CN201867119U - 一种螺旋折流板换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺旋折流板换热器。所述螺旋折流板换热器，包括管板，壳体及壳体内环形挡板，换热管束和螺旋折流板。换热管束穿过螺旋折流板固定在管板上，折流板为连续螺旋折流板，螺旋折流板从其一端开始至壳体中心处，其螺旋曲面的投影圆半径r逐渐递减，并在壳体中心处减至最小，同时在壳体中心横截面处的壳壁内侧设置一环形挡板。通过壳程的流体在变化的螺旋通道内做变螺旋运动，流经壳体中心环形挡板位置处时，形成一股类文丘里效应的缩脉流，流体在此处重新获得较高的流速，高速螺旋流能够提高流体在换热器壳体内的湍动强度，大幅提高壳程传热系数，从而达到强化传热的目的。

Description

一种螺旋折流板换热器

技术领域

本实用新型涉及一种管壳式换热设备，特别涉及一种螺旋折流板换热器。

背景技术

换热器是一种广泛应用于石油、化工、冶金、能源等领域的通用热交换设备。在众多形式的换热器中，管壳式换热器是应用最为广泛的一种。而目前所使用的管壳式换热器多采用弓形折流板结构，即壳程流体的流动形式为“Z”字型折返流。这种流动形式在折流板与壳壁相接处附近，存在流动滞止区，导致该区换热系数低，且容易积垢；同时，折返流动在折流板缺口边缘处会发生流动分离，导致壳程压力降过大，而且流体在两块折流板之间横向冲刷管束，也容易引起换热管振动，减少换热器的使用寿命。

近年来人们开发了一些新型管壳式换热器，其中，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，如于2009年4月8日公布的申请号为200810195216.2的中国专利；另一类是采用连续螺旋曲面的连续螺旋折流板换热器，如于2007年8月22日公布的申请号为200710017478.5的中国专利。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。流动接近纵向塞流，有效的减少流动死区，减小了管子的振动和流动压降，提高了换热效率，目前已广泛的应用在化工炼油等诸多场合。

然而，流体流动在接近螺旋折流板换热器壳体内表面位置处时，由于与理想的螺旋运动有偏差，并没有出现理想化的速度分布，另外，由于此处流速相应较低，存在缓慢流动区，故传热效果不理想。而接近壳体内表面位置处是螺旋折流板换热器强化传热的关键部位，此处的传热管根数较多，所占的换热面积比例较大，应该强化流体近壳程内壁附近的流场流速或湍动程度以便进一步强化传热。因此，有必要在壳程流体做螺旋运动的同时，混合一种其他的流动从而改变宏观流场以达到加强流体湍动程度的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种壳体中间带有环形挡板的螺旋折流板换热器。它可以改善壳程流体的流动状况，加大流体的湍动程度，从而提高壳程传热系数。

本实用新型采用的技术方案是：

一种螺旋折流板换热器，包括管板，壳体及壳体内环形挡板，换热管束和螺旋折流板，换热管束穿过螺旋折流板固定在管板上，折流板为连续螺旋折流板，其特征是：螺旋折流板从其一端开始至壳体中心处，其螺旋曲面的投影圆半径r逐渐递减，在壳体中心处减至最小r_min，壳体半径为R，壳体中心横截面处的壳壁内侧设置一环形挡板，该挡板外环半径r₁＝R，内环半径r₂＝r_min，螺旋折流板以环形挡板为轴，两侧螺旋曲面的投影圆半径r及螺旋角Φ对称分布。

所述的螺旋折流板换热器，0.1R＜r≤R，0.1R＜r_min＜r。

所述螺旋折流板可以为等距螺旋或变距螺旋。

所述的螺旋折流板换热器，螺旋角Φ取值范围：5°≤Φ≤50°。

所述连续螺旋可以为左手螺旋也可以为右手螺旋。

所述的螺旋折流板换热器，当所述螺旋折流板为变距螺旋时，螺旋角按流体流向依次变大或依次变小或交错变换。

本实用新型所述螺旋折流板换热器，壳体内的流体在变化的螺旋通道内做变线螺旋运动，在流体流经壳体中心环形挡板位置处时，形成一股类文丘里效应的缩脉流，流体在此处重新获得较高的流速，高速螺旋流能够提高流体在换热器壳体内的湍动强度，大幅提高壳程传热系数，从而达到强化传热的目的。

本实用新型的有益效果：

(1)壳程传热系数大幅提高。本实用新型引入了缩脉流与变线螺旋流，有效地强化壳体中心与壳体壁面附近流体的对流混合，改善了流体的流动状态，流体湍动程度提高，极大的提高了壳程的传热系数。

(2)能有效防止振动损坏，有利于设备的大型化。由于连续的螺旋支撑，减少了管束跨距，提高了管子的固有频率，避开了流体的激振频率，从而消除了产生共振的可能性，避免了振动引起的破坏，延长了设备运行寿命，降低了设备维修费用。

(3)能减少污垢沉积。高速运转的变线螺旋缩脉流，有助于减少壳壁与折流板上的污垢沉积，延长清洗周期，减少相应的检修、清洗费用。使换热器处于高效状态运行，达到节能目的。

附图说明

图1为本实用新型螺旋折流板换热器右视基准面剖面结构示意图。

图2为本实用新型螺旋折流板换热器内部结构示意图。

图3为本实用新型螺旋折流板换热器内部螺旋折流板结构示意图。

图4为本实用新型螺旋折流板换热器内部螺旋折流板左视结构示意图。

具体实施方案

下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

如图1所示，一种新型螺旋折流板换热器，包括管板1，壳体2及壳体内环形挡板3，换热管束4和螺旋折流板5。换热管束4由多根换热管组成，图1只画出代表性的几根。螺旋折流板5为连续螺旋折流板，换热管束4穿过螺旋折流板5固定在管板1上。螺旋折流板5呈等间距布置。如图4所示，本实施例中螺旋角为Φ＝10°，壳体半径为R，螺旋折流板5从其一端开始至壳体2中心处，其螺旋曲面的投影圆半径r逐渐递减，在壳体中心处减至最小r_min＝0.5R。如图3所示，在壳体2中心横截面处的壳壁内侧设置一环形挡板3，在环形挡板3的两侧，螺旋折流板5的螺旋曲面的投影圆半径r及螺旋角Φ对称分布。流体在壳体中与换热管束4进行热交换。流体在壳体内做螺旋运动，在流体流经壳体中心环形挡板3位置处时，形成一股类文丘里效应的缩脉流，流体在此处重新获得较高的流速，高速螺旋流能够提高流体在换热器壳体内的湍动强度，大幅提高壳程传热系数。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例的螺旋折流板5呈变距螺旋布置，螺旋角Φ按流体流向分别为5°，7°，10°，15°和15°，10°，7°，5°。变距螺旋布置能够进一步优化流体的宏观流动状态，消除稳定的等距螺旋流，有助于提高壳程流体和换热管外壁的对流传热系数；同时，变距螺旋流动能够避免管束形成单一振荡频率，减少换热管束产生共振的可能性。

Claims (6)

1.一种螺旋折流板换热器，包括管板，壳体及壳体内环形挡板，换热管束和螺旋折流板，换热管束穿过螺旋折流板固定在管板上，折流板为连续螺旋折流板，其特征是：螺旋折流板从其一端开始至壳体中心处，其螺旋曲面的投影圆半径r逐渐递减，在壳体中心处减至最小r_min，壳体半径为R，壳体中心横截面处的壳壁内侧设置一环形挡板，该挡板外环半径r₁＝R，内环半径r₂＝r_min，螺旋折流板以环形挡板为轴，两侧螺旋曲面的投影圆半径r及螺旋角Φ对称分布。

2.如权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于，0.1R＜r≤R，0.1R＜r_min＜r。

3.如权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于，所述螺旋折流板可以为等距螺旋或变距螺旋。

4.如权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于，所述螺旋角Φ取值范围：5°≤Φ≤50°。

5.如权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于，所述续螺旋可以为左手螺旋也可以为右手螺旋。

6.如权利要求3所述的螺旋折流板换热器，其特征在于，当所述螺旋折流板为变距螺旋时，螺旋折流板螺旋角按流体流向依次变大或依次变小或交错变换。

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