CN112710170A - 一种管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管壳式换热器，其包括壳体、前封头、后封头、换热管、管束支撑物、前管板、后管板、管程入口、管程出口、壳程入口、壳程出口和拉杆，换热管包括管体和内插球件，内插球件包括沿管体轴线呈等间距排列设置于管体内的金属球体、连接于每相邻两个金属球体之间的金属杆，管束支撑物是将一块整圆形板中间部分挖去一个圆，挖去圆的面积与剩下的圆环的面积相等，剩下的圆环为折流板A，折流板A设置有供换热管通过的管孔a，挖去的圆形为折流板B，折流板B设置有供换热管通过的管孔b，折流板A与折流板B通过多个拉杆与前管板和后管板固定连接。与现有的强化传热技术相比，管程和壳程对流换热系数增大，而阻力增加很少。

Description

一种管壳式换热器

技术领域

本发明涉及换热器的领域，特别涉及一种管壳式换热器。

背景技术

现有的管壳式换热器一般会在壳程内设置折流板来对换热管进行支撑加固，传统的管壳式换热器一般采用弓形折流板，是管壳式换热器中对换热管起支撑作用的部件，现有的支撑折流板容易产生流动死角，传热面积无法被充分利用，因而出现壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大的问题；并且当流体横向流过管束时，还可能使管子产生诱导振动，破坏管子及其与管板连接的可靠性；此外，现有管壳式换热器为提高管程的换热效果，一般采用内插入物强化传热管，如管内插入纽带、螺旋片、螺旋线圈等换热管，在增大管内传热系数的同时，管内流动阻力也增大，需要提供更多的动力；不适用于低雷诺数或高粘度流体的换热；容易结垢，传热效率在使用过程中随时间而逐渐降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种管壳式换热器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种管壳式换热器，其包括呈圆筒形的壳体、前封头、后封头、换热管、管束支撑物、前管板、后管板、管程入口、管程出口、壳程入口、壳程出口和拉杆，所述壳体的两端与前管板和后管板及前封头和后封头分别固定连接，所述管程入口设置于前封头远离壳体的一端，所述管程出口设置于后封头远离壳体的一端，所述壳程入口设置于壳体靠近后封头一端的底部，所述壳程出口设置于壳体靠近前封头一端的顶部，所述换热管和管束支撑物设置于壳体内，所述换热管的轴线与所述壳体的轴线平行，所述换热管的两端分别与前管板、后管板连接，所述换热管包括管体和内插球件，所述内插球件包括沿管体轴线呈等间距排列设置于管体内的金属球体、连接于每相邻两个金属球体之间的金属杆，所述金属杆与所述管体同轴设置，所述金属球体的球心设置于金属杆的轴线上，所述金属球体的直径小于管体的内径，所述金属球体与所述管体相对固定设置，所述换热管的数量为多条，所述管束支撑物是将一块整圆形板中间部分挖去一个圆，挖去圆的面积与剩下的圆环的面积相等，剩下的圆环为折流板A，所述折流板A设置有供换热管通过的管孔a，挖去的圆形为折流板B，所述折流板B设置有供换热管通过的管孔b，所述折流板A和折流板B的数量均为有多个，所述折流板A与折流板B沿壳体轴线呈间隔布置，所述折流板A与折流板B同轴设置，所述折流板A与折流板B通过多个所述拉杆与前管板和后管板固定连接。

本发明的有益效果是：对于壳程的流体，当壳程流体经过圆环的折流板A时，外围的流体被圆环的折流板A挡住，流体只能从圆环的折流板A中间部位的圆形缺口流过，形成收缩流；当流体经过圆形的折流板B时，中间部位流体被圆形的折流板B挡住，流体只能从圆形的折流板B的外边的环形缺口流过，形成扩张流，所述折流板A与折流板B沿壳体轴线呈间隔布置，使得壳程流体形成周期性的收缩和扩张流动，消除了流动死角，改变了传统弓形折流板壳程流体呈“S”形流动，减少了对管束的冲击，而且使壳壁附近流体与壳体中心流体进行反复的混合和置换，增大了壳程传热系数，并且当流体收缩时，静压增大，当流体扩张时，静压减小，流体的流动是在方向反复改变的轴向压力梯度下进行，因此阻力比弓形折流板小；对于管程的流体，当管程流体在管体内流动并碰到金属球体时，受到金属球体的阻滞，中心流体会向管壁流动，流体流经金属球体与管体的内壁间隙后，流体又转向管体的中心，因此，流体在金属球体前后，将中心流体与近壁流体进行了置换，强化了近壁流体与中心流体的换热，流体在经过金属球体后由于流体质点速度的变化会产生剧烈的漩涡，强化了中心流体的换热，流体流经金属球体与管体的内壁间隙时，速度增大，对管体的内壁形成冲刷，使边界层减薄，强化了管壁的对流换热，也不易结垢；当流体碰到金属球体时，流体被压缩，静压增大，流体流经金属球体与管体的内壁间隙时，速度增大，静压减小，这样流体的流动是在方向反复改变的轴向压力梯度下进行，因此阻力不会增大。在提供相同的动力情况下，提高管内流体的对流换热系数；既适用于低雷诺数流体换热，也适用于高雷诺数流体的换热；提高换热管抗结垢能力，延长使用寿命。

与现有的强化传热技术相比，管程和壳程对流换热系数增大，而阻力增加很少。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻折流板A与折流板B之间的间距为50mm—250mm。间距根据换热管的长度L与壳体的直径D之比L/D确定，在减少壳程流动阻力下，增大了壳程传热系数。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述金属球体的表面设置有沿管体轴向延伸的凹槽，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽以管体的轴线为圆心呈环形间隔设置于金属球体的表面。

这可使得流体流经金属球体与管体的内壁间隙时，也可沿金属球体上的多个凹槽流动，可进一步强化了近壁流体与中心流体的换热、强化了中心流体的换热、强化了管壁的对流换热。其中凹槽通过压制或与金属球体一次成型。

作为上述技术方案的进一步改进，所述凹槽的槽宽为5～10mm，所述凹槽的槽深为金属球体半径的1/4～1/3。

在保持金属球体强化换热下，可提高金属球体的结构强度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述金属球体的表面与管体内壁之间的间隙为2～4mm。

这可使得流体流经金属球体的表面与管体内壁之间的间隙时，流体速度增大，对换热管内壁形成冲刷，使边界层减薄，强化了管壁的对流换热。

作为上述技术方案的进一步改进，所述金属球体为空心球体。

空心的金属球体可降低换热管的重量，从而降低整个换热器的重量，降低制造的成本，便于运输。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻两个所述金属球体之间的间距为50mm～100mm。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述管体的两端设置有固定架，所述金属杆与固定架连接。

在不影响管程流体流动的情况下，通过固定架对金属杆进行支撑。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明所提供的管壳式换热器，其一实施例的结构示意图；

图2是本发明所提供的折流板A，其一实施例的结构示意图；

图3是本发明所提供的折流板B，其一实施例的结构示意图；

图4是本发明所提供的换热管，其一实施例的局部剖面图；

图5是图4中的A-A剖视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图5，本发明的管壳式换热器作出如下实施例：

本实施例的管壳式换热器包括呈圆筒形的壳体100、前封头200、后封头300、换热管400、管束支撑物、前管板500、后管板600、管程入口210、管程出口310、壳程入口110、壳程出口120和拉杆，所述壳体100的两端与前管板500和后管板600及前封头200和后封头300分别固定连接，所述管程入口210设置于前封头200远离壳体100的一端，所述管程出口310设置于后封头300远离壳体100的一端，所述壳程入口110设置于壳体100靠近后封头300一端的底部，所述壳程出口120设置于壳体100靠近前封头200一端的顶部，所述换热管400的数量为多条，多条换热管400均布于设置于壳体100内，且所述换热管400的轴线与所述壳体100的轴线平行，所述换热管400的两端分别与前管板500、后管板600连接，具体地：换热管400包括管体410和内插球件，所述内插球件包括沿管体410轴线呈等间距排列设置于管体410内的金属球体420、连接于每相邻两个金属球体420之间的金属杆430，相邻两个所述金属球体420之间的间距为50mm～100mm，所述金属杆430与所述管体410同轴设置，所述金属球体420的球心设置于金属杆430的轴线上。

所述金属球体420的直径小于管体410的内径，所述金属球体420的表面与管体410内壁之间的间隙为2～4mm，这可使得流体流经金属球体420的表面与管体410内壁之间的间隙时，流体速度增大，对换热管400内壁形成冲刷，使边界层减薄，强化了管壁的对流换热；而所述金属球体420与所述管体410相对固定设置，其中在一些实施例中，在所述管体410的两端设置有固定架，所述金属杆430与固定架连接，并且在固定架上设置有供流体经过镂空孔，在不影响管程流体流动的情况下，通过固定架对金属杆430进行支撑，在另外一些实施例中，也可在对应的金属球体420与管体410之间设置固定架。

进一步地，在所述金属球体420的表面设置有沿管体410轴向延伸的凹槽421，所述凹槽421的数量为多个，多个所述凹槽421以管体410的轴线为圆心呈环形间隔设置于金属球体420的表面，所述凹槽421的槽宽为5～10mm，所述凹槽421的槽深为金属球体420半径的1/4～1/3，在保持金属球体420强化换热下，可提高金属球体420的结构强度，并且所述金属球体420为空心球体，空心的金属球体420可降低换热管400的重量，从而降低整个换热器的重量，降低制造的成本，便于运输。

当管程流体在管体410内流动并碰到金属球体420时，受到金属球体420的阻滞，中心流体会向管壁流动，流体流经金属球体420与管体410的内壁间隙后，流体又转向管体410的中心，因此，流体在金属球体420前后，将中心流体与近壁流体进行了置换，强化了近壁流体与中心流体的换热，流体在经过金属球体420后由于流体质点速度的变化会产生剧烈的漩涡，强化了中心流体的换热，流体流经金属球体420与管体410的内壁间隙时，速度增大，对管体410的内壁形成冲刷，使边界层减薄，强化了管壁的对流换热，也不易结垢；当流体碰到金属球体420时，流体被压缩，静压增大，流体流经金属球体420与管体410的内壁间隙时，速度增大，静压减小，这样流体的流动是在方向反复改变的轴向压力梯度下进行，因此阻力不会增大。在提供相同的动力情况下，提高管内流体的对流换热系数；既适用于低雷诺数流体换热，也适用于高雷诺数流体的换热；提高换热管抗结垢能力，延长使用寿命。

而管束支撑物也设置于壳体100内，管束支撑物是将一块整圆形板中间部分挖去一个圆，挖去圆的面积与剩下的圆环的面积相等，剩下的圆环为折流板A700，所述折流板A700设置有供换热管400通过的管孔a，挖去的圆形为折流板B800，所述折流板B800设置有供换热管400通过的管孔b，所述折流板A700和折流板B800的数量均为有多个，所述折流板A700与折流板B800沿壳体100轴线呈间隔布置，所述折流板A700与折流板B800同轴设置，所述折流板A700与折流板B800通过多个所述拉杆与前管板500和后管板600固定连接，相邻折流板A700与折流板B800之间的间距为50mm—250mm。间距根据换热管400的长度L与壳体100的直径D之比L/D确定。圆环形的折流板A700支撑外围部位的换热管400，圆形的折流板B800支撑中间部位的换热管400，两块折流板组合使用，就可以对所有换热管束都起到支撑作用。

对于壳程的流体，当壳程流体经过圆环的折流板A700时，外围的流体被圆环的折流板A700挡住，流体只能从圆环的折流板A700中间部位的圆形缺口流过，形成收缩流；当流体经过圆形的折流板B800时，中间部位流体被圆形的折流板B800挡住，流体只能从圆形的折流板B800的外边的环形缺口流过，形成扩张流，所述折流板A700与折流板B800沿壳体100轴线呈间隔布置，使得壳程流体形成周期性的收缩和扩张流动，消除了流动死角，改变了传统弓形折流板壳程流体呈“S”形流动，减少了对管束的冲击，而且使壳壁附近流体与壳体100中心流体进行反复的混合和置换，增大了壳程传热系数，并且当流体收缩时，静压增大，当流体扩张时，静压减小，流体的流动是在方向反复改变的轴向压力梯度下进行，因此阻力比弓形折流板小。

与现有的强化传热技术相比，管程和壳程对流换热系数增大，而阻力增加很少。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种管壳式换热器，其特征在于：

其包括：呈圆筒形的壳体(100)、前封头(200)、后封头(300)、换热管(400)、管束支撑物、前管板(500)、后管板(600)、管程入口(210)、管程出口(310)、壳程入口(110)、壳程出口(120)和拉杆，所述壳体(100)的两端与前管板(500)和后管板(600)及前封头(200)和后封头(300)分别固定连接，所述管程入口(210)设置于前封头(200)远离壳体(100)的一端，所述管程出口(310)设置于后封头(300)远离壳体(100)的一端，所述壳程入口(110)设置于壳体(100)靠近后封头(300)一端的底部，所述壳程出口(120)设置于壳体(100)靠近前封头(200)一端的顶部，所述换热管(400)和管束支撑物设置于壳体(100)内，所述换热管(400)的轴线与所述壳体(100)的轴线平行，所述换热管(400)的两端分别与前管板(500)、后管板(600)连接，所述换热管(400)包括管体(410)和内插球件，所述内插球件包括沿管体(410)轴线呈等间距排列设置于管体(410)内的金属球体(420)、连接于每相邻两个金属球体(420)之间的金属杆(430)，所述金属杆(430)与所述管体(410)同轴设置，所述金属球体(420)的球心设置于金属杆(430)的轴线上，所述金属球体(420)的直径小于管体(410)的内径，所述金属球体(420)与所述管体(410)相对固定设置，所述换热管(400)的数量为多条，所述管束支撑物是将一块整圆形板中间部分挖去一个圆，挖去圆的面积与剩下的圆环的面积相等，剩下的圆环为折流板A(700)，所述折流板A(700)设置有供换热管(400)通过的管孔a，挖去的圆形为折流板B(800)，所述折流板B(800)设置有供换热管(400)通过的管孔b，所述折流板A(700)和折流板B(800)的数量均为有多个，所述折流板A(700)与折流板B(800)沿壳体(100)轴线呈间隔布置，所述折流板A(700)与折流板B(800)同轴设置，所述折流板A(700)与折流板B(800)通过多个所述拉杆与前管板(500)和后管板(600)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

相邻折流板A(700)与折流板B(800)之间的间距为50mm—250mm。

3.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

在所述金属球体(420)的表面设置有沿管体(410)轴向延伸的凹槽(421)，所述凹槽(421)的数量为多个，多个所述凹槽(421)以管体(410)的轴线为圆心呈环形间隔设置于金属球体(420)的表面。

4.根据权利要求3所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

所述凹槽(421)的槽宽为5～10mm，所述凹槽(421)的槽深为金属球体(420)半径的1/4～1/3。

5.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

所述金属球体(420)的表面与管体(410)内壁之间的间隙为2～4mm。

6.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

所述金属球体(420)为空心球体。

7.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

相邻两个所述金属球体(420)之间的间距为50mm～100mm。

8.根据权利要求1所述的一种管壳式换热器，其特征在于：

在所述管体(410)的两端设置有固定架，所述金属杆(430)与固定架连接。

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