CN2383033Y - 一种螺旋流花瓣管壳管式换热器 - Google Patents

一种螺旋流花瓣管壳管式换热器 Download PDF

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林培森
张正国
王世平
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Abstract

本实用新型是螺旋流花瓣管壳管式换热器,它由花瓣管、螺旋隔板、壳体、管体、封头盖连接构成,其连接关系为:具有花瓣状翅片结构的花瓣管作传热管,螺旋隔板作为花瓣管管间支撑构件支撑住花瓣管,多条花瓣管穿过多个螺旋隔板而被固定,壳体包裹固定住花瓣管及螺旋隔板,管板4与壳体两端固定连接,封头盖与管板固定连接。本换热器传热效能高、壳程压降低、积垢少、传热系数高、体积小、成本低。

Description

一种螺旋流花瓣管壳管式换热器
壳管式换热器广泛应用于化工、石油、动力、制冷及能源等多个工业领域，是量大面广的通用设备。目前，壳管式换热器绝大多数仍是采用光滑管作为传热管型，弓形隔板作为管间支撑物。这种形式的换热器最大的缺点是：(1)壳程流体垂直于管轴方向流动并在隔板缺口处作180度的急剧转向，造成壳程流体压降大；(2)流体在隔板与壳体壁接触处存在流动死区，易积垢；(3)壳程流体存在旁路流，使传热效能进一步降低；(4)管束因容易产生振动而破坏。此外，也还有壳程流体沿管轴方向流动的换热器形式，如折流杆换热器等，虽然其传热效能比弓形隔板换热器有所提高，但也存在壳程流道短，部分壳程流体因短路影响而降低了参与换热的质量流量，从而降低了传热效能。无论是弓形隔板换热器还是折流杆换热器等，传热管的应用仍以光滑管为主也是造成换热器传热效能低的重要原因，虽然也有强化管的应用报道，但因壳程流体的流态与强化管的强化机理不能很好地匹配而未能充分发挥强化管的强化效果。
本实用新型的目的就是为了克服和解决现有换热器存在壳程流体垂直于管轴方向流动造成壳程流体压降大、存在死区、易积垢、管束易产生振动而破坏、流体存在旁路流而使传热效能低等的缺点和问题，研究、设计一种采用强化传热技术、流体在壳程作螺旋流动、能减少壳程流体旁路影响、消除流动死区、减少壳程污垢、降低对管束的振动、压降低、传热效能高的螺旋流花瓣管壳管式换热器。
本实用新型是通过下述技术方案来实现的：螺旋流花瓣管壳管式换热器的外形结构示意图如图1所示，花瓣管形状示意图如图2所示，图2的A-A向剖视图如图3所示。螺旋花瓣管壳管式换热器主要由花瓣管1、螺旋隔板2、壳体3、管板4、封头盖5共同连接组装构成，其相互连接关系为：采用具有花瓣状翅片结构的强化传热花瓣管1作为壳管式换热器的传热管，具有一定螺旋角的螺旋隔板2作为花瓣管1的管间支撑构件支撑住花瓣管1，多条花瓣管1穿过多个螺旋隔板2而被固定，壳体3包裹固定住花瓣管1及螺旋隔板2，管板4与壳体3两端固定连接，封头盖5与管板4相固定连接而成螺旋流花瓣管壳管式换热器。其作用原理为：本实用新型因采用花瓣管作为壳管式换热器的传热管型，壳程传热流体在管束上作螺旋流动。管束间的支撑隔板设计成具有一定螺旋角的螺旋隔板，可实现壳程流体在管束外作螺旋流动。采用花瓣管作为传热管型，能将花瓣管的强化传热机理与壳程流体的螺旋流动完美匹配，从而将双方的优势充分得到发挥，使得换热器传热效能得到很大提高。流体在壳程的螺旋流动，其速度可分解成两个分量，一个速度分量是沿管轴方向，促使流体沿管轴向前流动，另一个速度分量是垂直于管轴方向，促使流体绕管束流动，各个速度分量的大小取决于隔板螺旋角的大小。对于三维的花瓣形翅片，沿管轴方向的速度分量可使流体能很好地进入翅片根部，提高了翅间流体的湍流度，破坏了流体的传热边界层，因而强化了流体的对流传热；而垂直于管轴方向的速度分量促使流体绕管束产生旋转流动，三维的花瓣翅片的尖齿对流体又具有切割作用，进一步激发流体的湍动，流体的强化传热效能进一步提高，从而达到理想的匹配效果。
本实用新型与现有传热器相比，具有如下的优点和有益效果：(1)延长了壳程流体的流道；(2)由于消除了壳程流体流向的突变，使局部阻力大大减少，故压降低；(3)流体完全连续的螺旋流动可减少壳程流体旁路的影响；(4)由于消除了壳程流体的流动死区，减少了壳程污垢；(5)可降低壳程流体对管束的振动；(6)流体的螺旋流动，可同时实现沿管轴和管周方向的冲刷，特别适合于粗糙扩展外翅片管型的传热；(7)总的来说，螺旋流花瓣管壳管式换热器具有传热效能高，壳程压降低的优点，与目前普遍应用的弓形隔板光滑管换热器相比，其总传热系数可提高近5倍，可使换热器体积缩小40％左右，节省换热器成本30％以上。
下面对说明书附图进一步说明如下：图1为螺旋流花瓣管壳管式换热器结构示意图，图2为花瓣管形状示意图，图3为图2的A-A向剖视示意图。各图中：1为花瓣管，2为螺旋隔板，3为壳体，4为管板，5为封头盖。
本实用新型的实施方式较为简单，可为如下：(1)可参照现有弓形隔板光滑管管壳式换热器的相同或相似的材料和加工方法加工壳体、管板、封头盖等部件；螺旋隔板可用金属材料经专用机床冲压成型，其螺旋角范围可为10～50°；花瓣管1可采用现有的光滑管通过本实用新型设计人发明的特定加工方法(参照：《花瓣形翅片管》专利，专利号：ZL 9320429.1)，加工成具有如图2、图3所示的特殊花瓣状翅片结构的强化传热管；(2)加工制造好各部件后，可按上面说明书所述的相互连接关系进行连接安装，便能实施本实用新型。

Claims (1)

1、一种包括壳体、管板构成的螺旋流花瓣管壳管式换热器，其特征在于：它由花瓣管(1)、螺旋隔板(2)、壳体(3)、管板(4)、封头盖(5)共同连接组装构成，其相互连接关系为：采用具有花瓣状翅片结构的强化传热花瓣管(1)作为壳管式换热器的传热管，具有一定螺旋角的螺旋隔板(2)作为花瓣管(1)的管间支撑构件支撑住花瓣管(1)，多条花瓣管(1)穿过多个螺旋隔板(2)而被固定，壳体(3)包裹固定住花瓣管(1)及螺旋隔板(2)，管板(4)与壳体(3)两端固定连接，封头盖(5)与管板(4)相固定连接而成螺旋流花瓣管壳管式换热器。
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