CN110779374B

CN110779374B - 一种换热管道分流装置

Info

Publication number: CN110779374B
Application number: CN201911126679.8A
Authority: CN
Inventors: 余龙; 俞树荣; 张剑
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN110779374A

Abstract

一种换热管道分流装置，内管1（A1）和内管2（A5）分别被套放在主外管（A3）内部，均与主外管（A3）同轴，内管1扇形前堵头（A2）安放在内管1（A1）深入主外管（A3）的外缘位置，与内管1（A1）、主外管（A3）相连接，内管1扇环形后堵头（A7）安放在内管1（A1）的末端；内管2扇形前堵头（A9）安放在内管2（A5）深入主外管（A3）的外缘位置，与内管2（A5）、主外管（A3）相连接，内管2扇环形后堵头（A6）安放在内管2（A5）的末端；周向均布对称分流板（A 4）以管道轴心为对称中心周向均布，贯穿内管1（A1）、内管2（A5）、内管2扇环形后堵头（A6）、内管1扇环形后堵头（A7）。

Description

一种换热管道分流装置

技术领域

本发明涉及管道分流技术。

背景技术

现有技术中，在多重套管传热过程中，由于流动传热，导致套管后半段接近出口位置的换热温差减小，导致换热管后半段长度的换热效率明显小于前半段，不利于热量的交换。在狭小空间里，不同种类的流体在传输的过程中，通常使用并排布置的管路输送不同流体。但是并排布置的管路所占的安放空间相对较大，这与节省空间的设计思路相违背；在流体传输的过程中，尤其是流体高速传输时引发的管路振动，会导致相邻管道的摩擦和碰撞，在管路较长、管径较小、刚度较低时，振动现象更加明显，这都会严重影响管路的安全性和稳定性。如果加装防振设备，增大管道间隙，不但需要更大的安装空间，而且也会使得管路结构更加复杂，增加安装和维修的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种换热管道分流装置。

本发明是一种换热管道分流装置，包括有主外管A3，周向均布对称分流板A4，内管1 A1和内管2 A5分别被套放在主外管A3内部，均与主外管A3同轴，内管1 A1和内管2 A5内输送流体介质；内管1扇形前堵头A2安放在内管1 A1深入主外管A3的外缘位置，与内管1A1、主外管A3相连接，内管1扇环形后堵头A7安放在内管1 A1的末端；内管2扇形前堵头A9安放在内管2 A5深入主外管A3的外缘位置，与内管2 A5、主外管A3相连接，内管2扇环形后堵头A6安放在内管2 A5的末端；周向均布对称分流板A4以管道轴心为对称中心周向均布，贯穿内管1 A1、内管2 A5、内管2扇环形后堵头A6、内管1扇环形后堵头A7，向管道轴心处汇聚连接。

本发明的有益之处是：将多个同心管道夹套安装在一个主管道中，通过分流装置将流体分流到不同的管壁之间以及管内流动，把安排分布的管路设计成单根主管的空间布局，使冷热流体通过交换管内外的位置，流体在流动过程中完成了管壁间流动与管内流动的转换，能够提高后半部分套管的换热效率，而且能够显著的节约安装空间。分流装置把各种流体在圆周方向均布的通道中传输，这样的对称结构可以使管道的流致振动得到平衡，从而减小甚至消除管道的流致振动，确保管道的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的半剖结构示意图，图2是本发明的横截面剖视图，图3本发明的结构示意图中的a-a向剖视图，图4是本发明的结构示意图中的b-b向剖视图，图5是本发明在图2示意中的c-c向局部剖视图，图6是本发明在图2示意中的d-d向局部剖视图。“换热管道分流装置中的图2横截面剖视图上，XX'为横截面剖视图过中心线的水平坐标轴，YY'为横截面剖视图过中心线的垂直坐标轴。

具体实施方式

如图1~图6所示，本发明是一种换热管道分流装置，包括有主外管A3，周向均布对称分流板A4，内管1 A1和内管2 A5分别被套放在主外管A3内部，均与主外管A3同轴，内管1A1和内管2 A5内输送流体介质；内管1扇形前堵头A2安放在内管1 A1深入主外管A3的外缘位置，与内管1 A1、主外管A3相连接，内管1扇环形后堵头A7安放在内管1 A1的末端；内管2扇形前堵头A9安放在内管2 A5深入主外管A3的外缘位置，与内管2 A5、主外管A3相连接，内管2扇环形后堵头A6安放在内管2 A5的末端；周向均布对称分流板A4以管道轴心为对称中心周向均布，贯穿内管1 A1、内管2 A5、内管2扇环形后堵头A6、内管1扇环形后堵头A7，向管道轴心处汇聚连接。

如图1所示，所述的换热管道分流装置，包括有主外管 A3，周向均布对称分流板A4，内管1 A1和内管2 A5均被套放在主外管A3内部，并与主外管A3同轴。内管1 A1和内管2A5内输送不同种类的流体介质；内管1扇形前堵头A2安放在内管1 A1深入主外管A3的外缘位置，与内管1 A1、主外管A3相连接，内管1扇环形后堵头A7安放在内管1 A1的末端。内管2扇形前堵头A9安放在内管2 A5深入主外管A3的外缘位置，与内管2 A5、主外管A3相连接，内管2扇环形后堵头A6安放在内管2 A5的末端。周向均布对称分流板A4以管道轴心为对称中心周向均布，贯穿内管1 A1、内管2 A5、内管2扇环形后堵头 A6、内管1扇环形后堵头 A7，向管道轴心处汇聚连接。

如图2所示，所述的内管1 A1同轴套在主外管A3内，周向均布对称分流板A4均布在管道圆周上，由连接在流道中心轴线上的隔板组成，周向均布对称分流板A4的板数与传输的流体种类相关，如果传输的流体种类有n种，则周向均布对称分流板A4的板数为2n个。内管1 A1末端壁面所开的介质流通槽宽度与流道中心轴线上的夹角，不超过周向均布对称分流板A4相邻两板间的夹角An。

如图3所示，图3为图2在a-a向的局部剖视图，内管1 A1与内管2 A5同轴套在主外管A3内，周向均布对称分流板A4均布在管道圆周上，内管2 A5与内管1 A1同轴，顶端相对安放。内管1 A1末端壁面所开的介质流通槽的长度L1不超过内管1 A1经过内管1扇形前堵头A2深入主外管A3内的管长。内管1 A1的管端口被内管1扇环形后堵头A7封堵，内管2 A5的管端口被内管2扇环形后堵头A6封堵，两个管子也可共享一个堵头进行封堵。

如图4所示，图4为图2在b-b向的局部剖视图，内管2 A5末端壁面所开的介质流通槽的长度L2不超过内管2 A5经过内管2扇环形后堵头A6深入主外管A3内的管长。内管2 A5末端壁面所开的介质流通槽宽度与流道中心轴线上的夹角，不超过周向均布对称分流板A4相邻两板间的夹角An。

如图5所示，图5为图3在c-c向的局部剖视图，流体走管壁间隙时，甲流体在内管1A1与主外管A3管壁间隙流动，被内管1扇形前堵头A2阻挡后，经过由周向均布对称分流板A4分隔出对称分布的Ra1和Ra2流入口流入内管1 A1，乙流体在内管2 A5与主外管A3管壁间隙流动，被内管1扇形前堵头A2阻挡后，通过内管1 A1末端壁面所开的介质流通槽流入内管1，经过由周向均布对称分流板A4分隔出对称分布的Ca1和Ca2流出口流出，流体也可走管内逆向流动。

如图6所示，图6为图3在d-d向的局部剖视图，流体走管壁间隙时，甲流体，被内管2扇形前堵头A9阻挡后，经过由内管2 A5末端壁面所开的介质流通槽流入内管2，经过由周向均布对称分流板A4分隔出对称分布的Cb1和Cb2流出口流出，乙流体在内管2 A5与主外管A3管壁间隙流动，被内管2扇形前堵头A9阻挡后，经由周向均布对称分流板A4分隔出对称分布的Rb1和Rb2流入口流入内管2 A5，流体也可走管内逆向流动。

所述的与内管1 A1和内管2 A5均通过末端壁面所开的介质流通槽，由周向均布对称分流板A4分隔出的在管道轴心对称分布的流道，在外管A3内交换流体，使得流体完成从管壁间隙到管道中心的流动过程，周向均布对称分流板A4形成的流道中，同源流体在管道轴心对称分布的流道中流动，非同源流体在周向均布对称分流板A4的隔板两侧流动。

所述的主外管A3管径D1与内管1 A1管径D2、内管2 A5管径D3之间，存在以下关系：当D2=D3时，D1的取值范围为（1.3~5.7）D2；当D2≠D3时，D1的取值范围为（1.5~10）D2。

所述的内管1 A1末端壁面所开的介质流通槽的流通面积、内管2 A5与主外管A3管壁间隙的流通面积、内管1 A1的管内流通面积最大相差范围不超过75%；内管2 A5末端壁面所开的介质流通槽的流通面积、内管1 A1与主外管A3管壁间隙的流通面积、内管2 A5的管内流通面积最大相差范围不超过75%。

本发明的管道分流装置，如图1~图6所示，不同流体沿流道中轴线OO’轴方向相对流动，同心套管中间的夹套层是不同流体的流动通道。流体通过周向均布对称分流板A4以及开在内管1 A1和内管2 A5端头侧壁面上的介质流通槽，实现多种流体在同一根主外管A3内对向流动。在逆流的情况下，双向流体均同时走管壁间隙或者内管内侧，流体走管壁间隙时，甲流体在内管1 A1与主外管A3管壁间隙流动，被内管1扇形前堵头A2阻挡后，经过由周向均布对称分流板 A4分隔出的入口流入，内管1 A1管端有内管1扇环形后堵头A7封堵，使得甲流体不会进入内管1 A1，经过周向均布对称分流板A4分隔在内管2 A5与主外管 A3管壁间隙流动，对称分布的内管2扇形前堵头A9堵在周向均布对称分流板A4和内管2 A5与主外管 A3的管壁间，使得甲流体只能进入内管1扇形前堵头 A2，不能进入下游内管2 A5与主外管 A3管壁间，甲流体最终流入管端侧壁面对开的介质流通槽进入内管2 A5，乙流体反向流动，所走路径与甲流体相反，与甲流体在周向均布对称分流板A4壁面对称相隔；在顺流的情况下，如甲流体走内管1 A1与主外管A3管壁间隙，则乙流体走内管1 A1内侧，甲流体所走路径与前述逆向流动中的甲流体流动路线相同，乙流体在内管1 A1中流动，被管端内管1扇环形后堵头A7阻挡后，流过内管1 A1管端对称开介质流通槽以及周向均布对称分流板A4形成的通道，由于内管1扇形前堵头A2的阻挡不能回流，经过内管2扇环形后堵头A6和周向均布对称分流板A4对称分隔的通道，流入主外管A3和内管2 A5的管壁之间，完成管内和管壁间隙流动的对换。在流动过程中通过调换管内和管壁间隙流动的流体，调整温度分布加大下游温差，提高换热效率，由于使用了中心对称分隔流道，使得流动过程中产生的流激振动相互消减得以消除，同时有效的减小了安装空间。

Claims

1.一种换热管道分流装置，包括有主外管（A3），周向均布对称分流板（A4），内管1（A1）和内管2（A5），其特征在于内管1（A1）和内管2（A5）分别被套放在主外管（A3）内部，均与主外管（A3）同轴，内管1（A1）和内管2（A5）内输送流体介质；内管1扇形前堵头（A2）安放在内管1（A1）深入主外管（A3）的外缘位置，与内管1（A1）、主外管（A3）相连接，内管1扇环形后堵头（A7）安放在内管1（A1）的末端；内管2扇形前堵头（A9）安放在内管2（A5）深入主外管（A3）的外缘位置，与内管2（A5）、主外管（A3）相连接，内管2扇环形后堵头（A6）安放在内管2（A5）的末端；周向均布对称分流板（A 4）以管道轴心为对称中心周向均布，贯穿内管1（A1）、内管2（A5）、内管2扇环形后堵头（A6）、内管1扇环形后堵头（A7），向管道轴心处汇聚连接。

2.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：内管1（A1）同轴套在主外管（A3）内，周向均布对称分流板（A4）均布在管道圆周上，由连接在流道中心轴线上的隔板组成，周向均布对称分流板（A4）的板数与传输的流体种类相关，如果传输的流体种类有n种，则周向均布对称分流板（A4）的板数为2n个；内管1（A1）末端壁面所开的介质流通槽宽度与流道中心轴线上的夹角，不超过周向均布对称分流板（A4）相邻两板间的夹角（An）。

3.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：内管1（A1）与内管2（A5）同轴套在主外管（A3）内，周向均布对称分流板（A4）均布在管道圆周上，内管2（A5）与内管1（A1）同轴，顶端相对安放；内管1（A1）末端壁面所开的介质流通槽的长度（L1）不超过内管1（A1）经过内管1扇形前堵头（A2）深入主外管（A3）内的管长；内管1（A1）的管端口被内管1扇环形后堵头（A7）封堵，内管2（A5）的管端口被内管2扇环形后堵头（A6）封堵，或两个管子共享一个堵头进行封堵。

4.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：内管2（A5）末端壁面所开的介质流通槽的长度（L2）不超过内管2（A5）经过内管2扇环形后堵头（A6）深入主外管（A3）内的管长；内管2（A5）末端壁面所开的介质流通槽宽度与流道中心轴线上的夹角，不超过周向均布对称分流板（A4）相邻两板间的夹角（An）。

5.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：所述的与内管1（A1）和内管2（A5）均通过末端壁面所开的介质流通槽，由周向均布对称分流板（A4）分隔出的在管道轴心对称分布的流道，在外管（A3）内交换流体，使得流体完成从管壁间隙到管道中心的流动过程，周向均布对称分流板（A4）形成的流道中，同源流体在管道轴心对称分布的流道中流动，非同源流体在周向均布对称分流板（A4）的隔板两侧流动。

6.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：主外管（A3）管径D1与内管1（A1）管径D2、内管2（A5）管径D3之间，存在以下关系：当D2=D3时，D1的取值范围为（1.3~5.7）D2；当D2≠D3时，D1的取值范围为（1.5~10）D2。

7.根据权利要求1所述的换热管道分流装置，其特征在于：内管1（A1）末端壁面所开的介质流通槽的流通面积、内管2（A5）与主外管（A3）管壁间隙的流通面积、内管1（A1）的管内流通面积最大相差范围不超过75%；内管2（A5）末端壁面所开的介质流通槽的流通面积、内管1（A1）与主外管（A3）管壁间隙的流通面积、内管2（A5）的管内流通面积最大相差范围不超过75%。