本發(fā)明屬于換熱器的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種階梯式螺旋折流板及其換熱器。

背景技術(shù)：

換熱器作為通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、電力、石油、冶金、制冷及動力生產(chǎn)等領(lǐng)域和城市集中供熱系統(tǒng)。其中，管殼式換熱器所占比重較高。

在管殼式換熱器內(nèi)，換熱管與折流板或折流桿等共同構(gòu)成了殼程流道。換熱管是基本傳熱元件，折流板的作用是改變殼程流體的流動方向，使冷、熱介質(zhì)充分換熱；同時起到支撐管束的作用，抑制流體誘導(dǎo)管束振動產(chǎn)生的不利影響。長期以來，管殼式換熱器的殼程流體流動和換熱一直是研究的熱點和難點。

換熱器中傳統(tǒng)的折流板形式是弓形折流板，如圖1所示，弓形折流板是管殼式換熱器中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的一種折流板形式。弓形折流板結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，弓形折流板的安裝方式如圖1(b)所示。弓形折流板換熱器具有換熱系數(shù)高，制造裝配簡便等特點。但是，由于殼程流體流動方向變化頻繁，呈z字形流動，如圖2所示，造成殼側(cè)壓力損失大(泵功消耗大)，存在流動死區(qū)等不足；并且，弓形折流板間流體橫向沖刷管束，造成流體誘導(dǎo)振動較為劇烈，影響換熱器設(shè)備安全運行。當(dāng)殼程流體粘度較大時，以上不足帶來的影響將會加劇。螺旋折流板換熱器出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，如圖3所示，采用沿殼體軸線展開的螺旋形折流板結(jié)構(gòu)，使殼程流體呈螺旋狀流動。它的出現(xiàn)很大程度上解決了弓形折流板的某些不足。例如：在保證換熱器具有較高換熱系數(shù)的同時，殼程流體壓力損失明顯減小，消除了流動死區(qū)。然而，螺旋折流板換熱器同樣也有某些不足。如圖3(a)所示的為連續(xù)螺旋折流板的結(jié)構(gòu)，由于連續(xù)的螺旋曲面加工困難，目前的螺旋折流板換熱器多為搭接式的非連續(xù)螺旋折流板換熱器，其中非連續(xù)螺旋折流板結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。此外，無論連續(xù)螺旋折流板或非連續(xù)螺旋折流板，其與殼程軸向均成一定角度，這給折流板的加工、鉆孔，以及換熱管與折流板的裝配帶來一定的難度。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于如何解決管殼式換熱器中殼程壓力損失、綜合換熱性能與制造裝配簡便性之間互為矛盾的問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器。本發(fā)明能夠使換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動，降低換熱器殼程壓力損失，具有較高的綜合換熱性能；同時，簡化了折流板的加工及殼程內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與普通的搭接式螺旋折流板相比，加工及裝配方面更為簡便。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下一種技術(shù)方案：

一種階梯式螺旋折流板，在一個換熱器螺旋周期殼程內(nèi)包括：四塊垂直于換熱管束軸向且互不連接的直角扇形折流板，所述直角扇形折流板依次與其相鄰的前一片所述直角扇形折流板繞換熱管束中心軸向旋轉(zhuǎn)90°，實現(xiàn)換熱器殼程流體螺旋狀流動。

進一步的，所述直角扇形折流板之間互相平行，所述直角扇形折流板的圓心角為90°。

進一步的，四塊直角扇形折流板由一塊圓形板材切割形成。

在本發(fā)明中，四塊直角扇形折流板由一塊圓形板材切割形成，廢料產(chǎn)生少，有效降低折流板板材消耗。

進一步的，四塊直角扇形折流板之間的間距根據(jù)設(shè)計需要確定。

進一步的，所述扇形折流板上設(shè)置若干管孔，所述管孔用于支撐換熱管束，若干換熱管由所述的管孔內(nèi)穿過固定；所述扇形折流板上的管孔按照三角形或正方形方式排列。

本發(fā)明為了克服的現(xiàn)有技術(shù)中對于管殼式換熱器中殼程壓力損失、綜合換熱性能與制造裝配簡便性之間互為矛盾的問題，提供一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器。本發(fā)明能夠使換熱器殼程壓力損失降低，具有較高的綜合換熱性能；同時，簡化了折流板的加工及殼程內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與普通的搭接式螺旋折流板相比，加工及裝配方面更為簡便。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下一種技術(shù)方案：

一種階梯式螺旋折流板換熱器，包括：臥式管殼式換熱器，該換熱器包括管箱、管板、殼體和殼體內(nèi)的若干個螺旋周期殼程內(nèi)的階梯式螺旋折流板和換熱管束。

進一步的，所述殼體為圓筒形殼體，所述圓筒形殼體兩端分別設(shè)置左管板和右管板，所述左管板和右管板上分別設(shè)置若干管孔，所述管孔直徑等于所述折流板的管孔，所述換熱管束的兩端分別穿過所述左管板和右管板上的所述管孔進行固定。

進一步的，每個螺旋周期殼程內(nèi)的四塊直角扇形折流板按照逆時針方向分別為第一直角扇形折流板、第二直角扇形折流板、第三直角扇形折流板和第四直角扇形折流板，左下方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第一直角扇形折流板，右下方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第二直角扇形折流板，右上方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第三直角扇形折流板，左上方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第四直角扇形折流板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，適用于臥式管殼式換熱器，同時避免了傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器(制造裝配簡便，換熱系數(shù)高，但流動阻力大，存在流動死區(qū))和目前已有的非連續(xù)搭接式螺旋折流板(解決了弓形折流板換熱器流動阻力大的問題，但是在折流板的加工、鉆孔及管束裝配方面不及弓形折流板)的不足，兼顧了二者的優(yōu)點，能夠使換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動。

(2)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，換熱器殼程流體近似螺旋流，殼程的壓降損失大大降低；與現(xiàn)有弓形折流板換熱器相比，明顯提高了綜合的換熱性能。

(3)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，從材料消耗的角度看，四塊直角扇形折流板可由一塊圓形板材切割而成，廢料產(chǎn)生少，有效降低折流板板材消耗。

(4)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，在殼程每個螺旋周期內(nèi)90°的扇形折流板在軸向沒有重疊區(qū)域，可以根據(jù)設(shè)計需要調(diào)整直角扇形折流板間距，直角扇形折流板之間的間距越小，越接近螺旋流道。

(5)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，結(jié)構(gòu)上，直角扇形折流板垂直于換熱器殼程軸向布置，與搭接式非連續(xù)螺旋折流板相比，在折流板定位、鉆孔，以及管束的裝配等方面更為便捷，制作難度和成本有一定的優(yōu)勢，因此在加工工藝及裝配上得到了極大簡化。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1(a)為現(xiàn)有的弓形折流板換熱器內(nèi)部弓形折流板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)為現(xiàn)有的弓形折流板換熱器內(nèi)部弓形折流板的安裝方式示意圖；

圖2為弓形折流板換熱器殼程流線示意圖；

圖3(a)為現(xiàn)有的螺旋折流板換熱器內(nèi)部連續(xù)螺旋折流板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為現(xiàn)有的螺旋折流板換熱器內(nèi)部非連續(xù)螺旋折流板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板換熱器內(nèi)的階梯式螺旋折流板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為階梯式螺旋折流板換熱器殼程流體的流線示意圖；

圖6為同種條件下弓形折流板換熱器與階梯式螺旋折流板換熱器綜合換熱性能比較圖。

具體實施方式：

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在對于管殼式換熱器中殼程壓力損失、綜合換熱性能與制造裝配簡便性之間互為矛盾的問題，提供一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器。本發(fā)明能夠使換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動，降低換熱器殼程壓力損失，具有較高的綜合換熱性能；同時，簡化了折流板的加工及殼程內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與普通的搭接式螺旋折流板相比，加工及裝配方面更為簡便。

本申請的一種典型的實施方式中，采用如下技術(shù)方案：

如圖4所示，

一種階梯式螺旋折流板，在一個換熱器螺旋周期殼程內(nèi)包括：四塊垂直于換熱管束軸向且互不連接的直角扇形折流板，所述直角扇形折流板依次與其相鄰的前一片所述直角扇形折流板繞換熱管束中心軸向旋轉(zhuǎn)90°。

在本實施例中，一種階梯式螺旋折流板的設(shè)計實現(xiàn)了換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動。

在本實施例中，所述直角扇形折流板之間互相平行；所述直角扇形折流板的圓心角為90°。

在本實施例中，四塊直角扇形折流板由一塊圓形板材切割形成，廢料產(chǎn)生少。

在本實施例中，四塊直角扇形折流板之間的間距根據(jù)設(shè)計需要改變。

在本實施例中，所述扇形折流板上設(shè)置若干管孔，所述管孔用于支撐換熱管束，若干換熱管由所述管孔內(nèi)穿過固定。

在本實施例中，所述扇形折流板上的管孔按照三角形或正方形的方式排列。

實施例2：

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在對于管殼式換熱器中殼程壓力損失、綜合換熱性能與制造裝配簡便性之間互為矛盾的問題，提供一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器。本發(fā)明能夠使換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動，使換熱器殼程壓力損失降低，具有較高的綜合換熱性能；同時，簡化了折流板的加工及殼程內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與普通的搭接式螺旋折流板相比，加工及裝配方面更為簡便。

本申請的一種典型的實施方式中，采用如下技術(shù)方案：

本實施例基于上述實施例1，

一種階梯式螺旋折流板換熱器，適用臥式管殼式換熱器，該換熱器包括管箱、管板、殼體和殼體內(nèi)的若干個螺旋周期殼程內(nèi)的階梯式螺旋折流板和換熱管束，換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動，如圖5所示。

在本實施例中，所述殼體為圓筒形殼體，所述圓筒形殼體兩端分別設(shè)置左管板和右管板，所述左管板和右管板上分別設(shè)置若干管孔，所述管孔直徑等于所述折流板的管孔，所述換熱管束的兩端分別穿過所述左管板和右管板上的所述管孔進行固定。

在本實施例中，每個螺旋周期殼程內(nèi)的四塊直角扇形折流板按照逆時針方向分別為第一直角扇形折流板、第二直角扇形折流板、第三直角扇形折流板和第四直角扇形折流板，

由定位桿對第一直角扇形折流板進行定位，比照第一直角扇形折流板繞換熱管束中心軸向逆時針旋轉(zhuǎn)90°，確定第二直角扇形折流板位置；比照第二直角扇形折流板繞換熱管束中心軸向逆時針旋轉(zhuǎn)90°，確定第三直角扇形折流板位置；比照第三直角扇形折流板繞換熱管束中心軸向逆時針旋轉(zhuǎn)90°，確定第四直角扇形折流板位置。重復(fù)上述過程。

左下方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第一直角扇形折流板，右下方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第二直角扇形折流板，右上方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第三直角扇形折流板，左上方的換熱管束依次穿過若干螺旋周期殼程內(nèi)的第四直角扇形折流板。

本實施例的對比采用同種條件下的弓形折流板換熱器。

如圖6所示，通過對比研究可知，同種條件下將弓形折流板換熱器與新型螺旋折流板換熱器運用數(shù)值計算得出，在所研究范圍雷諾數(shù)內(nèi)(2000-9000)，新型螺旋折流板換熱器的綜合換熱性能明顯高于弓形折流板換熱器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，適用于臥式殼體換熱器，同時避免了傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器(制造裝配簡便，換熱系數(shù)高，但流動阻力大，存在流動死區(qū))和目前已有的不連續(xù)搭接式螺旋折流板(解決了弓形折流板換熱器流動阻力大的問題，但是在折流板的加工、鉆孔及管束裝配方面不及弓形折流板)的不足，兼顧了二者的優(yōu)點，能夠使換熱器的殼程流體近似螺旋狀流動。

(2)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，換熱器殼程流體近似螺旋流，殼程的壓降損失大大降低；螺旋折流板式換熱相對于現(xiàn)有的弓形折流板換熱器具有較低的殼程流動阻力損失，一個明顯的原因就是，現(xiàn)有的弓形折流板形成的流道內(nèi)，流體是垂直橫掠管束，而螺旋折流板構(gòu)成的流道內(nèi)，流體按一定的螺旋角外掠管束，因此，阻力損失小。與現(xiàn)有弓形折流板換熱器相比，明顯提高了綜合的換熱性能。

(3)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，從材料消耗的角度看，四塊直角的扇形折流板可由一塊圓形板材切割而成，廢料產(chǎn)生少，有效降低折流板板材消耗。

(4)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，在殼程每個螺旋周期內(nèi)90°的扇形折流板在軸向沒有重疊區(qū)域，可以根據(jù)設(shè)計需要調(diào)整直角扇形折流板間距，直角扇形折流板之間的間距越小，越接近螺旋流道。

(5)本發(fā)明的一種階梯式螺旋折流板和階梯式螺旋折流板換熱器，結(jié)構(gòu)上，直角扇形折流板垂直于換熱器殼程軸向布置，與搭接式不連續(xù)螺旋折流板相比，在折流板定位、鉆孔，以及管束的裝配等方面更為便捷，制作難度和成本有一定的優(yōu)勢，因此在加工工藝及裝配上得到了極大簡化。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并非對本發(fā)明保護范圍的限制，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改、等同替換或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。