CN2433585Y

CN2433585Y - 管壳式螺旋流换热器

Info

Publication number: CN2433585Y
Application number: CN 00226617
Authority: CN
Inventors: 黄元忠
Original assignee: SANQIAO ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT CO Ltd XI'AN CITY
Current assignee: SANQIAO ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT CO Ltd XI'AN CITY
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-06-06
Anticipated expiration: 2010-07-14

Abstract

一种管壳式螺旋流换热器,其管束设置于筒体内,换热管位于两管板之间的部分设置于螺旋折流板上,换热管两端分别穿过管束两端的管板,换热管的端口与管箱腔体连通,螺旋折流板由准扇形折流板构成,准扇形折流板为平面板,一个螺距包括n片准扇形折流板,n≥2,n为自然数,准扇形折流板上设置有假管,假管两端分别通过定位套管固定于管板上。本实用新型流畅均匀,换热效率高,节约能量,换热管整体不变形,易于加工。

Description

管壳式螺旋流换热器

本实用新型涉及一种管壳式螺旋流换热器。

目前，工业中较普遍采用的管壳式换热器在其壳侧流道中是垂直弓形折流板结构，其特点是迫使流体和传热管呈现垂直多次折流增强扰动和局部混合来提高传热效果，但在折流板和壳体交汇处存在着流动滞止死区，在圆缺区中流体呈平行于管轴方向的流动，致使传热性能下降。由于流体在折流板之间呈曲折流动，多次改变流动方向，以及在折流板边缘处引起流体分离，致使产生过高的流体阻力，流动滞止死区将引起结垢的增加，折流板中多次折流的叉流流动，不仅减少了传热的平均温差，且可引起潜在的传热管振动的危险。采用这种传统垂直弓形折流板，若要获得较高的传热速率，就会产生相当高的压降，即要以增加泵功能消耗为代价。当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，需设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管的有效长度。

现有螺旋折流板换热器，其螺旋折流板由2m块呈部分椭圆形平面板和2m-1块三角形平面阻流板相间联接，m为自然数，其椭圆形折流板弧形面在实践中难以用机械设备加工，易出现不连续曲面，此将影响至制造安装质量，降低换热效果；三角形阻流板会使螺旋流体发生突变，产生多次间隔的梯度波浪，加大了流道的阻力。同时折流板间也有多次折流的叉流流动，其会减少传热平均温差，引起潜在的传热管振动；螺旋折流板与三角形阻流板在组装中点焊固定后，极易发生装配变形，且难以校正。经实验室试验证明，由于采用三角形组流板，使得阻力增大，换热效率较低。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足，而提供一种流畅均匀，换热效率高，节约能量，换热管整体不变形，易于加工的管壳式螺旋流换热器。

本实用新型的设计方案如下：

一种管壳式螺旋流换热器，包括壳体7和管束4，所述壳体7包括筒体6和分设于其两端的管箱12，所述筒体6包括两端侧分设有介质入口5、介质出口13的筒体筒节8，所述管箱12包括管箱筒节2和设于其外端的封头1，所述筒体筒节8和其两端的管箱筒节2分别通过两端的法兰连接装置16固连为一体，筒体6两端的管板17亦分别通过两端的法兰连接装置16固定；所述管箱12上设置有介质入口3、介质出口18；所述管束4设置于筒体6内，其包括换热管11，换热管11位于两管板17之间的部分设置于螺旋折流板9上，所述换热管11两端分别穿过管束4两端的管板17，换热管11的端口与管箱腔体19相连通，其特殊之处在于：所述螺旋折流板9由准扇形折流板14构成，所述准扇形折流板14为平面板，一个螺距包括n片准扇形折流板14，n为大于或等于2的自然数，一个螺距的准扇形折流板14的投影圆半径为R，该投影圆半径R小于筒体筒节8的横截面内圆半径R1，1.25≤R1-R≤5mm；所述准扇形折流板14上设置有假管10，该假管10两端分别通过定位套管固定于管板17上。

上述准扇形折流板14的外弧22所在圆的半径为R₀，1.01R≤R₀≤1.87R；所述准扇形折流板14与其投影圆平面23间夹角为θ，8.3723465°≤θ≤52.812631°；所述准扇形折流板14的螺旋角为ψ，8°≤ψ≤40°。

上述一个螺距的准扇形折流板数n=2时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23间的夹角以θ=12.449003°～52.812631°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以1.02R≤R₀≤1.87R为宜；所述一个螺距的准扇形折流板数n=3时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以θ=9.6448109°～45.41632°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以1.02R≤R₀≤1.77R为宜；所述一个螺距的准扇形折流板数n=4时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23间的夹角以θ=8.87236°～42.984375°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀时1.02R≤R₀≤1.74R为宜；所述一个螺距的准扇形折流板数n=5时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以θ=8.5437892°～41.890941°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以1.02R≤R₀≤1.73R为宜；所述一个螺距的准扇形折流板数n=6时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以θ=8.3723465°～41.305872°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以1.02R≤R₀≤1.72R为宜。

上述换热管11的排布可为三角形布管、转角三角形布管、正方形布管、转角正方形布管等，以采用同心圆环向布管为最佳。

上述准扇形折流板14的内侧中心部位可设置假管10，该中心部位的假管10上可设置中心固定板15。

上述每一片准扇形折流板14上至少包括三个呈三角形分布的假管10。

上述假管10可包括固定准扇形折流板14的定位假管25。

上述假管10还可包括防止流场短路的防短流假管24。

上述管束4的换热管11可为一管程结构。

上述管箱12内可设置隔板20，所述换热管11是由隔板20分隔而成的二管程或多管程结构，所述隔板20的一端设置于管板17上的分程槽21内，所述分程槽21背面、两端管板17之间的轴截面上排布有防短流假管24。

附图图面说明如下：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型一片准扇形折流板的结构示意图；

图3为本实用新型一个螺距准扇形折流板排布的立体结构示意图；

图4为本实用新型准扇形折流板螺旋角的示意图；

图5为本实用新型分程槽、假管分布一实施例的示意图；

图6为本实用新型换热管布管一实施例的示意图。

附图标号说明如下：

1-封头，2-管箱筒节，3-管箱介质入口，4-管束，5-筒体介质入口，6-筒体，7-壳体，8-筒体筒节，9-螺旋折流板，10-假管，11-换热管，12-管箱，13-筒体介质出口，14-准扇形折流板，15-中心固定板，16-法兰连接装置，17-管板，18-管箱介质出口，19-管箱腔体，20-隔板，21-分程槽，22-外弧，23-投影圆平面，24-防短流假管，25-定位假管。

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步详述：

参见图1，本实用新型包括壳体7和管束4两部分。壳体7包括筒体6和分设于其两端的管箱12。筒体6具有一筒状筒体筒节8，其两端的侧面分别设置有介质入口5和介质出口13。管束4设置于筒体筒节8内，管束4主要由准扇形折流板14和穿于其上的换热管11构成。换热管11两端分别穿过两端的管板17，其端口分别与两端管箱12的腔体19连通。准扇形折流板14为平面板，一个螺距至少包括2片准扇形折流板14，实践中可据具体需求选择，但以采用4片为佳。一个螺距的准扇形折流板14构成一个投影圆，因管束4整体设置于筒体筒节8内，故该投影圆的半径R应小于筒体筒节8横截面内圆的半径R1。投影圆半径R的取值条件为：1.25mm≤R1-R≤5.00mm，即准扇形折流板14与筒体筒节8间的间隙以小于5mm为宜。两者间间隙的最佳取值条件是在确保管束4能装入筒体筒节8内的情况下应尽可能的小。所述投影圆半径R的最适宜取值条件是：当一个螺距的准扇形折流板数n=2时，所述准扇形折流板14与其投影圆平面23间的夹角以取θ=12.449003°～52.812631°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以取1.02R≤R₀≤1.87R为宜；当一个螺距的准扇形折流板数n=3时，准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以取θ=9.6448109°～45.41632°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以取1.02R≤R₀≤1.77R为宜；当一个螺距的准扇形折流板数n=4时，准扇形折流板14与其投影圆平面23间的夹角以取θ=8.87236°～42.984375°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以取1.02R≤R₀≤1.74R为宜；当一个螺距的准扇形折流板数n=5时，准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以取θ=8.5437892°～41.890941°为宜，准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以取1.02R≤R₀≤1.73R为宜；当一个螺距的准扇形折流板数n=6时，准扇形折流板14与其投影圆平面23的夹角以取θ=8.3723465°～41.305872°为宜，所述准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀以取1.02R≤R₀≤1.72R为宜。准扇形折流板14的外弧22所在圆半径R₀的取值条件一般为：1.01R≤R₀≤1.87R，参见图2；准扇形折流板14与其投影圆平面23间的夹角θ的取值一般为：8.3723465°～52.812631°，参见图3；准扇形折流板14的螺旋角ψ取值条件是：8°≤ψ≤40°，参观图4，2πR为准扇形折流板投影圆周长，H为螺旋折流板9一个螺距的高度。螺旋角ψ、准扇形折流板与其投影圆平面的夹角θ及一个螺距的准扇形折流板数n等，一般根据压力、温度、介质等实际工况的不同而选取最适宜的参数。每片准扇形折流板14上均设置有假管10，其中至少包括3个定位假管25，呈三角形分布，以保持每片准扇形折流14的稳定性，参见图5，防短流假管24主要用于防止流场短流，使流场更均匀，同时亦有固定准扇形折流板14的作用，其可设置于准扇形折流板14的直边沿上。当换热管11为二管程或多管程结构时，管板17上用于固定隔板20的一面上设置有分程槽21，分程槽21位置相应的管板17的另一面上设置有防短流假管24，其密度以确保流场不会出现短流、流场不紊乱为宜。假管10通过定位套管固定于管板17上。管束4中心的假管10上可设置中心固定板15，其可使管束4紧固为一整体。换热管11的排布可采用现有的正三角形布管、转角三角形布管、正方形布管、转角正方形布管等形式，但以采用图6所示的同心圆环向布管方式为最佳。本实用新型管箱12包括管箱筒节2和设于其外端的封头1。筒体筒节8分别通过两端的法兰连接装置16与两端的管箱筒节2固连为一体，管束4两端的两管板17分别通过两端的法兰连接装置16固定。换热管11为单管程结构时，管箱介质入口3和出口18分设于两端的管箱12上，若换热管11为二管程结构，则管箱介质入口3和出口18设于被隔板20分隔成两个腔体的同一管箱12上。隔板20的一侧焊接于封头1内侧面，另一侧嵌于管板17上的分程槽21内，被隔板20分隔的腔体均为密封腔体。工作时，一种介质由筒体介质入口5进入筒体6内，另一种介质由管箱介质入口3进入管箱12，由换热管11的端口进入其内，经换热管11位于筒体6内的部分与筒体6内介质进行热交换后，由管箱介质出口18流出，完成换热。筒体6内介质由筒体介质出口13流出。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

准扇形折流板每组构成一个与筒体同心的圆面，依照准扇形折流板所构成的不同夹角，使壳体流场沿准扇形折流板构成的螺旋线方向自然形成一个螺旋流场，且由于假管与换热管在壳体同心圆均匀排布，使流体成柱塞状连续的螺旋流，流场均匀，避免了流场短路和滞止死区，使流场对壳程压降降低，阻力小，减少了泵功能。并在准扇形折流板与中心假管之间，装有中心固定板，使管束成为一个整体，保证了换热管整体不变形，易于加工制造，确保安装质量，也避免了传热管的振动。实验证明，在相同工艺参数下，本实用新型可根据不同的使用要求，改变准扇形折流板和垂直于壳体的平面夹角，可以提高换热效率30％以上，或节约能量30％以上，或者既提高一定百分比的换热效率，并节约一定百分比的能量。

Claims

1、一种管壳式螺旋流换热器，包括壳体(7)和管束(4)，所述壳体(7)包括筒体(6)和分设于其两端的管箱(12)，所述筒体(6)包括两端侧分设有介质入口(5)、介质出口(13)的筒体筒节(8)，所述管箱(12)包括管箱筒节(2)和设于其外端的封头(1)，所述筒体筒节(8)和其两端的管箱筒节(2)分别通过两端的法兰连接装置(16)固连为一体，筒体(6)两端的管板(17)亦分别通过两端的法兰连接装置(16)固定；所述管箱(12)上设置有介质入口(3)、介质出口(18)；所述管束(4)设置于筒体(6)内，其包括换热管(11)，换热管(11)位于两管板(17)之间的部分设置于螺旋折流板(9)上，所述换热管(11)两端分别穿过管束(4)两端的管板(17)，换热管(11)的端口与管箱腔体(19)相连通，其特征在于：所述螺旋折流板(9)由准扇形折流板(14)构成，所述准扇形折流板(14)为平面板，一个螺距包括n片准扇形折流板(14)，n为大于或等于2的自然数，一个螺距的准扇形折流板(14)的投影圆半径为R，该投影圆半径R小于筒体筒节(8)的横截面内圆半径R1，1.25≤R1-R≤5mm；所述准扇形折流板(14)上设置有假管(10)，该假管(10)两端分别通过定位套管固定于管板(17)上。

2、如权利要求1所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆的半径为R₀，1.01R≤R₀≤1.87R；所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)间夹角为θ，8.3723465°≤θ≤≤52.812631°；所述准扇形折流板(14)的螺旋角为ψ，8°≤ψ≤40°。

3、如权利要求1或2所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述一个螺距的准扇形折流板数n=2，所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)间的夹角θ=12.449003°～52.812631°，所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆半径R₀为1.02R≤R₀≤1.87R；或所述一个螺距的准扇形折流板数n=3，所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)的夹角θ=9.6448109°～45.41632°，所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆半径R₀为1.02R≤R₀≤1.77R；或所述一个螺距的准扇形折流板数n=4，所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)间的夹角θ=8.87236°～42.984375°，所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆半径R₀为1.02R≤R₀≤1.74R；或所述一个螺距的准扇形折流板数n=5，所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)的夹角θ=8.5437892°～41.890941°，所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆半径R₀为1.02R≤R₀≤1.73R；或所述一个螺距的准扇形折流板数n=6，所述准扇形折流板(14)与其投影圆平面(23)的夹角θ=8.3723465°～41.305872°，所述准扇形折流板(14)的外弧(22)所在圆半径R₀为1.02R≤R₀≤1.72R。

4、如权利要求1所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述换热管(11)的排布为三角形布管、转角三角形布管、正方形布管、转角正方形布管或同心圆环向布管。

5、如权利要求1所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述准扇形折流板(14)的内侧中心部位设置有假管(10)，该中心部位的假管(10)上设置有中心固定板(15)。

6、如权利要求1或2或4或5所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述每一片准扇形折流板(14)上至少包括三个呈三角形分布的假管(10)。

7、如权利要求6所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述假管(10)包括固定准扇形折流板(14)的定位假管(25)。

8、如权利要求7所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述假管(10)包括防止流场短路的防短流假管(24)。

9、如权利要求8所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述管束(4)的换热管(11)为一管程结构。

10、如权利要求8所述的管壳式螺旋流换热器，其特征在于：所述管箱(12)内设置有隔板(20)，所述换热管(11)是由隔板(20)分隔而成的二管程或多管程结构，所述隔板(20)的一端设置于管板(17)上的分程槽(21)内，所述分程槽(21)背面、两端管板(17)之间的轴截面上排布有防短流假管(24)。