CN105202948A - 一种逆流型螺旋折流板u型管束换热器 - Google Patents

Abstract

一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器，由U型管束芯体、壳体和水室组成；所述U型管束芯体由U型管束、螺旋折流板组件、管板、拉杆套管组件、纵向分隔板组成；所述螺旋折流板组件在上下两个半圆柱形区域都分别由一组平板圆缺状折流板和一组由倾斜段和左右折平段构成的圆弧端条状折流板组成；两组折流板设有一排管子的重叠区。本发明可克服普通螺旋折流板难以布置在半圆柱形空间的结构局限和弓形折流板换热器的众多弊病，解决了在半圆柱形空间布置螺旋折流板通道以实现逆流型U型管束换热器的难题，具有传热系数高、流动阻力较小等优点。

Description

一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器

技术领域

本发明涉及一种U型管束换热器，尤其是一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器。

背景技术

U型管束换热器是高温高压换热器的主要形式。例如采用U型管束的给水加热器是发电厂***的重要设备，特别是高压加热器除了蒸汽凝结段，还带有内置式过热蒸汽冷却段和疏水冷却段，由于给水加热器中的蒸汽冷却段和疏水冷却段分别位于U型管束的进出口段，因此必须进行逆流换热。目前所采用的结构大多是弓形折流板通道，存在有流动死区，传热系数较低，阻力损失较大且容易诱导振动和结垢等缺陷。由于上述蒸汽冷却段和疏水冷却段的区域都是半圆柱形的，因而普通的以圆柱形空间展开的螺旋折流板换热器的结构无法应用。

现有的螺旋折流板换热器都是布置在圆柱形空间内的，围绕圆柱形的轴线展开螺旋流动，但对于逆流型U型管束换热器需要将其分成两个半圆柱形，分别围绕U型管束的两组直管段管腿展开流动传热。鉴于弓形折流板存在的缺陷，欲在半圆柱形内布置螺旋折流板，必须摒弃关于螺旋流动的传统思维模式。

针对逆流U型管束，有人提出了一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其思路是将U型管束的两组直管段管腿分别设置在两个圆柱形的筒体内，采用连续螺旋折流板对壳侧流体强化传热，然后用与筒体相同直径的弯管将两个筒体连接起来。但是该发明却忽略了如何实现穿管的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种能够实现逆流型传热的螺旋折流板U型管束换热器。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器，由U型管束芯体、带有法兰的壳体和水室组成；所述壳体上靠近法兰一端的上、下半个筒体上分别布置壳侧流体的进口和壳侧流体的出口，所述水室内分隔成上、下两个空间，所述水室的封头上分别布置管侧流体的出口和管侧流体的进口；所述U型管束芯体由U型管束、螺旋折流板组件、管板、拉杆套管组件、纵向分隔板组成；所述纵向分隔板长度方向的一端与管板相接，另一端贴近U型管束弯管段，其宽度方向的两条边上均设有密封条，与壳体的内壁相接，所述纵向分隔板可将壳体的内部分隔成上下两个半圆柱形空间，所述上下两个半圆柱形空间在U型管束的弯管端相通；

其特征在于，所述螺旋折流板组件由一组圆缺状折流板和一组圆弧端条状折流板组成；两组折流板上下排列，且圆缺状折流板和圆弧端条状折流板间隔排列，圆弧端条状折流板的宽度和圆缺状折流板的圆缺高均为二分之一折流板投影圆半径减去二分之一纵向分隔板厚度再加上二分之一管排间距，使两者包含一排管子的重叠区；在上半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板在上，圆弧端条状折流板在下；反之，在下半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板在下，圆弧端条状折流板在上；所述圆缺状折流板为平板，其工作状态的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板分成三部分，中部为倾斜段，其工作状态的板面法线与换热器轴线的夹角为折流板的倾斜角，其表面分布的管孔与板面亦有相同的倾斜角，其左右两端分别为左折平段和右折平段，两者的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板的三段通过折弯方法形成；所述螺旋折流板组件由拉杆套管组件与管板连接固定成一体；U型管束每根U型管的两条管腿都分别穿过上下两组螺旋折流板组件和管板的对应管孔；由此可形成逆流型螺旋折流板U型管束换热器中分别围绕上下两个半圆柱形空间布置的螺旋通道。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将U型管束的两组直管段分别采用一组圆缺状折流板和一组圆弧端条状折流板构成使流体围绕其在半圆柱形空间布置的直管段管束进行螺旋流动的通道；上述两组折流板的相邻两块圆弧端条状折流板的中部倾斜段构成截面积基本不变的倾斜流动通道，相邻两块圆缺状折流板的中部构成垂直于管束流动部分的主要通道，而其两端分别与相邻两块圆弧端条状折流板的折平段贴合构成垂直于管束流动部分的转向过渡通道；由此流体可以在上述通道中实现一种类似盘旋状上下楼梯的拟螺旋流动，从而可通过在半圆柱形空间区域布置上述螺旋折流板通道，实现在U型管束换热器中螺旋流动逆流传热的任务。本发明采用在螺旋折流板换热器中被证明行之有效的周向重叠技术来处理上述两块不同形状的折流板的连接，使圆缺状折流板和圆弧端条状折流板在相邻处重叠穿过一排管子，便于折流板的安装固定，重叠区的拉杆套管组件可同时压紧圆缺状折流板和圆弧端条状折流板，重叠区布置的一排管子有利于抑制逆向泄漏等负面影响。本发明既克服了普通螺旋折流板结构(包括四分、三分和连续螺旋折流板换热器)只能布置在圆柱形空间内的局限，又可避免传统弓形折流板通道中有流动死区、因流动方向不断变化而流动阻力较大、缺口处支撑距离为2倍，易诱导振动和结垢等弊病，而发挥螺旋折流板通道传热系数高、流动阻力小等优点。

2、本发明结构将可以通过设计合理的倾斜角度或螺距，在较小的流动阻力下来实现强化传热。尤其是对于电厂高压给水加热器来说，由于蒸汽冷却段和疏水冷却段都是单相传热过程，壳侧换热系数与流动雷诺数相关，既希望强化传热，又不能造成较大流动阻力。因为过热蒸汽冷却段的阻力大了就会降低凝结段相变温度，使高压给水加热器传热温差减小和使得电厂机组的经济性变差；疏水冷却段则由于其容积流量相对较小却必须走壳侧通道，因而在传统方案中对其强化传热相对比较困难。

3、本发明方案的制造工艺与其他螺旋折流板相比亦较简单，将较困难的倾斜折流板的制造集中到一组圆弧端条状折流板上，而圆缺状折流板采用制造较方便的平板。

附图说明

图1是本发明实施例逆流型螺旋折流板U型管束换热器的示意图；

图2是本发明实施例的上半圆柱形空间螺旋折流板与管束布置的示意图；

图3是本发明实施例的下半圆柱形空间螺旋折流板与管束布置的示意图；

图4是本发明实施例的圆缺状折流板折流板示意图；

图5是本发明实施例的圆弧端条状折流板示意图。

具体实施方式

实施例：

一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器，由U型管束芯体1、带有法兰2-3的壳体2和水室3组成；所述壳体2上靠近法兰2-3一端的上、下半个筒体上分别布置壳侧流体的进口2-1和壳侧流体的出口2-2，所述水室3内分隔成上、下两个空间，所述水室3的封头上分别布置管侧流体的出口3-2和管侧流体的进口3-1；所述U型管束芯体1由U型管束1-1、螺旋折流板组件1-2、管板1-3、拉杆套管组件1-4、纵向分隔板1-5组成；所述纵向分隔板1-5长度方向的一端与管板相接，另一端贴近U型管束弯管段，其宽度方向的两条边上均设有密封条，与壳体2的内壁相接，所述纵向分隔板1-5可将壳体2的内部分隔成上下两个半圆柱形空间，所述上下两个半圆柱形空间在U型管束的弯管端相通；

其特征在于，所述螺旋折流板组件1-2由一组圆缺状折流板1-2-1和一组圆弧端条状折流板1-2-2组成；两组折流板上下排列，且圆缺状折流板1-2-1和圆弧端条状折流板1-2-2间隔排列，圆弧端条状折流板1-2-2的宽度和圆缺状折流板1-2-1的圆缺高均为二分之一折流板投影圆半径减去二分之一纵向分隔板1-5厚度再加上二分之一管排间距，使两者包含一排管子的重叠区；在上半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板1-2-1在上，圆弧端条状折流板1-2-2在下；反之，在下半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板1-2-1在下，圆弧端条状折流板1-2-2在上；所述圆缺状折流板1-2-1为平板，其工作状态的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板1-2-2分成三部分，中部为倾斜段1-2-2-2，其工作状态的板面法线与换热器轴线的夹角为折流板的倾斜角，其表面分布的管孔与板面亦有相同的倾斜角，其左右两端分别为左折平段1-2-2-1和右折平段1-2-2-3，两者的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板1-2-2的三段通过折弯方法形成；倾斜段2-1的投影长度l和倾斜角β以及板厚δ决定了螺旋折流板的螺距p(p＝ltanβ+2δ)；所述螺旋折流板组件1-2由拉杆套管组件1-4与管板1-3连接固定成一体；U型管束1-1每根U型管的两条管腿都分别穿过上下两组螺旋折流板组件1-2和管板1-3的对应管孔；由此可形成逆流型螺旋折流板U型管束换热器中分别围绕上下两个半圆柱形空间布置的螺旋通道。

以壳侧上半圆柱形空间布置为例，如图2，流体从右侧进入并通过由两块圆弧端条状折流板1-2-2形成的倾斜通道后向上折返进入并通过由两块圆缺状折流板1-2-1形成的通道，然后再向下折返进入另一层由两块圆弧端条状折流板1-2-2形成的倾斜通道，由此不断重复循环，使流体实现一种沿盘梯状通道的螺旋流动。

Claims (1)

1.一种逆流型螺旋折流板U型管束换热器，由U型管束芯体(1)、带有法兰(2-3)的壳体(2)和水室(3)组成；所述壳体(2)上靠近法兰(2-3)一端的上、下半个筒体上分别布置壳侧流体的进口(2-1)和壳侧流体的出口(2-2)，所述水室(3)内分隔成上、下两个空间，所述水室(3)的封头上分别布置管侧流体的出口(3-2)和管侧流体的进口(3-1)；所述U型管束芯体(1)由U型管束(1-1)、螺旋折流板组件(1-2)、管板(1-3)、拉杆套管组件(1-4)、纵向分隔板(1-5)组成；所述纵向分隔板(1-5)长度方向的一端与管板相接，另一端贴近U型管束弯管段，其宽度方向的两条边上均设有密封条，与壳体(2)的内壁相接，所述纵向分隔板(1-5)可将壳体(2)的内部分隔成上下两个半圆柱形空间，所述上下两个半圆柱形空间在U型管束的弯管端相通；

其特征在于，所述螺旋折流板组件(1-2)由一组圆缺状折流板(1-2-1)和一组圆弧端条状折流板(1-2-2)组成；两组折流板上下排列，且圆缺状折流板(1-2-1)和圆弧端条状折流板(1-2-2)间隔排列，圆弧端条状折流板(1-2-2)的宽度和圆缺状折流板(1-2-1)的圆缺高均为二分之一折流板投影圆半径减去二分之一纵向分隔板(1-5)厚度再加上二分之一管排间距，使两者包含一排管子的重叠区；在上半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板(1-2-1)在上，圆弧端条状折流板(1-2-2)在下；反之，在下半圆柱形空间布置时，圆缺状折流板(1-2-1)在下，圆弧端条状折流板(1-2-2)在上；所述圆缺状折流板(1-2-1)为平板，其工作状态的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板(1-2-2)分成三部分，中部为倾斜段(1-2-2-2)，其工作状态的板面法线与换热器轴线的夹角为折流板的倾斜角，其表面分布的管孔与板面亦有相同的倾斜角，其左右两端分别为左折平段(1-2-2-1)和右折平段(1-2-2-3)，两者的板面垂直于换热器的轴线，其表面分布的管孔均与板面垂直；所述圆弧端条状折流板(1-2-2)的三段通过折弯方法形成；所述螺旋折流板组件(1-2)由拉杆套管组件(1-4)与管板(1-3)连接固定成一体；U型管束(1-1)每根U型管的两条管腿都分别穿过上下两组螺旋折流板组件(1-2)和管板(1-3)的对应管孔；由此可形成逆流型螺旋折流板U型管束换热器中分别围绕上下两个半圆柱形空间布置的螺旋通道。