CN114413655A - 一种适用于大温差条件的u形管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于大温差条件的U形管换热器，包括管箱、壳体和管板，所述管箱和壳体之间通过所述管板连接，所述管板由柔性薄管板和厚管板组成，所述柔性薄管板和厚管板形成冷却通道，本发明的有益效果是：管板采用柔性薄管板和厚管板构成的双层结构，柔性薄管板可以通过自身变形来减小温差应力，柔性薄管板上的管孔连接U形管的进口端，厚管板外圆环的管孔连接U形管出口端，管板高温区域更好的膨胀自由度，可进一步降低管板的温差应力。

Description

一种适用于大温差条件的U形管换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种适用于大温差条件的U形管换热器。

背景技术

U形管换热器是一种多管程的换热器，只设置一块管板，因其结构紧凑、管束可自由膨胀、便于安装和检修等特点而广泛应用于各行业的换热装置中，U形管换热器的管束进出口连接在同一块管板上，当管程介质的进出口存在较大温差时，管板将因受热不均而产生较大的温差应力。发卡式换热器可以解决管程进出口大温差的问题，但不能满足设备空间受限、要求结构紧凑的情况，柔性管板整体可承受较高的温度，但不适于整体作U形管换热器的管板。

采用上下或左右分区布管的常规U形管换热器的管程介质进出口温差一般不能超过80℃；采用内圈外环喷泉式布管或进出口交叉布管的U形管换热器可以承受更大的管程介质进出口温差，但从应用情况来看，一般也不超过120℃。部分场合中要求管程介质的进出口温差超过150℃，现有结构已无法保证结构安全。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于大温差条件的U形管换热器。

本发明公开一种适用于大温差条件的U形管换热器，包括管箱、壳体和管板，所述管箱和壳体之间通过所述管板连接，所述管板由柔性薄管板和厚管板组成，所述柔性薄管板和厚管板形成冷却通道，对管板进行降温。

在此基础上，所述管箱包括内管箱和外管箱，采用内管箱、外管箱分离式结构，外管箱内的管程出口介质可对内管箱起到冷却保护作用，所述内管箱由筒节和锥体组成，所述锥体安装在相邻筒节之间，所述筒节上安装膨胀节和法兰，内管箱内是刚进入换热器的热介质，此时温度高导致内管箱膨胀大；外管箱内是经过换热降温的热介质，温度相对低，因此外管箱膨胀小，从而形成了位移差，由膨胀节的伸长或压缩来吸收位移差，所述外管箱包括封头和筒体，所述筒体上开设管程进口接管、管程出口接管、管板冷却管和人孔，所述管程进口接管与所述内管箱相连接。

在此基础上，所述管板冷却管一端延伸至所述筒体外部，另一端延伸至所述通道内，通过管板冷却管引入管板冷却介质。

在此基础上，壳体用于容纳冷介质及管束，所述壳体内安装U形管和折流板，所述U形管穿过所述折流板且两端与所述管板连接，所述壳体上设置壳程进口接管和壳程出口接管，用于冷却介质的流入和流出。

在此基础上，所述柔性薄管板的圆平板内开有第一管孔，所述厚管板的内圈和外圆环分别开有第二管孔，所述柔性薄管板周圈设置有圆弧板，圆弧板起到吸收热膨胀的作用。

在此基础上，所述内圈的第二管孔与所述第一管孔一一对应，U形管进口端提供穿管通道。

在此基础上，所述第一管孔连接U形管的进口端，所述厚管板外圆环的第二管孔连接U形管出口端，所述厚管板内圈的第二管孔为U形管进口端提供穿管通道，外圈周向均匀限制内圈膨胀，从而提高管板承受温差的能力。

在此基础上，所述U形管采用喷泉式布置，不局限于现有的规则布置方式，可以根据需求布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的适用于大温差条件的U形管换热器，管板采用柔性薄管板和厚管板构成的双层结构，柔性薄管板可以通过自身变形来减小温差应力，柔性薄管板上的管孔连接U形管的进口端，厚管板外圆环的管孔连接U形管出口端，管板高温区域更好的膨胀自由度，可进一步降低管板的温差应力，厚管板内圈的管孔为U形管的进口端提供穿管通道，外圈周向均匀限制内圈膨胀，使管板整圈受热相对均匀，产生的温差应力较小，从而提高管板承受温差的能力。

(2)本发明的适用于大温差条件的U形管换热器，内管箱、外管箱分离式结构，外管箱内的管程出口介质可对内管箱起到冷却保护作用，利用柔性薄管板和厚管板之间形成的空腔，通过管板冷却管通入管板冷却介质，冷却介质由换热管与厚管板内圈管孔之间的间隙进入壳体内，与壳体内的冷却介质一同流出，在管程介质进出口温差超过150℃时仍能保证结构的安全，同时结构相对简单、紧凑，可节省制造成本和占地空间，且便于检修。

附图说明

图1是本发明U形管换热器剖视结构示意图；

图2是本发明U形管换热器外管箱剖视结构示意图；

图3是本发明U形管换热器内管箱剖视结构示意图；

图4是本发明U形管换热器管板结构示意图；

图5是本发明U形管换热器管板剖视结构示意图；

图中：1、管程进口接管，2、内管箱，2-1、膨胀节，2-2法兰，2-3、筒节，2-4、锥体，3、管板，3-1、柔性薄管板，3-2、厚管板，3-3、第一管孔，3-4、第二管孔，3-5、圆弧板，4、U形管，5、折流板，6、外管箱，6-1、封头，6-2、筒体，6-3、人孔，7、管程出口接管，8、管板冷却管，9、壳体，10、壳程进口接管，11、壳程出口接管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明披露了一种适用于大温差条件的U形管换热器，参考图1，包括管箱、壳体9和管板3，所述管箱和壳体9之间通过所述管板3连接，所述管板3包括由柔性薄管板3-1和厚管板3-2组成，所述柔性薄管板3-1和厚管板3-2形成冷却通道，对管板3进行降温。

参考图2和图3，作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述管箱包括内管箱2和外管箱6，采用内管箱、外管箱6分离式结构，外管箱6内的管程出口介质可对内管箱2起到冷却保护作用，所述内管箱2由筒节2-2和锥体2-5组成，所述锥体2-5安装在相邻筒节2-2之间，所述筒节2-2上安装膨胀节2-1和法兰2-2，内管箱2内是刚进入换热器的热介质，此时温度高导致内管箱2膨胀大；外管箱6内是经过换热降温的热介质，温度相对低，因此外管箱6膨胀小，从而形成了位移差，由膨胀节2-1的伸长或压缩来吸收位移差，所述外管箱6包括封头6-1和筒体6-2，所述筒体6-2上开设管程进口接管1、管程出口接管7、管板冷却管8和人孔6-3，所述管程进口接管1与所述内管箱2相连接。

参考图1，作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述管板冷却管8一端延伸至所述筒体6-2外部，另一端延伸至所述通道内，通过管板冷却管8引入管板冷却介质。

作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，壳体9用于容纳冷介质及管束，所述壳体9内安装U形管4和折流板5，所述U形管4穿过所述折流板5且两端与所述管板3连接，所述壳体9上设置壳程进口接管10和壳程出口接管11，用于冷却介质的流入和流出。

参考图4和图5，作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述柔性薄管板3-1的圆平板内开有第一管孔3-3，所述厚管板3-2的内圈和外圆环分别开有第二管孔3-4，所述柔性薄管板3-1周圈设置有圆弧板3-5，圆弧板3-5起到吸收热膨胀的作用。

作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述内圈的第二管孔3-4与所述第一管孔3-3一一对应，为U形管4进口端提供穿管通道。

作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述第一管孔3-3连接U形管4的进口端，所述厚管板3-2外圆环的第二管孔3-4连接U形管4出口端，所述厚管板3-2内圈的第二管孔3-4为U形管4进口端提供穿管通道，外圈周向均匀限制内圈膨胀，从而提高管板3承受温差的能力。

作为本发明的优选实施方式，在本实施例中，所述U形管4采用喷泉式布置。

本发明的工作原理是：在实际使用过程中，管程进口接管1用于引入热介质，管程进口接管1设置在外管箱6上，热介质从管程进口接管1进入内管箱2，内管箱2安装在外管箱6内，采用内管箱、外管箱6分离式结构，外管箱6与内管箱2之间构成汇集管程出口介质的空间，对内管箱2起到冷却作用，外管箱6包括封头6-1和筒体6-2，筒体6-2上开设管程进口接管1、管程出口接管7、管板冷却管8和人孔6-3，人孔6-3用于内部检修时进出，管程出口接管7用于引出热介质，内管箱2由筒节2-3和锥体2-4组成，锥体2-4安装在相邻两个筒节2-3之间，筒节2-3上安装膨胀节2-1和法兰2-2，法兰2-2用于内部检修时拆装，膨胀节2-1用于吸收内管箱2和外管箱6因不同温度产生的膨胀位移差，内管箱2内是刚进入换热器的热介质，此时温度高导致内管箱2膨胀大；外管箱6内是经过换热降温的热介质，温度相对低，因此外管箱6膨胀小，从而形成了位移差，由膨胀节2-1的伸长或压缩来吸收位移差。

内管箱2连接管程进口接管1和管板3，将热介质的进、出通道分开，壳体9用于容纳冷介质及管束，壳体9上设置壳程进口接管10和壳程出口接管11，壳体8与U形管4之间构成壳程介质的流动空间，壳程进口接管10用于引入冷介质，壳程出口接管11用于引出冷介质，壳体9内安装U形管4和折流板5，U形管4用于实现冷热介质热交换，折流板5用于壳程介质折流及支撑U形管4，将U形管4穿过折流板5且两端与管板3连接，管箱和壳体9之间通过管板3连接，热介质由管程进口接管1进入内管箱2，然后均匀分配至U形管4内，冷介质由壳程进口接管10进入壳体9，并经折流板5折流，热介质通过U形管4将热量传递给冷介质后，在外管箱6中汇集后从管程出口接管7流出，冷介质由壳程出口接管11流出。

由于现有的U形管换热器管板温度分布不均，导致承受的温差较小，管板3包括由柔性薄管板3-1和厚管板3-2组成，柔性薄管板3-1周圈带有圆弧板3-5，圆弧板3-5起到吸收热膨胀的作用，柔性薄管板3-1管孔连接U形管4进口端，厚管板3-2外圆环管孔连接U形管4出口端，厚管板3-2外圆环上的管孔和柔性薄管板3-1上的管孔相对应，厚管板3-2内圈管孔为U形管4进口端提供穿管通道，U形管4采用喷泉式布置，入口高温端均匀分布在内圈柔性薄管板3-1上，出口低温端均匀分布在厚管板3-2外圆环上，外圈周向均匀限制内圈膨胀，从而提高管板3承受温差的能力。柔性薄管板3-1的圆平板内开有第一管孔3-3，厚管板3-2的内圈和外圆环分别开有第二管孔3-4，管板冷却管8通入管板冷却介质，管板冷却介质在柔性薄管板3-1和厚管板3-2之间的空隙中给管板3降温，而后流入壳体9内部，利用柔性薄管板3-1和厚管板3-2之间形成单独腔通入管板冷却介质。管板冷却介质由U形管4与内圈第二管孔3-4之间的间隙进入壳体9内，与壳程的冷却介质一同由壳程出口接管11流出，进一步对管板3进行冷却保护，使得结构能够满足管程介质的进出口温差超过150℃的情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”、“垫设”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于大温差条件的U形管换热器，包括管箱、壳体(9)和管板(3)，其特征在于：所述管箱和壳体(9)之间通过所述管板(3)连接，所述管板(3)由柔性薄管板(3-1)和厚管板(3-2)组成，所述柔性薄管板(3-1)和厚管板(3-2)之间形成冷却通道。

2.根据权利要求1所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述管箱包括内管箱(2)和外管箱(6)，所述内管箱(2)由筒节(2-3)和锥体(2-4)组成，所述锥体(2-4)安装在相邻筒节(2-3)之间，所述筒节(2-3)上安装膨胀节(2-1)和法兰(2-2)，所述外管箱(6)包括封头(6-1)和筒体(6-2)，所述筒体(6-2)上开设管程进口接管(1)、管程出口接管(7)、管板冷却管(8)和人孔(6-3)，所述管程进口接管(1)与所述内管箱(2)相连接。

3.根据权利要求2所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述管板冷却管(8)一端延伸至所述筒体(6-2)外部，另一端延伸至所述通道内。

4.根据权利要求3所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述壳体(9)内安装U形管(4)和折流板(5)，所述U形管(4)穿过所述折流板(5)且两端与所述管板(3)连接，所述壳体(9)上设置壳程进口接管(10)和壳程出口接管(11)。

5.根据权利要求4所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述柔性薄管板(3-1)的圆平板内开有均布第一管孔(3-3)，所述厚管板(3-2)的内圈和外圆环分别开有第二管孔(3-4)，所述柔性薄管板(3-1)周圈设置有圆弧板(3-5)。

6.根据权利要求5所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述外圆环的第二管孔(3-4)与所述第一管孔(3-3)一一对应。

7.根据权利要求6所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述第一管孔(3-3)连接U形管(4)的进口端，所述厚管板(3-2)外圆环的第二管孔(3-4)连接U形管(4)出口端，所述厚管板(3-2)内圈的第二管孔(3-4)为U形管(4)进口端提供穿管通道。

8.根据权利要求7所述的适用于大温差条件的U形管换热器，其特征在于：所述U形管(4)采用喷泉式布置。

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