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一種三維折流板及管殼式換熱器的制作方法

文檔序號(hào):11675486閱讀:412來源:國(guó)知局
一種三維折流板及管殼式換熱器的制造方法與工藝

本發(fā)明涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種三維折流板及管殼式換熱器。



背景技術(shù):

管殼式換熱器又稱為列管式換熱器或者列管式冷凝器,其適用于化工、石油、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、焦化等行業(yè)中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”熱交換的對(duì)流傳熱,以及蒸汽冷凝和液體蒸發(fā)等換熱冷凝流程,是應(yīng)用最為廣泛的熱交換器。

管殼式換熱器一般由管束、殼體、管箱、外頭蓋等主要構(gòu)件構(gòu)成,管束是列管式換熱器的核心,管束通常由換熱管、折流板(或者稱為支持板)和管板組成,成排的換熱管通過折流板支持,其兩端穿進(jìn)管板的管孔中與管板相連接,在保證換熱管與管板的接頭的密封性和強(qiáng)度的情況下,即可成為一臺(tái)管束,管束再與殼體、管箱組成完整的換熱器。其中,換熱管作為導(dǎo)熱元件,與折流板一起決定列管式換熱器的傳熱性能,管箱與殼體則決定列管式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。這種管殼式換熱器的制造工藝成熟,安全性能高,是在換熱設(shè)備中關(guān)鍵的能耗設(shè)備。

傳統(tǒng)技術(shù)中,普通使用在管束的折流板的結(jié)構(gòu)一般為弓形折流板,或者在弓形折流板的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的圓缺阻液形折流板、環(huán)盤形折流板、孔式折流板、折流桿等,這些折流板結(jié)構(gòu)或多或少都存在如下不足之處:(1)由于殼程流體多次改變流動(dòng)方向,容易在折流板邊緣處產(chǎn)生流體分離,從而增大流動(dòng)阻力;(2)弓形折流板與殼體間之間存在著流動(dòng)滯止死區(qū),不僅導(dǎo)致傳熱效率降低,而且滯止死區(qū)的流體容易在殼側(cè)結(jié)垢;(3)對(duì)于圓缺阻液形折流板,由于圓缺區(qū)中流體呈平行于換熱管的管軸方向流動(dòng),致使傳熱性能下降;(4)對(duì)于環(huán)盤形折流板,殼程流體經(jīng)折流板的多次折流會(huì)產(chǎn)生叉流流動(dòng),進(jìn)而將減少傳熱的平均溫差;(5)當(dāng)殼程的進(jìn)、出口管距管板較遠(yuǎn)時(shí),流動(dòng)停止區(qū)會(huì)變大,需增設(shè)導(dǎo)流筒,還得增加換熱管的有效長(zhǎng)度;(6)對(duì)于折流桿換熱器,其在高粘度的介質(zhì)中很難形成有效的卡門旋渦,進(jìn)而達(dá)不到高傳熱效率的要求。

針對(duì)傳統(tǒng)的折流板存在的問題,人們采取的對(duì)策是徹底拋棄弓形折流板,采用螺旋扁管自我支持換熱管,或采用纏繞管自我支持換熱管,或把二維折流板拼成螺旋折流板支持換熱管等,這些改進(jìn)結(jié)構(gòu)的折流板在解決上述部分問題的同時(shí),也帶來了使用條件的局限性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、不易清洗和維修、成本高等新的問題。另外,隨著石油化工裝置的規(guī)模化發(fā)展和節(jié)能技術(shù)指標(biāo)的完善,殼管式換熱器適用的公稱直徑從2600mm擴(kuò)大到4000mm,結(jié)構(gòu)尺寸的放大設(shè)計(jì)并不會(huì)天然地帶來線性比例增大的工藝效果,反而會(huì)放大原有的缺點(diǎn),例如,在大公稱直徑的殼管式換熱器中,現(xiàn)有的折流板結(jié)構(gòu)(包括傳統(tǒng)的折流板和改進(jìn)后的已有的折流板),其中一部分本身不適用于大公稱直徑的殼管式換熱器,其中另一部分使得本身存在的上述問題更加突出和嚴(yán)重。因此,針對(duì)上述諸多問題和缺陷,研發(fā)一種具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)技術(shù)可靠、制造工藝成熟、結(jié)構(gòu)成本低的折流板和殼管式換熱器,其能夠提高有效換熱面積和換熱效率,對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的工程意義。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的之一是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題,提供一種能夠消除流動(dòng)滯止死區(qū)、避免殼側(cè)流體結(jié)垢、加速熱交換的三維折流板。

本發(fā)明的目的之二是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題,提供一種能夠有效提高有效換熱面積和換熱效率的殼管式換熱器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的之一,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:

提供一種三維折流板,其安裝于圓筒形的殼體內(nèi),三維折流板包括折流板主體和折邊輔體,所述折邊輔體的一側(cè)與所述折流板主體連接,所述折邊輔體的另一側(cè)為流通缺口面,所述流通缺口面與所述殼體的內(nèi)壁圍成供流體流過的流通缺口,所述折流板主體與所述折邊輔體之間的夾角為a,90°<a<180°,所述折流板主體連接于所述殼體的內(nèi)壁。

其中,所述折邊輔體與所述折流板主體的連接處為圓弧過渡。

其中,所述折邊輔體與所述折流板主體為一體成型。

其中,所述折邊輔體與所述折流板主體的連接處為尖角過渡。

其中,所述折流板主體與所述殼體的內(nèi)壁之間的夾角為b,90°≤b≤135°。

其中,所述折邊輔體包括第一折邊和第二折邊,所述第一折邊的一側(cè)與所述折流板主體固接,所述第一折邊的另一側(cè)與所述第二折邊的一側(cè)固接,所述第二折邊的另一側(cè)為所述流通缺口面,所述第一折邊與所述第二折邊之間的夾角為c,135°≤c<180°。

其中,所述流通缺口面為平面或者為圓弧面。

其中,所述流通缺口面為具有開口凹槽的齒形面,所述齒形面的每個(gè)齒頂沿垂直于所述齒形面的方向延伸有加長(zhǎng)條。

其中,所述加長(zhǎng)條固接有與其垂直的折流桿。

為實(shí)現(xiàn)上述目的之二,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:

提供一種管殼式換熱器,包括圓筒形的殼體和安裝于所述殼體內(nèi)的折流板,其特征是:所述折流板為上述的一種三維折流板。

本發(fā)明的有益效果:

本發(fā)明的三維折流板,其結(jié)構(gòu)包括折流板主體和折邊輔體,折流板主體與折邊輔體之間的夾角為a,90°<a<180°,這樣流體在折邊輔體的導(dǎo)流下不僅能夠充分沖刷到流板主體與殼體之間的拐角處,避免出現(xiàn)低效或者無效的流體滯止死區(qū),改善局部微觀流態(tài),而且能夠使殼程流道形成流通面積反復(fù)縮放循環(huán)的宏觀流態(tài),例如在折流板主體處流通面積擴(kuò)大,在折邊輔體處流通面積縮小,這樣通過流通面積反復(fù)縮不僅放能夠不斷改變流動(dòng)速度,進(jìn)而形成紊流,從而在紊流的干擾下可以使熱交換加速,提高換熱效率,而且動(dòng)態(tài)的縮放流可以沖刷垢層和雜質(zhì),減少殼體的金屬壁的熱阻。

本發(fā)明的管殼式換熱器,其通過采用上述的三維折流板,能夠使得流體形成紊流以加速熱交換,并且能夠沖刷垢層和雜質(zhì)以減少殼體的金屬壁的熱阻,還能夠消除流體滯止死區(qū),進(jìn)而達(dá)到提換熱器的有效換熱面積和換熱效率的目的。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例2的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例3的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為實(shí)施例4的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實(shí)施例5的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為實(shí)施例6的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為實(shí)施例7的一種三維折流板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為三維折流板垂直安裝于殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為三維折流板傾斜安裝于殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為具有兩個(gè)折邊的三維折流板安裝于殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1至圖10中的附圖標(biāo)記:

1-殼體、11-殼程進(jìn)口管、12-殼程出口管;

2-折流板主體;

3-折邊輔體、31-第一折邊、32-第二折邊、33-流通缺口面、34-齒牙、35-加長(zhǎng)條、36-折流桿;

4-管孔;

5-折痕。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

實(shí)施例1的一種三維折流板,如圖1和圖8所示,其安裝于圓筒形的殼體1內(nèi),三維折流板包括折流板主體2和折邊輔體3,折邊輔體3的一側(cè)與折流板主體2連接,折邊輔體3的另一側(cè)為流通缺口面33,流通缺口面33與殼體1的內(nèi)壁圍成供流體流過的流通缺口,折流板主體2與折邊輔體3之間的夾角為a,90°<a<180°,優(yōu)選的,a=135°,這樣流體在折邊輔體3的導(dǎo)流下不僅能夠充分沖刷到流板主體與殼體1之間的拐角處(圖8中的a處和b處),可以避免出現(xiàn)低效或者無效的流體滯止死區(qū),進(jìn)而改善局部微觀流態(tài),而且還能夠使殼程流道形成流通面積反復(fù)縮放循環(huán)的宏觀流態(tài),例如圖8中在折流板主體2處流通面積擴(kuò)大,在折邊輔體3處流通面積縮小,這樣通過流通面積反復(fù)縮不僅放能夠不斷改變流動(dòng)速度,進(jìn)而形成紊流,從而在紊流的干擾下可以使熱交換加速,提高換熱效率,而且動(dòng)態(tài)的縮放流可以沖刷垢層和雜質(zhì),減少殼體1的金屬壁的熱阻。

進(jìn)一步的,折邊輔體3與折流板主體2的材料及厚度可以相同也可以不同。折邊輔體3可利用傳統(tǒng)的弓形折流板為形成流通缺口而剪切掉的板料來制造,這樣可大大節(jié)省材料成本。

如圖1所示,折邊輔體3與折流板主體2的連接處為尖角過渡,這使得連接處為一條明顯的折痕5。折邊輔體3與折流板主體2可以通過角接、對(duì)接或者搭接的方式連接,當(dāng)然,折邊輔體3與折流板主體2還可通過其他部件實(shí)現(xiàn)間隙連接。本實(shí)施例中,折邊輔體3與折流板主體2通過焊接固接,焊接可以是點(diǎn)焊、間斷焊、連續(xù)焊,單面焊或雙面焊之中的任何一種焊接方法。

如圖8和圖9所示,折流板主體2與殼體1的內(nèi)壁之間的夾角為b,90°≤b≤135°,在相鄰兩個(gè)三維折流板之間的間距較小時(shí),折流板主體2垂直安裝于殼體1的內(nèi)壁,b=90°,這樣流體在折邊輔體3的導(dǎo)流下,流體可以充分沖刷到圖8中a處和b處飛拐角,進(jìn)而可避免出現(xiàn)低效或者無效的流動(dòng)死區(qū),但是流體對(duì)沒有折邊輔體3導(dǎo)流的圖8中c處和d處的拐角沖刷力有限,為此,將折流板主體2傾斜安裝于殼體1的內(nèi)壁,如圖9所示,b=135°,其適用于在相鄰兩個(gè)三維折流板之間的間距較大時(shí),這樣流體在折邊輔體3的導(dǎo)流下,流體可以充分沖刷到圖9中a處和b處拐角,還可以沖刷的圖9中c處,但去卻不能充分沖刷圖9中d處的拐角。

如圖10所示,為使流體能夠充分沖刷到折流板主體2與殼體1所形成的所有拐角處,將折邊輔體3設(shè)計(jì)成包括第一折邊31和第二折邊332,第一折邊31的一側(cè)與折流板主體2固接,第一折邊31的另一側(cè)與第二折邊332的一側(cè)固接,第二折邊332的另一側(cè)為流通缺口面33,第一折邊31與第二折邊332之間的夾角為c,135°≤c<180°,優(yōu)選的,c=135°,這樣流體在折邊輔體3的導(dǎo)流下,流體可以充分沖刷到圖10中a處和b處拐角,還可以沖刷的圖10中c處和d處的拐角,進(jìn)而在殼體1內(nèi)可以形成周期性收縮流通面積的流道,提高沖向拐角的流速,提高換熱效率,還可避免出現(xiàn)低效或者無效的流動(dòng)死區(qū)。當(dāng)然,具有雙折邊的折邊輔體3既可包括在同一個(gè)折彎方向的兩次折邊,也包括兩個(gè)折邊朝向相反的方向,即正折邊和反折邊。當(dāng)然,一折邊的三維折流板和二折邊的三維折流板可以同時(shí)安裝于有個(gè)殼體1內(nèi),二折邊的三維折流板多用于靠近殼體1的兩端部。

本實(shí)施例中,折流板主體2和折邊輔體3的管孔4都可為橢圓孔或圓孔,以便于換熱管安裝于三維折流板,并且管孔4均勻排布于折流板主體2和折邊輔體3上。

本實(shí)施例中,如圖1所示,折流板主體2和折邊輔體3都為平面板,流通缺口面33為平面。

如圖8-10所示,本實(shí)施例的三維折流板不僅可以應(yīng)用于管殼式換熱器,也可應(yīng)用于浮頭式換熱器或者固定管板式換熱器,還可應(yīng)用于殼程流體是液體或氣體的換熱器,且特別適用于大直徑、低流速或兩者兼具的管殼式換熱器。當(dāng)殼體1的側(cè)部的殼程進(jìn)口管11和殼程出口管12都距管板較遠(yuǎn)時(shí),采用上述的三維折流板,就不再需要增設(shè)導(dǎo)流筒,即可通過折流輔體引導(dǎo)流體到達(dá)管板的背面,進(jìn)而簡(jiǎn)化了換熱器結(jié)構(gòu)。另外,對(duì)于傳統(tǒng)的換熱器,只需更換其中的管束(管束包括換熱管、折流板和管板),即可達(dá)到增強(qiáng)了換熱器的傳熱效果,進(jìn)而提高換熱效率,這樣使得換熱器的技術(shù)升級(jí)操作簡(jiǎn)便易行,并且成本投入少切節(jié)能效果顯著。

實(shí)施例2

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之二,如圖2所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例1相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例1中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于,折邊輔體3與折流板主體2的連接處為圓弧過渡,這樣折邊輔體3與折流板主體2的連接處沒有明顯的折痕5,并且折邊輔體3與折流板主體2為一體成型,這樣可省去焊接工藝,并且使得整個(gè)三維折流板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)。

實(shí)施例3

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之三,如圖3所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例1相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例1中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于,折流板主體2和折邊輔體3的管孔4呈三角形均勻排布,流通缺口面33為具有開口凹槽的齒形面,換熱管內(nèi)置于開口凹槽內(nèi)。由于齒形面是把管孔4剖成兩部分而形成,齒形面的齒牙34形成換熱管之間的管橋,這樣可有效對(duì)改善原來流動(dòng)死區(qū)的流態(tài),強(qiáng)化換熱效果,但是齒牙34存在尖銳的切邊,當(dāng)換熱管振動(dòng)時(shí)容易被齒牙34切邊磨損穿孔,因此需對(duì)尖銳的切邊修磨圓滑,以保護(hù)換熱管。

實(shí)施例4

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之四,如圖4所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例3相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例3中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于,對(duì)于流通缺口面33要為齒形面的三維折流板,為了避免齒形尖銳的切邊磨損換熱管,可以把齒牙34之間的尺寸適當(dāng)加大,使換熱管不接觸齒牙34的尖銳切邊,以防止換熱管振動(dòng)時(shí)被齒牙34切邊磨損穿孔。

實(shí)施例5

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之四,如圖5所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例4相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例4中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例4的區(qū)別在于,為進(jìn)一步優(yōu)化流通缺口面33要為齒形面的三維折流板,防止換熱管振動(dòng)時(shí)被齒形切邊磨損穿孔,在齒形面的每個(gè)齒頂沿垂直于齒形面的方向延伸有加長(zhǎng)條35,這些加長(zhǎng)條35不僅可以避免齒形尖銳的切邊磨損換熱管,還可進(jìn)一步強(qiáng)化三維折流板的導(dǎo)流功能。

實(shí)施例6

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之四,如圖6所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例5相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例5中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例5的區(qū)別在于,在加長(zhǎng)條35上固接有與其垂直的折流桿36,折流桿36有兩個(gè),且兩個(gè)折流桿36上下平行排布,這樣折邊輔體3采用折流桿36形結(jié)構(gòu)與折流板主體2組合,充分利用各種兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),既強(qiáng)化換熱效果,又提高了抗振效果。

實(shí)施例7

本發(fā)明的一種三維折流板具體實(shí)施方式之四,如圖7所示,本實(shí)施例的主要技術(shù)方案與實(shí)施例3相同,在本實(shí)施例中未解釋的特征,采用實(shí)施例3中的解釋,在此不再進(jìn)行贅述。本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于,流通缺口面33為圓弧面,這樣圓弧面與圓筒形的殼體1的弧形內(nèi)壁之間形成寬度基本一致或符合某種尺寸的流道缺口,這樣可以均衡流通缺口的導(dǎo)流功能,使流態(tài)均勻化。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。

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