三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器.pdf

三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器，涉及螺旋折流板管壳式换热器，尤其涉及正三角排列布管的管壳式换热器的技术领域。本发明的管板同心布置并焊接在圆筒形壳体的两端，每块折流板倾斜布置在圆筒形壳体内，每块折流板的投影约占据圆筒形壳体的内截面圆的三分之一，每块折流板由一条椭圆曲边和两条直边构成，其中一条与该折流板相切椭圆的半长轴重合或平行的直边为基准边，且基准边与该折流板包含的正三角形排列布管的一条管孔中心连线平行；另一条为斜边；相邻两块折流板的其中一块折流板的基准边与另一块折流板的斜边首尾相接，每块折流板上的管孔与管板上的管孔一一对应。本发明实现了换热效率高、降低阻力损失、适合于正三角形排列布管的目的。

1、  一种三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器，包括圆筒形壳体(1)、管束(2)、左管板(31)、右管板(32)、流体进口接管(5)、流体出口接管(6)，两块管板(3)同心布置并焊接在圆筒形壳体(1)的两端，管束(2)的每根管子都从左管板(31)穿入，再从右管板(32)伸出，每个管子的管端都与管板(3)焊接或胀接；流体进口接管(5)、流体出口接管(6)布置在圆筒形壳体(1)的两端侧面；其特征在于：还包括若干块折流板(4)，每块折流板(4)倾斜布置在圆筒形壳体(1)内，每块折流板(4)的投影约占据圆筒形壳体(1)的内截面圆的三分之一；每块折流板(4)由一条椭圆曲边和两条直边构成，其中一条与该折流板相切椭圆的半长轴重合或平行的直边为基准边，且基准边与该折流板包含的正三角形排列布管的一条管孔中心连线平行；另一条为斜边；每块折流板(4)的基准边和斜边的位置都在管束的自然间隔中；相邻两块折流板(4)的其中一块折流板的基准边与另一块折流板的斜边首尾相接，每块折流板(4)上的管孔与管板(3)上的管孔一一对应。

2、  根据权利要求1所述的三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于上述折流板(4)的边呈阶梯状。

3、  根据权利要求1所述的三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器，其特征在于上述相互连接的折流板(4)为双头螺旋方式连接。

三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器
技术领域
本发明涉及螺旋折流板管壳式换热器，尤其涉及正三角排列布管的管壳式换热器的技术领域。
背景技术
管壳式换热器因其结构简单，承受压力高的特点依然是热交换设备的主流型式。常用的弓形折流板形式虽然加工制造简单，但存在流动死区，流动阻力较大，以及在缺口处管束支撑跨距较大，容易诱导振动破坏等缺点，因而催生许多新的管束支撑方案，螺旋折流板就是其中之一。理论上的螺旋折流板是曲面，难以制作，国外已有1/4椭圆/扇形螺旋折流板改进方案，每层折流板由4片1/4椭圆/扇形折流板组成，头尾相接可组成壳侧螺旋通道。由于管壳式换热器中大量使用的是最为紧凑的正三角形布置的管束，而这就给在1/4椭圆/扇形折流板上进行倾斜管孔的划线定位造成较大的困难，影响了这种类型折流板的普及应用。
发明内容
本发明目的是提供一种换热效率高、降低阻力损失、适合于正三角形排列布管的三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案：
本发明包括圆筒形壳体、管束、左管板、右管板、流体进口接管、流体出口接管，两块管板同心布置并焊接在圆筒形壳体的两端，管束的每根管子都从一端管板穿入，再从右管板伸出，每个管子的管端都与管板焊接或胀接；流体进口接管、流体出口接管布置在圆筒形壳体的两端侧面；其特征在于：还包括若干块折流板，每块折流板倾斜布置在圆筒形壳体内，每块折流板的投影约占据圆筒形壳体的内截面圆的三分之一，每块折流板由一条椭圆曲边和两条直边构成，其中一条与该折流板相切椭圆的半长轴重合或平行的直边为基准边，且基准边与该折流板包含的正三角形排列布管的一条管孔中心连线平行；另一条为斜边；每块折流板的基准边和斜边的位置都在管束的自然间隔中；相邻两块折流板的其中一块折流板的基准边与另一块折流板的斜边首尾相接，每块折流板上的管孔与管板上的管孔一一对应。
比较好的是：本发明的折流板的扇形边呈阶梯状。
比较好的是：本发明的相互连接的折流板为双头螺旋方式连接。
本发明的折流板的形状是倾斜的折流板平面切壳体内圆柱面所形成的椭圆的一部分，由一条椭圆曲边和两条直边构成，其中一条直边为基准边，另一条为斜边；折流板平面与管板平面的夹角为倾斜角β，每块倾斜布置的折流板的投影约占据圆筒形壳体内截面圆的三分之一；使每块折流板的基准边与椭圆之半长轴重合或平行，并与该折流板包含的正三角形排列布管的一条管孔中心连线平行；基准边与斜边的夹角随倾斜角β的不同将稍大于120°；基准边和斜边的位置都在管束的自然间隔中；相邻2块折流板的后一块板的基准边与前一块板的斜边首尾相接。三分椭圆螺旋折流板管壳式换热器的折流板也可不严格按三等分分隔，而是按三等分的原则根据管束布置方案以管束的自然间隔就近分隔，必要时可以采用阶梯形边来适应管束的自然间隔。三分椭圆螺旋折流板还可采用双头螺旋方式。在用于正三角形排列布管的U型管束管壳式换热器时，可将折流板按U型管束的自然间隔分成2个120°分区和2个60°分区，并且将它们布置成中心对称，或者进一步简化为2个180°分区。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、壳侧流体由弓形折流板方案的蛇形流动变为本方案的螺旋流动。前者的流动方向不断改变，造成对传热没有贡献的局部阻力损失，而后者的流动方向基本不变，没有额外的阻力损失。由于各折流板覆盖了全部流体通道，且支撑点间距不变，位置逐步变化，避免了弓形折流板方案的流动死区和部分管束支撑跨距过大容易产生共振而造成振动破坏的问题，使得本方案不仅传热效率提高，流动阻力减小，而且强度条件改善。对于壳侧容积流速较大的场合，可采用双头螺旋折流板，以减小层距，缩小管束的支撑间距。
2、对于正三角形布置管孔的方案，由于同一层的三块折流板分别布置在圆的三分之一扇形区的位置，可使每块折流板的基准边都与该折流板平面相切的椭圆半长轴及与该折流板包含的正三角形排列布管的一条管孔中心连线平行，由于基准边与圆截面的夹角为倾斜角β，与此方向垂直的各管孔中心连线的间距没有改变，顺着此方向的管孔间距则略有放大，需要除以cosβ，基准边与斜边的夹角是倾斜角β的单值函数，且斜边与另一方向的管孔中心连线亦平行，所以对倾斜折流板上管孔的定位划线和加工比较容易。当然如果管孔布置方案能够设计成三等分对称布置，则划线和加工就更为简化。即使是对于需要留出一定间隔而使分布在两个区域的管束的自然间隔不能连成直线的情况，仍然可以用阶梯折线的方法解决。
3、与四分之一椭圆/扇形螺旋折流板相比，三分椭圆螺旋折流板不仅适合正三角形布置管孔的方案，而且以更少的折流板数目来完成指定任务，给折流板的加工、装配带来方便，由于正三角形排列布管的方案占管壳式换热器的绝大多数，本发明方案将有效克服以前对螺旋折流板换热器因折流板管孔定位困难而造成的畏难心理，大大促进其发展和普及应用。
附图说明
图1是本发明的一种立体结构示意图。
图2是本发明折流板首尾相接布置立体示意图。
图3是本发明折流板投影主视图。
图4是本发明折流板的俯视图。
图5是图4的A向剖视图。
图6是本发明实施例2的折流板在换热器中布置的投影视图。
图7是本发明实施例3的折流板在换热器中布置的投影视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
实施例1：如图1-5所示，本发明包括圆筒形壳体1、管束2、左管板31、右管板32、流体进口接管5、流体出口接管6，左管板31、右管板32同心布置并焊接在圆筒形壳体1的两端，管束2的每根管子都从左管板31穿入，再从右管板32伸出，每个管子的管端都与管板3焊接或胀接；流体进口接管5、流体出口接管6方便流体进入壳体后的均匀分布和方便汇集流体为原则，分别布置在圆筒形壳体1的两端侧面位置；还包括若干块折流板4，每块折流板4倾斜布置在圆筒形壳体1内，每块折流板4的投影约占据圆筒形壳体1的内截面圆的三分之一；每块折流板4由一条椭圆曲边和两条直边构成，其中一条直边为基准边，另一条为斜边；基准边与该折流板相切椭圆的半长轴重合或平行；相邻两块折流板4的其中一块折流板的基准边与另一块折流板的斜边相对设置，每块折流板4上的管孔与管板3上的管孔一一对应。
本发明的折流板4的形状是倾斜的折流板平面切壳体内圆柱面所形成的椭圆的一部分，折流板4平面与管板3平面的夹角为倾斜角β，每块倾斜布置的折流板的投影约占据壳体内截面圆的三分之一；使每块折流板4的基准边与椭圆之半长轴重合或平行，并与各管孔的一条中心连线平行；基准边与另一条斜边的夹角随倾斜角β的不同将稍大于120度；
本发明的基准边的位置和斜边的位置都在管束的自然间隔中；在投影图上相邻2块折流板的后一块板的基准边与前一块板的斜边首尾相接。
实施例2：
如图6所示，对本发明的折流板4也可不严格按三等分分隔，而是按三等分的原则根据管束布置方案以管束的自然间隔就近分隔，必要时折流板4的直边可以采用阶梯形边来适应管束的自然间隔。例如对于因多管程布置需要，在某些管束之间留有间隔，因而存在分布在两个区域的管束的自然间隔不能连成直线的情况，此时可以按照图6所示用阶梯折线边的方法解决。
实施例3：
如图7所示，本实施例的结构适用于正三角形排列布管的U型管束管壳式换热器，这种换热器主要应用于高温介质换热，具有较小的膨胀热应力，将折流板分成2个120°分区和2个60°分区，并且将它们布置成中心对称；或者进一步简化为2个180°分区。