直插式垫条型缠绕管式换热器制造技术

本发明专利技术提供了一种直插式垫条型缠绕管式换热器，将直插式垫条沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒上，介质横掠流过直插式垫条可在换热管之间形成扰流，强化管束形成的尾流场，有效降低换热管外壁面的流动边界层和热边界层。该直插式垫条上设置有两排定位槽；第一排定位槽包括沿垫条本体长度方向设置的多个第一定位槽，第二排定位槽包括沿垫条本体长度方向设置的多个第二定位槽；多个第一定位槽和多个第二定位槽交错设置，多个第一定位槽分别用于定位各奇数/偶数层换热管，多个第二定位槽分别用于定位各偶数/奇数层换热管。本发明专利技术仅通过对垫条及其布置方式进行改进，即能实现进一步强化换热的目的。化换热的目的。化换热的目的。

【技术实现步骤摘要】
直插式垫条型缠绕管式换热器


[0001]本专利技术涉及工业换热器领域，具体涉及缠绕管式换热器。

技术介绍

[0002]缠绕管式换热器是一种典型的管壳式换热器，其换热管束按螺旋线形状交错缠绕于芯筒与外筒之间的空间内，相邻两层换热管的螺旋方向相反，并且采用一定形状的垫条使之保持一定的间距。其具有结构紧凑、耐高压、传热效率高、单位体积换热面积大等优点。缠绕管式换热器层与层之间的反向缠绕可以在壳程形成强烈的湍流效果；螺旋型管道对管内流动也有强化作用；同时垫条等部件对壳程的流动造成扰动，由于三个方而的共同作用，使得缠绕管式换热器的传热性能得以显著提高。
[0003]研究发现缠绕管式换热器在壳侧的流动十分复杂，换热管束的螺旋缠绕使得壳侧流动湍流旺盛。但是壳侧介质在同层相邻两换热管之间的空间内的流动速度较低，造成局部区域传热系数较小。

技术实现思路

[0004]为在现有空间内，通过简便操作实现进一步强化换热的目的，本专利技术提供一种直插式垫条型缠绕管式换热器。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]直插式垫条型缠绕管式换热器，包括换热器外筒、芯筒、多层换热管和多个垫条；
[0007]所述多层换热管按螺旋线形状交错缠绕，并设置在换热器外筒与芯筒之间的空间内，相邻两层换热管的螺旋方向相反，外层换热管的螺旋半径大于内层换热管的螺旋半径；
[0008]每一层换热管束包括多根沿圆周均布的换热管；位于同一层的换热管的螺距、螺旋半径、螺旋方向均相同；
[0009]其特殊之处在于：
[0010]所述垫条为直插式垫条，，沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒上，对于每一层换热管束，在相邻的两根换热管之间的空隙处均设置至少一个直插式垫条；直插式垫条用于控制不同层换热管之间的层间距以及同层各换热管之间的管间距；
[0011]所述直插式垫条包括垫条本体，在垫条本体上沿其宽度方向设置有两排定位槽；
[0012]第一排定位槽包括沿垫条本体长度方向间隔设置的多个第一定位槽，第二排定位槽包括沿垫条本体长度方向间隔设置的多个第二定位槽；
[0013]多个第一定位槽和多个第二定位槽交错设置，多个第一定位槽分别用于定位各奇数/偶数层换热管，多个第二定位槽分别用于定位各偶数/奇数层换热管；
[0014]第一定位槽、第二定位槽的形状、尺寸均与其所支撑的换热管相匹配；
[0015]沿垫条本体长度方向上，相邻的第一定位槽与第二定位槽之间的间距为其所对应的两层换热管之间的层间距；各定位槽槽底到垫条本体底面的距离为其所对应的的同层中相邻两根换热管之间的管间距。
[0016]进一步地，直插式垫条的长度方向垂直于来流方向。
[0017]进一步地，第一定位槽、第二定位槽均具有一定的倾斜角θ，使得其与换热管之间为面接触；倾斜角θ按照下述公式计算：
[0018][0019]其中，R为第一层换热管螺旋半径；L为第一层换热管的螺距；第一层换热管是指换热器中螺旋半径最小的那层换热管。
[0020]进一步地，垫条本体为U型、一字型或爪型。
[0021]进一步地，在垫条本体上还设置有多个备用槽。
[0022]进一步地，同层中各相邻两根换热管之间的直插式垫条对齐排布。
[0023]进一步地，同层中各相邻两根换热管之间的直插式垫条错开排布。
[0024]进一步地，同层中各相邻两根换热管之间的直插式垫条螺旋排布。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术将直插式垫条沿径向安装于芯筒内壁上，介质横掠流过直插式垫条可在换热管之间形成扰流，增加介质在垫条区域处的湍流强度，有效降低换热管外壁面的流动边界层和热边界层,增强换热效果。
[0027]2、本专利技术中的直插式垫条作为缠绕管式换热器同层换热管之间及不同层之间间隔件的同时，也可作为涡发生器，壳程介质横掠流过直插式垫条时可在下游产生漩涡，形成二次环流，使得流体在一定压力下以切线方向进入同层相邻换热管间作剧烈的旋转运动，使换热器壳侧主流体在各层换热管之间沿轴向冲刷管壁的同时，对位于同层的相邻换热管之间的区域也进行了冲刷。
[0028]3、本专利技术在现有空间内，通过简便操作，仅通过对垫条及其布置方式进行改进，即能实现进一步强化换热的目的，无需对换热器本身进行改进，改进成本低，通用性强。
[0029]4、相对于传统缠绕管式换热器中的垫条结构及安装方式，本专利技术中的垫条与传统垫条结构相比，在相同的体积下与换热管有更大的接触面积，有效防止换热管在正常工况下的振动；本专利技术采用直插式垫条，换热器层与层之间的隔离距离由直插式垫条上定位槽的间距决定，换热器增大或减小各层换热管间距以改进壳侧流动性能时无需改变垫条厚度，只需改变垫条上定位槽的间距即可，使得换热器结构更加稳定。
[0030]5、当本专利技术中的直插式垫条垂直于来流方向安装时，各层换热管束与垫条接触的各定位槽角度及尺寸相同，便于直插式垫条的加工。
附图说明
[0031]图1为本专利技术直插式垫条型缠绕管式换热器的结构示意图(去除了部分换热器外筒)。
[0032]图2为换热管束及直插式垫条俯视图(以每层有5根换热管为例)。
[0033]图3为换热管与直插式垫条的位置关系示例(以每层中有4根换热管，同层中相邻两根换热管之间设置一根直插式垫条为例)。
[0034]图4为相邻两层换热管形成的菱形空隙的示意图。
[0035]图5为三种不同形式的直插式垫条的结构示意图，其中：(a)图为一字型垫条；(b)
图为U型垫条；(c)图为爪形垫条。
[0036]图6为本专利技术直插式垫条型缠绕管式换热器相较于传统缠绕管式换热器在各工况下的PEC准则数。
[0037]图7为本专利技术直插式垫条型缠绕管式换热器与传统缠绕管式换热器在各工况下的换热管变形量对比。
[0038]图8为本专利技术直插式垫条的不同排列方式示意图(以两层换热管束，每层四根换热管为例)，其中：
[0039](a1)图为以单根换热管的螺距为最小重复单元，将换热管束沿换热器轴向划分为多段，对于每一段而言，在同层中各相邻两根换热管之间均设置一根直插式垫条，且所有直插式垫条对齐排布在同一轴线上；
[0040](a2)图为以单根换热管的螺距为最小重复单元，将换热管束沿换热器轴向划分为多段，对于每一段而言，在同层中各相邻两根换热管之间均设置一根直插式垫条，且相邻两根直插式垫条错开(交错)排布；
[0041](a3)图为以单根换热管的螺距为最小重复单元，将换热管束沿换热器轴向划分为多段，对于每一段而言，在同层中各相邻两根换热管之间均设置一根直插式垫条，且各直插式垫条呈螺旋方式排布；
[0042](b1)图为以单根换热管的螺距为最小重复单元，将换热管束沿换热器轴向划分为多段，对于每一段而言，在同层中各相邻两根换热管之间均设置两根直插式垫条，所有直插式垫条分为两组，分别对齐排布在两条平行的轴线上；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.直插式垫条型缠绕管式换热器，包括换热器外筒(1)、芯筒(2)、多层换热管和多个垫条；所述多层换热管按螺旋线形状交错缠绕，并设置在换热器外筒(1)与芯筒(2)之间的空间内，相邻两层换热管的螺旋方向相反，外层换热管的螺旋半径大于内层换热管的螺旋半径；每一层换热管束包括多根沿圆周均布的换热管；位于同一层的换热管的螺距、螺旋半径、螺旋方向均相同；其特征在于：所述垫条为直插式垫条(5)，沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒上，对于每一层换热管束，在相邻的两根换热管之间的空隙处均设置至少一个直插式垫条(5)；直插式垫条(5)用于控制不同层换热管之间的层间距以及同层各换热管之间的管间距；所述直插式垫条(5)包括垫条本体(53)，在垫条本体(53)上沿其宽度方向设置有两排定位槽；第一排定位槽包括沿垫条本体(53)长度方向间隔设置的多个第一定位槽(51)，第二排定位槽包括沿垫条本体(53)长度方向间隔设置的多个第二定位槽(52)；多个第一定位槽(51)和多个第二定位槽(52)交错设置，多个第一定位槽(51)分别用于定位各奇数/偶数层换热管，多个第二定位槽(52)分别用于定位各偶数/奇数层换热管；第一定位槽(51)、第二定位槽(52)的形状、尺寸均与其所支撑的换热管相匹配；沿垫条本体(53)长度方向上，相邻的第一定位槽(51)与第二定位槽(52)之间的间距为其所对应的两层换热管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斯民，段旭东，文键，张早校，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：