CN2754039Y - 新型列管式换热器 - Google Patents

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陈志醒
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Abstract

本实用新型涉及一种新型列管式换热器。该换热器换热管排列有别于现有的任何一种列管式换热器：既不是直列也不是正方形错列或正三角形错列，而是以壳体轴心为原点依指定半径的圆周式排列。该排列可使换热器单位体积的传热面积大大提高。本实用新型采用船形或梭形截面折流圈结构取代常规的折流杆后，在抑制形体曳力、降低压降的同时，其卡曼旋涡分离和文丘里效应加剧了流体的湍动，使传热得到强化。壳程流体的平行轴向流动增大了传热推动力。特别是内、外两个同心圆折流圈与换热管的嵌式定位支承结构增强了整个换热管束的刚度。此新型换热器具有结构紧凑、制造简单、抗震节材、便于大型化、压降小、传热效率高等诸多优势，是一种高效节能的换热设备。

Description

新型列管式换热器
                     一、技术领域
本实用新型涉及一种新型列管式换热器，该换热器具有与现有列管式换热器完全不同的换热管排列方式及折流结构。
                     二、背景技术
列管式换热器是迄今为止应用最广泛的传热设备，也是人们对强化传热研究关注度最高的一种换热器。其管程传热强化可以通过加入管内插入物、提高流速(例如采多管程)等方法实现，但壳程强化就远没有那么简单：由于壳体是圆筒，通常只好采用安置折流档板的方法迫使流体在档板间曲折流动。流体流速和流动方向的不断变化，固然可以使传热系数增大，但这要以较大的功率消耗为代价。而传热死区的存在使25～30％的设备能力没有充分发挥。此外，折流板的材料消耗、流体对管束的诱导震动等诸多不利因素使壳程往往成为传热的薄弱环节，传统列管式换热器的进一步应用自始至终面临着挑战。
折流杆换热器是美国菲利浦公司开发的一种新型的列管式换热器。初衷是为了改善常规换热器的流体诱导震动而设计的。其核心技术是用若干垂直于壳体轴线的折流栅取代传统的折流板。折流栅由折流圈和焊接在折流圈上的若干根平行的圆棒状折流杆组成，相邻两个折流栅的折流杆互成90度。换热管在折流栅中穿过，在与折流杆接触两侧的两个节点上被焊接。此种结构可使壳程流体平行壳体轴心流动，增大了对流传热推动力，加上流体流过折流杆时产生的附加湍动，提高了壳程的传热系数。此外，降低了壳程的压降，减轻了流体的诱导震动。
但常规的折流杆结构仍存在着不足：第一，由于圆棒状折流杆与换热管互相垂直，其焊接部位为“点”接触，对管子震动抑制作用有限。第二，对换热管的固定通常需要四个折流栅才能完成一次，也就是说，为了满足支撑的要求，需要很多的折流栅，这在工艺上增加了难度，同时也提高了制造成本。第三，数目众多的折流杆间隔排列在每根换热管的四周，增大了管间的空隙，影响了设备的紧凑性。
                     三、发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型列管式式换热器，旨在克服上述常规的折流板结构与折流杆结构的不足，消除传热死区和诱导震动，简化工艺，降低制造成本。该换热器换热管排列方式有别于现有的任何一种列管式换热器：既不是直列也不是正方形错列或正三角形错列，而是以壳体轴心为原点依指定半径的圆周式排列。该排列可使单位体积换热器的传热面积大大提高。此种设计理念与制造系统的全过程相结合，涵盖了质量、成本和用户需求等诸多因素。本实用新型壳程采用船形或梭形截面的折流圈作为折流元件和支承结构代替原来圆形截面的折流栅结构，使壳程压降明显降低。换热管与阻流圈焊接部位由过去的“点”接触变为“线”接触，每个圆周上的一圈换热管同时得到内、外两个同内心圆折流圈强有力的嵌式支撑。整个管束浑然一体，刚性十足，有利于大型化，可满足当前对换热设备的工艺性、长期可靠性提出的要求，尤其适应大流量、高流速的现代生产过程。本实用新型紧凑的换热管排列方式，可使壳程流体在较小的流量下保持较大的流速；船形或梭形截面的折流元件可适度抑制形体曳力，减小阻力；卡曼旋涡分离和折流圈的文丘里效应，加剧了流体的湍动，使壳程传热过程得以强化。此外，壳程流体近乎平行轴心的流动使传热推动力显著增大。
                     四、附图说明
图1为本实用新型管束的结构示意图。
图2为折流圈的船形或梭形截面示意图。
(1)船形截面 (2)梭形截面
                   五、具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型采用以壳体轴心为原点依指定半径圆周式排列换热管(1)的方法，有别于常规的正三角形和正方形排列。该方法设计、制造简单，而且充分利用了换热器的有效空间。与常规的换热管排列方式比较，在相同的壳体直径下，采用圆周式排列后传热面积可提高10％～30％。为了换热管(1)分布尽可能合理，设计排管时可采用“先外后内”的方法，但在制造时须采用“先内后外”的顺序。布管从壳体轴心的中心管(2)开始，然后逐层用折流圈(3)辊绕成束，折流圈(3)的个数和几何尺寸(厚度和宽度)视壳体直径和换热管(1)的长度而定。为了选择适宜的孔距，保证管板钻孔后的强度，折流圈(3)的厚度一般不应小于6mm。
折流圈(3)是本实用新型的一个重要特征。它既是折流元件，又是辊绕定形和支撑结构。折流圈(3)的截面选用船形或梭形，为的是尽可能降低形体曳力，减小流动阻力。考虑其折流、定形和支撑性能，每相邻两个折流圈(3)的间距为0.1～0.4m。

Claims (3)

1、一种新型列管式换热器，其特征是：该换热器换热管采用以壳体轴心为原点依指定半径的圆周式排列。
2、如权利要求1所述的新型列管式换热器，其壳程采用船形或梭形截面的折流圈作为折流元件和支承结构。
3、如权利要求1所述的新型列管式换热器，每相邻两个折流圈的间距为0.1～0.4m。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100451525C (zh) * 2007-01-17 2009-01-14 华南理工大学 一种带有蜂窝结构的交换器
CN104501626A (zh) * 2014-12-26 2015-04-08 新奥科技发展有限公司 一种列管式换热器

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