一種縱流殼程換熱器的制造方法
【專利摘要】一種縱流殼程換熱器，包括前管箱、殼體大筒節(jié)、殼體、換熱管、回轉(zhuǎn)管箱，在殼體內(nèi)部空間布置有換熱管束，呈矩陣式排列，任意4根相鄰的換熱管為一個矩陣單元；在換熱管束的外圍設(shè)有多道沿縱向分布的管系包圈，多根周向分布的拉桿定距管將固定管板和所有的管系包圈連成管系骨架，殼體內(nèi)部設(shè)有一塊縱向隔板，將殼體內(nèi)部空間劃分成殼程介質(zhì)的來、回通道；前管箱內(nèi)設(shè)有隔板，將換熱管束劃分成為管程介質(zhì)的來、回程通道，支撐構(gòu)件由芯桿和多個套在芯桿上且離散分布的導(dǎo)流環(huán)構(gòu)成，在換熱管束的每一個矩陣單元中心均設(shè)有一套支撐構(gòu)件，其導(dǎo)流環(huán)的外周面與矩陣單元的4根換熱管相切；換熱管束的外圍設(shè)有管系薄包殼，將殼程介質(zhì)限制在管系薄包殼內(nèi)部流動。
【專利說明】一種縱流殼程換熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型為一種專門用于液-液介質(zhì)之間進行熱量交換的管殼式換熱器，屬熱工設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種縱流殼程換熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]殼程縱流換熱器作為新型管殼式換熱器，采用新的管束支撐結(jié)構(gòu)，使殼程介質(zhì)由傳統(tǒng)的橫向流動變?yōu)榭v向流動，避免了傳統(tǒng)管殼式換熱器殼程由于介質(zhì)橫向沖刷管束而導(dǎo)致的殼程傳熱系數(shù)較低、流動阻力大和流體誘導(dǎo)管束產(chǎn)生振動破壞等缺點和風險。
[0003]美國Philips石油公司于20世紀70年代首先開發(fā)出折流桿式殼程縱流換熱器，顯示出優(yōu)良的傳熱性能和水力性能。此后，世界各國對該類型換熱器進行了深入研究，中國于20世紀80年代初開始了該方面的研究，現(xiàn)已開發(fā)出多種高效強化管和新的管束支撐結(jié)構(gòu)，并廣泛應(yīng)用于石油、化工、化肥、動力、冶金、環(huán)保、輕工、醫(yī)藥等行業(yè)。目前，殼程縱流換熱器管束支承方式主要為折流桿支承、空心環(huán)支承以及孔板式支承等，其中以Philips折流桿支承和NESTS蛋框式板條折流柵最為出名。這些支撐結(jié)構(gòu)件都有一個共同的特點:管束支撐件(桿、板或環(huán))在同一橫截面上與外環(huán)連成一個整體，組成單個折流柵。換熱管系內(nèi)部平行布置眾多的折流柵須保證換熱管的平行度和同心度，以便換熱管能夠從一端管板穿到另一端管板，故折流柵的制作和定位要求很嚴格，制造及裝配難度大，成本高；且這些折流柵所占空間較大，換熱管的布置密度即換熱面積受限，影響換熱效率。另外，由于換熱管束與殼體之間的間隙是無效換熱區(qū)，而該間隙大于換熱管束的管間間隙，故有較大流量的殼程介質(zhì)流經(jīng)該間隙，與殼體換熱，致使換熱效率進一步降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本實用新型對縱流殼程換熱器的結(jié)構(gòu)做了改進，提出如下技術(shù)方案:
[0005]一種縱流殼程換熱器，包括前管箱、殼體大筒節(jié)、殼體、換熱管及回轉(zhuǎn)管箱，在殼體內(nèi)部空間布置有換熱管束，該換熱管束具有多根換熱管，通過其前部的固定管板和后部的彈性管板組合成束，呈矩陣式排列，任意4根相鄰的換熱管為一個矩陣單元；在換熱管束的外圍設(shè)有多道沿縱向分布的管系包圈，將換熱管束包裹約束，多根周向分布的拉桿定距管將固定管板和所有的管系包圈連成管系骨架，以支撐換熱管束；殼體內(nèi)部設(shè)有一塊縱向隔板，將殼體內(nèi)部空間劃分成兩個殼程介質(zhì)通道；一個為殼程介質(zhì)來程通道，另一個為殼程介質(zhì)回程通道；在殼體大筒節(jié)上開有殼程介質(zhì)進口、出口 ；所述前管箱內(nèi)設(shè)有隔板，將換熱管束劃分成兩半，其中一半為管程介質(zhì)的來程通道，另一半為管程介質(zhì)的回程通道，在前管箱上開有管程介質(zhì)進口、出口 ；在相鄰換熱管之間設(shè)有支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件由芯桿和多個套在芯桿上且離散分布的導(dǎo)流環(huán)構(gòu)成，在換熱管束的每一個矩陣單元中心均設(shè)有一套支撐構(gòu)件，其導(dǎo)流環(huán)的外周面與矩陣單元的4根換熱管相切，其芯桿的一端固定在固定管板上，另一端為自由端，延伸至最后一道管系包圈外側(cè)；所述換熱管束的外圍設(shè)有管系薄包殼，管系薄包殼兩端固定在管系包圈上，將殼程介質(zhì)限制在管系薄包殼內(nèi)部流動。
[0006]所述導(dǎo)流環(huán)的迎流面是圓錐面，該圓錐面的錐度為30°?45°。
[0007]所述導(dǎo)流環(huán)配有卡箍，導(dǎo)流環(huán)由卡箍縱向限位，固定在芯桿上。
[0008]所述導(dǎo)流環(huán)用軟金屬或塑性材料制成。
[0009]上述結(jié)構(gòu)的換熱器，具有如下有益效果:
[0010]由于管束中的支撐構(gòu)件沒有橫向連接件，占用殼體截面積很小，換熱管中心距可以取得更小，布置得更密，從而增大換熱面積，提高殼程介質(zhì)整體縱流速度。管束內(nèi)部支撐件為導(dǎo)流環(huán)，導(dǎo)流環(huán)迎流面加工成圓錐斜面，可減小流動阻力和改變流體方向。殼程介質(zhì)流經(jīng)導(dǎo)流環(huán)時，因流道截面面積減小，縱向速度提高約2倍，在換熱管最小間隙處產(chǎn)生射流，引起流體擾動，從而提高殼程傳熱系數(shù)；導(dǎo)流環(huán)采用硬度較小的材料制作，如:軟金屬或塑性材料，可減小制造裝配難度，降低制造成本。管系薄包殼包圍在管束的外周，將殼程介質(zhì)圈閉在內(nèi)部有效流道內(nèi)，與殼體隔離，不再與其接觸換熱，可減少熱量損失，降低殼體溫度，進一步提聞殼程傳熱系數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本換熱器的主視圖；
[0012]圖2是圖1的A-A視圖；
[0013]圖3是圖2的B-B視圖；
[0014]圖4是圖3中局部II的放大圖；
[0015]圖5是圖1的橫截面圖；
[0016]圖6是圖5中局部I的放大圖；
[0017]圖7是換熱管之間支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中代號含義:
[0019]I一前管箱，2—管程介質(zhì)進口，3—管程介質(zhì)出口，4一前管箱分程隔板、5 —固定管板，6—殼體大筒節(jié)，7—殼程介質(zhì)進口，8—殼程介質(zhì)出口，9一固定支座，10—殼體，11一縱向隔板(殼程流程隔板)，12—管系包圈，13—支撐構(gòu)件(縱向周期變徑導(dǎo)流桿)，14 一管系薄包殼，15—換熱管，16—彈性管板，17—滑動支座，18—回轉(zhuǎn)管箱，19—芯桿，20—導(dǎo)流環(huán)，21一限位卡植，22一拉桿定距管。

【具體實施方式】
[0020]參見圖1至圖7:本縱流殼程換熱器，包括前管箱1、殼體大筒節(jié)6、殼體10、換熱管15、回轉(zhuǎn)管箱18，在殼體10內(nèi)部空間布置有換熱管束，該換熱管束具有多根換熱管15，通過其前部的固定管板5和后部的彈性管板16組合成束，呈矩陣式排列，任意4根相鄰的換熱管為一個矩陣單元。在換熱管束的外圍設(shè)有多道沿縱向分布的管系包圈12，將換熱管束包裹約束，多根周向分布的拉桿定距管22將固定管板5和所有的管系包圈12連成管系骨架，以支撐換熱管束。殼體內(nèi)部設(shè)有一塊縱向隔板11，將殼體內(nèi)部空間劃分成兩個殼程介質(zhì)通道；一個為殼程介質(zhì)來程通道，另一個為殼程介質(zhì)回程通道；在殼體大筒節(jié)6上開有殼程介質(zhì)進口 7、殼程介質(zhì)出口 8。所述前管箱I內(nèi)設(shè)有分程隔板4，將換熱管束劃分成兩半，其中一半為管程介質(zhì)的來程通道，另一半為管程介質(zhì)的回程通道，在前管箱I上開有管程介質(zhì)進口 2、管程介質(zhì)出口 3。
[0021]在相鄰換熱管之間設(shè)有支撐構(gòu)件13，該支撐構(gòu)件13由芯桿19和多個套在芯桿19上且離散分布的導(dǎo)流環(huán)20構(gòu)成，在換熱管束的每一個矩陣單元中心均設(shè)有一套支撐構(gòu)件13，其導(dǎo)流環(huán)20的周面與矩陣單元的4根換熱管相切，其芯桿19的一端固定在固定管板5上，另一端為自由端，延伸至最后一道管系包圈12外側(cè)。所述換熱管束的外圍設(shè)有管系薄包殼14，管系薄包殼14兩端固定在管系包圈12上，將殼程介質(zhì)限制在管系薄包殼14內(nèi)部流動。
[0022]本換熱器有如下兩個特點:
[0023]一、在相鄰換熱管之間設(shè)有支撐構(gòu)件13，該支撐構(gòu)件13由芯桿19和多個套在芯桿19上且離散分布的導(dǎo)流環(huán)20構(gòu)成，在換熱管束的每一個矩陣單元中心均設(shè)有一套支撐構(gòu)件13，其導(dǎo)流環(huán)20的周面與矩陣單元的4根換熱管相切，其芯桿19的一端固定在固定管板5，另一端為自由端，延伸至最后一道管系包圈12外側(cè)。所述導(dǎo)流環(huán)20配有限位卡箍21，導(dǎo)流環(huán)20由限位卡箍21縱向限位固定在芯桿19上。
[0024]由于管束中的支撐構(gòu)件13沒有橫向連接件，占用殼體截面積很小，換熱管中心距可以取得更小，布置得更密，從而增大換熱面積，提高殼程介質(zhì)整體縱流速度及傳熱系數(shù)。
[0025]所述導(dǎo)流環(huán)20的迎流面是圓錐面，該圓錐面的錐度為30°?45°，可減小流動阻力和改變流體方向，殼程介質(zhì)流經(jīng)導(dǎo)流環(huán)時，因流道截面面積減小，縱向速度提高約2倍，在換熱管最小間隙處產(chǎn)生射流，引起流體擾動，從而再次提高殼程傳熱系數(shù)。
[0026]所述導(dǎo)流環(huán)20用軟金屬或塑性材料制成，可減小制造裝配難度，降低制造成本。
[0027]二、所述換熱管束的外圍設(shè)有管系薄包殼14，管系薄包殼14兩端固定在管系包圈12上，將殼程介質(zhì)限制在包殼14內(nèi)部流動，與殼體隔離，不再與其接觸換熱，可減少熱量損失，降低殼體溫度，進一步提高殼程傳熱系數(shù)。
[0028]本換熱器的工作過程:
[0029]管程介質(zhì)從前管箱I上的入口 2流入，經(jīng)來程管束流至回轉(zhuǎn)管箱，然后回流，經(jīng)回程管束回到前管箱，從出口 3流出。
[0030]殼程介質(zhì)從殼體大筒節(jié)6上的入口 7流入，經(jīng)殼程介質(zhì)來程通道流至殼體縱向隔板11自由端，進入回轉(zhuǎn)管箱18，然后回流，經(jīng)殼程介質(zhì)回程通道回到殼體大筒節(jié)6，從出口8流出。
【權(quán)利要求】
1.一種縱流殼程換熱器，包括前管箱、殼體大筒節(jié)、殼體、換熱管及回轉(zhuǎn)管箱，在殼體內(nèi)部空間布置有換熱管束，該換熱管束具有多根換熱管，通過其前部的固定管板和后部的彈性管板組合成束，呈矩陣式排列，任意4根相鄰的換熱管為一個矩陣單元；在換熱管束的外圍設(shè)有多道沿縱向分布的管系包圈，將換熱管束包裹約束，多根周向分布的拉桿定距管將固定管板和所有的管系包圈連成管系骨架，以支撐換熱管束；殼體內(nèi)部設(shè)有一塊縱向隔板，將殼體內(nèi)部空間劃分成兩個殼程介質(zhì)通道；一個為殼程介質(zhì)來程通道，另一個為殼程介質(zhì)回程通道；在殼體大筒節(jié)上開有殼程介質(zhì)進口、出口 ；所述前管箱內(nèi)設(shè)有隔板，將換熱管束劃分成兩半，其中一半為管程介質(zhì)的來程通道，另一半為管程介質(zhì)的回程通道，在前管箱上開有管程介質(zhì)進口、出口 ；其特征在于:在相鄰換熱管之間設(shè)有支撐構(gòu)件，該支撐構(gòu)件由芯桿和多個套在芯桿上且尚散分布的導(dǎo)流環(huán)構(gòu)成，在換熱管束的每一個矩陣單兀中心均設(shè)有一套支撐構(gòu)件，其導(dǎo)流環(huán)的外周面與矩陣單元的4根換熱管相切，其芯桿的一端固定在固定管板上，另一端為自由端，延伸至最后一道管系包圈外側(cè)；所述換熱管束的外圍設(shè)有管系薄包殼，管系薄包殼兩端固定在管系包圈上，將殼程介質(zhì)限制在管系薄包殼內(nèi)部流動。
2.如權(quán)利要求1所述的縱流殼程換熱器，其特征在于:所述導(dǎo)流環(huán)的迎流面是圓錐面。
3.如權(quán)利要求2所述的縱流殼程換熱器，其特征在于:所述圓錐面的錐度為30°?45。。
4.如權(quán)利要求2所述的縱流殼程換熱器，其特征在于:所述導(dǎo)流環(huán)配有卡箍，導(dǎo)流環(huán)由卡箍縱向限位，固定在芯桿上。
5.如權(quán)利要求2所述的縱流殼程換熱器，其特征在于，所述導(dǎo)流環(huán)用軟金屬或塑性材料制成。
【文檔編號】F28F9/013GK204177253SQ201420274414
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】高秀志, 謝果 申請人:高秀志, 謝果