热交换器制造技术

一种热交换器，包括：　　　　具有一条纵轴并构造为容纳第一流体的外壳；和　　　　多个扇形体挡板，每一个挡板都与纵轴成一个角度安置于所述外壳上来引导第一流体以充分均匀的速率流入经过所述外壳的螺旋形。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热交换器，更特别地但不排他地涉及一种构造为提供流体沿螺旋状通道的匀速流动和最大限度传热的壳-管热交换器。
技术介绍
为了通过热交换和/或发热装置实现最大产出而长期努力的主要目标是要达到下列各项更高的传热效率；更低的压力下降；增强的性能；有效的防振保护；以及减少的安装与维修费用。无论是海上开采、精炼、电力、石化还是造纸和食品工业，热交换器通常都是以上列举各项的核心部分。多种热交换器构造为人所公知并且投入到各种应用中。广泛使用的热交换器构造之一——图1中的壳-管热交换器包括覆盖着一束平行导管12的圆柱形外壳10，该平行导管12在两个端面板14之间伸展从而使第一流体16通过导管12。其间，第二流体18流入并穿过两个端面板之间的空间以致与导管接触。为了提供两种流体间的改进的热交换，第二流体18的流动由形成各个通道的中间挡板20限定，该中间挡板设置为使第二流体在穿过一个通道到下一通道时改变其方向。呈环形及圆盘形的挡板20垂直于外壳10的纵轴22安置来提供第二流体18的之字形流动24。不利地，第二流体不得不沿外壳长度多次急剧地改变其流向。这导致第二流体动压力的降低及其流速的不均匀，两者相结合会对热交换器的性能产生不利影响。科学界早已意识到挡板相对于外壳纵轴的垂直位置是造成相对低的传热率/压力下降率的主要原因。相互平行伸展并与外壳的纵轴成直角的相邻挡板确定了具有由相邻通道间的多个急转弯的特征的交叉流动路线。热交换器的效率可以通过减少挡板之间的间隔或窗口来提高。但是，减少窗口会导致沿着与外壳并列的挡板外缘的高流速，以及接近外壳中心的低流速。在由相邻挡板界定的各段内的不均匀流动分布造成大量漩涡、滞流区以及导管展宽的扩大/收缩，这会减少对流热交换率。促成传热率下降的另一因素是通过第一流体的导管必须在距外壳一定的径向距离处设置。因此，在外围设置的导管周围的交叉流动比在中心设置的导管周围更快。这样，如上所述的传统挡板装置导致通过挡板-外壳及导管-挡板间隙的旁路流动。旁路流动使交叉流动传热减少而由显著的速率变化所导致的流动分布不均增加了回流和死区内的漩涡，由此在外壳侧面上发生更高的堵塞率。这种流动分布不均导致外围导管的高温及腐蚀使得它们很快地损坏并因而减少了在热交换过程中的作用。由于热交换器的设计基于整个管束的每个导管在热交换过程中的均匀分布，所以这些损坏的导管不能满足此要求而应加以更换。与此更换相关的高费用使热交换器的维修费用昂贵。此外，由于通常长达24英尺的长管由为解决与不匀速相关的问题而被分别隔开一个很大距离的一连串挡板所支撑，因此传统装置可能会引起高的流动感生振动损失。由高的热梯度及不均匀的交叉流动振动所带来的危害是重大的。因此，有必要来构建可以达到以下目的的挡板装置使对流热交换率提高的通过外壳的均匀交叉流动；多个挡板相对于由挡板装置或保持架所支撑的多个导管的实际定位的稳定性和正确性；以及挡板装置的简易化安装。
技术实现思路
这些目的通过用一连串分隔开的扇形体挡板来取代传统的弓形挡板加以实现，所述每一个扇形体挡板都倾斜于外壳的纵轴设置以在外壳侧部上形成一个假拟螺旋形流动通道。本专利技术的构造的优点之一是倾斜设置的挡板起到了交叉流动的导向叶片的作用，该交叉流动沿着每个挡板的对边具有十分均匀的速率因而避免了回流和漩涡。因此，一连串倾斜挡板引导第二流体沿着螺旋状的更为自然的流动通道流动，该流动通道提供十分均匀的流率和最小限度的泄流，而不是如上所述的传统设计那样压制交叉流动。由于流速在每个挡板两边都十分均匀，所以穿过后者的压力梯度是微小的。因此，没有不合需要的泄流穿过或通过挡板，并且如理想设计的那样，流动主要沿着朝向外壳内壁并形成螺旋通道的最高点的挡板表面发生。因此，当第二流体横穿外壳的整体长度时的快慢取决于挡板相对于外壳纵轴的法线的角度时，流速保持不变。此外，由于在流动传输件的膨胀和收缩中所消耗的流动能量是最小的，所以压力损失仅是在传统挡板的热交换器中所测损失的一小部分。因此，螺旋式挡板结构提供了更高的可用压力下降到热传导的转换。依照本专利技术的一个方面，螺旋式挡板的扇形体为椭圆板的扇形部分。与外壳内壁并列的椭圆形外表面的构造提供了在它们之间的紧密的间隙，从而当具有螺旋式挡板的管束插入外壳时能够最小限度的泄流。为了确保多个挡板的相对位置及其相对于随后通过这些挡板安装的导管束的理想布置，本专利技术提供了连接一连串挡板的各种配置的加固件。依照一个实施例，纵向密封条定位焊接于相邻挡板的挡板边缘。作为选择，间隔条可以桥接起构造为固定间隔的挡板的连接杆。最后，每个挡板的径向相对的侧翼可以具有一个设置有圆孔的倾斜伸展的凸缘，这些导管横穿所述圆孔，另外这些导管由形成在相邻挡板的对边的半圆孔而固定。本专利技术的另一方面是提供包含形成了一个双螺旋型式的两列挡板的螺旋挡板装置。这种构造特别地有利于增加导管的长度，而并不影响流动的均匀速度。本专利技术的构造对于现有设备和基础应用是同样有利的。对于前者，本专利技术的构造的优点是有助于增加生产量而降低维修费用。当然，由于腐蚀和机械故障而需要更换的导管的百分率因漩涡或反混的消除而相当大地减小。对于基础应用，本专利技术的构造有助于减少划分间隔、能量消耗及投入。因此，本专利技术的一个目的是提供一种改进的壳-管热交换器内的挡板装置，构造为使不均匀的交叉流速最小化并使热交换率最大化；本专利技术的另一目的是提供一种扇形体挡板，成型为使外壳内侧的挡板装置之间的间隙减少到最小限度；本专利技术还有一个目的是提供一连串具有加固装置的扇形体挡板，该加固装置构造为便于插入并确保导管在扇形体挡板内的理想位置；本专利技术的另一目的是提供一种扇形体挡板的双螺旋式装置，构造为提高防止流动引起的振动的集束性；此外，本专利技术还有一个目的是构建能够使双螺旋式装置的安装有效的扇形体挡板。附图说明结合附图从以下描述中可以更容易地明了上述及其它目的、特征和优点，在图中图1是传统壳-管热交换器中流动分布的概略图；图2是本专利技术的热交换器的概略透视图；图3是挡板保持架的透视图；图4是四扇形挡板装置的立面等矩图；图5是依照本专利技术所构建的单块挡板的视图；图6是显示图2的本专利技术的热交换器的纵向密封条的立面侧视图；图7是显示本专利技术的热交换器的加固条的立面图；图8是依照本专利技术的另一实施例所构建的本专利技术的扇形体挡板的立面图；图9是本专利技术的螺旋式扇形挡板装置的双螺旋构造的示意图。具体实施例方式参照图2，本专利技术的螺旋挡板式热交换器30由多个扇形体挡板32构成，每一个挡板都相对于外壳34的纵轴A-A的法线N-N成角度λ放置。从而，扇形体挡板32(以下称为挡板)引导外壳侧面的交叉流动36成螺旋型式并处于挡板间减小的无支承管距中。这导致了具有可用压力下降到热传导的有效转换的外壳侧面上的真实的交叉流动并且由于另一种流体穿过导管40的振动被最大限度地降低而减少了损害。这就使堵塞交叉流动36的死点不复存在，并且充分地排除了漩涡或反混的耗散能量。虽然如附图中所示的挡板32是平直的，但是每个挡板的对边都可以弯曲来引导沿着螺旋型式的交叉流动36。如图3和4中所示，挡板保持架26是以角度λ放置并由多个连接杆28互接在一起的连续挡板或扇形体挡板32组合成的，该挡板保持架26用来支撑多个导管40并用作交叉流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巴希尔·I·马斯特，克里希南·S·丘纳恩戈德，文卡特斯瓦兰·普什帕内森，
申请(专利权)人：ABB路慕斯全球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：