一种列管式换热器管箱用隔膜垫.pdf

一种列管式换热器管箱用隔膜垫，设于中间的弹性隔膜片朝向端盖的一侧的中部固定连接有定位调节装置、其穿设端盖并可顶进或拉伸以施加给弹性隔膜片一个预变形和预应力。该隔膜垫具有较强的弹性变形能力，当管箱的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果；同时该隔膜垫还可以通过定位调节装置产生需要的预变形和预应力，更适合动态工况，此外，还可通过定位调节装置预先将隔膜垫和端盖组装到一起，再与管箱的端部组装，这样可解决大直径隔膜重量较重时的安装困难的问题，而且还有利于隔膜对中管箱端部；除此之外，还具有结构简单、组装简易、密封性能可靠、成本低、便于更换与维修，在实际生产作业中具有广阔的实用性等的特点。

权利要求书
1.  一种列管式换热器管箱用隔膜垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该隔膜垫包括设于中间的弹性隔膜片和沿所述弹性隔膜片的外周侧设置的密封边环，其特征在于：
所述弹性隔膜片朝向所述端盖的一侧的中部固定连接有定位调节装置，所述定位调节装置穿设所述端盖并可顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片一个预变形和预应力。

2.   根据权利要求1所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述定位调节装置包括定位杆和调节螺母，所述定位杆穿设所述端盖并通过配合的调节螺母的作用顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片一个预变形和预应力。

3.   根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述弹性隔膜片为单层薄壁结构，或者两层以上叠加的组合薄壁结构。

4.   根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述弹性隔膜片为平面隔膜片或者凸面隔膜片，所述凸面隔膜片包括锥面隔膜片和球面隔膜片。

5.   根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述弹性隔膜片朝向所述端盖的一侧的外表面和/或所述弹性隔膜片朝向所述端部的一侧的外表面为具有折线形的外表面。

6.   根据权利要求5所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述折线形的外表面包括波纹形的外表面、波齿形的外表面、梯齿形的外表面和连续螺旋线形的外表面中的任一种外表面。

7.   根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述弹性隔膜片为厚薄不均且厚薄区域相互间隔设置或者光滑渐变设置的薄壁结构。

8.   根据权利要求7所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述薄壁结构为中间厚周边薄的薄壁结构或者中间薄周边厚的薄壁结构。

9.   根据权利要求7所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述薄壁结构的厚薄区域之间倾斜过渡。

10.   根据权利要求1或2所述的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，其特征在于：所述弹性隔膜片分区设置。

说明书一种列管式换热器管箱用隔膜垫
技术领域
本申请涉及装备工程中的列管式换热器管箱的密封技术，特别是涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、空调、空冷、电力设施的热交换节能设备专用的一种列管式换热器管箱用隔膜垫。
背景技术
现有技术中，列管式换热器是应用最为广泛的一种热交换器，广泛应用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等领域中的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。
现有技术中的列管式换热器管箱端部开口隔膜密封结构，如图1所示，通常是由管束2、管壳3、管箱4等主要构件组成，其中，管束2是列管式换热器的核心构件，管束2通常由换热管、支持板（或者折流板）和管板5组成，成排的换热管通过支持板（或者折流板）支承，其两端穿进管板5的管孔中，并与管板5相连接，从而保证接头的密封性和强度。通过管束2与管箱4的隔板的组合，可以将换热管分成几个流程，以便介质在换热管内来回流动，从而能够延长换热流程，增加换热时间，充分地与管外的壳程介质换热。上述管板5与管壳3和管箱4等通过焊接或者法兰螺栓加垫片的强制密封固定装配即得一台列管式换热器。
当换热管管内的热交换介质为冷介质，管外的热交换介质为强制对流的烟气时，则构成加热炉方式；当换热管管内的热交换介质为热介质，管外的热交换介质为强制对流的空气时，则构成冷却器方式；加热炉方式和冷却器方式均为热交换器的一种热交换方式。这种列管式换热器的制造工艺较为成熟，安全性能也较高，是换热设备中关键的能耗设备。
上述现有技术中的列管式换热器在应用到恶劣工况时，为了避免流程物料的泄漏，其进出口的接管10即便口径很小，通常设计成与管线直接对焊的方式，而不采用法兰连接的方式；同样，为了避免流程物料的泄漏，大口径的管板5与其两侧的管壳3和管箱4的圆筒体进行焊接，这样使得，管箱4的端部9就不能与管箱4的端盖7之间也采用等强度焊缝焊接的方式，主要考虑到方便检修人员能从管箱4的端部9进去进行检测管头等修理工作。
随之，人们一直致力于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间除了不可拆的强度焊接连接之外的更好的密封结构的研究。其中球面膜密封6便是最新的一种有效结构。随着实践应用的深入，人们发现该结构本身也存在以下不利的问题：
第一，结构特殊，球形的弧面加工精度要求高。
第二，需要高水平的氩弧焊接，且是紧固螺柱8后的障碍焊，不能损伤管箱4的端部9与管箱4的端盖7。
第三，安装精度高。
    第四，拆卸不便，需要去除密封焊缝，边环属易损件，维护困难。
综上，复杂或庞大的换热器装配拆卸麻烦，维修不便。特别是装置大修期间，能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的加氢工艺，氢的分子最小、是渗透性非常强的易燃易爆介质，原有的密封结构难以适应新的工艺和管理要求。
再随之，本申请人研发了一种列管式换热器管箱用密封垫，通过对密封边环的改进，进一步采用具有凸和/或凹的粗糙面作为密封边环与管箱的端部的夹紧面或者密封边环与管箱的端盖的夹紧面，突破了本领域常规思维模式，增加了接触作用力，以从多圈圆周方向阻隔沿密封边环与管箱的端部之间的夹紧面的泄漏及内压冲击力，在多圈凸和/或凹的粗糙面的阻隔下，使得泄漏作用力降低至零，以最终提升了管箱的端部及管箱的端盖的密封性能，同时，从径向而言，也增大了密封边环与管箱的端部以及管箱的端盖之间的摩擦力，使得在高温高压作用下，仅通过球面弹性膜片即可进行变形补偿，防止平垫边环的径向位移，以降低泄漏的风险；然而，上述密封垫无法产生自产生需要的预变形和预应力，不能更好的适应动态工况。
综上，申请人继续结合传统列管式换热器密封存在的问题进行再次改进，研发一种改进的列管式换热器管箱用隔膜垫，在工程技术领域具有极为深远和重大的意义。
发明内容
本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有较强的弹性变形能力，可通过调节产生需要的预变形和预应力，更适合动态工况，而且可解决大直径隔膜重量较重时的安装困难的问题，同时还有利于隔膜对中管箱端部，具有结构简单、组装简易、密封性能可靠的列管式换热器管箱用隔膜垫。
本申请的目的通过以下技术方案实现：
提供了一种列管式换热器管箱用隔膜垫，设置于管箱的端部与管箱的端盖之间，该隔膜垫包括设于中间的弹性隔膜片和沿所述弹性隔膜片的外周侧设置的密封边环，其中，
所述弹性隔膜片朝向所述端盖的一侧的中部固定连接有定位调节装置，所述定位调节装置穿设所述端盖并可顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片一个预变形和预应力。
其中，所述定位调节装置包括定位杆和调节螺母，所述定位杆穿设所述端盖并通过配合的调节螺母的作用顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片一个预变形和预应力。
其中，所述弹性隔膜片为单层薄壁结构，或者两层以上叠加的组合薄壁结构。
其中，所述弹性隔膜片为平面隔膜片或者凸面隔膜片，所述凸面隔膜片包括锥面隔膜片和球面隔膜片。
其中，所述弹性隔膜片朝向所述端盖的一侧的外表面和/或所述弹性隔膜片朝向所述端部的一侧的外表面为具有折线形的外表面。
其中，所述折线形的外表面包括波纹形的外表面、波齿形的外表面、梯齿形的外表面和连续螺旋线形的外表面中的任一种外表面。
其中，所述弹性隔膜片为厚薄不均且厚薄区域相互间隔设置或者光滑渐变设置的薄壁结构。
其中，所述薄壁结构为中间厚周边薄的薄壁结构或者中间薄周边厚的薄壁结构。
其中，所述薄壁结构的厚薄区域之间倾斜过渡。
其中，所述弹性隔膜片分区设置。
本申请的有益效果：
本申请中的一种列管式换热器管箱用隔膜垫，设置于中间的弹性隔膜片朝向端盖的一侧的中部固定连接有定位调节装置，该定位调节装置穿设端盖并可顶进或者拉伸以施加给弹性隔膜片一个预变形和预应力。该隔膜垫具有较强的弹性变形能力，当管箱的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果；同时该隔膜垫还可以通过定位调节装置产生需要的预变形和预应力，更适合动态工况，此外，还可通过定位调节装置预先将隔膜垫和端盖组装到一起，再与管箱的端部组装，这样可解决大直径隔膜重量较重时的安装困难的问题，而且还有利于隔膜对中管箱端部；除此之外，还具有结构简单、组装简易、密封性能可靠、成本低、便于更换与维修，在实际生产作业中具有广阔的实用性等的特点。
附图说明
利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是现有技术中列管式换热器管箱用隔膜垫密封的结构示意图。
图2是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图3是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图4是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图5是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图6是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图7是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
图8是本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的一种实施方式的局部结构示意图。
在图1至图8中包括有：
1——紧固螺母、2——管束、3——管壳、4——管箱、5——管板、6——隔膜垫、7——端盖、8——紧固螺柱、9——端部、10——接管、
61——密封边环、62——弹性隔膜片、
100——定位调节装置、101——调节螺母、102——定位杆、103——角焊缝、
200——管箱分程隔板、
t、t1、t2——隔膜厚度。
具体实施方式
结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。需要说明的是：图3至图8中省略定位调节装置100为简易画法的结构示意图。
实施例1。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之一，参考图1所示，该隔膜垫6设置于管箱4的端部9与管箱4的端盖7之间，该隔膜垫6包括设于中间的弹性隔膜片62和沿所述弹性隔膜片62的外周侧设置的密封边环61，上述技术特征与现有技术相同，本申请的改进之处在于：参考图2所示，所述弹性隔膜片62朝向所述端盖7的一侧的中部固定连接有定位调节装置100，所述定位调节装置100穿设所述端盖7并通过顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片62一个预变形和预应力。用于抵消换热器运行时实际工况的反向变形和反向应力，起到减轻结构、延长管箱4寿命的作用。
该隔膜垫6具有较强的弹性变形能力，当管箱4的内压发生波动和热膨胀时，能够产生微量变形而不影响密封效果；同时该隔膜垫6还可以通过定位调节装置100产生需要的预变形和预应力，用于抵消换热器运行时实际工况的反向变形和反向应力，起到减轻结构、延长管箱4寿命的作用，更适合动态工况，此外，还可通过定位调节装置100预先将隔膜垫6和端盖7组装到一起，再与管箱4的端部9组装，这样可解决大直径隔膜重量较重时的安装困难的问题，而且还有利于隔膜对中管箱4端部9；除此之外，还具有结构简单、组装简易、密封性能可靠、成本低、便于更换与维修，在实际生产作业中具有广阔的实用性等的特点。
本申请的隔膜垫6的结构可应用于平焊法兰、对焊法兰、长颈法兰、宽面法兰、窄面法兰、反向法兰和圆筒形端部9、圆锥形端部9、凸缘、换热器管箱、换热器管板、盲盖板等结构。
实施例2。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之二，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述定位调节装置100包括定位杆102和调节螺母101，所述定位杆102穿设所述端盖7并通过配合的调节螺母101的作用顶进或者拉伸以施加给所述弹性隔膜片62一个预变形和预应力，用于抵消换热器运行时实际工况的反向变形和反向应力，起到减轻结构、延长管箱4寿命的作用。适用于大直径的隔膜垫6以及进出口工况差异明显的管箱4，由于大直径隔膜垫6容易发生局部不均匀变形，失去整体弹性变形的协调性，缩短隔膜垫6的寿命，而采用本申请的结构后，大直径隔膜垫6不容易发生局部的不均匀变形，同时整体的弹性变形的协调性较好，也延长了隔膜垫6的使用寿命。
所述定位杆102伸出粗虚线所示的端盖7的外表面的一段上加工有外螺纹，通过与其配合的调节螺母101的作用以实现定位杆102的顶进或者拉伸，该定位杆102与弹性隔膜片62通过角焊缝103固定连接，也可以通过螺栓的连接方式连接，可实现预先把隔膜垫6和端盖7组装到一起，再与管箱4的端部9组装，这样可解决大直径隔膜重量较重时安装困难的问题，并有利于隔膜垫6对中管箱4端部9。上述定位调节装置100还可以采用除定位杆102和调节螺母101的结构之外的、能够实现顶进或者拉伸隔膜垫6以施加给弹性隔膜片62一个预变形和预应力功能的其他等同结构。
另，圆柱形的定位杆102连接到隔膜垫6中间的弹性隔膜片62的凹面中心处，对于大开口直径管箱4，定位杆102穿过端盖7中间的小圆孔就限定了大直径隔膜垫6只能整体轴向位移来提供均衡的径向变形，避免局部不均匀变形的问题，结构简单，适用性好。
实施例3。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之三，本实施例的主要技术方案与实施例1或实施例2相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，所述弹性隔膜片62为单层薄壁结构，或者两层以上叠加的组合薄壁结构。弹性隔膜片62可以是单层、双层或者多层的组合结构。采用分层设置可提高隔膜垫6的柔软性，更加凸显隔膜的特性，另外，当一层穿孔开裂时还可依靠其他几层来完成密封，安全可靠性较高。单层的薄壁结构可以一体成型实现，两层以上的组合结构各个层的端部9与密封边环61之间可以采用焊接固定连接。两层以上的隔膜中的材料可以为异种材料组成，这可满足内层接触介质起防腐作用、中间层起骨架支持作用、外层起隔热保温作用等不同的要求，但是相互之间要具有基本的相容性，多层设置具有更好的灵活应用性及最大化发挥材料本身的性能的特点。
参见图3所示，该弹性隔膜片62由三层构成，制造方法为在平板上制作出毛坯用料后，将三层叠起来固定在一起，一起压制成形，由于三层球面隔膜每一层的球面半径是不相等的，如果分开压制后再叠到一起难免尺寸偏差造成层间间隙，影响结构功能，因此，采用先叠加后一起压制成型的方式。
实施例4。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之四，本实施例的主要技术方案与实施例1或实施例2相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，参见图4、图5所示，所述弹性隔膜片62为平面隔膜片，或者参见图2、图3、图7和图8所示，所述弹性隔膜片62为凸面隔膜片，所述凸面隔膜片包括锥面隔膜片和球面隔膜片。凸面隔膜片的表面母线比平面隔膜片的表面母线长，两者之差就是提供给管箱4径向位移时隔膜伸展的协调变形量。优选球面隔膜片，其径向变形补偿量与管箱4的端口径向开口位移一致。
实施例5。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之五，本实施例的主要技术方案与实施例1或实施例2相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参见图4、图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述弹性隔膜片62朝向所述端盖7的一侧的外表面和/或所述弹性隔膜片62朝向所述端部9的一侧的外表面为具有折线形的外表面。其技术方案包括：第一，所述弹性隔膜片62朝向所述端盖7的一侧的外表面具有折线形的外表面，所述弹性隔膜片62朝向所述端部9的一侧的外表面为光滑平面的薄壁结构；第二，所述弹性隔膜片62朝向所述端盖7的一侧的外表面为光滑平面的薄壁结构，所述弹性隔膜片62朝向所述端部9的一侧的外表面为具有折线形的外表面；第三，所述弹性隔膜片62朝向所述端盖7的一侧的外表面，以及所述弹性隔膜片62朝向所述端部9的一侧的外表面均为具有折线形的外表面。具有折线形的外表面能够提高隔膜的柔软性，同时可以提高管箱4发生位移时的隔膜协调变形量。
具体的，所述折线形的外表面包括波纹形的外表面、波齿形的外表面、梯齿形的外表面和连续螺旋线形的外表面中的任一种外表面。上述折线形的外表面均是一圈一圈的同心圆结构，但是各圈波纹形自身的波形半径，或者各圈波齿形自身的波齿形半径，或者各圈梯齿形自身的梯齿形半径可以相同设置也可以不相同设置。
实施例6。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之六，本实施例的主要技术方案与实施例1或实施例2相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图6和图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述弹性隔膜片62为厚薄不均且厚薄区域相互间隔设置或者光滑渐变设置的薄壁结构。
具体的，所述薄壁结构为中间厚周边薄的薄壁结构，或者所述薄壁结构为中间薄周边厚的薄壁结构。
上述厚薄区域可以是自然的光滑渐变过渡结构的制造，可先在平板毛坯上先加工出厚薄区，再压制成形，由于钢板压制成形中存在回弹变形，需要经过试压总结经验形成最佳工艺以实现最终成品。
上述厚薄区域之间可以是如图6所示的倾斜过渡、相互间隔的过渡。此种结构可分级形成弹性回弹力，对于回弹变形而言，两级加强。
实施例7。
本申请的一种列管式换热器管箱用隔膜垫的具体实施方式之七，本实施例的主要技术方案与实施例1或实施例2相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。参考图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述弹性隔膜片62分区设置。隔膜垫6中间的弹性隔膜片62是分区设置，主要适用于管箱分程隔板200与端盖7之间的内密封的需要，通常情况下，管箱分程隔板200与端盖7之间留有空间间隙，用于安装隔膜垫6，但是对于大直径管箱4，在一块周边完整的隔膜垫6中间，对应各隔板管程分开几个区域制作凸面隔膜片，各区分界线就是管箱分程隔板200与端盖7之间可以压紧进行内密封、而不需要留空间的位置。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。