CN207006943U - 管壳冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管壳冷却器，包括管束，包覆在管束外侧的壳体，及连接在壳体两端的左管箱和右管箱；所述管束包括与左管箱连接的固定管板，与右管箱连接的浮动管板，换热管，及包覆在所述换热管外的内套筒，所述换热管的两端固定在所述固定管板和浮动管板上并与所述左管箱和右管箱连通；所述内套筒一端通过连接板与所述浮动管板固定连接，所述内套筒表面设置有外径与所述壳体内径相同的环状支撑筋板，所述支撑筋板支撑在所述壳体内部；所述壳体上设置冷介质进液口和出液口，所述左管箱连通热介质进气口，所述右管箱连通热介质出气口。本实用新型提供的管壳冷却器，换热效率高、设备体积小、制造成本低。

Description

管壳冷却器

技术领域

本实用新型涉及透平压缩机系统技术领域，特别涉及一种管壳冷却器。

背景技术

近年来随着国内外透平压缩机机组系统规模的逐渐扩大，市场对透平压缩机系统的需求在向大型化发展，例如大型空分系统、年产百万方以上LNG压缩制冷系统等。对于透平压缩机系统，通常其工作压力较低导致对换热器的压力损失要求非常苛刻，同时需要保证庞大的换热量，考虑其受限于场地布置等原因，要求冷却器的换热效率非常高。由于冷却器的传热特性所限制，为保证工艺介质的压力损失不至于过大，壳程介质流速会非常低，导致换热器整体换热效率大幅降低。通常，在普通单管程冷却器中采用的填料函式结构，这种结构形式的换热器受外形结构的限制，壳侧液体流速通常只有0.2～0.5m/s，换热效率很低，不适合用于大流量透平压缩机系统。若采用其它结构，如浮头式换热器，则工艺介质压力损失急剧上升，无法满足机组的工艺要求；并且对于老旧设备改造提高产能，受原有场地限制，也难以放大设备加以改造。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种换热效率高、设备体积小、制造成本低的管壳冷却器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种管壳冷却器，包括管束，包覆在管束外侧的壳体，及连接在壳体两端的左管箱和右管箱；

所述管束包括与左管箱连接的固定管板，与右管箱连接的浮动管板，换热管，及包覆在所述换热管外的内套筒，所述换热管的两端固定在所述固定管板和浮动管板上并与所述左管箱和右管箱连通；

所述内套筒一端通过连接板与所述浮动管板固定连接，所述内套筒表面设置有外径与所述壳体内径相同的环状支撑筋板，所述支撑筋板支撑在所述壳体内部；

所述壳体上设置冷介质进液口和出液口，所述左管箱连通热介质进气口，所述右管箱连通热介质出气口。

进一步地，所述内套筒是由上下两个相同的半圆形筒体连接而成的一个圆筒结构。

进一步地，所述内套筒的两端设置有中间开有冷介质流通孔的第一支撑板和第二支撑板。

进一步地，所述管束内设置多块折流板和多根拉杆，所述折流板垂直所述换热管等距设置在所述换热管上，所述拉杆一端固定在所述浮动管板上，所述拉杆另一端穿过所述第二支撑板及各所述折流板与所述第一支撑板固定连接，所述折流板与所述第一支撑板之间、各所述折流板之间及所述折流板与所述第二支撑板之间的每段拉杆上设置有定距管。

进一步地，所述第一支撑板和第二支撑板上设置有第一拉杆通孔，所述拉杆与所述第一支撑板的连接端尾部设置有螺纹，所述拉杆尾部穿过所述第一支撑板上的第一拉杆通孔与第一支撑板外侧的紧固螺母螺接，将所述拉杆与所述第一支撑板、各所述折流板、各所述定距管及所述第二支撑板固定一起。

进一步地，所述折流板为大半圆形板，所述折流板的直径小于所述内套筒的内径，所述折流板上设置有供所述拉杆通过的拉杆通孔和供所述换热管通过的第三换热管通孔。

进一步地，所述固定管板及浮动管板为圆形板，所述固定管板与所述左管箱连接，所述浮动管板与所述右管箱连接，所述壳体的两端分别与固定管板及浮动管板连接。

进一步地，所述浮动管板上设置有用于固定所述拉杆的固定点和供所述换热管穿过的第一换热管通孔，所述固定管板上设置有用于所述换热管穿过的第二换热管通孔，所述第一支撑板和第二支撑板上设置有用于所述换热管穿过的第四换热管通孔。

进一步地，所述换热管的一端通过强度焊与贴胀方式固定在第一换热管通孔内与所述右管箱连通，所述换热管的另一端依次穿过所述第四换热管和所述第三换热管通孔通孔后再通过强度焊与贴胀方式固定在第二换热管通孔内与所述左管箱连通。

进一步地，所述壳体底部设置有用于彻底排净冷却器中残留液体的排净口，所述壳体顶部设置有用于彻底排净冷却器内气体的放空口。

本实用新型提供的一种管壳冷却器，在壳体内设置有带支撑筋板的内套筒，内套筒处于壳体和换热管之间，将壳体包覆换热管的结构改进为壳体包覆内套筒、内套筒再包覆换热管的结构，使换热管外侧的介质流动空间由“壳体-换热管”之间压缩成“内套筒-换热管”之间，由于内套筒的直径远小于壳体直径，这样导致换热管外侧的介质可流通空间变小，因此，在介质总流量不变的情况下，流通空间的减小相当于提高了介质的流速，从而提高了换热效率，减小了设备体积，降低了制造成本。并且，内套筒是一端固定另一端可自由移动的结构，这种结构不仅使内套筒牢固不宜松动，还可有效消除温差应力造成对内套筒变形的影响，可避免由于温差应力而导致的冷却器的损坏。同时，内套筒是由上下两半半圆形的筒体连接而成的一个圆筒型的可拆卸结构，可便于内套筒的拆卸，易于冷却器的检修清洗，不易发生堵塞，且加工简单，容易制造，生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的管束结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的内套筒剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的内套筒左视图；

图5为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的内套筒螺栓连接对称结构示意图

图6为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的内套筒支撑板示意图；

图7为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的内套筒连接板示意图；

图8为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的折流板结构示意图；

图9为图8中Ⅱ部的局部放大图；

图10为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的浮动管板结构示意图；

图11为图10中I部的局部放大图；

图12为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的左管箱剖视图；

图13为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的左管箱右视图；

图14为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的右管箱剖视图；

图15为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的右管箱左视图；

图16为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的壳体剖视图；

图17为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的壳体左视图；

图18为本实用新型实施例提供的管壳冷却器的换热管与浮动管板连接示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例提供的一种管壳冷却器，包括管束1，连接在管束1两端的左管箱2和右管箱3，以及包覆在管束1外侧、两端分别与左管箱2和右管箱3连接的壳体4。壳体4上设置冷介质进液口5和出液口6，左管箱2连通热介质进气口12，右管箱3连通热介质出气口13。

参见图2，管束1为圆柱形结构，管束1包括与左管箱2连接的固定管板7，与右管箱3连接的浮动管板8，两端固定在固定管板7和浮动管板8上并与左管箱2和右管箱3连通的多根换热管9，以及包覆在换热管9外部的内套筒10。内套筒10一端通过连接板31与浮动管板8固定连接，内套筒10表面设置有外径与壳体4内径相同的环状支撑筋板11，支撑筋板11支撑在壳体4内部。

参见图3、图4和图5，内套筒10包括上下两个相同的半圆形筒体，上下两个半圆形筒体通过螺栓28固定连接一起构成一个圆筒型的整体结构。内套筒10两端设置有法兰盘，内套筒10两端分别与第一支撑板16和第二支撑板35法兰连接。

参见图6，第一支撑板16和第二支撑板35是中间设置有冷介质流通孔36的圆形支撑板。第一支撑板16和第二支撑板35上均设置有供拉杆15穿过的第一拉杆通孔33和用于换热管9穿过的第四换热管通孔34。内套筒10与浮动管板8之间是通过多块连接板31将第二支撑板35与浮动管板8固定连接。

参见图7，连接板31包括本部311和本部311两端的弯折部312，两端的弯折部312上设置有螺栓孔313，第二支撑板35与浮动管板8上分别设置有与连接板31上的螺栓孔313对应的螺栓孔，连接板31的两端通过螺栓分别与第二支撑板35与浮动管板8固定连接，从而将内套筒10与浮动管板8固定连接在一起。

管束1内还设置多块折流板14和多根拉杆15。参见图8和图9，每个折流板14是由圆形板去掉一小半圆而成的大半圆形板，每个折流板14上设置有供拉杆15穿过的第二拉杆通孔22和供换热管9穿过的一系列的第三换热管通孔23。折流板14垂直于换热管9等距离地设置在管束1内，并且折流板14去掉一小半圆的那一端交替设置。

参见图10和图11，管束1的浮动管板8为圆形板，浮动管板8上设置有许许多多个与换热管9数目相等的第一换热管通孔20及与拉杆15根数相同的用于固定拉杆15的拉杆固定点19。

拉杆15一端固定在拉杆固定点19上，拉杆15的另一端依次穿过第二支撑板35及各个折流板14与尾端的第一支撑板16固定连接。并且首端的折流板14与第一支撑板16之间、各折流板14之间及尾端的折流板14与第二支撑板35之间的每段拉杆15上都设置有定距管(图中未示出)，用于固定每块折流板14的位置。拉杆15的尾端设置螺纹，拉杆15的尾端穿过第一支撑板16上的第一拉杆通孔33与第一支撑板16外侧的紧固螺母17螺接，通过拧紧紧固螺母17来压紧折流板14和定距管而将各个折流板14固定。

由于有支撑筋板11的存在，且支持筋板11的外径与壳体4的内径相同，这样支撑筋板11就会阻碍从进液口5进入的冷介质从壳体4与内套筒10之间的壳体空腔24向出液口6流通，使从进液口5进入壳体4的冷介质从第二支撑板35上的冷介质流通孔36进入内套筒10内流通，然后从第一支撑板16上的冷介质流通孔36流出，最后从出液口6流出壳体4。这样，在热介质流量相同、压力损失相同和换热管数量相同的情况下，本实用新型提供的管壳冷却器，将壳体3包覆管束1的结构变为壳体3包覆内套筒10、内套筒10再包覆管束1的结构，换热管9外侧介质流动空间从“壳体3-管束1”之间被压缩至“内套筒10-管束1”之间，而内套筒10的直径远小于壳体3直径，这样导致换热管9外侧的冷介质可流通空间变小，在冷介质总流量不变的情况下，流通空间的减小相当于提高了冷介质的流速，从而提高了换热效率。

并且，由于管束1内还设置多块折流板14，折流板14是外径小于内套筒10内径的大半圆形板，且折流板14去掉一小半圆的那一端交替设置，这样，折流板14不仅不会影响冷介质在内套筒10内的流通，还能起到多次改变冷介质流动方向的作用，能够保证冷介质与换热管9内的热介质有足够的时间进行热交换，从而进一步提高了换热效率。

参见图12和图13，左管箱2为一段圆柱形中空结构，与管束1连接的一侧为圆形开口，另一侧封闭，且封闭端为球面状，左管箱2的开口一侧设置有法兰，法兰上沿圆周均匀设置有用于和管束1连接的光孔29，左管箱2上设置有热介质进气口12。

参见图14和图15，右管箱3为一段圆柱形中空结构，与管束1连接的一侧为圆形开口，另一侧封闭，且封闭端为球面状，右管箱3的开口一侧设置有法兰，法兰上沿圆周均匀设置有用于和管束1连接的光孔30，右管箱3上设置有热介质出气口13。

与右管箱3连接的浮动管板8的圆周上均匀设置有与右管箱3的光孔30对应匹配的用于将浮动管板8与右管箱3法兰连接的连接孔18，浮动管板8与右管箱3通过连接孔18和光孔30由螺栓连接在一起。同样，固定管板7也为圆形板，固定管板7上设置有许许多多个与换热管9数目相等的第二换热管通孔22(图中未示出)，并且固定管板7的圆周上还均匀设置有与左管箱2的光孔29对应匹配的用于将固定管板7与左管箱2法兰连接的连接孔，固定管板7与左管箱2通过通过连接孔和光孔29由螺栓连接在一起。

参见图16和图17，壳体4的两连接端为圆形开口，壳体4两端的圆形开口分别设计有与固定管板7和浮动管板8大小匹配的法兰，壳体4两端的法兰上沿圆周均匀设置有用于和固定管板7与浮动管板8连接的光孔32，壳体4的两端与固定管板7和浮动管板8分别通过螺柱螺母27连接在一起。

管束1中的每根换热管9分别依次穿过第一支撑板16上的第四换热管通孔34、各个折流板14上的第三换热管通孔23及第二支撑板35上的第四换热管通孔34，并且每根换热管9的两端分别固定在浮动管板8上的第一换热管通孔20内和固定管板7上的第二换热管通孔21内。

参见图18，每根换热管9的一端插到浮动管板8上的第一换热管通孔20内，并通过强度焊加贴胀方式将换热管9端部固定在浮动管板8上的第一换热管通孔20内并与右管箱3连通，从而使换热管9一端固定在浮动管板8上不可转动。同理，每根换热管9的另一端插到固定管板7上的第二换热管通孔22内，并通过强度焊加贴胀方式将换热管9端部固定在固定管板7上的第二换热管通孔22内并与左管箱2连通，从而使换热管9固定在固定管板7上不可转动。

并且，固定在浮动管板8上的拉杆15将拉杆15与折流板14和定距管固定一起，被拉杆15固定的折流板14可将支撑在折流板14上的所有换热管9进一步地稳定固定在浮动管板8和固定管板7上，可以防止换热管9弯曲变形。

当热介质从热介质进气口12进入左管箱2，然后再从每根换热管9流进右管箱3，最后从热介质出气口13排出。这样形成了稳定的热介质-热介质进气口12-左管箱2-换热管9-右管箱3-出气口13的热介质循环换热通道。

另外，在壳体4的底部还设置有排净口25，在壳体4的顶部设置有放空口26，当在设备检修时，通过排净口25可以将冷却器内残留的液体彻底排净，通过放空口26可以将冷却器内的气体彻底排净，以方便检修。

本实用新型提供的一种管壳冷却器，其工作原理如下：

冷介质(如冷却水)由冷介质进液口5进入壳体4内，随着壳体4内的冷介质液位逐渐升高直至淹没整个管束1，由于支持筋板11的阻碍作用，冷介质会从第二支撑板35上的冷介质流通孔36进入内套筒10内，在内套筒10内向另一侧流通，然后从第一支撑板16上的冷介质流通孔36流出，在此过程中，冷介质经换热管9的外侧与换热管9内的热介质完成热交换过程，最后从出液口6流出壳体4。由于换热管9外侧的冷介质可流通空间变小，在冷介质总流量不变的情况下，流通空间的减小相当于提高了冷介质的流速，从而提高了换热效率。

热介质(如高温空气)由热介质进气口12进入到左管箱2内，再通过换热管9流入右管箱3中，热介质在换热管9内流通的过程中完成与换热管9外部的冷介质的热交换过程，最后经过换热后温度降低的热介质从出气口13排出。

本实用新型提供的一种管壳冷却器，与传统的填料函式管壳换热器相比，在换热气体流量、气体压力损失、换热管数量等相同的条件下，本实用新型提供的管壳冷却器要比传统填料函管壳换热器要短，从而可以减小设备体积，可降低制造成本。相关对比数据见表1所示：

表1

同时，本实用新型提供的管壳冷却器，其采用内套筒的结构，能够极大的提高换热效率。并且本实用新型提供的管壳冷却器，其内套筒加工简单，制造成本低，且不易发生堵塞，内套筒牢固不宜松动。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种管壳冷却器，其特征在于：包括管束(1)，包覆在管束(1)外侧的壳体(4)，及连接在壳体(4)两端的左管箱(2)和右管箱(3)；

所述管束(1)包括与左管箱(2)连接的固定管板(7)，与右管箱(3)连接的浮动管板(8)，换热管(9)，及包覆在所述换热管(9)外的内套筒(10)，所述换热管(9)的两端固定在所述固定管板(7)和浮动管板(8)上并与所述左管箱(2)和右管箱(3)连通；

所述内套筒(10)一端通过连接板(31)与所述浮动管板(8)固定连接，所述内套筒(10)表面设置有外径与所述壳体(4)内径相同的环状支撑筋板(11)，所述支撑筋板(11)支撑在所述壳体(4)内部；

所述壳体(4)上设置冷介质进液口(5)和出液口(6)，所述左管箱(2)连通热介质进气口(12)，所述右管箱(3)连通热介质出气口(13)。

2.根据权利要求1所述的管壳冷却器，其特征在于：所述内套筒(10)是由上下两个相同的半圆形筒体连接而成的一个圆筒结构。

3.根据权利要求2所述的管壳冷却器，其特征在于：所述内套筒(10)的两端设置有中间开有冷介质流通孔的第一支撑板(16)和第二支撑板(35)。

4.根据权利要求3所述的管壳冷却器，其特征在于：所述管束(1)内设置多块折流板(14)和多根拉杆(15)，所述折流板(14)垂直所述换热管(9)等距设置在所述换热管(9)上，所述拉杆(15)一端固定在所述浮动管板(8)上，所述拉杆(15)另一端穿过所述第二支撑板(35)及各所述折流板(14)与所述第一支撑板(16)固定连接，所述折流板(14)与所述第一支撑板(16)之间、各所述折流板(14)之间及所述折流板(14)与所述第二支撑板(35)之间的每段拉杆(15)上设置有定距管。

5.根据权利要求4所述的管壳冷却器，其特征在于：所述第一支撑板(16)和第二支撑板(35)上设置有第一拉杆通孔(33)，所述拉杆(15)与所述第一支撑板(16)的连接端尾部设置有螺纹，所述拉杆(15)尾部穿过所述第一支撑板(16)上的第一拉杆通孔(33)与第一支撑板(16)外侧的紧固螺母(17)螺接，将所述拉杆(15)与所述第一支撑板(16)、各所述折流板(14)、各所述定距管及所述第二支撑板(35)固定一起。

6.根据权利要求5所述的管壳冷却器，其特征在于：所述折流板(14)为大半圆形板，所述折流板(14)的直径小于所述内套筒(10)的内径，所述折流板(14)上设置有供所述拉杆(15)通过的第二拉杆通孔(22)和供所述换热管(9)通过的第三换热管通孔(23)。

7.根据权利要求6所述的管壳冷却器，其特征在于：所述固定管板(7)及浮动管板(8)为圆形板，所述固定管板(7)与所述左管箱(2)连接，所述浮动管板(8)与所述右管箱(3)连接，所述壳体(4)的两端分别与固定管板(7)及浮动管板(8)连接。

8.根据权利要求7所述的管壳冷却器，其特征在于：所述浮动管板(8)上设置有用于固定所述拉杆(15)的固定点(19)和供所述换热管(9)穿过的第一换热管通孔(20)，所述固定管板(7)上设置有用于所述换热管(9)穿过的第二换热管通孔(21)，所述第一支撑板(16)和第二支撑板(35)上设置有用于所述换热管(9)穿过的第四换热管通孔(34)。

9.根据权利要求8所述的管壳冷却器，其特征在于：所述换热管(9)的一端通过强度焊与贴胀方式固定在第一换热管通孔(20)内与所述右管箱(3)连通，所述换热管(9)的另一端依次穿过所述第四换热管通孔(34)和所述第三换热管通孔(23)后再通过强度焊与贴胀方式固定在第二换热管通孔(21)内与所述左管箱(2)连通。

10.根据权利要求1所述的管壳冷却器，其特征在于：所述壳体(4)底部设置有用于彻底排净冷却器中残留液体的排净口(25)，所述壳体(4)顶部设置有用于彻底排净冷却器内气体的放空口(27)。