一種波紋直管換熱器及其換熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種波紋直管換熱器及其換熱方法，所述波紋直管換熱器由上管箱、殼程筒體和下管箱組成，上管箱設(shè)有管程介質(zhì)入口，下管箱設(shè)有管程介質(zhì)出口，殼程筒體兩側(cè)分別設(shè)殼程介質(zhì)入口和殼程介質(zhì)出口；殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連；殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根波紋直管作為換熱管，波紋直管的主體為波紋管段加直管段結(jié)構(gòu)，即一個(gè)周期的波形包括波峰?直線段?波峰?波谷；波紋直管的兩端設(shè)光滑直管用于與上、下管板固定連接，殼程筒體沿高向設(shè)有多個(gè)方孔射流板。本發(fā)明有效提高了換熱效率，抑制污垢的生成，解決換熱管與折流板之間的磨損問題，此外還具有換熱管拆卸方便、設(shè)備體積小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
_種波紋直管換熱器及其換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種管殼換熱器，尤其涉及一種用于化工生產(chǎn)中介質(zhì)進(jìn)行熱量交換的波紋直管換熱器及其換熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)換熱器通常采用直管換熱管和弓形折流板，普遍存在換熱效率不高，換熱器內(nèi)污垢沉積快、污垢難清理，溫差大時(shí)需加膨脹節(jié)，設(shè)備成本高等問題。隨著對(duì)換熱管研究的深入及機(jī)械加工的發(fā)展，近年來，出現(xiàn)了橫紋槽管、縮放管、螺旋槽管和波紋管等多種形式的換熱管，雖然這些換熱管的結(jié)構(gòu)不同，可其強(qiáng)化傳熱機(jī)理大同小異，即通過改變橫截面的形狀，以獲得流體高度湍流的效果。但螺旋槽管和橫紋槽管傳熱效率相對(duì)不高，縮放管和波紋管加工困難，易與折流板磨損，安裝時(shí)需加設(shè)管套，增加成本。而弓形折流板易結(jié)垢，殼程壓降大，換熱效果不好，流體的撞擊與沖刷易使換熱器產(chǎn)生振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種波紋直管換熱器及其換熱方法，采用波紋直管形式的換熱管和方孔射流板組合使用，并采用擴(kuò)大圓筒結(jié)構(gòu)，有效提高了換熱器的換熱效率，抑制污垢的生成，解決換熱管與折流板之間的磨損問題，此外還具有換熱管拆卸方便、設(shè)備體積小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種波紋直管換熱器，由上管箱、殼程筒體和下管箱組成，上管箱設(shè)有管程介質(zhì)入口，下管箱設(shè)有管程介質(zhì)出口，殼程筒體兩側(cè)分別設(shè)殼程介質(zhì)入口和殼程介質(zhì)出口；所述殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連，殼程筒體的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒內(nèi)，擴(kuò)大圓筒的直徑大于殼程筒體的直徑且與上管箱、下管箱的最大直徑相配合;殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根波紋直管作為換熱管，波紋直管的主體為波紋管段加直管段結(jié)構(gòu)，即一個(gè)周期的波形包括波峰-直線段-波峰-波谷;波紋直管的兩端設(shè)光滑直管用于與上、下管板固定連接，殼程筒體沿高向設(shè)有多個(gè)方孔射流板。
[0006]所述方孔射流板設(shè)于波紋直管的直管段，為多孔擋板，其上開設(shè)多個(gè)方形通孔，且方形通孔的四邊與直管段外徑相切。
[0007]所述波紋直管采用薄壁管加工而成，光滑直管采用厚壁管加工，光滑直管的外徑與波紋直管外徑相等，其與波紋直管連接處經(jīng)切邊處理，并伸入波紋直管內(nèi)與波紋直管焊接連接。
[0008]基于一種波紋直管換熱器的換熱方法，殼程流體從上方殼程介質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過擴(kuò)大圓筒和殼程筒體共同組成的防沖結(jié)構(gòu)后到達(dá)方孔射流板，從方形通孔與波紋直管間的邊緣縫隙以射流的方式流出，與波紋直管內(nèi)的管程介質(zhì)換熱，最后從下方殼程介質(zhì)出口流出；管程流體從管程介質(zhì)入口進(jìn)入，在波紋直管內(nèi)以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱后，從管程介質(zhì)出口流出。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]I)換熱管具有波紋段和直管段，管程中的介質(zhì)容易形成渦旋，提高了管內(nèi)外介質(zhì)的湍流程度，破壞流動(dòng)邊界層，減小傳熱阻力，提高了換熱效率；
[0011 ] 2)換熱管為薄壁管，熱阻減小，換熱系數(shù)提高；
[0012]3)管程介質(zhì)對(duì)波紋直管管壁沖刷劇烈，形成的渦旋與溫差變形，使管壁不易形成污垢，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理；
[0013]4)由于換熱效率的提高，使換熱面積減小，設(shè)備體積隨之減小，并使其制造成本大幅降低；
[0014]5)由于波紋直管在波紋管段的波峰處連接有直管段，使換熱管與折流板(方孔射流板)可以無損配合，降低換熱管的磨損率，簡(jiǎn)化了換熱管的安裝，更加易于拆卸；
[0015]6)波紋直管在低壓下對(duì)管板的支撐是彈性的，上、下管板受到波紋直管的作用力相對(duì)小，可以減少管板厚度，降低制造成本；
[0016]7)由于波紋直管具有彈性，在溫差較大時(shí)，無需設(shè)置膨脹節(jié)，進(jìn)一步降低成本；
[0017]8)殼程端部采用擴(kuò)大圓筒結(jié)構(gòu)，制成內(nèi)襯筒構(gòu)造，避免殼程流體在進(jìn)出料口處直接沖擊薄壁波紋直管，提高換熱面積利用率；
[0018]9)方孔射流板為多孔圓形擋板，減小殼程壓降，不易產(chǎn)生污垢和振動(dòng)；
[0019]10)殼程流體從方孔射流板的方孔邊緣縫隙射流出去，增強(qiáng)流體的湍動(dòng)程度，提高殼程的換熱系數(shù)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述波紋直管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2是本發(fā)明所述方孔射流板與波紋直管的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明所述波紋直管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1.下管箱2.下管箱法蘭3.下管板4.殼程介質(zhì)出口5.殼程筒體6.耳式支座7.上管板8.上管箱法蘭9.上管箱10.管程介質(zhì)入口 11.殼程介質(zhì)入口 12.擴(kuò)大圓筒13.方孔射流板14.波紋直管14a.波峰14b.波谷14c.直線段15.管程介質(zhì)出口 16.方形通孔17.光滑直管
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0025]如圖1所示，本發(fā)明所述一種波紋直管換熱器，由上管箱9、殼程筒體5和下管箱I組成，上管箱9設(shè)有管程介質(zhì)入口 10，下管箱I設(shè)有管程介質(zhì)出口 15，殼程筒體5兩側(cè)分別設(shè)殼程介質(zhì)入口 11和殼程介質(zhì)出口 4;所述殼程筒體5兩端分別通過擴(kuò)大圓筒12與上管箱9、下管箱I相連，殼程筒體5的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒12內(nèi)，擴(kuò)大圓筒12的直徑大于殼程筒體5的直徑且與上管箱9、下管箱I的最大直徑相配合;殼程筒體5內(nèi)豎直設(shè)置多根波紋直管14作為換熱管，波紋直管14的主體為波紋管段加直管段結(jié)構(gòu)，即一個(gè)周期的波形包括波峰14a-直線段14c-波峰14a-波谷14b;波紋直管14的兩端設(shè)光滑直管17用于與上、下管板7、3固定連接，殼程筒體5沿高向設(shè)有多個(gè)方孔射流板13。
[0026]所述方孔射流板13設(shè)于波紋直管14的直管段，為多孔擋板，其上開設(shè)多個(gè)方形通孔16，且方形通孔16的四邊與直管段外徑相切。(如圖2所示)
[0027]所述波紋直管14采用薄壁管加工而成，光滑直管17采用厚壁管加工，光滑直管17的外徑與波紋直管14外徑相等，其與波紋直管14連接處經(jīng)切邊處理，并伸入波紋直管14內(nèi)與波紋直管14焊接連接。(如圖3所示)
[0028]基于一種波紋直管換熱器的換熱方法，殼程流體從上方殼程介質(zhì)入口11進(jìn)入，經(jīng)過擴(kuò)大圓筒12及殼程筒體5共同組成的防沖結(jié)構(gòu)后到達(dá)方孔射流板13，從方形通孔16與波紋直管14間的邊緣縫隙以射流的方式流出，與波紋直管14內(nèi)的管程介質(zhì)換熱，最后從下方殼程介質(zhì)出口 4流出；管程流體從管程介質(zhì)入口 10進(jìn)入，在波紋直管14內(nèi)以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱后，從管程介質(zhì)出口 15流出。
[0029]如圖1所示，殼程筒體5上設(shè)有耳式支座6用于安裝固定換熱器，殼程筒體5兩端的擴(kuò)大圓筒12分別通過上管板7與上管箱法蘭8固定連接，通過下管板3與下管箱法蘭2固定連接，組成換熱器的主體結(jié)構(gòu)。殼程筒體5兩端延伸到擴(kuò)大圓筒12內(nèi)，在殼程介質(zhì)入口 11處由殼程筒體5和擴(kuò)大圓筒12共同組成防沖結(jié)構(gòu).
[0030]本發(fā)明所述一種波紋直管換熱器的工作原理是:換熱管采用薄壁管制成波紋直管14，形成波峰14a-直線段14c-波峰14a-波谷14b的特殊結(jié)構(gòu)，兩端連接厚壁管制成的光滑直管17，用于與上、下管板7、3的支撐固定。管程流體介質(zhì)在波峰14a和波谷14b的截面變化過程中，產(chǎn)生了周期性的徑向流速，形成漩渦流，在很小的流速下快速達(dá)到湍流，增強(qiáng)傳熱，自動(dòng)清理污垢，直線段14c是為方便與方孔射流板13配合，使換熱管不易磨損。殼程流體垂直流過波谷，增強(qiáng)介質(zhì)的湍流，強(qiáng)化傳熱。殼程端部采用擴(kuò)大圓筒12結(jié)構(gòu)，避免殼程流體在進(jìn)出料口處直接沖擊薄壁波紋直管14，提高換熱面積利用率。波紋直管換熱器采用方孔射流板13代替弓形折流板，方形通孔16用以固定波紋直管管束的直管段，殼程流體從方形通孔16與波紋直管14的間隙中以射流的形式流出，避免了流體直接撞擊殼程筒體5，換熱器不易結(jié)垢，并可減小殼程壓降，降低換熱器的振動(dòng)，提高換熱器的換熱效果。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種波紋直管換熱器，由上管箱、殼程筒體和下管箱組成，上管箱設(shè)有管程介質(zhì)入口，下管箱設(shè)有管程介質(zhì)出口，殼程筒體兩側(cè)分別設(shè)殼程介質(zhì)入口和殼程介質(zhì)出口；其特征在于，所述殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連，殼程筒體的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒內(nèi)，擴(kuò)大圓筒的直徑大于殼程筒體的直徑且與上管箱、下管箱的最大直徑相配合;殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根波紋直管作為換熱管，波紋直管的主體為波紋管段加直管段結(jié)構(gòu)，即一個(gè)周期的波形包括波峰-直線段-波峰-波谷;波紋直管的兩端設(shè)光滑直管用于與上、下管板固定連接，殼程筒體沿高向設(shè)有多個(gè)方孔射流板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋直管換熱器，其特征在于，所述方孔射流板設(shè)于波紋直管的直管段，為多孔擋板，其上開設(shè)多個(gè)方形通孔，且方形通孔的四邊與直管段外徑相切。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波紋直管換熱器，其特征在于，所述波紋直管采用薄壁管加工而成，光滑直管采用厚壁管加工，光滑直管的外徑與波紋直管外徑相等，其與波紋直管連接處經(jīng)切邊處理，并伸入波紋直管內(nèi)與波紋直管焊接連接。4.基于權(quán)利要求1所述的一種波紋直管換熱器的換熱方法，其特征在于，殼程流體從上方殼程介質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)過擴(kuò)大圓筒和殼程筒體共同組成的防沖結(jié)構(gòu)后到達(dá)方孔射流板，從方形通孔與波紋直管間的邊緣縫隙以射流的方式流出，與波紋直管內(nèi)的管程介質(zhì)換熱，最后從下方殼程介質(zhì)出口流出；管程流體從管程介質(zhì)入口進(jìn)入，在波紋直管內(nèi)以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱后，從管程介質(zhì)出口流出。
【文檔編號(hào)】F28F13/12GK105841523SQ201610375252
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】曲斌, 梁有儀, 李晶晶, 于濤, 段有龍
【申請(qǐng)人】中冶焦耐工程技術(shù)有限公司