CN101013009A - 组合螺旋折流板管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合螺旋折流板管壳式换热器，在同一螺距内，螺旋折流板沿壳体径向分为内、外两个部分，在壳体内部空间的中心区域内采用非连续内螺旋形式；在中心区域外部采用连续曲面的环形螺旋折流板构成连续外螺旋形式，外螺旋折流板环绕内螺旋折流板布置。对于卧式安装的换热器，当壳侧介质容易积垢时，相邻外部连续螺旋折流板安装应使搭接位置处于换热器底部，且每块外螺旋折流板搭接处紧贴壳体的外边缘在搭接处切出一个缺口，本发明使壳侧流体流动合理，减小流动阻力，并能及时排污，提高换热效率，增加换热器的使用寿命。本发明还提出了两种连续螺旋折流板的加工方法，保证每块连续螺旋折流板上管束孔的同心性，便于换热管束的安装。

Description

组合螺旋折流板管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种在石油化工、能源动力、冶金、制冷、海水淡化等工业领域中使用的管壳式换热器，特别涉及一种组合螺旋折流板管壳式换热器及其外螺旋折流板的加工方法。

背景技术

换热器是在石油化工、能源动力、冶金、制冷、海水淡化等工业领域广泛使用的重要设备之一，管壳式换热器在换热设备总量中所占比例最大，约55～70％。它结构简单，主要包括换热管束和壳体两部分，一种流体在管内流动，另一种流体在管外的壳侧流动，两种流体通过管壁间接交换热量。

传统弓型折流板存在很多问题：(1)弓型折流板使流体垂直冲击壳体壁面，造成较大的沿程压降，增大动力设备负荷；(2)高流速的流体横掠换热管束，会诱导换热管的振动，缩短了换热器的寿命；(3)折流板与壳体壁面相接处产生流动滞止死区，降低了换热效率，且容易结垢。针对这些问题，近年来开发了一些新型管壳式换热器，螺旋折流板换热器把折流板布置成螺旋面，使换热器中的壳侧流体呈螺旋状流动，以实现有效地降低壳侧的流动阻力及强化传热的目的。现有的螺旋折流板换热器有两类，一类是采用两块或者多块扇形、椭圆形平板组成近似螺旋曲面的非连续螺旋折流板换热器，另一类是采用连续螺旋曲面的连续螺旋折流板换热器，可见国内外专利(公开号为：CN2387496，CN1858543，CN1804528，US5832991A，US6827138B1，EP1668306A1，WO2005019758A1)。相对于非连续螺旋折流板而言，连续螺旋折流板使得流动更接近螺旋型，可进一步减少阻力和漏流，但其加工比非连续螺旋折流板复杂，尤其是在螺距较大时，靠近中心轴线处的螺旋面变得较为陡峭，使得连续曲面加工和在曲面上定位钻孔更为困难，甚至无法实现，目前连续螺旋折流板管壳式换热器多采用在轴线处加装一定直径芯管的方式来使得壳侧流体更易实现螺旋流动，在一定程度上降低了连续螺旋折流板的加工难度，但由于芯管内不走流体，相对减少了换热器有效换热面积，且芯管直径随着折流板螺距的增大而增大。另一方面，一般工业用管壳式换热器多采用卧式，虽然采用连续螺旋折流板减少了漏流，但当壳侧流过的是容易结垢的介质时，换热器底部仍然可能由于过低的流速而形成积垢，尤其是在螺旋角较小的情况下，大量的污垢沉积，无法清除，严重降低换热效率。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明提供了一种组合螺旋折流板管壳式换热器及其外螺旋折流板的加工方法，使得壳侧流动更为合理，可减少流动阻力，并大大减少污垢沉积，提高换热效率，另外还可克服连续螺旋折流板曲面加工和定位钻孔难的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明包括壳体、壳侧进口管、壳侧出口管、换热管束、管板和布置于管束上的多块内螺旋折流板和多块外螺旋折流板，壳体上的壳侧进口管和壳侧出口管采用侧进侧出形式，紧贴壳体外边缘安装，沿与壳体相切的方向流入和流出壳侧空间，换热管束穿插在内螺旋折流板、外螺旋折流板和位于壳体两端的两块管板上，在每一个螺距内，内螺旋折流板位于壳体内部空间的中心区域，外螺旋折流板环绕内螺旋折流板布置，在内螺旋折流板和外螺旋折流板搭接处，内螺旋折流板和外螺旋折流板的边缘穿插在同一圈换热管束上，每块内螺旋折流板外边缘与外螺旋折流板紧贴安装。

在每一个螺距内，内螺旋折流板是由若干块扇形或椭圆形的平板相互搭接形成，外螺旋折流板是一块连续的螺旋曲面板。

所述的内螺旋折流板可由芯管代替。

每一块外螺旋折流板的外螺旋线边缘在搭接处可切出一个缺口，形成斜边。

一种组合螺旋折流板管壳式换热器外螺旋折流板的加工方法，把若干块外螺旋折流板钣金展开平板叠放，在外螺旋折流板钣金展开平板上各个定位好的圆心处先钻出直径小于管束孔的定位孔，然后逐个拉伸外螺旋折流板钣金展开平板，再根据定位孔定位钻出管束孔，形成外螺旋折流板。

另一种组合螺旋折流板管壳式换热器外螺旋折流板的加工方法，把若干块外螺旋折流板钣金展开平板叠放，在外螺旋折流板钣金展开平板上各个定位好的圆心处直接钻出管束孔，然后逐个拉伸外螺旋折流板钣金展开平板，形成外螺旋折流板。

本发明为了使得流动更为合理，壳侧进口管道和出口管道采用侧进侧出形式，即它们均紧贴壳体外边缘安装，沿与壳体相切的方向流入和流出壳侧空间，这样能使壳侧流体更符合螺旋流动的特性，使流场更为流畅，减小进、出口造成的局部阻力。

为了壳体内部更容易形成螺旋流动，本发明采用组合螺旋折流板，在壳体内大部分空间采用连续螺旋折流板形式，在加工和安装连续螺旋折流板有难度的壳体中心区域采用非连续螺旋折流板形式，避免了安装芯管造成的壳侧及管侧空间的浪费。

为了精确有效地加工连续螺旋折流板，本发明提出了两种连续螺旋折流板的加工方法，保证了每块连续螺旋折流板上管束孔的同心性，并准确地钻出拉伸后的连续螺旋折流板上的管束孔形状，便于安装。

当壳侧流体容易积垢时，对每一块外螺旋折流板的外螺旋线边缘在搭接处切除一个缺口，这样在两块相邻的外螺旋折流板搭接在一起时，在搭接处就形成一个缺口，此缺口安装于卧式换热器污垢易于沉积的底部，可以使得部分流体从此处流通，减少流动死区并带走壳侧流体沉积的污垢，防止较多污垢沉积而影响换热器底部换热管的换热效果。

附图说明

图1为本发明组合螺旋折流板管壳式换热器示意图。

图2为本发明组合式内外螺旋折流板示意图。

图3(a)为外螺旋折流板钣金展开图。

图3(b)为展开的外螺旋折流板上圆心定位示意图。

图3(c)为展开的外螺旋折流板上直接钻孔示意图。

图4为本发明外螺旋板搭接处示意图。

图5(a)为外螺旋折流板螺旋角示意图。

图5(b)为不设置内螺旋折流板时外螺旋折流板安装示意图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，本发明的组合螺旋折流板管壳式换热器1，包括壳体2、壳侧进口管2a、壳侧出口管2b、换热管束3、管板4、内螺旋折流板5和外螺旋折流板6。壳体2上的壳侧进口管2a和壳侧出口管2b采用侧进侧出形式，紧贴壳体2外边缘安装，沿与壳体相切的方向流入和流出壳侧空间，这样能使壳侧流体更为符合螺旋流动的特性，减小进出口造成的局部阻力。换热管束3穿插在内螺旋折流板5、外螺旋折流板6和位于壳体两端的两块管板4上，在每一螺距内，内螺旋折流板5位于壳体2内部空间的中心区域，外螺旋折流板6环绕内螺旋折流板5布置，在搭接处，内螺旋折流板5和外螺旋折流板6的边缘穿插在同一圈换热管束3上，每块内螺旋折流板5的外边缘与外螺旋折流板6紧贴安装。为了安装换热管束3，在内螺旋折流板5和外螺旋折流板6上均设有管束孔3c。当壳侧流体容易积垢时，相邻外螺旋折流板6搭接处可以切出缺口形成斜边7，以便排污。

参照图2所示，是组合式内外螺旋折流板示意图。在同一个螺距内，螺旋折流板分成内、外两个部分，内螺旋折流板5由若干块椭圆形或扇形平板与轴线成一定角度搭接形成，外螺旋折流板6是一块环形的连续曲面板。内、外螺旋折流板使得壳侧流体呈螺旋形流动，从而强化换热。图中显示内螺旋折流板5以设置四块扇形平板为例，扇形平板的个数也可以是2，3，5...(当个数为2时平板即为椭圆形)。为了把内螺旋折流板5和连续曲面的外螺旋折流板6较为紧密的搭接以减少漏流，内螺旋折流板5与外螺旋折流板6紧贴布置，并和外螺旋折流板6共同穿插在同一圈换热管束3上。

参照图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，是外螺旋折流板钣金展开平面示意图和板上的管束孔加工方法图。图3(a)是外螺旋折流板钣金展开图，外螺旋折流板6的钣金展开平板6a，事先对其上要钻的管束孔的圆心位置3a进行精确定位。对于金属等坚硬的折流板材质，可采用如图3(b)所示的方法，先把若干块外螺旋折流板钣金展开平板6a叠放，在各个定位好的圆心3a处先钻出直径小于管束孔3c的定位孔3b，然后把平板6a逐个拉伸后再多块叠放，根据定位孔3b定位同时对若干块折流板钻出所需的管束孔3c，这样可以保证每块螺旋折流板管束孔的同心性，并准确地钻出拉伸后的连续折流板上管束孔形状，便于安装。对于塑料等柔软的折流板材质，可采用图3(c)所示方法直接获得管束孔，即把若干块外螺旋折流板钣金展开平板6a叠放，然后在各个定位好的管束孔圆心处直接钻出圆形的管束孔3c，最后拉伸平板6a获得所需的外螺旋折流板6，柔软的材质拉伸后，管束孔随之变形，对于拉伸后与换热管直径不匹配的管束孔可再次扩充以获得所需的形状。

参照图4所示，为了解决污垢沉积问题，可改进外螺旋折流板的形式。对每一块外螺旋折流板6的外螺旋线边缘在搭接处切除一个缺口，形成图中的斜边7，这样在两块相邻的外螺旋折流板搭接在一起时，在搭接处两个斜边7处就形成一个缺口，此缺口安装于卧式换热器污垢易于沉积的底部，可以使得部分流体从此处流通，减少流动死区并带走壳侧流体沉淀的污垢，防止较多污垢沉积而影响换热器底部换热管的换热效果。当壳侧采用较为洁净的工质时，此缺口可以不设置。

参照图5(a)所示，是外螺旋折流板螺旋角示意图。环形连续外螺旋折流板6在内径处内螺旋角为α。螺旋角由公式α＝arctan(P_t/πD)确定，其中P_t为螺距，D为外螺旋折流板6内径处的螺旋线在壳体横截面上的投影圆直径。在壳体直径一定的情况下，随着螺距的增大，螺旋角α逐渐增大，使得螺旋面变得较为陡峭，此处的连续螺旋折流板不易加工成形，而且在陡峭曲面上钻孔的难度也增大。为了克服加工困难，可以在螺旋角较为陡峭的直径为D的中心区域设置非连续的内螺旋折流板5，在中心区域外部满足加工要求的区域设置连续的环形外螺旋折流板6，形成组合式螺旋折流板结构。

参照图5(b)所示，在外螺旋折流板6易于加工的情况下，直径为D的中心区域较小时，也可以用芯管8来代替内螺旋折流板5，同样，当壳侧流体较易积垢时，相邻外螺旋折流板6在搭接处可以切出缺口形成斜边7，以便排污。

Claims (6)

1.一种组合螺旋折流板管壳式换热器，包括壳体(2)、壳侧进口管(2a)、壳侧出口管(2b)、换热管束(3)、管板(4)和布置于管束上的多块内螺旋折流板(5)和多块外螺旋折流板(6)，其特征在于，所述壳体(2)上的壳侧进口管(2a)和壳侧出口管(2b)采用侧进侧出形式，紧贴壳体(2)外边缘安装，沿与壳体相切的方向流入和流出壳侧空间，换热管束(3)穿插在内螺旋折流板(5)、外螺旋折流板(6)，并连接于壳体两端的两块管板(4)上，在每一个螺距内，内螺旋折流板(5)位于壳体(2)内部空间的中心区域，外螺旋折流板(6)环绕内螺旋折流板(5)布置，在内螺旋折流板(5)和外螺旋折流板(6)搭接处，内螺旋折流板(5)和外螺旋折流板(6)的边缘穿插在同一圈换热管束(3)上，每块内螺旋折流板(5)外边缘与外螺旋折流板(6)紧贴安装。

2.根据权利要求1所述的组合螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，在每一个螺距内，内螺旋折流板(5)是由若干块扇形或椭圆形的平板相互搭接形成，外螺旋折流板(6)是一块连续的螺旋曲面板。

3.权利要求1所述的组合螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，内螺旋折流板(5)由芯管代替。

4.根据权利要求1所述的组合螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于，每一块外螺旋折流板(6)的外螺旋线边缘在搭接处可切出一个缺口，形成斜边(7)。

5.一种组合螺旋折流板管壳式换热器外螺旋折流板的加工方法，其特征在于，把若干块外螺旋折流板钣金展开平板(6a)叠放，在外螺旋折流板钣金展开平板(6a)上各个定位好的圆心(3a)处先钻出直径小于管束孔(3c)的定位孔(3b)，然后逐个拉伸外螺旋折流板钣金展开平板(6a)，再根据定位孔(3b)定位钻出管束孔(3c)，形成外螺旋折流板(6)。

6.一种组合螺旋折流板管壳式换热器外螺旋折流板的加工方法，其特征在于，把若干块外螺旋折流板钣金展开平板(6a)叠放，在外螺旋折流板钣金展开平板(6a)上各个定位好的圆心(3a)处直接钻出管束孔(3c)，然后逐个拉伸外螺旋折流板钣金展开平板(6a)，形成外螺旋折流板(6)。

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