一种高效螺旋管换热器制造技术

一种高效螺旋管换热器，抛物面分布螺旋换热管（5）叠加安放在内壳体（3）内部，与位于中心位置的主外管（A3）连接，抛物面分布螺旋换热管（5）被抛物面导流支撑架（4）支撑，内壳体（3）底部有内壳体支撑架（6）支撑在外壳体（1）的底部，换热管道分流装置（10）固定在内壳体支撑架（6）上，主外管（A3）的上顶端装有反流堵头（8），反流堵头（8）上方安装有稳流分布罩（7）；抛物面导流支撑架（4），由圆环筋板（B1）和抛物面纵向筋板（B2）构成主体部分，最上圈圆环筋板（B1）上面周向均布有固定卡钩（B3），抛物面纵向筋板（B2）之间分布有抗重力导流叶片（B4），抛物面纵向筋板（B2）内侧分布有螺旋管换热管卡扣（B5）。

An efficient spiral tube heat exchanger

【技术实现步骤摘要】
一种高效螺旋管换热器
本专利技术涉及螺旋管换热器技术。
技术介绍
现有技术中，螺旋管换热器由于其流动特点，不论在顺流还是逆流工况，均存在较大换热面积的对数平均温差相对较低的情况，在流动换热过程中由于流动的不均匀性，壳程内部进口中心位置流速远比边缘位置流速大，另外由于换热末段的换热温差下降，导致总的换热效率明显下降；为了增加螺旋管换热器的对流换热系数，现有方法通常会在螺旋管换热器中增设换热管内置螺旋带，换热管外设折流板或假管等扰流部件，虽然在一定程度上增大了对流换热系数，提高了换热效率，但同时也使得流体传输过程中的压降损失显著增加，这在为了增加换热面积而减小管热管径的设计工况中尤为明显。另外，在换热器内部多重套管传热过程中，由于流动传热，导致套管后半段接近出口位置的换热温差减小，导致换热管后半段长度的换热效率明显小于前半段，不利于热量的交换。在狭小空间里，不同种类的流体在传输的过程中，通常使用并排布置的管路输送不同流体。但是并排布置的管路所占的安放空间相对较大，这与节省空间的设计思路相违背；在流体传输的过程中，尤其是流体高速传输时引发的管路振动，会导致相邻管道的摩擦和碰撞，在管路较长、管径较小、刚度较低时，振动现象更加明显，这都会严重影响管路的安全性和稳定性。如果加装防振设备，增大管道间隙，不但需要更大的安装空间，而且也会使得管路结构更加复杂，增加安装和维修的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效螺旋管换热器。本专利技术是一种高效螺旋管换热器，包括有外壳体1和内壳体3，两个壳体之间的夹层中安放螺旋围绕式进流管2，抛物面分布螺旋换热管5叠加安放在内壳体3内部，与位于中心位置的主外管A3连接，并且抛物面分布螺旋换热管5被抛物面导流支撑架4支撑，内壳体3底部有内壳体支撑架6支撑在外壳体1的底部并保持与外壳体1封头的存在预设的距离，换热管道分流装置10固定在内壳体支撑架6上，主外管A3的上顶端装有反流堵头8，反流堵头8上方在壳程进口F1对面安装有稳流分布罩7，支座9周向均匀分布在外壳体1外侧或底部；稳流分布罩7，其迎流面上均匀分布径向V形导流槽，导流槽的槽深范围为10~100mm，稳流分布罩7最大外径的取值范围为壳程入口F1的内径的（0.137~0.255）×EXP(v1/v’)，其中v1为壳程入口F1处的流速，v’为内壳体3内部壳程的平均流速；稳流分布罩7外轮廓母线的曲率半径的取值范围要大于mm，其中e为自然常数，Re为壳程入口F1处的雷诺数；抛物面导流支撑架4，由圆环筋板B1和抛物面纵向筋板B2构成主体部分，最上圈圆环筋板B1上面周向均布有固定卡钩B3，抛物面纵向筋板B2之间分布有抗重力导流叶片B4，抛物面纵向筋板B2内侧分布有螺旋管换热管卡扣B5；抛物面导流支撑架4上的固定卡钩B3固定在内壳体3的内壁上，抛物面导流支撑架4上的螺旋管换热管卡扣B5固定抛物面分布螺旋换热管5；抛物面导流支撑架4的母线应满足抛物线方程，式中m的取值范围为2.73~6.33；抗重力导流叶片B4，其小端叶片宽度t1和大端叶片宽度t2之间需满足t1/t2=1.5~7.32的关系；抗重力导流叶片B4的上倾角α的取值范围为0.72×v1/v’；抗重力导流叶片B4的旋转角β取值范围为65º~87º。本专利技术的有益之处是：在提高换热器的换热效率方面，本专利技术中换热器为内外双层结构，管程的螺旋围绕式进流管螺旋盘绕在双层之间，换热器内壳体中间管束的换热螺旋管采用抛物面盘管结构，而且在壳程进口正对的换热螺旋管底部安放了稳流分布罩，使得壳程进口流速被均匀化分布，这些结构都使得整个壳体内部的流速不论在流道中心还是边缘都比较均匀，流动换热通过重新配置得到优化，同时换热螺旋管抛物面形的分布结构使得螺旋换热管进口端和出口端的对数平均温差得以提高，换热管末段的换热效率也相应得到提高，增加了总的换热效率。在换热螺旋管下方安放了抛物面导流支撑架，抛物面导流支撑架之间安放有抗重力导流叶片，使得换热器内壳体中心位置高度相对较低、流速相对较大的流体被引导致螺旋换热管中心以外的位置，强化流动相对较弱位置的换热效率。此外换热器中心安装了节约空间的管道对流装置，本装置将多个同心管道夹套安装在一个主管道中，通过分流装置将流体分流到不同的管壁之间以及管内流动，把安排分布的管路设计成单根主管的空间布局，使冷热流体通过交换管内外的位置，流体在流动过程中完成了管壁间流动与管内流动的转换，能够提高后半部分套管的换热效率，而且能够显著的节约安装空间。分流装置把各种流体在圆周方向均布的通道中传输，这样的对称结构可以使管道的流致振动得到平衡，从而减小甚至消除管道的流致振动，确保管道的安全性和可靠性。附图说明图1是本专利技术的半剖结构示意图，图2是本专利技术中的三维侧视图，图3是本专利技术中的抛物面导流支撑架4的结构示意图，图4是本专利技术中的抛物面导流支撑架4上分布的抗重力导流叶片B4的结构示意图，图5是本专利技术中的换热管道分流装置10半剖结构示意图，图6是本专利技术中的换热管道分流装置10横截面剖视图，图7是本专利技术的中换热管道分流装置10的结构示意图-图6中的a-a向剖视图，图8是本专利技术中的换热管道分流装置10结构示意图图6中的b-b向剖视图，图9是本专利技术中的换热管道分流装置10在图7中的c-c向局部剖视图，图10是本专利技术中的换热管道分流装置10在图7中的d-d向局部剖视图。抛物面导流支撑架4上分布的抗重力导流叶片B4结构示意图中，X和Y坐标分别为流道剖面的相互垂直的两坐标，Z为与流道剖面相垂直的坐标。具体实施方式本专利技术是一种高效螺旋管换热器，如图1~图10所示，包括有外壳体1和内壳体3，两个壳体之间的夹层中安放螺旋围绕式进流管2，抛物面分布螺旋换热管5叠加安放在内壳体3内部，与位于中心位置的主外管A3连接，并且抛物面分布螺旋换热管5被抛物面导流支撑架4支撑，内壳体3底部有内壳体支撑架6支撑在外壳体1的底部并保持与外壳体1封头的存在预设的距离，换热管道分流装置10固定在内壳体支撑架6上，主外管A3的上顶端装有反流堵头8，反流堵头8上方在壳程进口F1对面安装有稳流分布罩7，支座9周向均匀分布在外壳体1外侧或底部；稳流分布罩7，其迎流面上均匀分布径向V形导流槽，导流槽的槽深范围为10~100mm，稳流分布罩7最大外径的取值范围为壳程入口F1的内径的（0.137~0.255）×EXP(v1/v’)，其中v1为壳程入口F1处的流速，v’为内壳体3内部壳程的平均流速；稳流分布罩7外轮廓母线的曲率半径的取值范围要大于mm，其中e为自然常数，Re为壳程入口F1处的雷诺数。如图1、图3所示，抛物面导流支撑架4，由圆环筋板B1和抛物面纵向筋板B2构成主体部分，最上圈圆环筋板B1上面周向均布有固定卡钩B3，抛物面纵向筋板B2之间分布有抗重力导流叶片B4，抛物面纵向筋板B2内侧分布有螺旋管换热管卡扣B5；抛物面导流支撑架4上的固定卡钩B3固定在内壳体3的内壁上，抛物面导流支撑架4上的螺旋管换热管卡扣B5固定抛物面分布螺旋换热管5；抛物面导流支撑架4的母线应满足抛物线方程，式中m的取值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效螺旋管换热器，包括有外壳体（1）和内壳体（3），两个壳体之间的夹层中安放螺旋围绕式进流管（2），其特征在于抛物面分布螺旋换热管（5）叠加安放在内壳体（3）内部，与位于中心位置的主外管（A3）连接，并且抛物面分布螺旋换热管（5）被抛物面导流支撑架（4）支撑，内壳体（3）底部有内壳体支撑架（6）支撑在外壳体（1）的底部并保持与外壳体（1）封头的存在预设的距离，换热管道分流装置（10）固定在内壳体支撑架（6）上，主外管（A3）的上顶端装有反流堵头（8），反流堵头（8）上方在壳程进口（F1）对面安装有稳流分布罩（7），支座（9）周向均匀分布在外壳体（1）外侧或底部；稳流分布罩（7），其迎流面上均匀分布径向V形导流槽，导流槽的槽深范围为10~100mm，稳流分布罩（7）最大外径的取值范围为壳程入口（F1）的内径的（0.137~0.255）×EXP(v1/v’)，其中v1为壳程入口（F1）处的流速，v’为内壳体（3）内部壳程的平均流速；稳流分布罩（7）外轮廓母线的曲率半径的取值范围要大于

【技术特征摘要】
1.一种高效螺旋管换热器，包括有外壳体（1）和内壳体（3），两个壳体之间的夹层中安放螺旋围绕式进流管（2），其特征在于抛物面分布螺旋换热管（5）叠加安放在内壳体（3）内部，与位于中心位置的主外管（A3）连接，并且抛物面分布螺旋换热管（5）被抛物面导流支撑架（4）支撑，内壳体（3）底部有内壳体支撑架（6）支撑在外壳体（1）的底部并保持与外壳体（1）封头的存在预设的距离，换热管道分流装置（10）固定在内壳体支撑架（6）上，主外管（A3）的上顶端装有反流堵头（8），反流堵头（8）上方在壳程进口（F1）对面安装有稳流分布罩（7），支座（9）周向均匀分布在外壳体（1）外侧或底部；稳流分布罩（7），其迎流面上均匀分布径向V形导流槽，导流槽的槽深范围为10~100mm，稳流分布罩（7）最大外径的取值范围为壳程入口（F1）的内径的（0.137~0.255）×EXP(v1/v’)，其中v1为壳程入口（F1）处的流速，v’为内壳体（3）内部壳程的平均流速；稳流分布罩（7）外轮廓母线的曲率半径的取值范围要大于mm，其中e为自然常数，Re为壳程入口（F1）处的雷诺数；抛物面导流支撑架（4），由圆环筋板（B1）和抛物面纵向筋板（B2）构成主体部分，最上圈圆环筋板（B1）上面周向均布有固定卡钩（B3），抛物面纵向筋板（B2）之间分布有抗重力导流叶片（B4），抛物面纵向筋板（B2）内侧分布有螺旋管换热管卡扣（B5）；抛物面导流支撑架（4）上的固定卡钩（B3）固定在内壳体（3）的内壁上，抛物面导流支撑架（4）上的螺旋管换热管卡扣（B5）固定抛物面分布螺旋换热管（5）；抛物面导流支撑架（4）的母线应满足抛物线方程，式中m的取值范围为2.73~6.33；抗重力导流叶片（B4），其小端叶片宽度t1和大端叶片宽度t2之间需满足t1/t2=1.5~7.32的关系；抗重力导流叶片（B4）的上倾角α的取值范围为0.72×v1/v’；抗重力导流叶片（B4）的旋转角β取值范围为65º~87º。


2.根据权利要求1所述的高效螺旋管换热器，其特征在于壳程流体从内壳体（3）顶端的接管壳程入口（F1）中进入，壳程流体流过所有抛物面分布螺旋换热管（5）后，通过内壳体（3）底部的内壳体支撑架（6）流出，然后从内壳体（3）和外壳体（1）间的夹层中向上流过，并流过螺旋围绕式进流管（2）进行换热，最终从外壳体（1）侧上方的接管壳程出口（F2）流出；管程流体从外壳体（1）侧上方的接管管程入口（F3）流入，流进螺旋围绕式进流管（2）中，螺旋围绕式进流管（2）的管壁上有开孔接管，与内壳体（3）内部的抛物面分布螺旋换热管（5）连接输送管程流体，螺旋围绕式进流管（2）末端封死；抛物面分布螺旋换热管（5）另一端与换热管道分流装置（10）上的主外管（A3）相连，经过换热管道分流装置（10），下方螺旋围绕式进流管（2）管束中的流体从主外管（A3）进到内管2（A5），内管2（A5）上顶端与反流堵头（8）相连并在内管2（A5）上顶端管侧开有流孔使管内流体流出，内管2（A5）上顶端流出的流体被反流堵头（8）阻碍后反流进主外管（A3）与内管2（A5）之间的管壁夹层中，与上方螺旋围绕式进流管（2）管束中的流体混合换热后，经过换热管道分流装置（10）流入内管1（A1）中，从外壳体（1）底部封头上的接管管程出口（F4）流出。


3.根据权利要求1所述的换热管道分流装置（10），包括有主外管（A3），周向均布对称分流板（A4），其特征在于内管1（A1）和内管2（A5）分别被套放在主外管（A3）内部，均与主外管（A3）同轴，内管1（A1）和内管2（A5）内输送不同种类或状态的流体介质；能够根据流体的种类增加管数，主外管（A3）中夹套的内管数量小于或等于10个；内管1扇形前堵头（A2）安放在内管1（A1）深入主外管（A3）的外缘位置，与内管1（A1）、主外管（A3）相连接，内管1扇环形后堵头（A7）安放在内管1（A1）的末端；内管2扇形前堵头（A9）安放在内管2（A5）深入主外管（A3）的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：余龙，俞树荣，张剑，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62