为射流条缝(331)，所述射流条缝(331)沿射流段(33)的轴向分布为一条或者多条。
5.如权利要求3所述的折流板组件，其特征在于：所述射流出口为射流孔(332)，所述射流孔(332)沿射流段(33)的轴向分布为一列或者多列。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的折流板组件，其特征在于：所述折流板(1)是单弓形折流板、双弓形折流板、三弓形折流板中的一种。
7.如权利要求6所述的折流板组件，其特征在于：与所述折流板(1)的缺口边缘平行的喷射流管(3)，长度从中间向两边依次增长，进口段(31)的喇叭结构的边缘开口直径依次增大，与所述折流板(1)的缺口边缘垂直的喷射流管(3)，长度从靠近缺口端向远离缺口端依次增长，进口段(31)的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
8.如权利要求1至5中的任一项所述的折流板组件，其特征在于：所述折流板(1)是圆盘-圆环形折流板。
9.如权利要求8所述的折流板组件，其特征在于：所述折流板(1)的圆盘结构中的喷射流管(3)，长度从中心向半径方向依次缩短，进口段(31)的喇叭结构的边缘开口直径依次减小，所述折流板(1)的圆环结构中的喷射流管(3)，长度从内环边缘向外环边缘依次增长，进口段(31)的喇叭结构的边缘开口直径依次增大。
10.一种管壳式换热器，其特征在于：包括筒体(4)、管板(5)、传热管(2)、权利要求1至5中的任一项所述的折流板组件，所述折流板组件包括折流板(1)和喷射流管(3)，所述管板(5)与筒体(4)的两端固定连接，传热管(2)两端固定于管板(5)之间，所述传热管(2)紧邻喷射流管(3)，折流板(1)固定安装于筒体(4)内。
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