CN117553598B - 一种用于防止u型管换热器内垫片损坏的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了换热器垫片保护装置领域的一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，包括若干与管板侧壁固定连接的支耳，支耳内开设有连接孔，连接孔内设置有螺杆，螺杆两端和中部均开设有外螺纹，螺杆两端和中部均通过外螺纹螺纹连接有锁紧螺母，螺杆两端的锁紧螺母将封头的法兰、管板、筒体的法兰以及两个内垫片压紧固定，且螺杆中部的锁紧螺母与螺杆靠近筒体的法兰一端的锁紧螺母将管板、筒体的法兰以及管板与筒体之间的垫片压紧固定。本发明，通过管板上的支耳及螺杆、锁紧螺母与换热器筒体的法兰刚性连接，起承载筒体与管板的作用，拆卸和安装封头时使内垫片不发生位移，不易损坏，保护了内垫片，避免了繁琐的内垫片更换操作。

Description

一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置

技术领域

本发明属于换热器垫片保护装置领域，具体是一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置。

背景技术

我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2021年期间，我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长，到2023年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。U型换热器是最常见的换热器之一，其构造与适用性受到工程师们的青睐。

同所有管板式一样，U型换热器存在以下不足，其一：多方面的原因，换热器设备使用一段时间以后都会产生很多如结焦、油污垢、水垢、沉积物、腐蚀产物、聚合物、菌类、藻类、粘泥等污垢，造成换热器等设备传热系数降，管道流通面积的减少或者流通阻力增大，使能、物等消耗增加，生产效率明显下降。这时需要通过清洗除垢来恢复生产设备的生产效率。其二：由于腐蚀及冲刷原因，造成少量换热管破损内漏，需要堵塞泄露管道，及时恢复正常生产状态。无论是清洗和堵塞换热管，都需要拆除封头，一般不需要抽芯。

U型换热器管板的前端面与封头密封，防止管程流体外漏；管板的后端面与筒体密封，防止壳侧流体外漏。两个密封面垫片靠同一组螺栓进行压紧。

一方面，由于拆除U型换热器封头时，内密封面垫片一同被拆卸常常因为滑动或移位，再次压紧螺栓时，内密封面垫片则易损坏，导致内密封面发生泄露，不得不从筒体中抽出换热管，更换其内垫片，而换热管和管板一般都很长很重，需要搭建检修平台和使用大型吊车，这很大程度上增加了的安装时间、安装成本和材料消耗。

另一方面，由于换热器运行过程中的高温、高压等环境影响，导致连接封头、管板、筒体以及两个密封面垫片的螺栓松动，导致各部位的内密封面垫片受力不均匀，导致内密封面垫片损坏。

综上所述，U型换热器封头拆卸、安装以及U型换热器运行过程中均存在导致内垫片损坏的情况，而如何固定内垫片使其不发生位移、松动和受力均匀是避免U型换热器内垫片损坏的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，解决U型换热器封头拆卸、安装以及U型换热器运行过程中存在导致内垫片损坏的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，包括若干与管板侧壁固定连接的支耳，支耳内开设有连接孔，连接孔内设置有螺杆，螺杆两端分别贯穿至封头的法兰和筒体的法兰外，螺杆两端和中部均开设有外螺纹，且螺杆中部螺纹长度大于螺杆两端螺纹长度，螺杆两端和中部均通过外螺纹螺纹连接有锁紧螺母，螺杆两端的锁紧螺母将封头的法兰、管板、筒体的法兰以及两个内垫片压紧固定，螺杆中部的锁紧螺母位于支耳与封头法兰之间，且螺杆中部的锁紧螺母与螺杆靠近筒体的法兰一端的锁紧螺母将管板、筒体的法兰以及管板与筒体之间的垫片压紧固定。

上述方案的技术原理如下：

利用锁紧螺母的旋紧力，螺杆将封头与管板之间的外垫片以及将管板与筒体之间的内垫片紧紧压紧，起到密封管程、壳侧流体的作业；同时，由于筒体的法兰以及螺杆和锁紧螺母的作用，管板和筒体被固定在一起，拆卸和安装封头时，管板和筒体之间内垫片被固定压紧，即在拆卸封头时和安装封头时内垫片不易受到移动和磨损，从而保证了U型管换热器管程清洗检修时的高效和便利。

采用上述方案有以下有益效果：

1、本方案，通过管板上的支耳及螺杆、锁紧螺母与换热器筒体的法兰刚性连接，起承载筒体与管板的作用，相较于现有技术，拆卸和安装封头时使内垫片不发生位移，不易损坏，保护了内垫片，避免了繁琐的内垫片更换操作。

2、本方案，在必要进行筒体壳侧的清洗和检修时，通过直接松开螺杆两端的锁紧螺母即能够将封头和筒体一同拆卸，该操作便捷，相较于焊接临时固定的方式，提高了必要的筒体壳侧的清洗和检修效率。

3、本方案，由于腐蚀造成换热管内漏或者清洗管程需要抢险时，相较于焊接固定的方式，能及时进行相应处理，避免因保护内垫片而造成更大的资源与成本消耗。

进一步，支耳以管板轴线圆周均布于管板侧壁，且支耳的数量为三。

有益效果：通过均布的支耳进行管板的固定，能够使管板各部位受力更加均匀。

进一步，筒体的法兰和封头的法兰上均固定连接有与螺杆一一对应的锁紧组件，锁紧组件包括壳体，壳体内部转动连接有锁紧套，锁紧套内部结构与锁紧螺母匹配，锁紧套外侧壁圆周均布有棘齿，壳体内侧壁开设有锁定槽，锁定槽内铰接有棘爪，棘爪的铰接处设置有第一扭簧，棘爪受到第一扭簧向锁定槽外的弹力并保持与棘齿接触；

锁紧套顶部同轴固定连接有棘轮，壳体顶壁内开设有驱动槽，驱动槽内固定连接有液压缸，液压缸信号连接有控制器，液压缸输出轴固定连接有限位盘，限位盘上铰接有驱动部，驱动部远离限位盘开设有与棘轮齿匹配的推送槽，驱动部与限位盘之间设置有用于限制驱动部转动角度的限位凸起，驱动部与限位盘之间设置有第二扭簧，驱动部受到第二扭簧向驱动槽外的弹力并保持与棘轮齿接触。

有益效果：通过控制器控制液压缸运行使驱动部推动棘轮转动，棘轮带动锁紧套转动，即能够实现各部位的锁紧螺母同步进行旋紧，保持管板与筒体的法兰以及管板与封头的法兰之间各部位均匀受压，使连接管板和封头过程中内、外垫片各部位受力均匀，且能够保证连接后各支耳受压均匀，保持内、外垫片各部位受力均匀，从而避免了内、外垫片由于受力不均匀造成的损坏。

进一步，壳体左右侧壁均固定连接有连接部，连接部上开设有固定通孔，筒体的法兰和封头的法兰表面均开设有与固定通孔对应的固定孔；

壳体前侧壁包围在筒体的法兰和封头的法兰侧壁上，且壳体前端侧壁上开设有调节长圆孔，筒体的法兰和封头的法兰侧壁上均开设有与调节长圆孔对应的调节孔，固定通孔和调节长圆孔内穿过螺栓将壳体与筒体的法兰和封头的法兰固定连接。

有益效果：通过固定通孔配合螺栓的方式能够实现壳体的快速连接和拆卸，并通过调节长圆孔可对壳体的安装高度进行调节，以适配不同厚度的内、外垫片时螺母高度的变化。

进一步，封头与管板之间以及管板与筒体之间的垫片旁均设置有压力应变片，压力应变片与控制器信号连接，压力应变片用于采集封头与管板之间以及管板与筒体之间的压力值，控制器用于根据压力值控制液压缸运行。

有益效果：通过压力应变片能够采集到设置部位的压力值，当由于高温、高压等原因使某部位受力减小时，例如高温使某部位发生应力松弛时，控制器控制液压缸运行旋紧所对应的锁紧螺母，从而提升对垫片的压紧力，避免发生泄漏，同时也保证了垫片能够受到有效的固定。

进一步，压力应变片与支耳的位置和数量对应。

有益效果：便于锁紧组件进行对应位置的垫片受压力进行调节。

进一步，螺杆两端分别贯穿至封头的法兰和筒体的法兰上固定的壳体外。

有益效果：便于锁紧组件适配不同长度的螺杆。

进一步，螺杆中部螺纹长度大于螺杆两端螺纹长度。

有益效果：增大螺杆中部的锁紧螺母调节范围，使螺杆的安装更加灵活。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例一的A-A向视图；

图3为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例一的管板正视图；

图4为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例一的管板剖视图；

图5为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例二的局部结构示意图；

图6为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例二的封头正视图；

图7为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例二的锁紧组件剖视图；

图8为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例二的B-B剖视图；

图9为本发明用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置实施例二的C-C剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：筒体1、螺杆2、锁紧螺母3、垫片4、管板5、封头6、连接孔7、棘齿8、壳体9、锁紧套10、压力应变片11、连接部12、固定通孔13、棘轮14、调节长圆孔15、锁定槽16、棘爪17、液压缸18、限位盘19、驱动部20、驱动槽21、支耳22。

实施例一：

如附图1-4所示：一种用于防止U型管换热器内垫片4损坏的装置，包括若干与管板5侧壁固定连接的支耳22，支耳22以管板5轴线圆周均布于管板5侧壁，且支耳22的数量为三；支耳22内开设有连接孔7，连接孔7内穿过螺杆2，螺杆2两端分别贯穿至封头6的法兰和筒体1的法兰外，螺杆2两端和中部均开设有外螺纹，螺杆2两端和中部均通过外螺纹螺纹连接有锁紧螺母3。

螺杆2两端的锁紧螺母3将封头6的法兰、管板5、筒体1的法兰以及两个内垫片4压紧进行初步固定，具体地螺杆2两端的锁紧螺母3分别对封头6的法兰和筒体1的法兰进行压紧；螺杆2中部的锁紧螺母3位于支耳22与封头6法兰之间，且螺杆2中部的锁紧螺母3与螺杆2靠近筒体1的法兰一端的锁紧螺母3将支耳22、筒体1的法兰以及支耳22与筒体1之间的垫片4再次固定，具体地，螺杆2中部的锁紧螺母3对支耳22进行压紧；并保持其余U型管换热器的螺栓连接不变，正常连接封头6和筒体1的法兰。

其次，螺杆2中部螺纹长度大于螺杆2两端螺纹长度，便于螺杆2位置的灵活调节。

具体实施过程如下：

利用锁紧螺母3的旋紧力，螺杆2将封头6与管板5的外垫片4以及将管板5与筒体1内垫片4紧紧压紧，起到密封管程、壳侧流体的作业；同时，由于在封头6和筒体1的法兰三处(0°，120°，240°)锁紧螺母3的作用，将管板5和筒体1固定在一起，拆卸封头6时，管板5和筒体1之间内垫片4保持固定压紧，在拆卸封头6时也不会使其移动和磨损，避免了内垫片4损坏，从而保证了U型管换热器管程清洗检修时的高效和便利。

实施例二：

如附图5-9所示，与实施例一的不同之处在于，筒体1的法兰和封头6的法兰上均固定连接有与螺杆2一一对应的锁紧组件，锁紧组件包括壳体9，壳体9左右侧壁均焊接固定有连接部12，连接部12上开设有固定通孔13，筒体1的法兰和封头6的法兰表面均开设有与固定通孔13对应的固定孔。

壳体9前侧壁包围在筒体1的法兰和封头6的法兰侧壁上，且壳体9前端侧壁上开设有调节长圆孔15，筒体1的法兰和封头6的法兰侧壁上均开设有与调节长圆孔15对应的调节孔，固定通孔13和调节长圆孔15内穿过螺栓将壳体9与筒体1的法兰和封头6的法兰固定连接。

壳体9顶部开设有开孔，供螺杆2两端贯穿至壳体9外，从而便于根据不同高度的锁紧螺母3进行锁紧组件的灵活安装固定。

壳体9内部通过轴承转动连接有锁紧套10，锁紧套10内部结构与锁紧螺母3匹配，本实施例中的锁紧螺母3为正六边形螺母，相应的锁紧套10内部结构为正六边形结构，并与锁紧螺母3的正六边形尺寸匹配，锁紧套10外侧壁圆周均布有棘齿8，壳体9内侧壁开设有锁定槽16，锁定槽16内铰接有棘爪17，棘爪17的铰接处套设有第一扭簧，第一扭簧两端分别与锁定槽16和棘爪17固定连接，棘爪17受到第一扭簧向锁定槽16外的弹力并保持与棘齿8接触，通过棘爪17对棘齿8限，能够使锁紧套10单向转动，即朝向锁紧螺母3紧固的方向转动。

锁紧套10顶部同轴固定连接有棘轮14，壳体9顶壁内开设有驱动槽21，驱动槽21内固定连接有液压缸18，液压缸18信号连接有控制器，液压缸18输出轴固定连接有限位盘19，限位盘19上铰接有驱动部20，驱动部20远离限位盘19开设有与棘轮14齿匹配的推送槽，驱动部20与限位盘19之间一体成型有用于限制驱动部20转动角度的限位凸起，驱动部20与限位盘19之间套设有第二扭簧，第二扭簧两端分别与限位盘19和驱动部20固定连接，驱动部20受到第二扭簧向驱动槽21外的弹力并保持与棘轮14齿接触。

封头6与管板5之间以及管板5与筒体1之间的垫片4旁均固定连接有压力应变片11，压力应变片11与控制器信号连接，压力应变片11用于采集封头6与管板5之间以及管板5与筒体1之间的压力值，控制器用于根据压力值控制液压缸18运行。

其中，压力应变片11与支耳22的位置和数量对应，在本实施例中压力应变片11的三组。

具体实施过程如下：

对于管板5和封盖的安装，安装时通过控制器控制液压缸18同步运行，从而确保各部位匀速均匀压紧，避免某部位压紧过快或过大对垫片4造成损坏，同时由于各部位匀速均匀压紧，使安装完成后的垫片4各部位受力更加均匀，避免了受力不均造成的损坏和泄漏；在整个安装过程中压力应变片11对压力值进行采集，进一步确保垫片4各部位均匀受压。

对于U型管换热器运行，在U型管换热器运行过程中，由于其应用环境较恶劣，受高温、高压等环境影响，易产生应力松弛等情况，此时压力应变片11检测到的压力值变化，对于压力减弱的垫片4处，控制器控制液压缸18运行，对锁紧螺母3进行进一步旋紧，使垫片4始终有效受压，且维持垫片4各部位受压更加均匀，降低了U型管换热器长期运行后泄漏，以及垫片4各部位受压不均匀的几率。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：包括若干与管板侧壁固定连接的支耳，支耳内开设有连接孔，连接孔内设置有螺杆，螺杆两端分别贯穿至封头的法兰和筒体的法兰外，螺杆两端和中部均开设有外螺纹，螺杆两端和中部均通过外螺纹螺纹连接有锁紧螺母，螺杆两端的锁紧螺母将封头的法兰、管板、筒体的法兰以及两个内垫片压紧固定，螺杆中部的锁紧螺母位于支耳与封头法兰之间，且螺杆中部的锁紧螺母与螺杆靠近筒体的法兰一端的锁紧螺母将管板、筒体的法兰以及管板与筒体之间的垫片压紧固定；

筒体的法兰和封头的法兰上均固定连接有与螺杆一一对应的锁紧组件，锁紧组件包括壳体，壳体内部转动连接有锁紧套，锁紧套内部结构与锁紧螺母匹配，锁紧套外侧壁圆周均布有棘齿，壳体内侧壁开设有锁定槽，锁定槽内铰接有棘爪，棘爪的铰接处设置有第一扭簧，棘爪受到第一扭簧向锁定槽外的弹力并保持与棘齿接触；

锁紧套顶部同轴固定连接有棘轮，壳体顶壁内开设有驱动槽，驱动槽内固定连接有液压缸，液压缸信号连接有控制器，液压缸输出轴固定连接有限位盘，限位盘上铰接有驱动部，驱动部远离限位盘开设有与棘轮齿匹配的推送槽，驱动部与限位盘之间设置有用于限制驱动部转动角度的限位凸起，驱动部与限位盘之间设置有第二扭簧，驱动部受到第二扭簧向驱动槽外的弹力并保持与棘轮齿接触；

封头与管板之间以及管板与筒体之间的垫片旁均设置有压力应变片，压力应变片与控制器信号连接，压力应变片用于采集封头与管板之间以及管板与筒体之间的压力值，控制器用于根据压力值控制液压缸运行。

2.根据权利要求1所述的用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：支耳以管板轴线圆周均布于管板侧壁，且支耳的数量为三。

3.根据权利要求1所述的用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：壳体左右侧壁均固定连接有连接部，连接部上开设有固定通孔，筒体的法兰和封头的法兰表面均开设有与固定通孔对应的固定孔；

壳体前侧壁包围在筒体的法兰和封头的法兰侧壁上，且壳体前端侧壁上开设有调节长圆孔，筒体的法兰和封头的法兰侧壁上均开设有与调节长圆孔对应的调节孔，固定通孔和调节长圆孔内穿过螺栓将壳体与筒体的法兰和封头的法兰固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：压力应变片与支耳的位置和数量对应。

5.根据权利要求4所述的用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：螺杆两端分别贯穿至封头的法兰和筒体的法兰上固定的壳体外。

6.根据权利要求1所述的用于防止U型管换热器内垫片损坏的装置，其特征在于：螺杆中部螺纹长度大于螺杆两端螺纹长度。