CN113237359A - 一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传热技术领域，提供了一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置。该换热装置利用折流板的螺旋结构实现对换热装置内壳程流体的导流，使换热流体和换热管束充分接触，提高换热器传热性能；本发明通过流体冲击激发换热管束振动实现强化传热，且铜管不易形变可延长使用寿命，在降低噪声危害的同时还能达到自动除水垢的作用；本发明通过设计全新的结构，充分利用壳程流体诱导振动强化传热，并具有单位体积内换热面积大的特点。另外，本发明通过设置在各出入口上的法兰及连接管，可实现多个换热装置的多排列组合安装，可根据实际情况的需要灵活组装和拆卸。
Description
技术领域
本发明涉及换热技术相关领域，具体的说，是涉及一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置。
背景技术
换热装置是一种在不同温度的介质之间传递热量的设备，能使热量由温度较高的介质传递给温度较低的介质，使介质的温度达到设定指标，提高能源的利用率。随着科学技术的发展，换热器作为进行介质热交换的专用设备，其广泛应用于石油、化工、制药、核电等行业。
换热装置内的传热原件由传统的钢管替换为铜管，使得传热管束具有弹性。该换热装置采用流体诱导振动强化换热技术，即利用换热器壳程内的流体诱导换热器管束振动，以达到强化换热的目的，无需要额外消耗能源。流体诱导振动是比较有潜力的强化换热技术，而设计适合壳程流体诱导振动的弹性管束换热器是其中的关键。
中国专利CN106288909A，公开了一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器，有第一换热管以及与该第一换热管方向相异的第二换热管，且利用这两个换热管组成回折型的换热管束，并将换热管束的进口端和出口端固定，其他部分处于浮动状态，以使得形成合适的横向振动频率和振幅来强化传热。
然而，这种弹性管束换热装置由于其内部结构的限制，无法实现对壳程流体的导流，使得壳程流体不能充分吸收热量，因此其强化传热效果并不明显，且多换热装置组合使用时的灵活性低、组合方式单一。基于上述换热装置存在的问题，亟需设计一种单位体积内换热面积大且能灵活组合的换热装置。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置。本发明通过设计全新的结构，利用折流板的螺旋结构实现对换热装置内壳程流体的导流，充分利用壳程流体诱导振动强化传热，并具有单位体积换热面积大的特点。
本发明的技术方案包括：一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，包括左/右封头、管程出/入口管、螺旋折流板、缠绕式铜管、管板左/右端盖、管板固定套环、管板固定架、筒体、筒体法兰、封头法兰、垫片、壳程出/入口管、连接管、两侧支架和中间支架。缠绕式铜制管束由内/外圈各四根缠绕式铜管圆周阵列相互缠绕而成，且管束的两端分别固定连接在管板左/右端盖上；螺旋折流板的两端分别固定连接在管板左右端盖中心处，且管束和折流板交错分布；筒体固定连接在管板左右端盖之间，且筒体和管板端盖之间设有垫片；左右封头分别与管板左右端盖固定连接在一起，且管板端盖与封头之间设有垫片。该换热装置可单个即时使用，也可通过设置在各出入口上的筒体法兰、封头法兰、连接管和支架实现多个换热装置的单列/阵列式组合安装使用。
本发明的技术方案还包括：所述管板上固定连接有内/外圈各四根缠绕式铜管和螺旋折流板，并且折流板和八根铜管旋向、螺距均一致，交错分布互不干涉。螺旋折流板的圆柱为空心结构，以减少重量节约成本。
本发明的技术方案还包括：所述缠绕式铜制管束由内/外两圈共八根铜管相互螺旋缠绕组成，外径仍然保持不变，节省了换热装置内部空间，提高空间利用率；整个换热装置体积恰当，且所述螺旋折流板缠绕式铜管换热装置可以直接单个使用。
本发明的技术方案还包括：所述筒体固定在管板左右端盖之间，所述管板左右端盖另一端接有左右封头，所述封头上接有封头法兰，所述封头法兰与连接管相连接，且装有支架，可实现换热装置的组合安装使用。
本发明的有益效果有：该换热装置中缠绕式管束均由弹性材料—铜制成。壳/管程流体介质诱导铜管产生振动，增强了管内/外近壁处流体介质的紊流特性，实现强化传热；相较于其他材料，铜管振动时不易发生疲劳破坏，且具有降噪和自动除垢的特点，可长期使用；管束采用螺旋缠绕结构，管内流体介质在流动时产生二次流可进一步实现强化传热；通过利用折流板的螺旋结构，实现对壳程流体的导流，使得壳程流体充分吸收热量，从而进一步提高传热效果；螺旋折流缠绕式铜管换热装置采用横放的安装方式，使各管出/入口压降趋于一致，有利于各管的振动效果均匀一致；单个换热装置可直接使用，通过设置在各出入口上的法兰及连接管，可实现多个换热装置的单列/阵列式组合安装，可根据实际情况的需要灵活组装和拆卸。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中的缠绕式铜管结构示意图。
图3为本发明中的螺旋折流板结构示意图。
图4为本发明的内部结构图。
图5为本发明2×2排列组合安装结构示意图。
图中：1、左封头；2、垫片；3、管板左端盖；4、螺旋折流板；5、外缠绕管；6、内缠绕管；7、壳程出口管；8、筒体法兰；9、管板右端盖；10、封头法兰；11、管程入口管；12、右封头；13、缠绕管束；14、筒体；15、壳程入口管；16、管程出口管；17、连接管；18侧边支架；19、中间支架。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。请参阅图1、图2、图3、图4和图5，图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中的缠绕式铜管结构示意图，图3为本发明中的螺旋折流板结构示意图，图4为本发明的内部结构图，图5为本发明2×2排列组合安装结构示意图。
所述一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，包括左封头1、垫片2、管板左端盖3、螺旋折流板4、外缠绕管5、内缠绕管6、壳程出口管7、筒体法兰8、管板右端盖9、封头法兰10、管程入口管11、右封头12、缠绕管束13、筒体14、壳程入口管15、管程出口管16、连接管17、侧边支架18、中间支架19，缠绕管束13由内/外圈各四根缠绕式铜管组成，固定连接在管板左端盖3和管板右端盖9之间；筒体14固定连接在管板左端盖3和管板右端盖9之间；左封头1与管板左端盖3固定连接在一起，右封头12与管板右端盖9固定连接在一起，且筒体14和管板左/右端盖3、9，左/右封头1、12和管板左/右端盖3、9之间设有垫片2，垫片有利于保证换热装置的气密性。
所述缠绕式管束13有八根缠绕铜管，其中内/外圈各有四根且均等间距圆周阵列地固定在管板上。缠绕式管束13采用铜为材料，利于延长使用寿命，降低噪声危害，且能实现自动除水垢。采用螺旋缠绕形状，使管内流体内部螺旋流动，由于离心力的作用生成二次流，进一步实现强化传热。该形状的复杂管束结构，使壳程流体流动湍流特性增强，进一步实现强化传热。
所述螺旋折流板4与缠绕式管束13旋向、螺距相同，且等间距分布。折流板的中心圆柱为空心结构，利于减少重量节约材料。折流板采用螺旋结构可实现对壳程流体的导流，使得壳程流体充分吸收热量，提高换热装置的传热性能。
所述封头法兰10与连接管17相连接，同时支架上端与另一换热装置支架的下端连接，便于多个换热装置的固定，有利于实现换热装置的单列/阵列组合安装。
现场使用时，安装前，螺旋折流缠绕式铜管换热装置要进行压力试验和气密性试验。热介质在管程入口管、缠绕式管束和管程出口管内流动，这条路径称为管程；冷介质在壳程入口管、缠绕式管束和壳程出口管与筒体之间的空隙内流动，这条路径称为壳程。螺旋折流缠绕式铜管换热装置采用横放的安装方式，多组装螺旋折流缠绕式铜管换热装置工作时，管程热介质由管程入口流入，管程出口流出；壳程冷介质由底部壳程入口流入，让冷介质能够充满壳体，然后从顶部壳程出口流出。实现壳程介质与管程介质交叉流动，有利于达到更好的换热效果。
在各实施例不相矛盾的情形下，各实施例中的至少部分技术方案可重新组合形成本发明的实质技术方案，当然，各实施例也可以相互引用或包含。并且，需要说明的是，本领域技术人员在重新组合各实施例记载的技术手段时所做出的适应性调整修改也将落入本发明的保护范围。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，其特征在于：包括左封头(1)、垫片(2)、管板左端盖(3)、螺旋折流板(4)、外缠绕管(5)、内缠绕管(6)、壳程出口管(7)、筒体法兰(8)、管板右端盖(9)、封头法兰(10)、管程入口管(11)、右封头(12)、缠绕管束(13)、筒体(14)、壳程入口管(15)、管程出口管(16)、连接管(17)、侧边支架(18)、中间支架(19)，缠绕管束(13)由内/外圈各四根缠绕式铜管组成，固定连接在管板左端盖(3)和管板右端盖(9)之间；筒体(14)固定连接在管板左端盖(3)和管板右端盖(9)之间；左封头(1)与管板左端盖(3)固定连接在一起，右封头(12)与管板右端盖(9)固定连接在一起，且筒体(14)和管板左/右端盖(3)、(9)，左/右封头(1)、(12)和管板左/右端盖(3)、(9)之间设有垫片(2)，垫片有利于保证换热装置的气密性。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，其特征在于：管板左端盖(3)、管板右端盖(9)组成管板固定缠绕管束(13)，所述管板的左/右端盖(3)(9)上有缠绕管束(13)的出入口。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，其特征在于：所述缠绕管束(13)由内/外两圈共八根缠绕式铜管等间距圆周阵列组成，缠绕管束(13)固定在管板上。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋折流缠绕式铜管换热装置，其特征在于：所述筒体(14)固定在管板左端盖(3)和管板右端盖(9)之间，所述管板左端盖(3)左端接有左封头(1)，管板右端盖(9)右端接有右封头(12)，所述左封头(1)和右封头(12)上都接有封头法兰(10)，所述封头法兰(10)与连接管(17)相连接，通过侧边支架(18)和中间支架(19)实现换热装置的2×2排列组合安装使用。
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