CN110145949A - 一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，包括壳体与封头，所述壳体与所述封头相连，其特征在于，所述壳体内设有若干组复合弓形折流板组及若干根纵向布置的换热管，所述复合弓形折流板组上均设有换热管孔，每一组所述复合弓形折流板组包括倾斜折流板及垂直折流板，所述倾斜折流板上配置垂直导流板，所述垂直折流板上配置倾斜导流板，每一组所述复合弓形折流板组靠近所述的壳体一侧斜向开设渐缩形引流孔。本发明提供一种减小流动死区、降低壳程流体压降、减小泵功损耗、抑制管束振动、结构简单、制造加工方便、易于工程推广与应用，且整体传热效率较高的无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器。

Description

一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器

技术领域

本发明涉及一种管壳式换热器，尤其是涉及一种结构优良的无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器。

背景技术

随着经济和工业的快速发展，能源短缺成为了越来越大的问题，所以节能减排、有效利用能源已经成为了一个不可忽视的话题。其中换热器不仅能合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要，也是余热、废热回收利用的有效装置。目前传统的弓形折流板换热器结构简单、应用广泛的一种换热器，但现有技术中的弓形折流板换热器往往存在着许多不足，如：壳程流动死区大、流动阻力较大、流体垂直冲刷管束会形成管束振动，壳程流动死区的存在使得壳程容易结垢的同时壳程内空间利用不充分，从而引起传热效率降低。

发明内容

本发明主要解决现有技术所存在的壳程流动死区大、流动阻力较大、流体垂直冲刷管束形成管束振动等的结构缺陷，从而提供一种减小流动死区、降低壳程流体压降、减小泵功损耗、抑制管束振动、结构简单、制造加工方便、易于工程推广与应用，且整体传热效率较高的无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器。

为了解决上述技术问题实现上述发明目的，本发明提供一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，包括壳体与封头，所述的壳体与所述的封头相连，所述的壳体分别与壳程流体进口接管及壳程流体出口接管相连，所述的封头分别与管程流体进口接管及管程流体出口接管相连，其特征在于，所述的壳体内设有若干组复合弓形折流板组及若干根纵向布置的换热管，所述的复合弓形折流板组上均设有与所述的换热管成配合设置的换热管孔，每一组所述的复合弓形折流板组主体包括上下错位布置的倾斜折流板及垂直折流板，所述的倾斜折流板与壳程流体流向倾斜布置且与所述的换热管纵向截面成一定倾斜角，所述的垂直折流板与所述的换热管纵向截面垂直布置，每组所述的复合弓形折流板组的径向投影均为一个整圆且与所述的壳体适配，所述的垂直折流板靠近所述的倾斜折流板一端相接有偏向所述的倾斜折流板的倾斜导流板，所述的倾斜折流板靠近所述的垂直折流板一端相接有与所述的倾斜折流板垂直的垂直导流板，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板靠近所述的壳体一侧斜向开设引流孔。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板均占每组所述的复合弓形折流板径组向投影整圆的70%-80%且所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板间有20%-30%的轴向重叠区域。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的换热管在所述的壳程内上下错位布置呈正三角分布，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板间通过设于靠近所述的壳体一侧与轴向重叠区域的拉杆相连，相邻两所述的垂直折流板或所述的倾斜折流板间的所述的拉杆上套设有套管，所述的套管与所述的垂直折流板及所述的倾斜折流板相连。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，同一所述的垂直折流板或所述的倾斜折流板上相邻两所述的换热管孔间设有所述的引流孔，所述的引流孔上下错位布置呈正三角形分布，任意所述的引流孔的通流面积小于所述的换热管孔的通流面积。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的引流孔与所述的换热管孔复合设置且将所述的换热管孔包裹在内。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，靠近所述的壳体一侧的所述的引流孔朝向所述的壳体壁面倾斜设置。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的引流孔的通流面积由壳程流体流进一侧向壳程流体流出一侧逐渐减小呈渐缩口形状。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的引流孔为正三角形并将所述的换热管孔包裹在内构成三角形倒圆孔和/或所述的引流孔为四个半圆形并将所述的换热管孔包裹在内构成四圆角梅花孔和/或所述的引流孔为正六边形并将所述的换热管孔包裹在内构成正六边形孔和/或所述的引流孔为跑道形并将所述的换热管孔包裹在内构成跑道形孔和/或所述的引流孔为两个交叉跑道形孔并将所述的换热管孔包裹在内构成交叉跑道形孔。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的垂直导流板与所述的倾斜折流板垂直布置，所述的倾斜导流板与所述的倾斜折流板平行布置，所述的倾斜导流板与所述的垂直折流板朝壳程主流方向呈钝角布置。

作为本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，所述的倾斜折流板的钝角倾斜角为90°-125°，所述的倾斜折流板为椭圆弓形，所述的垂直折流板为标准弓形。

相对于现有技术，本发明无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器具有以下有益效果：

1. 当壳程流体流经倾斜折流板时壳程流体改变流动方向对换热管束形成斜向冲刷，流经垂直折流板时壳程流体改变流动方向对换热管束形成横向冲刷，从而形成斜向横向多种方式交替冲刷换热管束的流动方式，增强换热能力的同时减小了壳程压损，并减弱了对换热管束的诱导振动；

2. 当壳程流体流经倾斜折流板时，倾斜折流板上的垂直导流板会引导部分壳程流体回流并与主流形成二次流，有效消除垂直折流板背流面的流动死区问题；

3. 部分壳程流体通过引流孔流向折流板背面，从而消除了倾斜折流板与垂直折流板靠近壳体一侧因壳程流体回流产生的局部壅塞的问题；

4. 倾斜折流板与垂直折流板靠近壳程一侧开设有引流孔，引流孔朝向壳体一侧与换热管呈锐角倾斜布置，避免壳程主流通过引流孔逆向泄漏；

5.引流孔的通流面积由壳程流体流进口侧向壳程流体流出口侧逐渐减小呈渐缩口形状，使得壳程流体经过引流孔后流速增大，消除倾斜折流板与垂直折流板背流面流动死区问题，渐缩形引流孔能适当的降低壳程压降，当壳程流体流经引流孔时，斜向渐缩布置的引流孔内流体可产生射流作用，使流体离开引流孔后与斜向主流汇合并形成湍流，起到清洗管壁并防止壁面结垢以及实现增强壳程换热能力；

6.当壳程流体流进垂直折流板时，垂直折流板上的倾斜导流板与倾斜折流板形成平行斜向通道，斜向壳程主流冲洗倾斜折流板背流面，也能有效消除倾斜折流板背流面的流动死区问题；

7.引流孔包裹换热管孔形成三角倒圆形孔，四圆角梅花孔、正六边形孔、跑道形交叉孔多种结构，复合引流孔能有效增加射流作用，增加主流的流速，增加射流与主流混合流的湍流强度，既降低壳程流体压降，又增强壳程换热能力。

因此，本发明具有结构合理，高效节能等特点。

附图说明

附图1是背景技术中弓形折流板换热器的一种结构示意图；

附图2是背景技术中弓形折流板换热器的一种壳程流线图；

附图3是本发明无流动死区的复合弓形折流板的一种壳程流线图；

附图4是本发明垂直折流板的一种主视图；

附图5是本发明垂直折流板的一种左视图；

附图6是本发明倾斜折流板的一种A向示意图；

附图7是本发明倾斜折流板的一种主视图；

附图8是本发明倾斜折流板的一种左视图；

附图9是本发明单组复合弓形折流板组的一种左视图；

附图10是本发明单组复合弓形折流板组的一种主视图；

附图11是本发明复合弓形折流板组的一种安装主视图；

附图12是本发明复合弓形折流板组的一种安装左视图；

附图13是本发明复合弓形折流板组的一种安装轴侧图；

附图14是本发明引流孔为四圆角梅花孔的一种结构示意图；

附图15是本发明引流孔为正六边形孔的一种结构示意图；

附图16是本发明引流孔为跑道形孔的一种结构示意图；

附图17是本发明引流孔为交叉跑道形孔的一种结构示意图；

附图18是本发明引流孔布置与换热孔间倾斜折流板的一种主视图；

附图19是本发明引流孔布置与换热孔间倾斜折流板的一种左视图；

附图20是本发明引流孔布置与换热孔间垂直流板的一种主视图；

附图21是本发明引流孔布置与换热孔间垂直流板的一种左视图。

图中件号说明：1.壳体、2.封头、3.壳程流体进口接管、4.壳程流体出口接管、5.管程流体进口接管、6.管程流体出口接管、7.换热管、8.倾斜折流板、9.垂直折流板、10.倾斜导流板、11.垂直导流板、12.引流孔、13.拉杆、14.套管、15.三角形倒圆孔、16.四圆角梅花孔、17.正六边形孔、18.跑道形孔、19.交叉跑道形孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述到的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

实施例1：

根据图1至图13所示的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，包括壳体1与封头2，所述的壳体1与所述的封头2相连，所述的壳体1分别与壳程流体进口接管3及壳程流体出口接管4相连，所述的封头2分别与管程流体进口接管5及管程流体出口接管6相连，其特征在于，所述的壳体1内设有若干组复合弓形折流板组及若干根纵向布置的换热管7，所述的复合弓形折流板组上均设有与所述的换热管7成配合设置的换热管孔，每一组所述的复合弓形折流板组主体包括上下错位布置的倾斜折流板8及垂直折流板9，所述的倾斜折流板8与壳程流体流向倾斜布置且与所述的换热管7纵向截面成一定倾斜角，所述的垂直折流板9与所述的换热管7纵向截面垂直布置，每组所述的复合弓形折流板组的径向投影均为一个整圆且与所述的壳体1适配，所述的垂直折流板9靠近所述的倾斜折流板8一端相接有偏向所述的倾斜折流板8的倾斜导流板10，所述的倾斜折流板8靠近所述的垂直折流板9一端相接有与所述的倾斜折流板8成垂直的垂直导流板11，所述的垂直折流板9与所述的倾斜折流板8靠近所述的壳体1一侧斜向开设引流孔12。

具体使用时管程流体从位于封头2上方的管程流体进口接管5流入换热管7内后经位于封头2下方的管程流体出口接管6流出，壳程流体通过位于壳体1下方的壳程流体进口接管3流入壳体1后经位于壳程上方的壳程流体出口接管4流出，从而达到壳程流体与管程流体间形成逆向错流以增强换热能力，壳程流体与管程流体按图3中的流线流动。

当壳程流体流经倾斜折流板8时，倾斜折流板8上的垂直导流板11会引导部分壳程流体回流并与主流形成二次流，有效消除垂直折流板9背流面的流动死区问题，当壳程流体流经倾斜折流板8时，壳程流体改变流动方向对换热管束形成斜向冲刷，流经垂直折流板9时壳程流体改变流动方向对换热管束形成横向冲刷，从而形成斜向横向多种方式交替冲刷换热管束的流动方式，增强可换热能力的同时减小了壳程压损，并减弱了对换热管束的诱导振动。

为了减小垂直折流板9与倾斜折流板8靠近壳程一侧正面流动死区大的问题，在所述的垂直折流板9与所述的倾斜折流板8靠近所述的壳体1一侧纵向开设有引流孔12，使得部分壳程流体通过引流孔12流向折流板背面，从而消除了倾斜折流板8与垂直折流板9靠近壳体1一侧因壳程流体回流产生的局部壅塞的问题。

实施例2：

如图9及图10所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的垂直折流板9与所述的倾斜折流板8均占每组所述的复合弓形折流板组径向投影整圆的70%-80%且所述的垂直折流板9与所述的倾斜折流板8间有20%-30%的轴向重叠区域。

相对于实施例1，本实施例对于倾斜折流板8与垂直折流板9做出了进一步限定，避免产生流体的逆向泄漏，从而避免出现严重影响换热器性能的情况。

实施例3：

如图3、图11及图13所示，所述的换热管7在所述的壳程内上下错位布置呈正三角分布，所述的垂直折流板9与所述的倾斜折流板8间通过设于靠近所述的壳体1一侧与轴向重叠区域的拉杆13相连，相邻两所述的垂直折流板9或所述的倾斜折流板8间的所述的拉杆13上套设有套管14，所述的套管14与所述的垂直折流板9及所述的倾斜折流板8相连。

相对于实施例1本实施例对换热管7做出了进一步限定，从而优化了换热器的换热能力，并通过拉杆13与套管14将所述的垂直折流板9与倾斜折流板8固定以避免垂直折流板9与倾斜折流板8产生移动。

实施例4：

根据图18至图21所示，本实施例与实施例1的区别在于：同一所述的垂直折流板9或所述的倾斜折流板8上相邻两所述的换热管孔间设有所述的引流孔12，所述的引流孔12上下错位布置呈正三角形分布，任意所述的引流孔12的通流面积小于所述的换热管孔通流面积。

相对于实施例1本实施例对于引流孔12做出了进一步限定，其中引流孔12上下错位呈正三角形分布优化了解决了折流板背部死区的问题。

实施例5：

根据图9、图14至图17所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的引流孔12与所述的换热管孔复合设置且将所述的换热管孔包裹在内。

相对于实施例1，本实施例对于引流孔12做出了进一步限定，其中引流孔12与换热管孔复合设置且将所述的换热管孔包裹在内是将引流孔12与换热孔进行了整合，优化了结构。

实施例6：

根据图3、图4、图7、图10、图18、图20所示，本实施例与实施例1的区别在于：靠近所述的壳体1一侧的所述的引流孔12朝向所述的壳体1倾斜设置。

相对于实施例1，本实施例对于引流孔12做出了进一步限定，其中倾斜折流板8与垂直折流板9靠近壳程一侧开设有引流孔12，引流孔12朝向壳体1一侧倾斜布置的作用是避免产生逆向泄漏至倾斜折流板8与垂直折流板9正面。

实施例7：

根据图3、图4、图7、图10、图18、图20所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的引流孔12的通流面积由壳程流体流进一侧向壳程流体流出一侧逐渐减小呈渐缩口形状。

相对于实施例1本实施例对于引流孔12做出了进一步限定，其中引流孔12通流面积由壳程流体流进一侧向壳程流体流出一侧逐渐减小呈渐缩口形状，使得壳程流体经过引流孔12后流速增大，从而增强折流板背面换热能力，渐缩形引流孔12能适当的降低壳程压降，当壳程流体经引流孔时，斜向渐缩布置的引流孔12内流体可产生射流作用，使流体离开引流孔12后与斜向主流汇合并形成湍流，起到清洗管壁并防止壁面结垢以及实现增强壳程换热能力的作用。

实施例8

根据图9、图14至图17所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述的引流孔12为正三角形并将所述的换热管孔包裹在内构成三角形倒圆孔15和/或所述的引流孔12为四个半圆形并将所述的换热管孔包裹在内构成四圆角梅花孔16和/或所述的引流孔12为正六边形并将所述的换热管孔包裹在内构成正六边形孔17和/或所述的引流孔12为跑道形并将所述的换热管孔包裹在内构成跑道形孔18和/或所述的引流孔12为两个交叉的跑道形孔并将所述的换热管孔包裹在内构成交叉跑道形孔19。

对于实施例1，本实施例对于引流孔12与换热管孔做出了进一步限定，引流孔12将换热管孔包裹形式：三角形倒圆孔15、四圆角梅花孔16、正六边形孔17、跑道形孔18交叉跑道形孔19多种结构，复合引流孔能有效增加射流作用，增加主流的流速，增加射流与主流混合流的湍流强度，既降低壳程流体的压降，又增强壳程换热能力。

实施例9：

根据图3、图10、图11所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的倾倾斜导流板10与所述的倾斜折流板8平行布置，所述的垂直导流板11与所述的倾斜折流板8垂直布置且所述的垂直导流板11朝向壳程主流方向呈钝角布置。

对于实施例1，本实施例是对于垂直导流板11与倾斜导流板10的进一步限定。

实施例10：

根据图5至图7所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述的倾斜折流板8的钝角倾斜角为90°-125°，所述的倾斜折流板8为椭圆弓形，所述的垂直折流板9为标准弓形。

对于实施例1，本实施例是对于倾斜折流板8与垂直折流板9的进一步限定。

Claims (10)

1.一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，包括壳体与封头，所述的壳体与所述的封头相连，所述的壳体分别与壳程流体进口接管及壳程流体出口接管相连，所述的封头分别与管程流体进口接管及管程流体出口接管相连，其特征在于，所述的壳体内设有若干组复合弓形折流板组及若干根纵向布置的换热管，所述的复合弓形折流板组上均设有与所述的换热管成配合设置的换热管孔，每一组所述的复合弓形折流板组主体包括上下错位布置的倾斜折流板及垂直折流板，所述的倾斜折流板与壳程流体流向倾斜布置且与所述的换热管纵向截面成一定倾斜角，所述的垂直折流板与所述的换热管纵向截面垂直布置，每组所述的复合弓形折流板组的径向投影均为一个整圆且与所述的壳体适配，所述的垂直折流板靠近所述的倾斜折流板一端相接有偏向所述的倾斜折流板的倾斜导流板，所述的倾斜折流板靠近所述的垂直折流板一端相接有与所述的倾斜折流板垂直的垂直导流板，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板靠近所述的壳体一侧斜向开设引流孔。

2.根据权利要求1所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板均占每组所述的复合弓形折流板径组向投影整圆的70%-80%且所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板间有20%-30%的轴向重叠区域。

3.根据权利要求1或2所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的换热管在所述的壳程内上下错位布置呈正三角分布，所述的垂直折流板与所述的倾斜折流板间通过设于靠近所述的壳体一侧与轴向重叠区域的拉杆相连，相邻两所述的垂直折流板或所述的倾斜折流板间的所述的拉杆上套设有套管，所述的套管与所述的垂直折流板及所述的倾斜折流板相连。

4.根据权利要求2所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，同一所述的垂直折流板或所述的倾斜折流板上相邻两所述的换热管孔间设有所述的引流孔，所述的引流孔上下错位布置呈正三角形分布，任意所述的引流孔的通流面积小于所述的换热管孔的通流面积。

5.根据权利要求2所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的引流孔与所述的换热管孔复合设置且将所述的换热管孔包裹在内。

6.根据权利要求4或5所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于, 靠近所述的壳体一侧的所述的引流孔朝向所述的壳体壁面倾斜设置。

7.根据权利要求4或5所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的引流孔的通流面积由壳程流体流进一侧向壳程流体流出一侧逐渐减小呈渐缩口形状。

8.根据权利要求5所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的引流孔为正三角形并将所述的换热管孔包裹在内构成三角形倒圆孔和/或所述的引流孔为四个半圆形并将所述的换热管孔包裹在内构成四圆角梅花孔和/或所述的引流孔为正六边形并将所述的换热管孔包裹在内构成正六边形孔和/或所述的引流孔为跑道形并将所述的换热管孔包裹在内构成跑道形孔和/或所述的引流孔为两个交叉跑道形孔并将所述的换热管孔包裹在内构成交叉跑道形孔。

9.根据权利要求1或2或4或5或8所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的垂直导流板与所述的倾斜折流板垂直布置，所述的倾斜导流板与所述的倾斜折流板平行布置，所述的倾斜导流板与所述的垂直折流板朝壳程主流方向呈钝角布置。

10.根据权利要求9所述的一种无流动死区的倾斜与垂直复合弓形折流板换热器，其特征在于，所述的倾斜折流板的钝角倾斜角为90°-125°，所述的倾斜折流板为椭圆弓形，所述的垂直折流板为标准弓形。