一種自支撐式縮放管換熱器及換熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自支撐式縮放管換熱器及換熱方法，殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連，殼程筒體的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒內(nèi)，擴(kuò)大圓筒的直徑大于殼程筒體的直徑且與上管箱、下管箱的最大直徑相配合；殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根漸縮漸擴(kuò)管組成換熱管束，漸縮漸擴(kuò)管沿軸向由收縮段?喉管段?擴(kuò)壓段?直流段管體周期排列形成，漸縮漸擴(kuò)管之間通過直流段接觸實(shí)現(xiàn)自支撐；換熱管束外側(cè)沿?fù)Q熱器高向水平設(shè)置數(shù)個異形支撐環(huán)。本發(fā)明利用漸縮漸擴(kuò)換熱管截面的周期性變化和管體自支撐結(jié)構(gòu)，有效提高換熱器的換熱效率，抑制污垢的生成，減小殼程阻力，此外還具有拆卸方便、設(shè)備占地省、造價低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種自支撐式縮放管換熱器及換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器，尤其涉及一種自支撐式縮放管換熱器及換熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器是回收余熱、廢液，提高熱能利用率的主要設(shè)備，而換熱管和折流板則是換熱器的核心元件。通常采用的直管換熱管和弓形折流板存在換熱效率不高，換熱器內(nèi)污垢嚴(yán)重，殼程壓降大，設(shè)備成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種自支撐式縮放管換熱器及換熱方法，利用漸縮漸擴(kuò)換熱管截面的周期性變化和管體自支撐結(jié)構(gòu)，有效提高換熱器的換熱效率，抑制污垢的生成，減小殼程阻力，此外還具有拆卸方便、設(shè)備占地省、造價低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種自支撐式縮放管換熱器，包括由上管箱、殼程筒體和下管箱依次連接組成的管殼式換熱器，上管箱設(shè)管程介質(zhì)出口，下管箱設(shè)管程介質(zhì)入口，殼程筒體上部一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)入口，下部另一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)出口；所述殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連，殼程筒體的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒內(nèi)，擴(kuò)大圓筒的直徑大于殼程筒體的直徑且與上管箱、下管箱的最大直徑相配合;殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根漸縮漸擴(kuò)管組成換熱管束，漸縮漸擴(kuò)管沿軸向由收縮段-喉管段-擴(kuò)壓段-直流段管體周期排列形成，漸縮漸擴(kuò)管之間通過直流段接觸實(shí)現(xiàn)自支撐;換熱管束外側(cè)沿?fù)Q熱器高向水平設(shè)置數(shù)個異形支撐環(huán)。
[0006]所述漸縮漸擴(kuò)管兩端分別通過光滑直管與上管板、下管板固定連接，光滑直管套裝在漸縮漸擴(kuò)管兩端的喉管段管體上，光滑直管為厚壁管。
[0007]所述漸縮漸擴(kuò)管的各段管體由薄壁直管壓制形成，其中收縮段管體的長度大于擴(kuò)壓段管體的長度。
[0008]所述異形支撐環(huán)由兩個異形支撐環(huán)半環(huán)組成，異形支撐環(huán)的外部輪廓與換熱管束橫斷面外部頂點(diǎn)連線形成的折線形輪廓相適應(yīng)。
[0009]基于一種自支撐式縮放管換熱器的換熱方法，殼程流體從殼程介質(zhì)入口進(jìn)入殼程筒體，經(jīng)過由殼程筒體上端和擴(kuò)大圓筒組成的防沖結(jié)構(gòu)，從自支撐換熱管束的直流段接觸縫隙處射流流出；殼程在喉管段具有最大的流通空間，經(jīng)過漸縮漸擴(kuò)管各管體流通截面的變化強(qiáng)化射流;管程流體從管程介質(zhì)入口進(jìn)入上管箱，在漸縮漸擴(kuò)管內(nèi)經(jīng)過擴(kuò)壓段、直流段、收縮段和喉管段的周期性截面變化，以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱；換熱后，殼程流體從殼程介質(zhì)出口離開，管程流體從管程介質(zhì)出口離開。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]I)漸縮漸擴(kuò)換熱管沿管長方向形成收縮段、喉管段、擴(kuò)壓段和直流段的周期性結(jié)構(gòu)，使流體始終處于方向反復(fù)改變的壓力梯度下流動，在很小的流速下快速達(dá)到湍流，強(qiáng)化傳熱效果；
[0012]2)漸縮漸擴(kuò)管為薄壁管，熱阻減小，可提高換熱系數(shù)；
[0013]3)擴(kuò)壓段使流體急速擴(kuò)張形成漩渦，破壞流動邊界層，減小傳熱阻力，提高了換熱效率，不易形成污垢，實(shí)現(xiàn)自動清理；
[0014]4)由于換熱效率的提高，使換熱面積減小，設(shè)備體積隨之下降，節(jié)省占地面積，并有利于制造成本的大幅降低；
[0015]5)在換熱管束外側(cè)設(shè)有異形支撐環(huán)，其形狀與換熱管束的排布方式相適應(yīng)，有利于固定管熱管束，避免流體將其沖散；
[0016]6)殼程筒體端部設(shè)擴(kuò)大圓筒結(jié)構(gòu)，制成內(nèi)襯筒構(gòu)造，避免殼程流體在進(jìn)出料口處直接沖擊漸縮漸擴(kuò)管，提高換熱面積利用率；
[0017]7)殼程內(nèi)無折流板，有效去除死區(qū)，不易結(jié)垢，減小殼程壓降，提高換熱效率；
[0018]8)漸縮漸擴(kuò)管之間通過線接觸實(shí)現(xiàn)自支撐，省去弓形折流板，安裝更加方便，降低成本；
[0019]9)殼程流體在管外壁經(jīng)過凹凸不平的通道折流，增強(qiáng)流體的湍動程度，破壞了管壁上的流體邊界層，進(jìn)一步提高換熱器的換熱效果。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述自支撐式縮放管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明所述換熱管束的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明所述異形支撐環(huán)半環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明所述換熱管束與異形支撐環(huán)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1.下管箱2.下管箱法蘭3.下管板4.殼程介質(zhì)出口5.殼程筒體6.耳式支座7.殼程介質(zhì)入口 8.管程介質(zhì)出口 9.放散口 10.上管箱11.上管箱法蘭12.上管板13.擴(kuò)大圓筒14.異形支撐環(huán)15.漸縮漸擴(kuò)管16.管程介質(zhì)入口 17.光滑直管18.擴(kuò)壓段
19.直流段20.收縮段21.喉管段
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0026]如圖1所示，本發(fā)明所述一種自支撐式縮放管換熱器，包括由上管箱10、殼程筒體5和下管箱I依次連接組成的管殼式換熱器，上管箱10設(shè)管程介質(zhì)出口 8，下管箱I設(shè)管程介質(zhì)入口 16，殼程筒體5上部一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)入口7，下部另一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)出口4;所述殼程筒體5兩端分別通過擴(kuò)大圓筒13與上管箱10、下管箱I相連，殼程筒體5的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒13內(nèi)，擴(kuò)大圓筒13的直徑大于殼程筒體5的直徑且與上管箱10、下管箱I的最大直徑相配合;殼程筒體5內(nèi)豎直設(shè)置多根漸縮漸擴(kuò)管15組成換熱管束，漸縮漸擴(kuò)管15沿軸向由收縮段20-喉管段21-擴(kuò)壓段18-直流段19管體周期排列形成(如圖2所示)，漸縮漸擴(kuò)管15之間通過直流段19接觸實(shí)現(xiàn)自支撐;換熱管束外側(cè)沿?fù)Q熱器高向水平設(shè)置數(shù)個異形支撐環(huán)14。
[0027]所述漸縮漸擴(kuò)管15兩端分別通過光滑直管17與上管板12、下管板3固定連接，光滑直管17套裝在漸縮漸擴(kuò)管15兩端的喉管段21管體上，光滑直管17為厚壁管。(如圖2所示)
[0028]所述漸縮漸擴(kuò)管15的各段管體由薄壁直管壓制形成，其中收縮段20管體的長度大于擴(kuò)壓段18管體的長度。
[0029]所述異形支撐環(huán)14由兩個異形支撐環(huán)半環(huán)組成，異形支撐環(huán)14的外部輪廓與換熱管束橫斷面外部頂點(diǎn)連線形成的折線形輪廓相適應(yīng)。(如圖3、圖4所示)
[0030]基于一種自支撐式縮放管換熱器的換熱方法，殼程流體從殼程介質(zhì)入口7進(jìn)入殼程筒體5，經(jīng)過由殼程筒體5上端和擴(kuò)大圓筒13組成的防沖結(jié)構(gòu)，從自支撐換熱管束的直流段19接觸縫隙處射流流出；殼程在喉管段21具有最大的流通空間，經(jīng)過漸縮漸擴(kuò)管15各管體流通截面的變化強(qiáng)化射流;管程流體從管程介質(zhì)入口 16進(jìn)入上管箱10，在漸縮漸擴(kuò)管15內(nèi)經(jīng)過擴(kuò)壓段18、直流段19、收縮段20和喉管段21的周期性截面變化，以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱;換熱后，殼程流體從殼程介質(zhì)出口 4離開，管程流體從管程介質(zhì)出口 8離開。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明所述一種自支撐式縮放管換熱器中，下管箱I和下管箱法蘭2相連，管程介質(zhì)入口 16在下管箱I的軸向位置;下管箱法蘭2和下管板3相連，殼程筒體5下端與下管板3和上管板12相連;殼程筒體5側(cè)壁上設(shè)有耳式支座6;上管箱法蘭11與上管板12和上管箱10相連，管程介質(zhì)出口 8和放散口 9設(shè)在上管箱上。殼程筒體5兩端設(shè)有擴(kuò)大圓筒13，殼程介質(zhì)入口 7和殼程介質(zhì)出口 4分別在兩端的擴(kuò)大圓筒13上。
[0032]漸縮漸擴(kuò)管15連接在上管板12和下管板3之間，管端設(shè)有直管17，管體形成收縮段
20、喉管段21、擴(kuò)壓段18和直流段19的周期性結(jié)構(gòu)，可提高管程介質(zhì)的湍流程度。換熱管束依靠各漸縮漸擴(kuò)管直流段19接觸實(shí)現(xiàn)自支撐，減少殼程死區(qū)，不易結(jié)垢，提高換熱器的換熱效果。在換熱管束外側(cè)(對應(yīng)直流段19上)設(shè)有數(shù)個異形支撐環(huán)14，避免殼程流體沖散漸縮漸擴(kuò)管15。
[0033]本發(fā)明所述一種自支撐式縮放管換熱器的工作原理是:自支撐式縮放管換熱器的換熱管為漸縮漸擴(kuò)管15，采用薄壁直管制成收縮段20、喉管段21、擴(kuò)壓段18和直流段19，形成管體截面的周期性變化;漸縮漸擴(kuò)管15兩端連接厚壁的光滑直管17，用于與上、下管板12、3之間的固定和支撐。管程流體在收縮段20壓力逐漸降低，流速升高，在喉管段21流速達(dá)到最大，形成低壓環(huán)境，吸入更多管程流體，強(qiáng)化換熱效果;在擴(kuò)壓段18流體急速擴(kuò)張，產(chǎn)生劇烈的漩渦增強(qiáng)傳熱，自動清理污垢;直流段19通過線接觸實(shí)現(xiàn)換熱管束自支撐，構(gòu)成殼程擾流元件。在換熱管束的外側(cè)設(shè)有異形支撐環(huán)14，異形支撐環(huán)14按換熱管束的外部輪廓加工，位于換熱管束的中間部位，由兩個異形支撐環(huán)半環(huán)連接構(gòu)成，避免流體沖散換熱管束。殼程端部采用擴(kuò)大圓筒13結(jié)構(gòu)，用于保護(hù)漸縮漸擴(kuò)管15。殼程流體在換熱管束間順流，避免了流體直接撞擊殼程筒體5，減小殼程壓降，去除死區(qū)，不易結(jié)垢，流體從換熱管束接觸縫隙處流出，在漸縮漸擴(kuò)管15外壁經(jīng)過凹凸不平的通道折流，增大流體的湍流度，破壞了管壁上的流體邊界層，提高換熱器的換熱效果。
[0034]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自支撐式縮放管換熱器，包括由上管箱、殼程筒體和下管箱依次連接組成的管殼式換熱器，上管箱設(shè)管程介質(zhì)出口，下管箱設(shè)管程介質(zhì)入口，殼程筒體上部一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)入口，下部另一側(cè)設(shè)殼程介質(zhì)出口；其特征在于，所述殼程筒體兩端分別通過擴(kuò)大圓筒與上管箱、下管箱相連，殼程筒體的兩端分別延伸到擴(kuò)大圓筒內(nèi)，擴(kuò)大圓筒的直徑大于殼程筒體的直徑且與上管箱、下管箱的最大直徑相配合;殼程筒體內(nèi)豎直設(shè)置多根漸縮漸擴(kuò)管組成換熱管束，漸縮漸擴(kuò)管沿軸向由收縮段-喉管段-擴(kuò)壓段-直流段管體周期排列形成，漸縮漸擴(kuò)管之間通過直流段接觸實(shí)現(xiàn)自支撐;換熱管束外側(cè)沿?fù)Q熱器高向水平設(shè)置數(shù)個異形支撐環(huán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自支撐式縮放管換熱器，其特征在于，所述漸縮漸擴(kuò)管兩端分別通過光滑直管與上管板、下管板固定連接，光滑直管套裝在漸縮漸擴(kuò)管兩端的喉管段管體上，光滑直管為厚壁管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自支撐式縮放管換熱器，其特征在于，所述漸縮漸擴(kuò)管的各段管體由薄壁直管壓制形成，其中收縮段管體的長度大于擴(kuò)壓段管體的長度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自支撐式縮放管換熱器，其特征在于，所述異形支撐環(huán)由兩個異形支撐環(huán)半環(huán)組成，異形支撐環(huán)的外部輪廓與換熱管束橫斷面外部頂點(diǎn)連線形成的折線形輪廓相適應(yīng)。5.基于權(quán)利要求1所述的一種自支撐式縮放管換熱器的換熱方法，其特征在于，殼程流體從殼程介質(zhì)入口進(jìn)入殼程筒體，經(jīng)過由殼程筒體上端和擴(kuò)大圓筒組成的防沖結(jié)構(gòu)，從自支撐換熱管束的直流段接觸縫隙處射流流出；殼程在喉管段具有最大的流通空間，經(jīng)過漸縮漸擴(kuò)管各管體流通截面的變化強(qiáng)化射流;管程流體從管程介質(zhì)入口進(jìn)入上管箱，在漸縮漸擴(kuò)管內(nèi)經(jīng)過擴(kuò)壓段、直流段、收縮段和喉管段的周期性截面變化，以漩渦流的形式與殼程流體進(jìn)行高效換熱；換熱后，殼程流體從殼程介質(zhì)出口離開，管程流體從管程介質(zhì)出口離開。
【文檔編號】F28F1/00GK105890407SQ201610375571
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】曲斌, 梁有儀, 李晶晶, 段有龍, 于濤
【申請人】中冶焦耐工程技術(shù)有限公司