CN110207514A - 一种穿片式双层管管壳式换热器 - Google Patents

一种穿片式双层管管壳式换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穿片式双层管管壳式换热器，属于电力、石化及热能工程的技术领域，在其内部设置整体结构的换热器芯组，换热器芯组的下端固定，上端采用浮动结构，同时，换热器芯组的上部浮动端采用梯形密封圈的结构进行活动密封套接，其下部的固定端通过0形密封圈结构进行密封装配，可补偿消除换热器壳体和换热器芯组因温差产生的应力，还可实现抽芯检修维护，极大的方便了换热器的清洗维护；通过采用整张穿片式散热片，增大了冷却器的换热面积，能有效减小换热器体积，提高了换热器的综合性能，降低双层管换热器制造成本；通过采用双管板的双层管结构在换热器的外换热管内壁设置有疏液沟槽，下端外承管板设有积液腔，积液腔触发泄漏报警器报警，提升使用安全性。

Description

一种穿片式双层管管壳式换热器
技术领域
本发明属于电力、石化及热能工程的技术领域，具体而言，涉及一种穿片式双层管管壳式换热器。
背景技术
管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢；但传热系数低、占地面积大。可用各种结构材料(主要是金属材料)制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。
现有技术中管壳式换热器的换热管多采用单层管，换热器工作时换热介质(水)在管内流动(管侧)；被换热器介质(油)在管外流动(壳侧)，当换热管发生泄漏时，就会造成冷热介质混合，造成较大的经济损失。
鉴于以上情况，目前在电力、化工、多晶硅等换热器冷热介质混合会造成严重危害的行业，多采用双层管换热器以解决上述问题。
但传统的双层管换热器换热管采用光管或低翅强化传热管，换热元件翅化比低，换热器单位体积下换热面积小，换热效率低，制造成本高。同时，传统结构的双层管换热器多为固定管板式结构，换热器壳体与承管板采用焊接固定方式，不能抽芯检修维护，影响换热器使用寿命。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种穿片式双层管管壳式换热器以达到热传导更加充分，提高换热器的综合性能，能有效降低双层管油冷器制造成本；实现泄露报警功能，以提升换热管的使用安全性；实现换热管能够抽芯检修维护，以提升其使用寿命的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种穿片式双层管管壳式换热器，包括壳体、上水室和下水室，还包括换热器芯组，该换热器芯组包括上端承管板组件、换热管组件和下端承管板组件，所述换热管组件的两端分别与上端承管板组件和下端承管板组件连接，且换热管组件上沿其长度方向套有若干个散热片和至少一个折流板；所述壳体的一端与上水室密封装配，另一端与下端承管板组件密封装配，下端承管板的另一端与所述下水室密封装配；所述上端承管板组件和换热管组件均套于壳体内，且上端承管板组件与壳体之间活动密封套接。
进一步地，所述上水室和壳体的连接处设有密封环槽，该密封环槽内套有两个梯形密封圈且两者之间设有对其固定的卡环，且梯形密封圈和卡环均套与所述上端承管板组件相匹配。以实现换热器芯组的上部浮动端与壳体之间活动密封套接。
进一步地，所述下端承管板组件的两侧分别设有O形密封圈，两O形密封圈分别与所述壳体的端面和下水室的端面相密封。以实现换热器芯组的上部固定端与壳体、下水室密封装配。
进一步地，所述换热管组件包括多个内换热管和套于各个内换热管外部的外换热管。以构成双层管换热结构。
进一步地，所述散热片上开设有多个管孔，各个管孔分别与各个外换热管套接，且各个管孔的周围沿同一周向方向分布有多个呈扇形圆弧状的破口。能够将掠过散热片的介质由层流状态变为紊流，增加了换热介质涡流的涡量强度，使热传导更充分。
进一步地，所述外换热管与管孔之间通过胀管方式紧密装配。确保了外换热管与翅片间的热传导。
进一步地，所述上端承管板组件包括上端外承管板和上端内承管板，下端承管板组件包括下端外承管板和下端内承管板；所述内换热管的两端分别与上端外承管板和下端外承管板装配连接，外换热管的两端分别与上端内承管板和下端内承管板装配连接。
进一步地，所述内换热管与外换热管之间形成多条贯通的疏液沟槽，各个疏液沟槽均呈螺旋状。
进一步地，所述下端外承管板的表面上开设有积液腔，该积液腔与各所述疏液沟槽对应，且积液腔连接有泄漏报警器。如果管壁破裂，渗漏液体会在重力作用下顺外换热管内壁的疏液沟槽流入积液腔，并触发积液腔底部的泄漏报警器报警。
进一步地，所述内换热管与外换热管之间通过涨接工艺贴合，以实现内换热管与外换热管之间进行良好的贴合装配，并形成所述疏液沟槽。
本发明的有益效果为：
1.本发明公开的穿片式双层管管壳式换热器，在其内部设置整体结构的换热器芯组，通过对换热器芯组的下端固定，其上端采用浮动结构，同时，换热器芯组的上部浮动端与采用梯形密封圈的结构进行活动密封套接，其下部的固定端通过0形密封圈结构进行密封装配，相较于传统结构的双层管换热器多采用固定管板式结构，换热器壳体与承管板采用焊接固定，可补偿消除换热器壳体和换热器芯组因温差产生的应力，还可实现抽芯检修维护，极大的方便了换热器的清洗维护，延长其使用寿命。
2.本发明公开的穿片式双层管管壳式换热器，通过采用整张穿片式散热片替代传统的低翅强化传热管，使得换热器单位体积换热面积比传统的低翅强化传热管面积增大了3.5倍，同时，在散热片上沿换热管的圆周分布呈扇形圆弧状的破口扰流结构，相较于传统的双层管换热器换热管采用光管或传统的低翅强化传热管，换热原件翅化比低，单位体积下换热面积小，制造成本高的缺点，本发明使得热传导更加充分，提高了换热器的综合性能，能有效降低双层管油冷器制造成本。
3.通过在换热器的外换热管内壁设置有多条呈螺旋形且贯通的疏液沟槽，下端外承管板设有积液腔，积液腔低部设置有泄漏报警器，如果管壁破裂，渗漏液体会在重力作用下沿着外换热管内壁的疏液沟槽流入积液腔，触发积液腔底部的泄漏报警器报警，提高了换热管的使用安全性。
附图说明
图1是本发明提供的穿片式双层管管壳式换热器的主剖视图；
图2是图1中Ⅰ处放大图；
图3是图1中Ⅱ处放大图；
图4是图1中Ⅲ处放大图；
图5是本发明提供的穿片式双层管管壳式换热器中散热片与换热管组件之间的装配示意图；
图6是本发明提供的穿片式双层管管壳式换热器中散热片的结构示意图；
图7是图6的A-A向剖视示意图；
图8是图1的局部剖视示意图；
附图中标注如下：
1-上水室，2-上端外承管板，3-上端内承管板，4-折流板，5-壳体，6-散热片，7-泄漏报警器，8-下水室，9-内换热管，10-外换热管，11-梯形密封圈，12-卡环，13-O形密封圈，14-下端外承管板，15-下端内承管板，16-破口，17-积液腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
如图1所示，在本实施例中提供了一种穿片式双层管管壳式换热器，在其内部设置整体结构的换热器芯组，相较于传统结构的双层管换热器多采用固定管板式结构，换热器壳体5与承管板采用焊接固定，可补偿消除换热器壳体5和换热器芯组因温差产生的应力，还可实现抽芯检修维护，极大的方便了换热器的清洗维护，延长其使用寿命。
其包括壳体5、上水室1和下水室8，还包括换热器芯组，该换热器芯组包括上端承管板组件、换热管组件和下端承管板组件，所述换热管组件的两端分别与上端承管板组件和下端承管板组件连接换热器芯组的整体结构。
在换热管组件上沿其长度方向套有若干个散热片6和三个折流板4，其中，各个散热片6呈等间距排布于换热管组件的长度方向上；各个折流板4均通过位于壳体5内两侧的支撑杆进行安装固定，各支撑杆的端部固定连接于所述下端承管板组件上；在本实施例中，三个折流板4呈相互交错的方式固定于壳体5的内部，以实现延长介质在壳体5内的流动路径，能够更有利于提升热交换效率。
如图4所示，其中，所述换热管组件包括多个内换热管9和套于各个内换热管9外部的外换热管10，以构成双层管换热结构。所述内换热管9与外换热管10之间通过复合管工艺贴合，以实现内换热管9与外换热管10之间进行良好的贴合装配。
如图3所示，所述上端承管板组件包括上端外承管板2和上端内承管板3，下端承管板组件包括下端外承管板14和下端内承管板15；所述内换热管9的两端分别与上端外承管板2和下端外承管板14通过胀管方式装配连接，外换热管10的两端分别与上端内承管板3和下端内承管板15也通过胀管方式装配连接。每根外换热管10的长度短于内换热管9的长度。
所述壳体5的一端与上水室1密封装配，另一端与下端承管板组件密封装配，下端承管板的另一端与所述下水室8密封装配。具体装配结构如下：所述下端承管板组件的两侧分别设有O形密封圈13，在壳体5的下端、下端外承管板14和下端内承管板15和下水室8的端口之间通过多个螺栓固定连接，并使两O形密封圈13分别与所述壳体5的端面和下水室8的端面相抵紧，且下端外承管板14和下端内承管板15之间设有密封垫，以实现换热器芯组的上部固定端分别与壳体5、下水室8密封装配。
如图2所示，将所述上端承管板组件和换热管组件均套于壳体5内，且上端承管板组件与壳体5之间活动密封套接。具体装配结构如下：所述上水室1的端口内部设有上半环槽，在壳体5的端口内壁设有下半环槽，通过上半环槽和下半环槽构成密封环槽，该密封环槽内套有两个梯形密封圈11且两者之间设有对其固定的卡环12，卡环12将两个梯形密封圈11抵紧在密封环槽内，且梯形密封圈11和卡环12均套于所述上端承管板组件的外部，以实现换热器芯组的上部浮动端与壳体5之间活动密封套接。
由于换热器芯组的上部为浮动端，换热器芯组轴向未固定，当换热管组件和壳体5内介质温差较大时，可以通过换热器芯组的上部浮动端进行补偿消除因壳体5和换热器芯组因温差产生的应力。而且，当换热器使用一段时间后，可抽出换热器芯组进行清洗维护，特别适用于壳体5内介质易结垢的场合，极大的方便了换热器的清洗维护。在某些特定情况下，需要更换换热器时，可只更换换热器芯组，壳体5、上水室1、下水室8沿用现有换热器的，能节约投资，减少设备更换安装周期。
本实施例提供的换热器其工作原理是：在换热器工作时，冷却介质(水)在内换热管9内部流动(管侧)；被换热器介质(油)在外换热管10外部(壳体5的内侧)的流动；被换热器介质(油)将热量传递给散热片6，在经过散热片6传递给外换热管10，外换热管10传递给内换热管9，在经内换热管9传递给冷却介质(水)，最终由冷却介质(水)将热量带走。之所以采用双层管换热结构的目的是：避免冷却介质(水)被冷却介质(油)因换热管发生渗漏混合导致事故。
实施例2
在实施例1的基础上，为进一步提升换热管内部的热传导能力，采用了整张穿片式两次复合双重管结构，具体如下：
如图5-图7所示，在所述散热片6上开设有多个管孔，各个管孔分别与各个外换热管10套接，且各个管孔的周围沿同一周向方向分布有多个呈扇形圆弧状的破口16，多个呈扇形圆弧状的破口16形成扰流结构，扰流结构能够将掠过散热片6的介质由层流状态变为紊流，增加了换热介质涡流的涡量强度，使热传导更充分。优选的，在本实施例中，散热片6采用高精度的模具在整张铜带上连续冲压成型，生产效率高，成本低，该散热片6的翅化比大，其单位体积换热面积比传统的强化传热管换热面积增大了3.5倍，从而使换热器的换热面积大大增加。
将所述外换热管10与管孔之间通过胀管方式紧密装配，确保了外换热管10与翅片间的热传导。
实施例3
在实施例1的基础上，为进一步提升换热管的安全性能，作如下改进：
如图8所示，在所述外换热管10的内壁上开设有多条贯通的疏液沟槽，各个疏液沟槽均呈螺旋状。各所述疏液沟槽的长度与所述外换热管10的长度相等，由于内换热管9与外换热管10之间通过复合管工艺贴合，贴合后，各所述疏液沟槽均位于内换热管9与外换热管10之间。
在所述下端外承管板14的表面上开设有积液腔17，该积液腔17与各所述疏液沟槽对应，且积液腔17连接有泄漏报警器7，将泄漏报警器7的探测头伸入至积液腔17且下端外承管板14内开设有走线通道，探测头通过该走线通道与外界的泄漏报警器7连接。如果管壁破裂，渗漏液体会在重力作用下顺外换热管10内壁的疏液沟槽流入积液腔17，并触发泄漏报警器7报警。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿片式双层管管壳式换热器，包括壳体、上水室和下水室，其特征在于，还包括换热器芯组，该换热器芯组包括上端承管板组件、换热管组件和下端承管板组件，所述换热管组件的两端分别与上端承管板组件和下端承管板组件连接，且换热管组件上沿其长度方向套有若干件散热片和至少一件折流板；所述壳体的一端与上水室密封装配，另一端与下端承管板组件密封装配，下端承管板的另一端与所述下水室密封装配；所述上端承管板组件和换热管组件均套于壳体内，且上端承管板组件与壳体之间活动密封套接。
2.根据权利要求1所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述上水室和壳体的连接处设有密封环槽，该密封环槽内套有两个梯形密封圈且两者之间设有对其固定的卡环，且梯形密封圈和卡环均套与所述上端承管板组件相匹配。
3.根据权利要求1所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述下端承管板组件的两侧分别设有O形密封圈，两O形密封圈分别与所述壳体的端面和下水室的端面相密封。
4.根据权利要求1所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述换热管组件包括多个内换热管和套于各个内换热管外部的外换热管。
5.根据权利要求4所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述散热片上开设有多个管孔，各个管孔分别与各个外换热管套接，且各个管孔的周围沿同一周向方向分布有多个呈扇形圆弧状的破口。
6.根据权利要求5所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述外换热管与散热片的管孔之间通过胀管方式紧密装配。
7.根据权利要求4所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述上端承管板组件包括上端外承管板和上端内承管板，下端承管板组件包括下端外承管板和下端内承管板；所述内换热管的两端分别与上端外承管板和下端外承管板装配连接，外换热管的两端分别与上端内承管板和下端内承管板装配连接。
8.根据权利要求7所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述内换热管与外换热管之间形成多条贯通的疏液沟槽，各个疏液沟槽均呈螺旋状。
9.根据权利要求8所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述下端外承管板的表面上开设有积液腔，该积液腔与各所述疏液沟槽对应，且积液腔连接有泄漏报警器。
10.根据权利要求4所述的穿片式双层管管壳式换热器，其特征在于，所述内换热管与外换热管之间通过涨接工艺贴合。
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