CN110567298B - 一种嵌套式螺旋折流板及换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热设备技术领域，涉及一种嵌套式螺旋折流板及换热器，折流板包括内层折流板、外层折流板以及置于内层折流板和外层折流板之间的中间支撑，内层折流板与外层折流板均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板与外层折流板的圆截面半径之比≥1.4：2，内层折流板的螺旋升角≤外层折流板的螺旋升角，中间支撑上均匀开设有若干个外接圆直径≤6mm的旁通孔，内层折流板和外层折流板上均布有供换热管穿过的通孔，且内层折流板的孔间距≥外层螺流板的孔间距，该螺旋折流板不易发生弯曲变形和扭曲变形，能够有效保证冷却介质在换热器壳体中均匀流动，冷却介质流阻稳定不会随运行时间而增加，折流板可以良好支撑换热管。

Description

一种嵌套式螺旋折流板及换热器

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，涉及一种嵌套式螺旋折流板及换热器，尤其涉及一种适用于制冷、石油化工、能源、海水淡化等领域的管壳式换热器，特别涉及换热器内部的一种新型嵌套式螺旋折流板。

背景技术

螺旋折流板是一种具有引流作用的换热器功能构件，其广泛应运于多种管壳式换热器。目前性价比较高的一种管壳式换热器为单板固定形式，该类管壳式换热器主要包括以下几个部分：一端固定连接有管板的换热器壳体、壳体内的螺旋圆状折流板、穿插在折流板的U型换热管束、壳体进出水管、冷媒进出管等。换热器工作时，冷却介质从与壳体进水管进入壳管，在螺旋折流板的导流作用下，沿折流板流动，冲刷换热管并与换热管中的冷媒进行换热，最终从壳体另一侧出水管流出。整个运行过程中，冷却介质流体不断冲刷挤压折流板和换热管，同时换热管受力后挤压折流板，综合作用导致折流板发生弯曲和扭曲变形，直接增加热器冷却介质流动阻力，并恶化换热管与管板之间的联接，使得换热管靠近管板处位置存在断管的风险。与此同时，在离心力的作用下，换热器轴线附近的冷却介质的流速较慢，会影响换热效果。此外，现有结构多通过直接在折流板之间中增加支撑(如定距管和拉杆等)来减小上述风险，这种方式增加成本、影响换热并且装配不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有冷却介质冲刷换热管和折流板，换热管受力后会挤压折流板，折流板挤压变形导致换热器换热效率低的问题，提供一种嵌套式螺旋折流板及换热器，该螺旋折流板能够减小这种不利影响，不易发生弯曲变形和扭曲变形，能够有效保证冷却介质在换热器壳体中均匀流动，冷却介质运行过程中流阻稳定不增加，折流板可以良好支撑换热管。

为达到上述目的，本发明提供一种嵌套式螺旋折流板，包括内层折流板、外层折流板以及置于内层折流板和外层折流板之间的中间支撑，内层折流板与外层折流板均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板的螺旋升角≤外层折流板的螺旋升角。

本基础方案的有益效果在于：该折流板为三层嵌套分布结构，内层折流板和外层折流板固定在中间支撑内外两侧，形成两个独立的流道。并且内层折流板与外层折流板均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板与外层折流板的圆截面半径之比≥1.4：2，上述结构的螺旋折流板可以在容器起始位置将冷却介质分为两个相对独立流动区域，内、外层螺旋圆环折流板的螺旋方向相反使得两个冷却介质独立流动区域内介质具有相反的流向，冷却介质冲刷同一轴向截面位置的换热管时形成的反向的冲刷力方向和反向的扭矩，达到减小整体扭转力的目的。

内层折流板的螺旋升角≤外层折流板的螺旋升角，内层折流板与外层折流板的圆截面半径之比≥1.4：2，这样可以保证两个独立流动区域的流道面积相近，进而促进冷却介质流动均匀稳定。与此同时，中间支撑有效减少折流板的悬臂长度，提高了其抗弯变形能力，有效减小冷却介质冲刷外侧折流板造成的外边沿变形。

进一步，中间支撑上均匀开设有若干个外接圆直径≤6mm的旁通孔。有益效果：中间支撑上均匀开设数目不低于1个且外接圆直径不超过6mm的旁通孔，可以有效的避免内外流道的冷却介质压力差异引起的流动不畅和内外螺旋折流板间中间支撑的变形，进而更好保证冷却介质在均匀流动。

嵌套式螺旋折流板的内层折流板和外层折流板上均布有供换热管穿过的通孔，且内层折流板的孔间距≥外层折流板的孔间距。通孔可以有效穿插换热管，内层折流板较大的孔间距可以减小轴线附近冷却介质较低流速处的水阻，减少冷却介质流动过程中死区的存在。

进一步，中间支撑呈圆环状且内外圆环端面上固定安装有便于内层折流板和外层折流板安装的台阶，台阶的高度≥8mm，台阶为圆形状或者半圆形状。有益效果：嵌套式螺旋折流板的内外螺旋折流板间中间支撑的圆环端面采用局部台阶结构，台阶的高度不低于8mm。圆环结构能够容纳连接管板的拉杆，进而达到固定所有折流板的作用；台阶结构有利于保证相邻两个折流板的同轴度，方便安装；局部台阶能够有效避免错位安装。

进一步，内层折流板、外层折流板均可变形为圆心角180°的扇形折流板。有益效果：拼接的扇形折流板加工成型工序简单，组装方便快捷。

进一步，内层折流板、外层折流板相拼接的两个自由端分别设置有相互搭接的唇边面，其中一个唇边面上开设有固定孔，另一个唇边面上开设有与固定孔相匹配的固定销。有益效果：通过唇边面相互搭接的内层折流板和外层折流板连接性好，密封性好；通过固定销和固定孔的配合使得折流板的连接更方便，同时也增加了稳固性。

进一步，中间支撑圆周方向上固定安装开设有内孔的圆环柱，内层折流板的中部也固定安装有圆环柱，圆环柱的上部呈凸起状，圆环柱的下部呈凹槽状，凸起与凹槽的配合实现相邻中间支撑的可拆卸连接。有益效果：相邻圆环柱上的凸起与凹槽卡接，能够实现多个上述嵌套式螺旋折流板的任意拼接，适应不同长度的换热器。

一种换热器，包括置于换热器壳体内部的若干个换热管和相互卡接装配在换热管内的多个上述嵌套式螺旋折流板，换热管的端部固定安装有与换热管固定连接的管板，圆环柱状内孔内穿设有拉杆，拉杆穿过圆环柱状内孔后与管板固定连接，换热器壳体两侧分别连接有进水管和出水管。

本基础方案的有益效果在于：换热管通过胀管工艺与管板固定连接。拉杆穿过嵌套式螺旋折流板中圆环柱状结构内孔后与管板固定连接，拉杆对折流板起到轴向定位的作用。换热管和折流板位于管壳式换热器的壳体内部。管壳式换热器工作，冷却介质从壳体上的进水管进入换热器壳体内部，在嵌套式螺旋折流板的作用下，冷却介质从在换热器壳体内部靠近管板的起始位置分为两个相对独立的介质流，在螺旋方向相反的内、外层螺旋圆环折流板导流作用下，外部介质流动方向为逆时针，内部介质流的流动方向为顺时针，冷却介质与换热管进行换热后在换热器远离管板侧的壳体出水管流出。

进一步，换热管为U型管或者直管。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的嵌套式螺旋折流板，可以减小冷却介质冲刷换热管和折流板带来的不利影响，具有以下显著优点：嵌套式螺旋折流板不易发生弯曲变形和扭曲变形，能够有效保证冷却介质在壳体中流动均匀，运行过程中流阻稳定不增加，折流板可以良好支撑换热管。

2、本发明所公开的换热器，以同一轴向截面位置的换热管为研究对象时，内部冷却介质冲刷换热管形成逆时针的扭转力，外部冷却介质冲刷换热管形成顺时针的扭转力，换热管挤压折流板后两个相反的扭转力作用点转移到同一块折流板进行抵消，最终表现在整个折流板的扭矩接近0。以同一轴向截面位置的折流板为研究对象时，冷却介质对折流板存在类似的可抵消扭转力。因此，管壳式换热器采用本发明所述的嵌套式螺旋折流板后，其工作时折流板和换热管不会发生扭曲变形，流道稳定不变化，冷却介质流动均匀，可靠性高。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明嵌套式螺旋折流板的结构示意图；

图2为本发明嵌套式螺旋折流板的俯视图；

图3为图2沿A-A方向的剖视图；

图4(a)为本发明多个嵌套式螺旋折流板中外层折流板的左视图；

图4(b)为本发明多个嵌套式螺旋折流板中外层折流板的主视图；

图4(c)为本发明多个嵌套式螺旋折流板中内层折流板的左视图；

图4(d)为本发明多个嵌套式螺旋折流板中内层折流板的主视图；

图5为本发明管壳式换热器结构示意图；

图6为本发明嵌套式180°螺旋扇形折流板的结构示意图。

附图标记：中间支撑1、内层折流板2、外层折流板3、管板4、进水管5、拉杆6、换热管7、壳体8、出水管9、圆环柱10。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～3所示的一种嵌套式螺旋折流板，包括内层折流板2、外层折流板3以及置于内层折流板2和外层折流板3之间的中间支撑1，内层折流板2与外层折流板3均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板2与外层折流板3的圆截面半径之比≥1.4：2，内层折流板2的螺旋升角≤外层折流板3的螺旋升角，中间支撑1上均匀开设有若干个外接圆直径≤6mm的旁通孔，内层折流板2和外层折流板3上均布有供换热管7穿过的通孔，且内层折流板2的孔间距≥外层螺流板的孔间距。中间支撑1呈圆环状且内外圆环端面上固定安装有便于内层折流板2和外层折流板3安装的台阶，台阶的高度≥8mm，台阶为圆形状或者半圆形状，台阶的大小与对应折流板的大小相匹配。嵌套式螺旋折流板的内外螺旋折流板间中间支撑1的圆环端面采用局部台阶结构，台阶的高度不低于8mm。圆环结构能够容纳连接管板4的拉杆6，进而达到固定所有折流板的作用；台阶结构有利于保证相邻两个折流板的同轴度，方便安装；局部台阶能够有效避免错位安装。

内层折流板2、外层折流板3均可变形为圆心角180°的如图6所示的扇形折流板拼接而成。拼接的扇形折流板加工成型工序简单，组装方便快捷。内层折流板2和外层折流板3的两个自由端分别设置有相互搭接的唇边面，其中一个唇边面上开设有固定孔，另一个唇边面上开设有与固定孔相匹配的固定销。通过唇边面相互搭接的折流板连接性好，密封性好；通过固定销和固定孔的配合使得折流板的连接更方便，同时也增加了稳固性。

该折流板为三层嵌套分布结构，内层折流板2和外层折流板3一体成型固定安装在中间支撑1内外两侧，形成两个独立的流道。并且内层折流板2与外层折流板3均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板2与外层折流板3的圆截面半径之比≥1.4：2，上述结构的螺旋折流板可以在容器起始位置将冷却介质分为两个相对独立流动区域，内、外层螺旋圆环折流板的螺旋方向相反使得两个冷却介质独立流动区域内介质具有相反的流向，冷却介质冲刷同一轴向截面位置的换热管7时形成的反向的冲刷力方向和反向的扭矩，达到减小整体扭转力的目的。

内层折流板2的螺旋升角≤外层折流板3的螺旋升角，内层折流板与外层折流板的圆截面半径之比≥1.4：2，这样可以保证两个独立流动区域的流道面积相近，进而促进冷却介质流动均匀稳定。与此同时，中间支撑1有效减少折流板的悬臂长度，提高了其抗弯变形能力，有效减小冷却介质冲刷外侧折流板造成的外边沿变形。

中间支撑1上均匀开设数目不低于1个且外接圆直径不超过6mm的旁通孔，可以有效的避免内外流道的冷却介质压力差异引起的流动不畅和内外螺旋折流板间中间支撑1的变形，进而更好保证冷却介质在均匀流动。

嵌套式螺旋折流板的内层螺旋圆环折流板和外层螺旋圆环折流板轴线方向开有通孔，且内层螺旋圆环折流板的孔间距不低于外层螺旋圆环折流板的孔间距。通孔可以有效穿插换热管7，内层折流板2较大的孔间距可以减小轴线附近冷却介质较低流速处的水阻，减少冷却介质死区的存在。

如图4～5所示的一种换热器，包括置于换热器壳体8内部的若干个换热管7和相互卡接装配在换热管7内的多个上述嵌套式螺旋折流板，换热管7的形状为U型。内层折流板2的中部固定安装有圆环柱10，圆环柱10的上部呈凸起状，圆环柱10的下部呈凹槽状，凸起与凹槽的配合实现相邻中间支撑1的可拆卸连接。相邻圆环柱10上的凸起与凹槽卡接，能够实现多个上述嵌套式螺旋折流板的任意拼接，适应不同长度的换热器。换热管7的端部固定安装有与换热管7固定连接的管板4，中间支撑1圆周方向上固定安装开设有内孔的圆环柱，圆环柱状内孔内穿设有拉杆6，拉杆6穿过圆环柱状内孔后与管板4螺纹连接，换热器壳体8两侧分别连接有进水管5和出水管9。

换热管7通过胀管工艺与管板4固定连接。拉杆6穿过嵌套式螺旋折流板中圆环柱状结构内孔后与管板4螺纹连接，拉杆6对折流板起到轴向定位的作用。换热管7和折流板位于管壳式换热器的壳体8内部。管壳式换热器工作，冷却介质从壳体8上的进水管5进入换热器壳体8内部，在嵌套式螺旋折流板的作用下，冷却介质从在换热器壳体8内部靠近管板4的起始位置分为两个相对独立的介质流，在螺旋方向相反的内、外层螺旋圆环折流板导流作用下，外部介质流动方向为逆时针，内部介质流的流动方向为顺时针，冷却介质与换热管7进行换热后在换热器远离管板4侧的壳体8出水管9流出。

该换热器，以同一轴向截面位置的换热管7为研究对象时，内部冷却介质冲刷换热管7形成逆时针的扭转力，外部冷却介质冲刷换热管7形成顺时针的扭转力，换热管7挤压折流板后两个相反的扭转力作用点转移到同一块折流板进行抵消，最终表现在整个折流板的扭矩接近0。以同一轴向截面位置的换热管7为研究对象时，冷却介质对折流板的存在类似的可抵消扭转力。因此，管壳式换热器采用本发明所述的嵌套式螺旋折流板后，其工作时折流板和换热管7不会发生扭曲变形，流道稳定不变化，冷却介质流动均匀，可靠性高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种嵌套式螺旋折流板，其特征在于，包括内层折流板、外层折流板以及置于内层折流板和外层折流板之间的中间支撑，内层折流板与外层折流板均呈螺旋圆环状且螺旋方向相反，内层折流板的螺旋升角≤外层折流板的螺旋升角；内层折流板与外层折流板的圆截面半径之比≥1.4：2，中间支撑上均匀开设有若干个外接圆直径≤6mm的旁通孔，内层折流板和外层折流板上均布有供换热管穿过的通孔，且内层折流板的孔间距≥外层折流板的孔间距。

2.如权利要求1所述的嵌套式螺旋折流板，其特征在于，所述中间支撑呈圆环状且内外圆环端面上固定安装有便于内层折流板和外层折流板安装的台阶，台阶的高度≥8mm，台阶为圆形状或者半圆形状。

3.如权利要求1所述的嵌套式螺旋折流板，其特征在于，所述内层折流板、外层折流板均可变形为圆心角180°的扇形折流板。

4.如权利要求1所述的嵌套式螺旋折流板，其特征在于，所述内层折流板、外层折流板相拼接的两个自由端分别设置有相互搭接的唇边面，其中一个唇边面上开设有固定孔，另一个唇边面上开设有与固定孔相匹配的固定销。

5.如权利要求2~4任一所述的嵌套式螺旋折流板，其特征在于，所述中间支撑圆周方向上固定安装开设有内孔的圆环柱，所述内层折流板的中部也固定安装有圆环柱，圆环柱的上部呈凸起状，圆环柱的下部呈凹槽状，凸起与凹槽的配合实现相邻中间支撑的可拆卸连接。

6.一种换热器，其特征在于，包括置于换热器壳体内部的若干个换热管和相互卡接装配在换热管内的多个如权利要求5所述的嵌套式螺旋折流板，换热管的端部固定安装有与换热管固定连接的管板，圆环柱状内孔内穿设有拉杆，拉杆穿过圆环柱状内孔后与管板固定连接，换热器壳体两侧分别连接有进水管和出水管。

7.如权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述换热管为U型管或者直管。

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