用于管壳式热交换器的管束和使用方法技术

本发明专利技术提供用于管壳式热交换器的管束。管束包括多个细长的管，所述细长的管各自具有中间部分，所述中间部分具有拥有至少一个对称轴的扁圆形的横截面。所述管以同心圆排列，对称轴正切于所述圆延伸以利于壳侧流体的旋流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】专利技术背景本专利技术主要涉及管壳式热交换器并且，更特别地，涉及用于这种热交换器的管束和其使用方法。管壳式热交换器用于多种应用以引起流体流之间的热交换。在这些热交换器中，被称为管侧流体的第一流体通过管束中细长的管，所述管束容纳在通常为圆柱形的壳内。大量的管被包括在管束中并且它们以彼此平行和间隔开的关系延伸。所述管在其相反末端固定于基本上平面的头部板，所述头部板也称为管板。第二流体，通常称为壳侧流体，在壳内围绕管的开放空间内流动并且经历与在管内流动的第一流体流的热交换。管壳式热交换器以不同的已知方式构造，以在管侧流体和壳侧流体之间提供所需的流动排列。例如，在单通路管和单通路壳排列中，使用直管并且用于管侧流体流的入口管嘴和出口管嘴位于热交换器的相反末端。用于壳侧流体的入口和出口管嘴同样位于热交换器的相反末端。在这种排列中，流体流的流动可以顺流或逆流。在顺流流动中，用于管侧流体和壳侧流体的入口管嘴都位于热交换器的相同末端并且用于流体的出口管嘴位于热交换器的相反末端。然后管侧和壳侧流体在热交换器的相同末端进入，沿其长度流动，并在热交换器的相反端流出。在逆流流动中，用于流体的入口管嘴位于热交换器的相反末端并且出口管嘴同样位于热交换器的相反末端。然后流体进入热交换器的相反末端，以相反方向沿其长度流动，并在热交换器的相反末端流出。在另一种流动排列中，使用U-形管替代直管并且用于管侧流体的入口和出口管嘴位于热交换器的相同末端。管侧流体沿各个u-形管的一个臂(leg)流动并且然后倒转方向，并且沿U-形管的另一臂流回。在该排列中用于壳侧流体的入口和出口管嘴都可以位于热交换器的与用于管侧流体的入口和出口管嘴相同的末端，在该情况下，纵向挡板设置在U-形管的臂之间，形成分开的流动路径，其允许纵向挡板一侧的壳侧流体以一个方向流动，之后倒转并沿纵向挡板的另一侧以相反方向流动。备选地，用于壳侧流体的入口和出口管嘴可以位于壳的相反末端，从而壳侧流体仅以一个方向沿热交换器的长度流动。常规使用其他多通路壳和多通路管排列并且进一步在管式换热器制造商协会的标准(the Standards of the Tubular ExchangerManufacturers Associat1n)中定义，所述标准通过引用以其整体并入本文。在很多应用中，管束中的管穿过沿管束的纵向长度间隔开的挡板而给管提供结构支持并且因此减少管的下弯和震动。各个挡板还用于使壳侧流体的流动转向，从而促使其交叉流动而不是沿管流动，以用管侧流体获得更好的热传递。挡板通常是单或双部分切割的挡板的形式，在这种形式中挡板的四分之一圆或其他区域开放以允许壳侧流体通过；或盘和多纳圈(donut)挡板形式，在这种形式中壳侧流体流过围绕盘挡板的环形区域和流过多纳圈挡板的中间开口。在管束的初始组装过程中，系杆通常焊接于挡板以形成笼装结构，其中挡板以间隔开的关系固定。设置各个挡板的旋转方向，以使得挡板中的孔(管通过其插入)纵向对齐。因为所述孔仅稍大于管以减少流体通过孔的渗漏，所以孔的纵向对齐必须在紧密度容限内。一旦管通过挡板中的孔插入，管的末端固定于一个或多个管板以形成完整的管束。常规管壳式热交换器中的管板通常由高强度金属或金属合金形成并且具有远大于壳的厚度以承受热交换器内的操作压力和补偿由大量接纳管板中管的孔所产生的结构弱化。管板的制造是时间密集型过程，因为孔通常必须分别钻穿管板厚度。钻孔操作产生圆形横截面的孔，从而将管限制于具有相同圆形横截面的那些。尽管当时用具有椭圆或其他非圆形横截面的管时，可以获得更好的热交换，但是迄今，管板中孔的圆形横截面阻碍了具有椭圆、长圆形、卵形或蛋形横截面的管在管壳式热交换器中的应用。专利技术概述在一个方面，本专利技术涉及用于管壳式热交换器的管束。所述管束包括多个中空、细长的管，所述管以彼此平行和间隔开的关系延伸，并且以一系列同心圆的样式排列。各个管均具有:第一末端，所述第一末端用于在管内沿管的纵向长度流动的第一流体的进入；相反的第二末端，所述第二末端用于第一流体流出管；以及第一和第二末端之间的中间部分。各个管的中间部分具有扁圆形的横截面。在一个实施方案中，所述扁圆形具有一个对称轴。在另一个实施方案中，所述扁圆形具有两个对称轴，其中一个轴短于另一个。管定向，以使得对称轴或对称轴中较长的那个正切于其中设置管的同心圆延伸。所述管束还包括第一管板和多个挡板，所述第一管板具有孔，管的第一末端延伸入该孔中并紧固，所述多个挡板位于沿管的纵向长度间隔开的位置，用于支撑管和引导第二流体在所述管外部流动。每一个个挡板均具有用于流体通过的挖去部分和多个开口，所述管中的至少一些通过所述开口插入。挡板中相邻挡板的挖去部分围绕所述管束的中心纵轴旋转错开。各个管的中间部分是各个管纵向长度的至少大部分，各个管长度的至少75%，各个管长度的至少90%，或各个管长度的至少95%。在一个实施方案中，管的第一和第二末端具有圆形横截面，其中第二末端的直径小于第一末端的直径，并且等于或小于各个管中间部分的短对称轴的长度。管束还包括多个导流板，各个板在挡板中相邻的挡板之间以一个方向延伸并且与挡板中相邻的挡板相接触，并且沿挡板中所述相邻挡板中的挖去部分以相反方向延伸。所述板用于引起壳侧流体的旋流。在另一个方面，本专利技术涉及管壳式热交换器，其中如上文所述设置管束。在另外的方面，本专利技术涉及一种使用上文所述的导流板，利用管侧流体，操作热交换器和弓I起壳侧流体旋流以促进热转移的方法。附图简述图1是根据本专利技术的一个实施方案制造的热交换器从一个末端的透视图，其中热交换器的壳部分脱离以显示内部管束；图2是从相反末端获取的图1中显示的热交换器的透视图；图3是热交换器的放大的片断透视图，显示管束的末端部分；图4是放大的片断透视图，其说明通过经挡板中的开口插入各个管来组装管束的过程；图5是以垂直剖面获取的热交换器的侧视图；图6是沿图5中线6-6以垂直剖面获得的放大的片断端视图，其显示通过挡板之一的一部分插入的管和系杆；图7是管之一的片断端视图；图8是从图7中所示管的一个末端获取的正视图；图9是管的相反端获取的正视图；图10是用于计算管的一部分的椭圆横截面的变量的说明；图11是从热交换器的一个末端的透视图，其中热交换器的壳的部分脱离以显示内部管束的另一个实施方案，并且移除大多数管以更好说明管束的其他组件；和图12是图11中显示的管束的片断透视图，其中移除管以允许说明壳侧流体的流动路径的视图。详细描述现在更详细地转向附图并且首先是图1-5，根据本专利技术构建的热交换器广泛地由数字10表示。热交换器10是管壳式热交换器并且包括细长的壳12，所述细长的壳具有前端14、相反端16和开放内部容积18。所述壳12通常是圆柱形构型，但是可以使用其它形状。所述壳12由通常对壳12内的流体惰性并且能够在热交换器10的操作过程中承受壳12内的压力和温度的金属、聚合物或其它材料形成。入口管嘴20从壳12前端14延伸，用于将壳侧流体引入壳12的内部容积18。出口管嘴22从壳12延伸，用于将壳侧流体移出壳12的内部容积18。在一个实施方案中，出口管嘴22位于与壳12入口管嘴20所处的前端14相反的端16。在另一个实施方案中，所述出口管嘴22与入口管嘴2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管壳式热交换器的管束，所述管束包括：多个中空、细长的管，所述管以彼此平行且间隔开的关系延伸并且以预选模式排列，所述管中的每一个都具有用于在管内沿管的纵向长度流动的第一流体的进入的第一末端，和相反的用于第一流体流出所述管的第二末端，以及第一和第二末端之间的中间部分；第一管板，所述第一管板具有孔，所述管的第一末端延伸至所述孔内并被紧固；多个挡板，所述挡板位于沿管的纵向长度间隔开的位置，用于支撑所述管并且引导第二流体在所述管外部流动，所述挡板中的每一个都具有用于流体流过的挖去部分和多个开口，所述管中的至少一些通过所述开口插入，其中所述挡板中的相邻挡板的所述挖去部分围绕所述管束的中心纵轴旋转错开；和多个导流板，所述板中的每一个都在所述挡板中的相邻挡板之间以一个方向延伸并且与所述挡板中的相邻挡板相接触，并且沿所述挡板中所述相邻挡板中的所述挖去部分在相反方向延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：布拉若·留比契奇，
申请(专利权)人：科氏传热有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US