專利名稱：管殼式螺旋流換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管殼式螺旋流換熱器。
目前，工業(yè)中較普遍采用的管殼式換熱器在其殼側(cè)流道中是垂直弓形折流板結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是迫使流體和傳熱管呈現(xiàn)垂直多次折流增強(qiáng)擾動(dòng)和局部混合來提高傳熱效果，但在折流板和殼體交匯處存在著流動(dòng)滯止死區(qū)，在圓缺區(qū)中流體呈平行于管軸方向的流動(dòng)，致使傳熱性能下降。由于流體在折流板之間呈曲折流動(dòng)，多次改變流動(dòng)方向，以及在折流板邊緣處引起流體分離，致使產(chǎn)生過高的流體阻力，流動(dòng)滯止死區(qū)將引起結(jié)垢的增加，折流板中多次折流的叉流流動(dòng)，不僅減少了傳熱的平均溫差，且可引起潛在的傳熱管振動(dòng)的危險(xiǎn)。采用這種傳統(tǒng)垂直弓形折流板，若要獲得較高的傳熱速率，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的壓降，即要以增加泵功能消耗為代價(jià)。當(dāng)殼程進(jìn)出口接管距管板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過大時(shí)，需設(shè)置導(dǎo)流筒，以減小流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效長(zhǎng)度。
現(xiàn)有螺旋折流板換熱器，其螺旋折流板由2m塊呈部分橢圓形平面板和2m-1塊三角形平面阻流板相間聯(lián)接，m為自然數(shù)，其橢圓形折流板弧形面在實(shí)踐中難以用機(jī)械設(shè)備加工，易出現(xiàn)不連續(xù)曲面，此將影響至制造安裝質(zhì)量，降低換熱效果；三角形阻流板會(huì)使螺旋流體發(fā)生突變，產(chǎn)生多次間隔的梯度波浪，加大了流道的阻力。同時(shí)折流板間也有多次折流的叉流流動(dòng)，其會(huì)減少傳熱平均溫差，引起潛在的傳熱管振動(dòng)；螺旋折流板與三角形阻流板在組裝中點(diǎn)焊固定后，極易發(fā)生裝配變形，且難以校正。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明，由于采用三角形組流板，使得阻力增大，換熱效率較低。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種流暢均勻，換熱效率高，節(jié)約能量，換熱管整體不變形，易于加工的管殼式螺旋流換熱器。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案如下一種管殼式螺旋流換熱器，包括殼體7和管束4，所述殼體7包括筒體6和分設(shè)于其兩端的管箱12，所述筒體6包括兩端側(cè)分設(shè)有介質(zhì)入口5、介質(zhì)出口13的筒體筒節(jié)8，所述管箱12包括管箱筒節(jié)2和設(shè)于其外端的封頭1，所述筒體筒節(jié)8和其兩端的管箱筒節(jié)2分別通過兩端的法蘭連接裝置16固連為一體，筒體6兩端的管板17亦分別通過兩端的法蘭連接裝置16固定；所述管箱12上設(shè)置有介質(zhì)入口3、介質(zhì)出口18；所述管束4設(shè)置于筒體6內(nèi)，其包括換熱管11，換熱管11位于兩管板17之間的部分設(shè)置于螺旋折流板9上，所述換熱管11兩端分別穿過管束4兩端的管板17，換熱管11的端口與管箱腔體19相連通，其特殊之處在于所述螺旋折流板9由準(zhǔn)扇形折流板14構(gòu)成，所述準(zhǔn)扇形折流板14為平面板，一個(gè)螺距包括n片準(zhǔn)扇形折流板14，n為大于或等于2的自然數(shù)，一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板14的投影圓半徑為R，該投影圓半徑R小于筒體筒節(jié)8的橫截面內(nèi)圓半徑R1，1.25≤R1-R≤5mm；所述準(zhǔn)扇形折流板14上設(shè)置有假管10，該假管10兩端分別通過定位套管固定于管板17上。
上述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓的半徑為R0，1.01R≤R0≤1.87R；所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間夾角為θ，8.3723465°≤θ≤52.812631°；所述準(zhǔn)扇形折流板14的螺旋角為ψ，8°≤ψ≤40°。
上述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=2時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間的夾角以θ=12.449003°～52.812631°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以1.02R≤R0≤1.87R為宜；所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=3時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以θ=9.6448109°～45.41632°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以1.02R≤R0≤1.77R為宜；所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=4時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間的夾角以θ=8.87236°～42.984375°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0時(shí)1.02R≤R0≤1.74R為宜；所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=5時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以θ=8.5437892°～41.890941°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以1.02R≤R0≤1.73R為宜；所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=6時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以θ=8.3723465°～41.305872°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以1.02R≤R0≤1.72R為宜。
上述換熱管11的排布可為三角形布管、轉(zhuǎn)角三角形布管、正方形布管、轉(zhuǎn)角正方形布管等，以采用同心圓環(huán)向布管為最佳。
上述準(zhǔn)扇形折流板14的內(nèi)側(cè)中心部位可設(shè)置假管10，該中心部位的假管10上可設(shè)置中心固定板15。
上述每一片準(zhǔn)扇形折流板14上至少包括三個(gè)呈三角形分布的假管10。
上述假管10可包括固定準(zhǔn)扇形折流板14的定位假管25。
上述假管10還可包括防止流場(chǎng)短路的防短流假管24。
上述管束4的換熱管11可為一管程結(jié)構(gòu)。
上述管箱12內(nèi)可設(shè)置隔板20，所述換熱管11是由隔板20分隔而成的二管程或多管程結(jié)構(gòu)，所述隔板20的一端設(shè)置于管板17上的分程槽21內(nèi)，所述分程槽21背面、兩端管板17之間的軸截面上排布有防短流假管24。
附圖圖面說明如下


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型一片準(zhǔn)扇形折流板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型一個(gè)螺距準(zhǔn)扇形折流板排布的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型準(zhǔn)扇形折流板螺旋角的示意圖；圖5為本實(shí)用新型分程槽、假管分布一實(shí)施例的示意圖；圖6為本實(shí)用新型換熱管布管一實(shí)施例的示意圖。
附圖標(biāo)號(hào)說明如下1-封頭，2-管箱筒節(jié)，3-管箱介質(zhì)入口，4-管束，5-筒體介質(zhì)入口，6-筒體，7-殼體，8-筒體筒節(jié)，9-螺旋折流板，10-假管，11-換熱管，12-管箱，13-筒體介質(zhì)出口，14-準(zhǔn)扇形折流板，15-中心固定板，16-法蘭連接裝置，17-管板，18-管箱介質(zhì)出口，19-管箱腔體，20-隔板，21-分程槽，22-外弧，23-投影圓平面，24-防短流假管，25-定位假管。
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述參見
圖1，本實(shí)用新型包括殼體7和管束4兩部分。殼體7包括筒體6和分設(shè)于其兩端的管箱12。筒體6具有一筒狀筒體筒節(jié)8，其兩端的側(cè)面分別設(shè)置有介質(zhì)入口5和介質(zhì)出口13。管束4設(shè)置于筒體筒節(jié)8內(nèi)，管束4主要由準(zhǔn)扇形折流板14和穿于其上的換熱管11構(gòu)成。換熱管11兩端分別穿過兩端的管板17，其端口分別與兩端管箱12的腔體19連通。準(zhǔn)扇形折流板14為平面板，一個(gè)螺距至少包括2片準(zhǔn)扇形折流板14，實(shí)踐中可據(jù)具體需求選擇，但以采用4片為佳。一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板14構(gòu)成一個(gè)投影圓，因管束4整體設(shè)置于筒體筒節(jié)8內(nèi)，故該投影圓的半徑R應(yīng)小于筒體筒節(jié)8橫截面內(nèi)圓的半徑R1。投影圓半徑R的取值條件為1.25mm≤R1-R≤5.00mm，即準(zhǔn)扇形折流板14與筒體筒節(jié)8間的間隙以小于5mm為宜。兩者間間隙的最佳取值條件是在確保管束4能裝入筒體筒節(jié)8內(nèi)的情況下應(yīng)盡可能的小。所述投影圓半徑R的最適宜取值條件是當(dāng)一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=2時(shí)，所述準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間的夾角以取θ=12.449003°～52.812631°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以取1.02R≤R0≤1.87R為宜；當(dāng)一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=3時(shí)，準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以取θ=9.6448109°～45.41632°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以取1.02R≤R0≤1.77R為宜；當(dāng)一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=4時(shí)，準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間的夾角以取θ=8.87236°～42.984375°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以取1.02R≤R0≤1.74R為宜；當(dāng)一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=5時(shí)，準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以取θ=8.5437892°～41.890941°為宜，準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以取1.02R≤R0≤1.73R為宜；當(dāng)一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=6時(shí)，準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23的夾角以取θ=8.3723465°～41.305872°為宜，所述準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0以取1.02R≤R0≤1.72R為宜。準(zhǔn)扇形折流板14的外弧22所在圓半徑R0的取值條件一般為1.01R≤R0≤1.87R，參見圖2；準(zhǔn)扇形折流板14與其投影圓平面23間的夾角θ的取值一般為8.3723465°～52.812631°，參見圖3；準(zhǔn)扇形折流板14的螺旋角ψ取值條件是8°≤ψ≤40°，參觀圖4，2πR為準(zhǔn)扇形折流板投影圓周長(zhǎng)，H為螺旋折流板9一個(gè)螺距的高度。螺旋角ψ、準(zhǔn)扇形折流板與其投影圓平面的夾角θ及一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n等，一般根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等實(shí)際工況的不同而選取最適宜的參數(shù)。每片準(zhǔn)扇形折流板14上均設(shè)置有假管10，其中至少包括3個(gè)定位假管25，呈三角形分布，以保持每片準(zhǔn)扇形折流14的穩(wěn)定性，參見圖5，防短流假管24主要用于防止流場(chǎng)短流，使流場(chǎng)更均勻，同時(shí)亦有固定準(zhǔn)扇形折流板14的作用，其可設(shè)置于準(zhǔn)扇形折流板14的直邊沿上。當(dāng)換熱管11為二管程或多管程結(jié)構(gòu)時(shí)，管板17上用于固定隔板20的一面上設(shè)置有分程槽21，分程槽21位置相應(yīng)的管板17的另一面上設(shè)置有防短流假管24，其密度以確保流場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)短流、流場(chǎng)不紊亂為宜。假管10通過定位套管固定于管板17上。管束4中心的假管10上可設(shè)置中心固定板15，其可使管束4緊固為一整體。換熱管11的排布可采用現(xiàn)有的正三角形布管、轉(zhuǎn)角三角形布管、正方形布管、轉(zhuǎn)角正方形布管等形式，但以采用圖6所示的同心圓環(huán)向布管方式為最佳。本實(shí)用新型管箱12包括管箱筒節(jié)2和設(shè)于其外端的封頭1。筒體筒節(jié)8分別通過兩端的法蘭連接裝置16與兩端的管箱筒節(jié)2固連為一體，管束4兩端的兩管板17分別通過兩端的法蘭連接裝置16固定。換熱管11為單管程結(jié)構(gòu)時(shí)，管箱介質(zhì)入口3和出口18分設(shè)于兩端的管箱12上，若換熱管11為二管程結(jié)構(gòu)，則管箱介質(zhì)入口3和出口18設(shè)于被隔板20分隔成兩個(gè)腔體的同一管箱12上。隔板20的一側(cè)焊接于封頭1內(nèi)側(cè)面，另一側(cè)嵌于管板17上的分程槽21內(nèi)，被隔板20分隔的腔體均為密封腔體。工作時(shí)，一種介質(zhì)由筒體介質(zhì)入口5進(jìn)入筒體6內(nèi)，另一種介質(zhì)由管箱介質(zhì)入口3進(jìn)入管箱12，由換熱管11的端口進(jìn)入其內(nèi)，經(jīng)換熱管11位于筒體6內(nèi)的部分與筒體6內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行熱交換后，由管箱介質(zhì)出口18流出，完成換熱。筒體6內(nèi)介質(zhì)由筒體介質(zhì)出口13流出。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)準(zhǔn)扇形折流板每組構(gòu)成一個(gè)與筒體同心的圓面，依照準(zhǔn)扇形折流板所構(gòu)成的不同夾角，使殼體流場(chǎng)沿準(zhǔn)扇形折流板構(gòu)成的螺旋線方向自然形成一個(gè)螺旋流場(chǎng)，且由于假管與換熱管在殼體同心圓均勻排布，使流體成柱塞狀連續(xù)的螺旋流，流場(chǎng)均勻，避免了流場(chǎng)短路和滯止死區(qū)，使流場(chǎng)對(duì)殼程壓降降低，阻力小，減少了泵功能。并在準(zhǔn)扇形折流板與中心假管之間，裝有中心固定板，使管束成為一個(gè)整體，保證了換熱管整體不變形，易于加工制造，確保安裝質(zhì)量，也避免了傳熱管的振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明，在相同工藝參數(shù)下，本實(shí)用新型可根據(jù)不同的使用要求，改變準(zhǔn)扇形折流板和垂直于殼體的平面夾角，可以提高換熱效率30％以上，或節(jié)約能量30％以上，或者既提高一定百分比的換熱效率，并節(jié)約一定百分比的能量。
權(quán)利要求1.一種管殼式螺旋流換熱器，包括殼體(7)和管束(4)，所述殼體(7)包括筒體(6)和分設(shè)于其兩端的管箱(12)，所述筒體(6)包括兩端側(cè)分設(shè)有介質(zhì)入口(5)、介質(zhì)出口(13)的筒體筒節(jié)(8)，所述管箱(12)包括管箱筒節(jié)(2)和設(shè)于其外端的封頭(1)，所述筒體筒節(jié)(8)和其兩端的管箱筒節(jié)(2)分別通過兩端的法蘭連接裝置(16)固連為一體，筒體(6)兩端的管板(17)亦分別通過兩端的法蘭連接裝置(16)固定；所述管箱(12)上設(shè)置有介質(zhì)入口(3)、介質(zhì)出口(18)；所述管束(4)設(shè)置于筒體(6)內(nèi)，其包括換熱管(11)，換熱管(11)位于兩管板(17)之間的部分設(shè)置于螺旋折流板(9)上，所述換熱管(11)兩端分別穿過管束(4)兩端的管板(17)，換熱管(11)的端口與管箱腔體(19)相連通，其特征在于所述螺旋折流板(9)由準(zhǔn)扇形折流板(14)構(gòu)成，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)為平面板，一個(gè)螺距包括n片準(zhǔn)扇形折流板(14)，n為大于或等于2的自然數(shù)，一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板(14)的投影圓半徑為R，該投影圓半徑R小于筒體筒節(jié)(8)的橫截面內(nèi)圓半徑R1，1.25≤R1-R≤5mm；所述準(zhǔn)扇形折流板(14)上設(shè)置有假管(10)，該假管(10)兩端分別通過定位套管固定于管板(17)上。
2.如權(quán)利要求1所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓的半徑為R0，1.01R≤R0≤1.87R；所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)間夾角為θ，8.3723465°≤θ≤≤52.812631°；所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的螺旋角為ψ，8°≤ψ≤40°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=2，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)間的夾角θ=12.449003°～52.812631°，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓半徑R0為1.02R≤R0≤1.87R；或所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=3，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)的夾角θ=9.6448109°～45.41632°，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓半徑R0為1.02R≤R0≤1.77R；或所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=4，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)間的夾角θ=8.87236°～42.984375°，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓半徑R0為1.02R≤R0≤1.74R；或所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=5，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)的夾角θ=8.5437892°～41.890941°，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓半徑R0為1.02R≤R0≤1.73R；或所述一個(gè)螺距的準(zhǔn)扇形折流板數(shù)n=6，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)與其投影圓平面(23)的夾角θ=8.3723465°～41.305872°，所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的外弧(22)所在圓半徑R0為1.02R≤R0≤1.72R。
4.如權(quán)利要求1所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述換熱管(11)的排布為三角形布管、轉(zhuǎn)角三角形布管、正方形布管、轉(zhuǎn)角正方形布管或同心圓環(huán)向布管。
5.如權(quán)利要求1所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述準(zhǔn)扇形折流板(14)的內(nèi)側(cè)中心部位設(shè)置有假管(10)，該中心部位的假管(10)上設(shè)置有中心固定板(15)。
6.如權(quán)利要求1或2或4或5所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述每一片準(zhǔn)扇形折流板(14)上至少包括三個(gè)呈三角形分布的假管(10)。
7.如權(quán)利要求6所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述假管(10)包括固定準(zhǔn)扇形折流板(14)的定位假管(25)。
8.如權(quán)利要求7所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述假管(10)包括防止流場(chǎng)短路的防短流假管(24)。
9.如權(quán)利要求8所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述管束(4)的換熱管(11)為一管程結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的管殼式螺旋流換熱器，其特征在于所述管箱(12)內(nèi)設(shè)置有隔板(20)，所述換熱管(11)是由隔板(20)分隔而成的二管程或多管程結(jié)構(gòu)，所述隔板(20)的一端設(shè)置于管板(17)上的分程槽(21)內(nèi)，所述分程槽(21)背面、兩端管板(17)之間的軸截面上排布有防短流假管(24)。
專利摘要一種管殼式螺旋流換熱器,其管束設(shè)置于筒體內(nèi),換熱管位于兩管板之間的部分設(shè)置于螺旋折流板上,換熱管兩端分別穿過管束兩端的管板,換熱管的端口與管箱腔體連通,螺旋折流板由準(zhǔn)扇形折流板構(gòu)成,準(zhǔn)扇形折流板為平面板,一個(gè)螺距包括n片準(zhǔn)扇形折流板,n≥2,n為自然數(shù),準(zhǔn)扇形折流板上設(shè)置有假管,假管兩端分別通過定位套管固定于管板上。本實(shí)用新型流暢均勻,換熱效率高,節(jié)約能量,換熱管整體不變形,易于加工。
文檔編號(hào)F28D7/00GK2433585SQ0022661
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者黃元忠 申請(qǐng)人:西安市三橋機(jī)電設(shè)備有限公司