專利名稱：斜向流管殼式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換設(shè)備，具體地說是一種換熱死區(qū)小、傳熱面積大的管殼式換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用工藝設(shè)備。在化工廠中，換熱器的投資約占總投資的10％～20％；在煉油廠中，該項(xiàng)投資約占總投資的35％～40％。換熱器不僅能夠合理調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的溫度以滿足工藝流程的需要，也是余熱、廢熱回收利用的有效裝置。而管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)可靠、技術(shù)成熟、適用面廣，是目前熱力系統(tǒng)中最為常用的換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，目前工業(yè)裝置中管殼式換熱器的用量占全部換熱器用量的70％。工程中廣泛應(yīng)用的弓形折流板管殼式換熱器，由于結(jié)構(gòu)原因致使殼程存在較大的流動和傳熱死區(qū)，換熱面積無法得到充分利用；且殼程流體流動阻力較大，尤其是殼程流體流速較高時，不僅容易產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動，并且若對流體的外加動力有限，難以合理調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的溫度以滿足工藝流程的需要。螺旋折流板管殼式換熱器殼程流體流速變化較為平緩，不會造成很大的殼程壓力損失，并可有效消除死區(qū)和返混現(xiàn)象，提高了有效傳熱面積，但是由于其制造和安裝難度大，故未能得到廣泛應(yīng)用。折流桿管殼式換熱器因其實(shí)現(xiàn)了殼程流體的縱向流動，表現(xiàn)出更優(yōu)的傳熱、流體流動、抗振和抗垢性能，但其在低Re工況下傳熱效果不佳的缺陷，也限制了其廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種斜向流管殼式換熱器，通過改變管殼式換熱器管束支撐結(jié)構(gòu)來改變殼程流體流動形態(tài)，進(jìn)而使殼程主流區(qū)流體橫行流動或縱向流動改變?yōu)閮A斜流動，既能充分利用橫向流流動狀態(tài)因有利于破壞邊界層引起的傳熱性能提高的優(yōu)勢，又可減弱或消除流動和換熱死區(qū)，進(jìn)一步有效利用傳熱面積，提高傳熱性能，同時降低殼程流體的壓力損失。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種斜向流管殼式換熱器，主要包括折流柵和換熱管，其特征在于折流柵由折流圈和固接在折流柵上傾斜設(shè)置的簾式折流片構(gòu)成。
所述的簾式折流片具有弧形或方形或類齒輪狀開口，兩兩開口之間具有突起。
所述的弧形開口之間的相對突起的中部具有開孔。
所述的簾式折流片與折流圈之間的傾斜角度為15°-75°。
所述的簾式折流片與折流圈之間的傾斜角度為30°-60°。
所述的簾式折流片與折流圈之間的傾斜角度為45°。
所述的任兩相鄰折流柵上的簾式折流片對稱設(shè)置。
所述的任兩相鄰折流柵上的簾式折流片平行設(shè)置。
所述的任兩相鄰折流柵上的簾式折流片正交設(shè)置。
所述的開口尺寸大于換熱管的外徑0.25～0.5mm。
本發(fā)明能夠達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明因折流片傾斜設(shè)置這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得管束支撐物對殼程流體的擾動效果明顯，在較低的同等Re工況下，斜向流管殼式換熱器殼程流體的平均流速和湍動程度高，殼程傳熱系數(shù)也相應(yīng)提高；在較高Re工況下，其強(qiáng)化傳熱性能更為明顯。
2、本發(fā)明因形體阻力和對流體的阻擋程度小，且部分消除了流動死區(qū)，故殼程壓降有較大幅度的降低。
3、本發(fā)明的綜合性能(即單位殼程壓降下的傳熱系數(shù))良好，尤其適合于既要保證較高的傳熱系數(shù)而流體外加動力有限的工況場合。


圖1為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為具有半圓形開口折流片折流柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為具有半圓形開口內(nèi)有開孔折流片折流柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為具有方形和齒輪形開口折流片折流柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為相鄰折流柵上簾式折流片對稱、平行、正交設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明殼程流體流動狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1如圖1、圖2、圖5(a)、圖6所示，該斜向流管殼式換熱器主要包括折流柵1和換熱管2，折流柵1由折流圈11和焊接在折流柵上傾斜設(shè)置的簾式折流片12構(gòu)成，該簾式折流片12具有半圓形開口121，兩兩開口121之間具有突起122，開口121的尺寸大于換熱管的外徑0.3mm，該簾式折流片12與折流圈11之間的傾斜角度為45°，任意兩相鄰折流柵1上的簾式折流片12正交設(shè)置。
實(shí)施例2如圖3、圖5(b)所示，該斜向流管殼式換熱器與實(shí)施例1的不同之處在于簾式折流片12具有半圓形開口121，半圓形開口121之間的相對突起122的中部設(shè)有開孔(123)，開口121的尺寸大于換熱管2的外徑0.4mm，該簾式折流片12與折流圈11之間的傾斜角度為30°，兩兩相鄰折流柵1上的簾式折流片12對稱設(shè)置。
實(shí)施例3如圖4(a)、圖5(c)所示，該斜向流管殼式換熱器與實(shí)施例1的不同之處在于簾式折流片12具有方形開口121，方形開口121的尺寸大于換熱管2的外徑0.45mm，該簾式折流片12與折流圈11之間的傾斜角度為60 °，兩兩相鄰折流柵1上的簾式折流片12平行設(shè)置。
通過上述技術(shù)方案，可使相鄰折流柵1上的簾式折流片12實(shí)現(xiàn)換熱管2在橫向和縱向位置上的完全支撐和定位，同時簾式折流片12對殼程流體具有較強(qiáng)的導(dǎo)向和擾動作用，相鄰兩簾式折流片12之間形成傾斜流道，殼程流體流入這些傾斜通道，通道內(nèi)主流區(qū)流體流動方向在簾式折流片12的強(qiáng)制導(dǎo)向作用下與換熱管2軸向呈一定夾角，夾角的大小可通過折流片的傾斜角度予以調(diào)節(jié)。相對于折流桿換熱器這種殼程流體流動方向基本上平行于換熱管2方式而言，這種流動狀態(tài)更有利于沖刷換熱管2管壁，使得殼程流體總體上呈縱向流動的趨勢下，簾式折流片12與換熱管2接觸處的局部區(qū)域又存在類似于折流板換熱器中的橫向流動。隨著流體流速的加快和湍動程度增強(qiáng)，流體對管外邊界層液膜的剪力加大，從而使液膜持續(xù)減薄，既充分利用了因橫向流對換熱管2更為強(qiáng)烈的沖刷作用引起的邊界層削弱的優(yōu)勢，又改善了完全橫向流動導(dǎo)致的流動死區(qū)大、換熱面積利用率較低的弊端，削弱了折流板換熱器殼程流體因受到折流板橫向阻擋和翻越折流板導(dǎo)致的壓力損失；同時殼程流體在傾斜流道中受迫流動形成射流，對主流區(qū)流體的吸卷和擾動作用強(qiáng)烈，有助于進(jìn)一步提高主流區(qū)的湍動程度和平均流速；簾式折流片12的開口121尺寸略大于換熱管2外徑，傾斜放置與換熱管2接觸后，在換熱管2外壁周圍形成形狀復(fù)雜的孔隙，殼程流體中除主流區(qū)流經(jīng)傾斜通道沖刷換熱管2外，部分流體穿越這些孔隙，在換熱管2外壁處產(chǎn)生貼壁射流，進(jìn)一步增強(qiáng)了流體對管壁的沖刷程度；簾式折流片12外緣上的突起122，嵌入相鄰換熱管2之間，除起到支撐和定位換熱管2的作用外，對換熱管2間的流體提供較強(qiáng)的擾動作用，在其后產(chǎn)生旋渦尾流，提高了殼程流體的局部湍流度。流體的流速越大，湍動越激烈，從而強(qiáng)化了傳熱，在旋渦強(qiáng)度減弱后，流體通過后面的折流元件又產(chǎn)生新的旋渦；簾式折流片12傾斜放置，若用于冷凝器時對冷凝液還有引流作用。
權(quán)利要求
1.一種斜向流管殼式換熱器，主要包括折流柵(1)和換熱管(2)，其特征在于折流柵(1)由折流圈(11)和固接在折流柵(11)上傾斜設(shè)置的簾式折流片(12)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于簾式折流片(12)具有弧形或方形或類齒輪狀開(121)，兩兩開(121)之間具有突起(122)。
3.如權(quán)利要求2所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于開口(121)之間的相對突起(122)的中部具有開孔(123)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于簾式折流片(12)與折流圈(11)之間的傾斜角度為15°-75°。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于簾式折流片(12)與折流圈(11)之間的傾斜角度為30°-60°。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于簾式折流片(12)與折流圈(11)之間的傾斜角度為45°。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于任兩相鄰折流柵(11)上的簾式折流片(12)對稱設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于任兩相鄰折流柵(11)上的簾式折流片(12)平行設(shè)置。
9.如權(quán)利要求1、2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于任兩相鄰折流柵(11)上的簾式折流片(12)正交設(shè)置。
10.如權(quán)利要求2或3所述的斜向流管殼式換熱器，其特征在于開口(121)尺寸大于換熱管(2)的外徑0.25～0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種斜向流管殼式換熱器，主要包括折流柵和換熱管，折流柵由折流圈和焊接在折流柵上傾斜設(shè)置的簾式折流片構(gòu)成，該簾式折流片具有半圓形、方形或齒輪形開口，兩兩開口之間具有突起，開口尺寸大于換熱管的外徑0.25－0.5mm，該簾式折流片與折流圈之間的傾斜角度為15－75°，任意兩相鄰折流柵上的折流片正交、平行或?qū)ΨQ設(shè)置。本發(fā)明因折流片傾斜設(shè)置，使得在較低的同等Re工況下，斜向流管殼式換熱器殼程流體的平均流速和湍動程度高，殼程傳熱系數(shù)也相應(yīng)提高；在較高Re工況下，其強(qiáng)化傳熱性能更為明顯，且部分消除了流動死區(qū)，故殼程壓降有較大幅度降低，尤其適合于要求較高的傳熱系數(shù)而流體外加動力有限的工況場合。
文檔編號F28F9/24GK1987325SQ20061012830
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者董其伍, 古新, 王珂, 劉敏珊, 周雅寧 申請人:鄭州大學(xué)