本發(fā)明涉及換熱器，尤其涉及一種管殼式換熱器封頭及管殼式換熱器。

背景技術(shù)：

1、換熱器是工業(yè)熱力過程的關(guān)鍵熱交換設(shè)備，其中管殼式換熱器由于其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、造價低、流通截面較寬、易于清洗水垢的特點(diǎn)被廣泛用于能源、石油、化工、冶金和航空航天等多種工業(yè)領(lǐng)域。

2、管殼式換熱器內(nèi)分為管側(cè)和殼側(cè)兩部分，其中封頭結(jié)構(gòu)對管側(cè)結(jié)構(gòu)的換熱過程有較大影響。不合理的封頭結(jié)構(gòu)可能造成管側(cè)管束間流動不均勻，進(jìn)而使得管殼式換熱器內(nèi)部溫度場分布不均勻和有效換熱面積的降低，造成換熱器的實(shí)際工作效果無法達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)甚至運(yùn)行要求。因此，設(shè)計(jì)合理的管殼式換熱器封頭結(jié)構(gòu)來優(yōu)化改善管側(cè)管束內(nèi)流體的流動特性，一直是管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究方向。

3、研究結(jié)果表明，影響管殼式換熱器性能的一個重要原因在于在封頭內(nèi)流動方向改變的繞流區(qū)域出現(xiàn)大量渦流現(xiàn)象，造成部分流體的滯留，影響換熱器的換熱性能，引起局部阻力損失和流動不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種管殼式換熱器封頭及管殼式換熱器，用于改善封頭內(nèi)繞流區(qū)域的流動分配特性，以達(dá)到改善換熱器內(nèi)局部阻力損失和均勻性的要求。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種管殼式換熱器封頭，所述封頭包括管板、封蓋及隔板，所述封蓋為曲面殼狀結(jié)構(gòu)，其固定設(shè)置于管板上，封蓋和管板圍合形成流動腔，所述管板上間隔設(shè)置有三個安裝孔組，每個安裝孔組均包括多個安裝孔，所述安裝孔用于固定換熱器內(nèi)的管束，所述隔板傾斜設(shè)置于流動腔中，隔板的一端與封蓋內(nèi)壁固定連接，另一端與管板固定連接，所述隔板將流動腔分割為換程腔和單程腔，隔板的傾斜方向朝向相鄰的兩個安裝孔組，且該相鄰的兩個安裝孔組位于換程腔內(nèi)。

4、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述封蓋上設(shè)置有流動口，所述流動口和單程腔連通。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，封蓋為半球形或橢球形殼體結(jié)構(gòu)。

6、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，三個安裝孔組中中間的安裝孔組位于管板的中心位置，兩側(cè)的安裝孔組相對于中間的安裝孔組對稱設(shè)置。

7、作為一些實(shí)施方式，所述隔板為直板狀，隔板的下端與相鄰兩個安裝孔組之間的管板固定連接，隔板的上端與封蓋內(nèi)壁中心處固定連接。

8、作為另一些實(shí)施方式，所述隔板為弧形板狀結(jié)構(gòu)，隔板的下端與相鄰兩個安裝孔組之間的管板固定連接，隔板在封蓋中心對稱面上的投影為正弦函數(shù)曲線的四分之一周期段，隔板的上端在封蓋頂部與封蓋的投影輪廓相切，隔板的相對弧形方向朝向換程腔。

9、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，在封頭的對稱界面上建立坐標(biāo)系，其中封蓋內(nèi)高度為l，隔板底端距離封頭中心的距離為d，則隔板在封蓋中心對稱面上的投影曲線可以表示為：x表示隔板底端在封蓋中心對稱面上的水平位置，y表示隔板在封蓋中心對稱面上的高度。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種管殼式換熱器，包括殼體、管束組及第一方面所述的管殼式換熱器封頭，所述管束組在殼體內(nèi)部設(shè)置有三個，管束組有多個管束組成，殼體的兩端分別與封頭固定連接，管束組的兩端分別與管板上的安裝孔組對應(yīng)連接，殼體軸向方向兩端分別設(shè)置有換熱入口和換熱出口。

11、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述封頭還包括環(huán)形端蓋，所述環(huán)形端蓋固定設(shè)置于管板外周側(cè)，且環(huán)形端蓋與殼體開口端固定連接。

12、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

13、(1)隔板的傾斜設(shè)置使得流體流經(jīng)隔板時的沖擊角度有所改變，流體不再直接沖擊到封頭與隔板的交界處，這種傾斜設(shè)置引導(dǎo)流體以更平滑的角度流動，減少了直接沖擊帶來的局部阻力損失。傾斜隔板通過改變流體流動方向，有效減少了這種回流現(xiàn)象，流體在流動腔內(nèi)的路徑被引導(dǎo)得更加順暢，從而減少了滯留區(qū)域，改善了流體分配的均勻性，流體在換程腔內(nèi)流動更加穩(wěn)定，從而提高了換熱器的換熱效率和整體性能。

14、(2)通過將隔板設(shè)置為弧形結(jié)構(gòu)，弧形隔板來對弧形隔板與封頭形成的腔體的管束來流進(jìn)行更有效的導(dǎo)流作用，進(jìn)一步削弱了管束來流對弧形隔板與封頭形成的腔體的直接沖擊以及隔板與封頭交界區(qū)域的回流效應(yīng)，從而使弧形隔板與封頭形成的腔體的局部阻力和流動均勻性有了進(jìn)一步的改善。

15、(3)通過將隔板在封蓋中心對稱面上的投影設(shè)置為正弦函數(shù)曲線的四分之一周期段，隔板的上端在封蓋頂部與封蓋的投影輪廓相切，隔板的相對弧形方向朝向換程腔，這種特定的弧形設(shè)計(jì)，可以引導(dǎo)流體在換熱器內(nèi)以特定的路徑流動，從而提高換熱效率并減少死區(qū)或渦流區(qū)域。正弦函數(shù)曲線的形狀有助于平滑流體的流動路徑，減少流體在流動過程中遇到的阻力，從而降低壓力損失。

技術(shù)特征：

1.一種管殼式換熱器封頭，其特征在于：所述封頭(1)包括管板(11)、封蓋(12)及隔板(13)，所述封蓋(12)為曲面殼狀結(jié)構(gòu)，其固定設(shè)置于管板(11)上，封蓋(12)和管板(11)圍合形成流動腔(q)，所述管板(11)上間隔設(shè)置有三個安裝孔組(110)，每個安裝孔組(110)均包括多個安裝孔(110a)，所述安裝孔(110a)用于固定換熱器內(nèi)的管束(31)，所述隔板(13)傾斜設(shè)置于流動腔(q)中，隔板(13)的一端與封蓋(12)內(nèi)壁固定連接，另一端與管板(11)固定連接，所述隔板(13)將流動腔(q)分割為換程腔(q1)和單程腔(q2)，隔板(13)的傾斜方向朝向相鄰的兩個安裝孔組(110)，且該相鄰的兩個安裝孔組(110)位于換程腔(q1)內(nèi)。

2.如權(quán)利要求1所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：所述封蓋(12)上設(shè)置有流動口(121)，所述流動口(121)和單程腔(q2)連通。

3.如權(quán)利要求2所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：封蓋(12)為半球形或橢球形殼體(2)結(jié)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求3所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：三個安裝孔組(110)中中間的安裝孔組(110)位于管板(11)的中心位置，兩側(cè)的安裝孔組(110)相對于中間的安裝孔組(110)對稱設(shè)置。

5.如權(quán)利要求4所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：所述隔板(13)為傾斜設(shè)置的直板狀，隔板(13)的下端與相鄰兩個安裝孔組(110)之間的管板(11)固定連接，隔板(13)的上端與封蓋(12)內(nèi)壁中心處固定連接。

6.如權(quán)利要求4所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：所述隔板(13)為弧形板狀結(jié)構(gòu)，隔板(13)的下端與相鄰兩個安裝孔組(110)之間的管板(11)固定連接，隔板(13)在封蓋(12)中心對稱面上的投影為正弦函數(shù)曲線的四分之一周期段，隔板(13)的上端在封蓋(12)頂部與封蓋(12)的投影輪廓相切，隔板(13)的相對弧形方向朝向換程腔(q1)。

7.如權(quán)利要求6所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：在封頭(1)的對稱界面上建立坐標(biāo)系，其中封蓋(12)內(nèi)高度為l，隔板(13)底端距離封頭(1)中心的距離為d，則隔板(13)在封蓋(12)中心對稱面上的投影曲線可以表示為：x表示隔板(13)底端在封蓋(12)中心對稱面上的水平位置，y表示隔板(13)在封蓋(12)中心對稱面上的高度。

8.一種管殼式換熱器，包括殼體(2)、管束組(3)及如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的管殼式換熱器封頭，其特征在于：所述管束組(3)在殼體(2)內(nèi)部設(shè)置有三個，管束組(3)有多個管束(3)組成，殼體(2)的兩端分別與封頭(1)固定連接，管束組(3)的兩端分別與管板(11)上的安裝孔組(110)對應(yīng)連接，殼體(2)軸向方向兩端分別設(shè)置有換熱入口(21)和換熱出口(22)。

9.如權(quán)利要求8所述的管殼式換熱器，其特征在于，所述封頭(1)還包括環(huán)形端蓋(14)，所述環(huán)形端蓋(14)固定設(shè)置于管板(11)外周側(cè)，且環(huán)形端蓋(14)與殼體(2)開口端固定連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種管殼式換熱器封頭及管殼式換熱器，封頭包括管板、封蓋及隔板，封蓋為曲面殼狀結(jié)構(gòu)，其固定設(shè)置于管板上，封蓋和管板圍合形成流動腔，管板上間隔設(shè)置有三個安裝孔組，每個安裝孔組均包括多個安裝孔，所述安裝孔用于固定換熱器內(nèi)的管束，隔板傾斜設(shè)置于流動腔中，隔板的一端與封蓋內(nèi)壁固定連接，另一端與管板固定連接，所述隔板將流動腔分割為換程腔和單程腔，隔板的傾斜方向朝向相鄰的兩個安裝孔組，且該相鄰的兩個安裝孔組位于換程腔內(nèi)。通過隔板傾斜設(shè)置，可以在換程腔中通過優(yōu)化流體流動路徑，減少了局部阻力損失和回流現(xiàn)象，改善了流體分配的均勻性，流體在換程腔內(nèi)流動更加穩(wěn)定，從而提高了換熱器的換熱效率和整體性能。

技術(shù)研發(fā)人員：周愛民,陳晨,施紅旗,姜勇,毛旭敏,曹偉,姜國寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團(tuán)有限公司第七一九研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2