CN204007233U - 一种连续螺旋折流板u型管式换热器 - Google Patents

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王秋旺
杨建锋
曾敏
冯想红
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Abstract

一种连续螺旋折流板U型管式换热器，包括壳体，壳体上设有壳侧进口和壳侧出口，壳体的一端与封头相连，壳体的另一端设有管板，管板与管箱相连，管箱上设有管侧进口和管侧出口；壳体的轴线上设有中心管，中心管的一端固定在管板上，另一端通过设置在壳体内的固定件固定；连续螺旋折流板缠绕在中心管的外壁上，且其外沿与壳体的内壁面相接触；若干根U型换热管穿在连续螺旋折流板的板孔上并与管箱相连通。本实用新型能够使连续螺旋折流板与U型换热管配合使用，解决了连续螺旋折流板直列管式换热器在大温差条件下，管板与管束线膨胀程度不一致所导致的管板与管束松脱问题，大大扩展了连续螺旋折流板管壳式换热器的应用范围。

Description

一种连续螺旋折流板U型管式换热器
技术领域
本实用新型属于换热器领域，涉及一种在石油、化工、能源、电力、冶金、制冷等工业中使用的管壳式换热器，具体涉及一种连续螺旋折流板U型管式换热器。
背景技术
传统管壳式换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于其存在阻力大、有流动滞止区、易结垢、振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板取代。与传统弓形折流板换热器比较，螺旋折流板换热器的壳侧阻力降低，传热系数较高，管束不易振动，介质在壳侧流动不易积垢，使用中可以高效率长周期运行。
目前市场上主要采用的非连续螺旋折流板是由4块扇形平板组成的近似螺旋曲面(见专利US6827138)，结果往往与理想的螺旋曲面相去甚远，两块扇形折流板搭接处存在三角区，有严重的泄漏流问题，影响换热器的换热性能。后来有学者在解决了加工难题的基础上提出了连续螺旋折流板(见专利ZL200510043033.5)，壳侧流体呈理想螺旋运动，克服了非连续螺旋折流板的泄漏流问题，有效提高了换热性能。
但在实际使用过程中发现，目前仅有直列管固定管板式连续螺旋折流板换热器，对于各行各业中经常遇到的大温差换热情况下，管束与管板的线膨胀程度不一致，容易导致管束与管板松脱的问题，这就大大限制了连续螺旋折流板的优越性能在更广泛的应用领域内发挥优势。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种连续螺旋折流板U型管式换热器，使得连续螺旋折流板管壳式换热器能够应用到大温差换热的情况下、缓解热应力。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种连续螺旋折流板U型管式换热器，包括壳体，壳体上设有壳侧进口和壳侧出口，壳体的一端与封头相连，壳体的另一端设有管板，管板与位于壳体外部的管箱相连接，管箱上设有管侧进口和管侧出口；壳体的轴线上设有中心管，中心管的一端固定在管板上，中心管的另一端通过设置在壳体内的固定件固定；连续螺旋折流板缠绕在中心管的外壁上，且连续螺旋折流板的外沿与壳体的内壁面相接触；若干根U型换热管穿过连续螺旋折流板上的板孔后与管板相连并与管箱相连通。
所述的管箱内设有隔挡，将管箱分隔为进口侧管箱和出口侧管箱，管侧进口与进口侧管箱相连通，管侧出口与出口侧管箱相连通；U型换热管的一个开口与管板相连并与进口侧管箱相连通，另一个开口与管板相连并与出口侧管箱相连通。
所述的中心管的一端嵌入管板中心处开设的槽中，使中心管的一端固定在管板上；所述的固定件为顶圈，顶圈同时与壳体和中心管的另一端相连接，通过顶圈将中心管的另一端固定在壳体内，从而将中心管固定在壳体的轴线上。
所述的顶圈由同心的内圈和外圈组成，内圈套装固定在中心管上，外圈固定在壳体的内壁上，内圈和外圈通过直杆连接。
所述的直杆垂直于U型换热管所在的平面，且U型换热管的U型弯头部分和连续螺旋折流板分别位于顶圈的两侧。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
(1)利用管板和固定件的配合，解决了中心管的固定问题，使得连续螺旋折流板能够缠绕设置在中心管外与壳体内的空间中，而且U型换热管穿过连续螺旋折流板，其固定端(开口)固定在管板上并与管箱连通，其自由端为U型弯头设计，从而使得连续螺旋折流板可以与U型换热管配合使用，多根U型换热管形成U型换热管束，在大温差换热情况下，U型换热管束中每个U型换热管的U型弯头可以在壳体内自由伸缩，从而大大降低和缓解热应力，防止U型换热管束与管板松脱，解决了连续螺旋折流板直列管式换热器在大温差条件下，管板与管束线膨胀程度不一致，从而导致的管板与管束松脱问题，使得连续螺旋折流板管壳式换热器能够应用到大温差换热的情况中，扩大连续螺旋折流板管壳式换热器的适用范围。
(2)连续螺旋折流板在中心管和壳体之间形成理想螺旋通道，流体流动完全没有死区，也不存在三角区泄漏流，从而加强流体纵向混合，使湍流强度大幅增加，同时湍流径向分布更加均匀，从而增强换热，同时流动阻力也会相应减小。另外，由于没有流动死区，壳侧不易积垢，可以保证长周期高效率运行。
进一步地，本实用新型中用于固定中心管的固定件为顶圈，顶圈由同心的内圈和外圈组成，内圈套装固定在中心管上，外圈固定在壳体的内壁上，内圈和外圈通过直杆连接，从而能够很好的将中心管的一端固定在壳体内的轴线上，而且安装顶圈时使直杆垂直于U型换热管所在的平面，这样不会影响U型弯头的自由伸缩。
附图说明
图1是连续螺旋折流板U型管式换热器的装配示意图；
图2是顶圈的结构示意图；
其中：1为壳体，2为管板，3为管箱，4为封头，5为壳侧进口，6为壳侧出口，7为管侧进口，8为管侧出口，9为中心管，10为顶圈，11为U型换热管，12为连续螺旋折流板，13为内圈，14为外圈，15为直杆。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
参见图1和图2，本实用新型提供的连续螺旋折流板U型管式换热器，包括壳体1，壳体1上设有壳侧进口5和壳侧出口6，壳体1的一端与封头4相连，壳体1的另一端设有管板2，管板2与位于壳体1外部的管箱3相连接，管箱3上设有管侧进口7和管侧出口8；管箱3内设有隔挡，将管箱3分隔为进口侧管箱和出口侧管箱，管侧进口7与进口侧管箱相连通，管侧出口8与出口侧管箱相连通。壳体1的轴线上设有中心管9，中心管9的一端嵌入管板2中心处开设的槽中一定深度，使中心管9的一端通过管板2固定；中心管9的另一端通过设置在壳体1内的顶圈10固定；顶圈10同时与壳体1和中心管9的另一端相连接，顶圈10由同心的内圈13和外圈14组成，内圈13套装固定在中心管9上，外圈14固定在壳体1的内壁上，内圈13和外圈14通过两根直杆15连接，且两根直杆15位于同一条直线上，从而将中心管9固定在壳体1的轴线上。连续螺旋折流板12设置在中心管9和壳体1之间，连续螺旋折流板12缠绕在中心管9的外壁上，且连续螺旋折流板12的外沿与壳体1的内壁面相接触。若干根U型换热管11组成的U型换热管束穿在连续螺旋折流板12的板孔上；相邻的U型换热管11所在的平面互相平行；每根U型换热管11包括两个直管段部分和一个U型弯头部分，通过U型弯头部分将两个直管段相连通；每根U型换热管11的一个直管段部分上的开口与管板2相连并与进口侧管箱相连通，另一个直管段部分上的开口与管板2相连并与出口侧管箱相连通。连续螺旋折流板12的相邻两板间设有用于固定其板间距的定位管，且定位管套装在U型换热管11的直管部分上。安装顶圈10时使直杆垂直于U型换热管11所在的平面，并使U型换热管11的U型弯头部分和连续螺旋折流板12分别位于顶圈10的两侧。
本实用新型提供的连续螺旋折流板U型管式换热器在工作时，介质I经由壳侧进口5进入壳体1内部，沿着连续螺旋折流板12流动，再经由壳侧出口6流出；介质II从管箱3下部对应的管侧进口7进入，沿着U型换热管11流动，再从与管箱3上部对应的管侧出口8流出；介质I和介质II通过U型换热管11的壁面完成热量交换。

Claims (5)

1.一种连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于：包括壳体(1)，壳体(1)上设有壳侧进口(5)和壳侧出口(6)，壳体(1)的一端与封头(4)相连，壳体(1)的另一端设有管板(2)，管板(2)与位于壳体(1)外部的管箱(3)相连接，管箱(3)上设有管侧进口(7)和管侧出口(8)；壳体(1)的轴线上设有中心管(9)，中心管(9)的一端固定在管板(2)上，中心管(9)的另一端通过设置在壳体(1)内的固定件固定；连续螺旋折流板(12)缠绕在中心管(9)的外壁上，且连续螺旋折流板(12)的外沿与壳体(1)的内壁面相接触；若干根U型换热管(11)穿过连续螺旋折流板(12)上的板孔后与管板(2)相连并与管箱(3)相连通。
2.根据权利要求1所述的连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于：所述的管箱(3)内设有隔挡，将管箱(3)分隔为进口侧管箱和出口侧管箱，管侧进口(7)与进口侧管箱相连通，管侧出口(8)与出口侧管箱相连通；U型换热管(11)的一个开口与管板(2)相连并与进口侧管箱相连通，另一个开口与管板(2)相连并与出口侧管箱相连通。
3.根据权利要求1或2所述的连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于：所述的中心管(9)的一端嵌入管板(2)中心处开设的槽中，使中心管(9)的一端固定在管板(2)上；所述的固定件为顶圈(10)，顶圈(10)同时与壳体(1)和中心管(9)的另一端相连接，通过顶圈(10)将中心管(9)的另一端固定在壳体(1)内，从而将中心管(9)固定在壳体(1)的轴线上。
4.根据权利要求3所述的连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于：所述的顶圈(10)由同心的内圈(13)和外圈(14)组成，内圈(13)套装固定在中心管(9)上，外圈(14)固定在壳体(1)的内壁上，内圈(13)和外圈(14)通过直杆(15)连接。
5.根据权利要求4所述的连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于：所述的直杆(15)垂直于U型换热管(11)所在的平面，且U型换热管(11)的U型弯头部分和连续螺旋折流板(12)分别位于顶圈(10)的两侧。
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