專利名稱：管束支承件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種管束支承件，特別涉及一種包括多個稱作弓形隔板(segmental baffle)的橫向支承板的支承件，所述橫向支承板沿待支承管子的方向隔開。
背景技術：
管束的主要應用領域是在管殼式熱交換器中。管殼式熱交換器包括圓柱形容器，其內(nèi)部配置有沿該容器縱向延伸的管束。特別是，該管束可以為一束平行管子，因此也稱作管束。
眾所周知，管殼式熱交換器是間接熱交換器，其中，熱量在流經(jīng)管束的管子的流體(管側(cè))和流經(jīng)管子外部空間的流體(殼側(cè))之間傳遞。例如在Perry′s Chemical Engineers′Handbook，6thedition，1984，McGraw-Hill Inc.，page 11-3 to 11-21中可以找到管殼式熱交換器的詳細描述。管束是熱交換器最重要的部分。管子的端部固定到管板上。熱交換器可以包括兩個管板，圓柱形容器的每個端部上都具有一個管板，或者如果熱交換器為U型管換熱器，在圓柱形容器的一端具有單個的管板。
應該理解，管子的中間部分也必須被支承，例如用于防止由于流體流引起的振動對管子所造成的損害。為了支承管子的中間部分，管支承件通常包括軸向隔開的橫向支承板。支承板有時也被稱作支承薄板或支承隔板。
本發(fā)明涉及包括所謂的弓形隔板作為支承板的熱交換器。在上述Perry′s手冊中討論了幾種弓形隔板。傳統(tǒng)的弓形隔板由切除圓形部分(“窗口”)的圓形金屬板制成，并且穿過該板的剩余部分沖出或切出使管子可以穿過的多個開口。有時在相對側(cè)上切下兩個圓形部分，例如用于所謂的雙弓形隔板設置中或窗口內(nèi)無管設置中。
弓形隔板不僅支承管子，而且還影響穿過殼側(cè)的流體流。因此，隔板的設計也從傳熱情況考慮來決定。當出于使傳熱最優(yōu)化的考慮而希望在殼體內(nèi)管束上產(chǎn)生一定量的流體的橫流(cross-flow)時，使用弓形隔板管支承件。
在一定的限制范圍之內(nèi)，弓形隔板的設計可以適應特殊實際應用的特定要求。例如可以特別選擇所謂的隔板缺口，其為被切除以形成弓形隔板的圓直徑的百分數(shù)。單個弓形隔板中的大隔板缺口提供了較小的壓降，然而穿過窗口的管子的較大部分是未被支承的。通常，人們試圖通過至少每隔一個弓形隔板來支承管子，使得通常采用的最大隔板缺口為45％。
當管子穿過窗口時，管子的最大無支承長度(“無支承管子長度”)至少兩倍于弓形隔板之間的間距。因此，對于弓形隔板管支承件所固有的是支承板的數(shù)量至少是僅從機械支承觀點來看所需數(shù)量的兩倍。弓形隔板會大大地影響熱交換器的成本，所以人們試圖使隔板之間的間距最大化。當無支承管子長度變得過大時，就會引起振動問題。
在其它熱交換器設計中，沒有管子穿過窗口。例如，在非常高的豎直熱交換器(例如在大規(guī)模生產(chǎn)過程中用作供給/流出熱交換器的、被稱作“得克薩斯塔”的那些熱交換器)中，單個弓形隔板通常以特定的間距布置，并且窗口交替地位于相對側(cè)邊上以便在沿著殼體的管束上實現(xiàn)希望的流體橫流形式。因為出于對最佳流體流和最佳液力特性(特別是最小壓降)的考慮，所希望的間距遠大于克服振動的良好機械支承所需要的間距，所以在單獨的弓形隔板之間放置多個附加的弓形支承隔板，但是每個支承隔板具有兩個窗口。這些附加的元件占了整個管支承件的相當大的成本。
公開號為No.05-296680的日本專利申請描述了一種支承隔板，其中，多個配合的金屬板條布置在窗口中以抑制振動。由于所有的單個金屬板條所需要的特殊形狀的原因，因此生產(chǎn)成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種管束支承件，其使更簡單的(更便宜的)機械支承能克服弓形隔板管支承件中的振動。
為此，本發(fā)明提供了一種管束支承件，該支承件包括沿待支承管子的方向隔開的多個橫向支承板，并且所述板具有用于容納管子的開口，其中，所述多個支承板包括弓形隔板支承元件和多孔金屬板(expanded metal)支承元件。
申請人已經(jīng)實現(xiàn)了弓形隔板管支承件中的部分機械支承功能不必由傳統(tǒng)的弓形隔板元件提供，而可以有利地由多孔金屬板元件提供。由于使用更少的材料、產(chǎn)生更少的切割以及需要更少的勞動，這樣使得多孔金屬板能夠以遠低于弓形隔板的成本制造。本發(fā)明允許將管支承件設計成使得弓形隔板放置在由于流體流的原因而需要它們、并且它們也提供機械支承的位置處。進一步的機械支承(特別用于防止振動)可以由多孔金屬板元件提供。多孔金屬板對流體流的影響遠小于弓形隔板。
這樣，本發(fā)明允許在設計弓形隔板熱交換器中具有更大的靈活性。諸如管子尺寸和布置(例如三角形或正方形節(jié)距)、外殼直徑、弓形隔板尺寸和間距的熱交換器的基本設計參數(shù)可以根據(jù)最佳的流體流、傳熱性能和壓降進行選擇，而無需考慮振動因素。根據(jù)本發(fā)明，可能遇到的振動問題可以通過設置多孔金屬板支承元件來解決。
術語“支承元件”在說明書和權利要求書中用于表示支承板的一部分，或指整個支承板。
多孔金屬板支承元件和弓形隔板支承元件一起可以形成組合支承板。為此，多孔金屬板可以布置為跨過弓形隔板支承元件的窗口。這樣，可以在支承板的整個橫截面上提供機械支承，但流體只能流過窗口。因為多孔金屬板還施加一些限流作用，但該限流作用很小，可能需要的是相對于傳統(tǒng)的弓形支承隔板略微增大窗口的尺寸。
還可能的是多孔金屬板支承板形式的多孔金屬板支承元件布置在兩個弓形隔板支承元件之間，作為附加的機械支承。
在另一個實施例中，多孔金屬板支承板本身可以為弓形形狀，即可以切下一個或多個部分從而形成一個或多個窗口。這在沒有管從弓形隔板的窗口中穿過，以及希望弓形隔板之間的附加機械支承件對流體流產(chǎn)生最小干擾的設計中是有利的。
在公開號為No.WO 03/067170的國際專利申請中公開了僅由多孔金屬板支承元件構成的管支承件。然而，該公開文獻沒有涉及傳統(tǒng)的弓形隔板熱交換器中的振動問題，并且沒有公開或建議傳統(tǒng)的弓形隔板與多孔金屬板支承元件的組合。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明進行更具體的描述，其中圖1示意性地顯示了通過具有根據(jù)本發(fā)明的支承件的熱交換器的第一實施例的縱向截面圖；圖2示意性地顯示了沿圖1中II-II線的截面圖；圖3示意性地顯示了沿圖1中III-III線的截面圖；圖4示意性地顯示了弓形支承隔板；圖5示意性地顯示了由弓形隔板支承元件和多孔金屬板支承元件構成的組合支承隔板；圖6示意性地顯示了通過具有根據(jù)本發(fā)明的支承件的熱交換器的第二實施例的縱向截面圖；圖7示意性地顯示了沿圖6中VII-VII線的截面圖；圖8示意性地顯示了沿圖6中VIII-VIII線的截面圖；圖9示意性地顯示了另一個弓形支承隔板；圖10示意性地顯示了用作得克薩斯塔(Texas tower)中的中間支承板的傳統(tǒng)的弓形隔板；圖11示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的中間多孔金屬板支承板；圖12示意性地顯示了通過具有根據(jù)本發(fā)明的支承件的熱交換器的第三實施例的縱向截面圖；和圖13示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個多孔金屬板支承元件。
相同的標記在附圖中用于表示相同或類似的對象。
具體實施例方式
參考圖1-5。圖1顯示了縱向截面中豎直殼管式熱交換器1的一部分，并且圖2和3分別顯示了沿著II-II線和III-III線所作的兩個截面圖。熱交換器1具有殼體3和管束5，該管束中的管子8、9、10、11、12、13、14在圖1中為可見的。管束5的支承件包括圖1中所示的四個支承板18、19、20、21。所述支承板沿著管子8-14的長度方向以固定的距離L1彼此隔開。
支承板18、19和21為如圖4中放大顯示的傳統(tǒng)的弓形隔板。這些弓形隔板由一部分已被切除的圓板25制成而使得當其安裝在熱交換器中時形成窗口，如窗口28。在剩余的板25上切有開口30。
支承板20為如圖5詳細顯示的組合支承板。組合支承板35由弓形隔板支承元件38和多孔金屬板支承元件40形成，該多孔金屬板支承元件40橫跨由弓形隔板支承元件38留下的敞開的窗口42。多孔金屬板元件40例如可以焊接到弓形隔板元件38及圍繞窗口42的帶45上。帶45本身也可以焊接到弓形隔板元件上，但是也可以是從最初圓板上例如通過銑削形成弓形隔板38后的剩余部分。
多孔金屬板為眾所周知的材料，其可以通過提供具有切口結構的金屬板并隨后拉伸該切口金屬板制成。形成具有間隙的交叉板條結構，該交叉板條由所謂的股材和結合物形成。切口的布置和長度以及拉伸程度確定了所述間隙的尺寸、形狀和相對布置，該間隙因此可以設計成使得管子可以穿過它們并且被最佳地支承。
通常，相鄰結合物之間的股材在初始金屬板的平面以外絞合，這樣減少了對垂直于這塊多孔金屬板的流體流的約束。
支承板20在殼體3的整個截面區(qū)域內(nèi)，即也在窗口42中，機械地支承管子。因此，管子8的無支承管子長度，例如支承板19和21之間的長度為L1。對比而言，例如支承板18和20之間的管子14的無支承管子長度為2L1。這樣，本發(fā)明可以用來減小無支承的管子長度以便抑制振動。如果熱交換器1中的更多的或所有的支承板為組合支承板35的話，從機械的觀點來看，加大支承板之間的間距是可能的。
現(xiàn)在參考圖6-11，并且討論本發(fā)明的第二實施例。
圖6顯示了處于縱向截面的得克薩斯塔熱交換器101的一部分，并且圖7和8分別顯示了兩個沿VII-VII線和VIII-VIII線所作的截面圖。熱交換器101具有豎直的圓柱形殼體103和貫穿殼體103中心部分的管束105。管108、109和110在圖6中為可見的。得克薩斯塔例如可以具有24米的高度和2.5米的直徑。
管束105的支承件包括圖6中所顯示的作為支承元件的五個支承板117、118、119、120、121。所述支承板沿著管子108-110的長度方向彼此隔開。
支承板117和121為如圖9中放大顯示的傳統(tǒng)的弓形隔板124。這些弓形隔板由已經(jīng)沿126線切下一部分的圓板125制成而使得當將相應的板安裝在熱交換器101中時形成窗口127、128。所述窗口如圖所示布置在熱交換器中的相對側(cè)上。根據(jù)管子105的尺寸和布置，在剩余的板125上切有開口130。因為如圖6中所示的熱交換器101的設計為所謂的窗口中無管型設計，與所述窗口相對的部分131中沒有布置開口。
弓形隔板之間的間距L2如此選擇成可獲得最佳的流體流，由此，其中穿過窗口127和128的流體橫過管束105。L2的典型值為1.5米。如果間距L2對于防止管子振動來說過大的話，在傳統(tǒng)的得克薩斯塔中安裝有附加的中間支承板，類似于圖10中所示的板133。板133為弓形支承隔板并且具有用于管子的開口134，所述弓形支承隔板的相反兩側(cè)被切除兩部分。這種附加的中間支承板例如安裝在如板118、119、120所顯示的相同位置上，并且使得窗口標記為窗口127和128。
然而，在如圖6-8所示的根據(jù)本發(fā)明的實施例中，中間支承板118、119和120為多孔金屬板支承板，類似于圖11中示意性顯示的板135。
板135由一雙弓形多孔金屬板136形成，該多孔金屬板焊接到支承環(huán)138和支承帶140上以便形成窗口142和143。支承板135可以比如圖10中所顯示的傳統(tǒng)中間板134更為便宜地制造。
現(xiàn)在參考圖12-13，并且參照這些附圖對本發(fā)明的第三實施例進行討論。
具有殼體203的水平熱交換器201為這種設計的實例，其中，管束205穿過殼體203延伸。圖12顯示了縱向截面的一部分，應理解熱交換器可以更長，并且可以布置比圖中所示更多的支承板。管束205包括管子208、209、210、211、212、213和214。附圖沒有顯示帶有管板的管子端部。
管子被弓形隔板218、219、220所支承。布置多孔金屬板支承板221、222以便進一步支承而克服管子的振動。弓形隔板支承元件和多孔金屬板支承元件交替地沿著管子205的長度方向以固定的間距布置。相鄰弓形隔板例如弓形隔板218和219之間的間距為L3。
弓形隔板支承元件218、219與參照圖4所顯示和描述的那些元件相似。相鄰弓形隔板之間一半的位置上，布置有類似于圖13中所顯示的板235的多孔金屬板支承板。板235可以例如通過將多孔金屬板切成圓形(例如通過激光切割)并且焊接到支承環(huán)245上而低成本地制造。
多孔金屬板支承板221、222用來防止弓形隔板之間的振動。例如管子214的最大無支承管子長度為L3，其等于相鄰弓形隔板之間的間距。在沒有多孔金屬板支承元件的情況下，無支承管子長度將等于弓形隔板之間間距的兩倍。這樣，本發(fā)明允許將相鄰弓形隔板之間的間距選擇得大于當管支承件僅由弓形隔板構成時的間距。該弓形隔板因此能夠布置成實現(xiàn)殼體側(cè)的最佳流體流動和熱傳遞，并且管支承件的總成本可以達到最小。
然而，在一些應用中，還可以出現(xiàn)的是管子振動因素對弓形隔板之間的最小間距產(chǎn)生限制。這可以是當希望使殼體內(nèi)的橫向流最大化而使給定熱交換器體積中的熱交換最大化時出現(xiàn)的情況。在這種情況下，使用下部隔板切口的弓形隔板，并且希望使隔板之間的間距達到最小。盡管弓形隔板之間具有較短的間距，但這不僅導致了高壓降，而且還可以產(chǎn)生管子振動。在這樣的條件下，以前的技術需要增加隔板間距并且可能增大熱交換器的尺寸。然而，利用本發(fā)明，附加的多孔金屬板支承板可以解決振動問題。通過使用附加的多孔金屬板支承元件，雖然熱交換器中的管支承件的成本略有增加，但是因為可以使用較小的殼體，所以熱交換器的總成本可較低。
應當清楚的是本發(fā)明可以同樣地應用于水平和豎直熱交換器。
支承板能夠以任意適當?shù)姆绞桨惭b在殼體中。安裝弓形隔板的常規(guī)方法是使用與管子平行布置的隔離棒，其焊接到殼體和弓形隔板上。這些棒同樣可以焊接到多孔金屬板支承元件的支承環(huán)上。
對于本發(fā)明的許多應用來說，多孔金屬板支承元件適當?shù)鼐哂谐叽缱銐虼蟮拈g隙而使得管子可以穿過，從而使每個管子基本沒有空隙地從四面被支承。典型地，在這種情況下，所述尺寸的最大量度比可以穿過所述間隙的管子的直徑大10％。所述間隙的這個尺寸對于例如參照圖1和12所討論的實施例來說是優(yōu)選的，其中每個多孔金屬板支承元件優(yōu)選充分地支承管子。
然而，應當清楚的是，還可以使用具有足夠大間隙的多孔金屬板而使得幾個管子可以穿過。在這種情況下，多塊多孔金屬板適當?shù)叵嗯浜喜贾枚构茏訌母鱾€方向被支承，例如參考圖6所討論實施例的中間多孔金屬板支承元件。在WO 03/067170中討論了幾個多孔金屬薄板的這種適當布置。在本發(fā)明的首次申請(優(yōu)先權)日提出的、未公布的歐洲專利申請No.03077463.2中描述了其它適當?shù)牟贾?、多孔金屬板的類型和多孔金屬板的間隙的布置和形狀。
權利要求
1.一種管束支承件，該支承件包括沿待支承管子的方向隔開的多個橫向支承板，并且所述支承板具有容納管子的開口，其中，所述多個支承板包括弓形隔板支承元件和多孔金屬板支承元件。
2.如權利要求1所述的支承件，其中，所述多個支承板包括由弓形隔板支承元件和多孔金屬板支承元件形成的組合支承板。
3.如權利要求2所述的支承件，其中，所述多孔金屬板支承元件布置為跨過形成在弓形隔板支承元件和相應直徑的圓之間的窗口。
4.如權利要求1所述的支承件，其中，所述多孔金屬板支承元件中的至少一個形成布置在兩個弓形隔板支承板之間的中間部位的支承板。
5.如權利要求4所述的支承件，其中，所述中間多孔金屬板支承元件形成弓形支承板。
全文摘要
一種用于管束的支承件，該支承件包括沿待支承管子的方向隔開的多個橫向支承板，并且所述支承板具有容納管子的開口，其中，所述多個支承板包括弓形隔板支承元件和多孔金屬板支承元件。
文檔編號F28F9/22GK1906456SQ200480040754
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權日2003年12月22日
發(fā)明者S·W·約翰斯頓, D·F·米爾德 申請人:國際殼牌研究有限公司