一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器结构，由筒体、管板、螺旋折流板、光滑换热管、螺旋槽纹管、拉杆、拧紧螺钉和弹性材料组成；所述螺旋折流板在一个周期内的投影为环形，在各块螺旋折流板的搭接区域附近有扰流件；所述光滑换热管穿过所述螺旋折流板的板体部分；所述螺旋槽纹管安装在所述螺旋折流板中心部分形成的通道内，同时提高管程和壳程的换热效率；螺旋折流板通过旋转拧紧螺钉从而压紧弹性材料实现两两搭接。本申请将在中间区域使用螺旋槽纹管，根据实际流动和换热情况分为强化段、正常流动段和换向段，各部分螺距不同，进一步提升总体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器
本专利技术涉及管壳式换热器领域，具体涉及一种使用螺旋槽纹管的螺旋折流板管壳式换热器。
技术介绍
换热器是实现冷热流体热量交换的一种重要过程设备，广泛应用于化工、石油、冶金、食品、动力、医药、制冷等行业，在热量回收和综合利用等方面起到不容忽视的作用。其中，管壳式换热器的应用最为广泛，管程和壳程的流体通过管壁实现热量交换，出于安全性考虑，国内许多管壳式换热器内仍采用光滑传热管，这方面有很大的节能进步空间。螺旋折流板换热器内壳程流体在螺旋折流板的作用下呈螺旋状流动，可以在一定的沿程压降下提高换热效率，螺旋折流板的形状和位置很大程度上影响着换热器的使用效果。二～四等分的螺旋折流板在实际工程中由于安装方便、折流板数量可控等原因，应用较多。六等分螺旋折流板则适合正三角形布管，传热系数也相对更高，但相应地加工和装配难度更大。螺旋折流板的结构设计主要是为了优化壳程流体的流动路径，避免流动死区的形成，使流体更接近于柱塞状流动，从而提高换热效果。实际工作时，在离心力的作用下靠近中间区域的流体流速较慢，导致了这部分管子的换热效率降低，同时在某些部位还会发生泄露现象，使整体的综合性能受到影响。
技术实现思路
本专利技术针对螺旋折流板换热器内中间区域的换热管换热效率较低的问题，提供了一种使用变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器结构，可以缓解漏流问题，提高换热器的综合性能。本专利技术采用如下的技术方案：一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其包括筒体、螺旋折流板、光滑换热管和螺旋槽纹管；光滑换热管和螺旋槽纹管均用于通入换热流体；筒体作为换热器的外壳，其侧壁的一端设有进口和出口；筒体内设有若干螺旋折流板，螺旋折流板为扇环形；多块螺旋折流板在筒体中顺次搭接，形成与筒体同轴的螺旋式导流结构；所述螺旋式导流结构中安装有若干光滑换热管，所述光滑换热管与筒体轴线平行布置并贯穿螺旋折流板上的换热管安装孔；所述螺旋式导流结构和筒体围成的外螺旋通道作为换热器的外壳程；所述螺旋槽纹管有多条，沿轴向布置于螺旋式导流结构内部的中空通道中，使中空通道在螺旋槽纹管的外螺纹导向下形成内螺旋通道，作为换热器的内壳程；壳程流体由所述进口进入外壳程做螺旋流动，流体完成外壳程流动后换向进入内壳程在螺旋槽纹管外部继续流动，直至从出口流出；每条所述螺旋槽纹管分为强化段、正常段和换向段，正常段的螺距与所述螺旋式导流结构的螺距相等，正常段、强化段和换向段的螺距递减，其中强化段为螺旋槽纹管位于换热器内流体入口段的部分，换向段为螺旋槽纹管位于换热器内的壳程流体换向段的部分，正常段为强化段和换向段之间的部分。作为优选，所述的螺旋折流板上还开设有拉杆安装孔，所述螺旋式导流结构通过多条贯穿螺旋折流板的拉杆固定于筒体两侧的管板上。作为优选，所述螺旋式导流结构中，相邻两块螺旋折流板的板体搭接位置夹有压紧弹性材料，两块螺旋折流板的搭接端分别通过拧紧螺钉固定于压紧弹性材料上，实现连续搭接。作为优选，所述螺旋式导流结构中，螺旋折流板呈周期性，若干连续搭接的螺旋折流板为一个螺旋周期，一个螺旋周期内的所有螺旋折流板沿螺旋式导流结构轴向的投影为完整环形，且满足0.5≤r/R≤0.72，其中R为螺旋折流板的扇环外径，r为螺旋折流板的扇环内径。进一步的，所述扰流件为相对螺旋折流板表面凸出或凹陷的半球体，半球体的半径为a，(R-r)是a的15～45倍。作为优选，所述螺旋式导流结构中，螺旋折流板在搭接端附近设有若干扰流件，用于顺着流体的流动方向形成绕流，避免出现流动滞止死区。作为优选，所述螺旋式导流结构中穿过的光滑换热管和中空通道中布设的螺旋槽纹管数量相同，且外螺旋通道和内螺旋通道的流体流动面积相等。作为优选，所述螺旋式导流结构中，光滑换热管和螺旋槽纹管均采用正三角形布管方式，管程数大于等于1。作为优选，所述拉杆通过螺纹连接或焊接的方式固定在所述管板上。进一步的，所述螺旋式导流结构的螺距s计算公式为:其中，α为螺旋折流板的搭接程度，0≤α≤1，n为一个所述螺旋周期内螺旋折流板的块数，ds为筒体内径；β为螺旋折流板的螺旋角；所述正常段的螺距p2＝s；所述强化段的长度占螺旋槽纹管管长的10％～15％，螺距p1＝0.9p2；所述换向段的长度占螺旋槽纹管管长的25％～40％，螺距p3＝0.75p2。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本专利技术所述的螺旋折流板换热器中，螺旋折流板形成的中间区域使用螺旋槽纹管代替光滑换热管，和两两连接在一起的螺旋折流板形成螺旋通道，提高中间部分流体的流动速度，减薄温度边界层，提高换热效率，相比全部使用光滑管的螺旋折流板换热器，换热系数提高20.1％；同时螺旋折流板的螺距s与螺旋槽纹管正常流动段的螺距p2相等，使流体在内螺旋通道流动时有序地形成规律的螺旋状流动，促进了管内和管外流体的换热，相比螺旋折流板螺距s和螺旋槽纹管正常流动段的螺距p2不相等的情况，换热系数提高8.2％。(2)本专利技术所述的螺旋折流板换热器中，通过旋转拧紧螺钉从而压紧夹在两块螺旋折流板之间的弹性材料，使螺旋折流板两两固定在一起的同时，避免了在搭接位置处发生的漏流现象，使壳程流体都在螺旋通道内流动。(3)本专利技术所述的螺旋折流板换热器中，螺旋折流板连接区域附近的凹坑和凸起尺寸依据流动情况而定，流体流过这部分形成扰流，使边界层得到充分分离，进一步提高中间区域的流动速度，同时有效缓解漏流现象。(4)本专利技术所述的螺旋折流板换热器中，筒体和螺旋折流板围成了外壳程流道，螺旋折流板中间挖空的部分形成了内壳程流道，螺旋折流板上穿过的光滑换热管和中间区域插入的螺旋槽纹管数量相同，内外壳程流体的流动面积尽可能相等，流体换向时流速基本保持不变，提高流动的流畅性，避免引起管束颤动；相比单壳程结构，在流量不变、管程数相同的情况下，双壳程结构换热器换热效率更高。附图说明为使本专利技术的内容更容易被理解，下面结合附图和实施案例对本专利技术作进一步详细说明，其中：图1为本专利技术所涉及的使用变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器的立体结构示意图；图2为本专利技术所涉及的使用变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器的壳程流动示意图；图3为图2沿A-A方向的剖视图；图4为本专利技术所涉及的螺旋折流板的立体结构示意图；图5为本专利技术所涉及的螺旋折流板的平面结构示意图；图6为本专利技术所涉及的一个螺旋周期的螺旋折流板组的安装结构示意图；图7为本专利技术所涉及的螺旋槽纹管的结构示意图。图中：1、筒体；2、管板；3、螺旋折流板；4、光滑换热管；5、螺旋槽纹管；6、拉杆；7、拧紧螺钉；8、弹性材料。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。参照图1和图3，在本专利技术的一个较佳实施例中，提供了一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其包括筒体1、螺旋折流板3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其特征在于：包括筒体(1)、螺旋折流板(3)、光滑换热管(4)和螺旋槽纹管(5)；光滑换热管(4)和螺旋槽纹管(5)均用于通入换热流体；/n筒体(1)作为换热器的外壳，其侧壁的一端设有进口和出口；筒体(1)内设有若干螺旋折流板(3)，螺旋折流板(3)为扇环形；多块螺旋折流板(3)在筒体(1)中顺次搭接，形成与筒体(1)同轴的螺旋式导流结构；所述螺旋式导流结构中安装有若干光滑换热管(4)，所述光滑换热管(4)与筒体(1)轴线平行布置并贯穿螺旋折流板(3)上的换热管安装孔；/n所述螺旋式导流结构和筒体(1)围成的外螺旋通道作为换热器的外壳程；所述螺旋槽纹管(5)有多条，沿轴向布置于螺旋式导流结构内部的中空通道中，使中空通道在螺旋槽纹管(5)的外螺纹导向下形成内螺旋通道，作为换热器的内壳程；壳程流体由所述进口进入外壳程做螺旋流动，流体完成外壳程流动后换向进入内壳程在螺旋槽纹管(5)外部继续流动，直至从出口流出；/n每条所述螺旋槽纹管(5)分为强化段、正常段和换向段，正常段的螺距与所述螺旋式导流结构的螺距相等，正常段、强化段和换向段的螺距递减，其中强化段为螺旋槽纹管(5)位于换热器内流体入口段的部分，换向段为螺旋槽纹管(5)位于换热器内的壳程流体换向段的部分，正常段为强化段和换向段之间的部分。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其特征在于：包括筒体(1)、螺旋折流板(3)、光滑换热管(4)和螺旋槽纹管(5)；光滑换热管(4)和螺旋槽纹管(5)均用于通入换热流体；
筒体(1)作为换热器的外壳，其侧壁的一端设有进口和出口；筒体(1)内设有若干螺旋折流板(3)，螺旋折流板(3)为扇环形；多块螺旋折流板(3)在筒体(1)中顺次搭接，形成与筒体(1)同轴的螺旋式导流结构；所述螺旋式导流结构中安装有若干光滑换热管(4)，所述光滑换热管(4)与筒体(1)轴线平行布置并贯穿螺旋折流板(3)上的换热管安装孔；
所述螺旋式导流结构和筒体(1)围成的外螺旋通道作为换热器的外壳程；所述螺旋槽纹管(5)有多条，沿轴向布置于螺旋式导流结构内部的中空通道中，使中空通道在螺旋槽纹管(5)的外螺纹导向下形成内螺旋通道，作为换热器的内壳程；壳程流体由所述进口进入外壳程做螺旋流动，流体完成外壳程流动后换向进入内壳程在螺旋槽纹管(5)外部继续流动，直至从出口流出；
每条所述螺旋槽纹管(5)分为强化段、正常段和换向段，正常段的螺距与所述螺旋式导流结构的螺距相等，正常段、强化段和换向段的螺距递减，其中强化段为螺旋槽纹管(5)位于换热器内流体入口段的部分，换向段为螺旋槽纹管(5)位于换热器内的壳程流体换向段的部分，正常段为强化段和换向段之间的部分。


2.如权利要求1所述的具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其特征在于：所述的螺旋折流板(3)上还开设有拉杆安装孔，所述螺旋式导流结构通过多条贯穿螺旋折流板(3)的拉杆(6)固定于筒体(1)两侧的管板(2)上。


3.如权利要求1所述的具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其特征在于：所述螺旋式导流结构中，相邻两块螺旋折流板(3)的板体搭接位置夹有压紧弹性材料(8)，两块螺旋折流板(3)的搭接端分别通过拧紧螺钉(7)固定于压紧弹性材料(8)上，实现连续搭接。


4.如权利要求1所述的具有变螺距螺旋槽纹管的螺旋折流板换热器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧雍若，苏锦，王风磊，杨晨，钱锦远，
申请(专利权)人：青岛畅隆电力设备有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：山东;37