專利名稱：采用旋流片支撐的矩形管束換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及換熱器，特別涉及一種采用旋流片支撐的矩形管束換熱器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的各類管殼式換熱器，如傳統(tǒng)的弓形折流板支撐普通光 滑管束的管殼式換熱器，采用空心環(huán)網(wǎng)板及旋流網(wǎng)板支撐縮放管束的強化傳熱管殼
式換熱器(中國專利ZL200420015378.0與ZL20042008874U)等，也有多種板 式換熱器，如平板板式換熱器與波紋板板式換熱器等。
管殼式換熱器的優(yōu)點是機械密封性好，承壓能力高，管程與殼程冷熱兩側(cè)流道 之間的密封只有管束兩端管子與管板之間的焊接皿接密封，因此可以應(yīng)用于許多 高溫與高壓的換熱場合，而且管程與殼程的傳熱管流道面積較大，不易被污垢堵塞， 便于清理，流體的流動阻力較低，換熱器的操作能耗較少，但缺點是傳熱管的管壁 厚度較大(1 4mm)，在一定換熱面積的條件下?lián)Q熱器的金屬材料消費較多，板式 換熱器的優(yōu)點是單位換熱器體積內(nèi)換熱面積較大，換熱器緊湊，可以采用薄壁金屬 板(0.2 0.8ram)作為換熱元件，在相同換熱面積的條件下金屬材料的消費遠低于 管殼式換熱器，但缺點是換熱器的機械密封難度大，冷熱兩側(cè)流道之間的密封長度 包括每塊換熱板面在冷熱兩側(cè)的四周邊，共計8條邊界的密封，需要密封的邊界太 長，固容易產(chǎn)生流體泄漏，不宜用于高溫與高壓的換熱場合，而且板式換熱器的板 間需要依靠板的凸肋支撐，板間距較小，流體流動阻力較大，容易造成污垢堵塞， 換熱器的操作能耗較大，換熱器流道不容易清理，因此普通的板式換熱器不能適用 于高溫，低密度，巨大體積流量的煙氣與煙氣之間的換熱。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有的換熱器技術(shù)對于管殼式換熱器金屬材料消 費較大，而板式換熱器容易泄漏，且操作能耗較高的缺點，提供一種適用于高溫， 低密度，巨大體積流量煙氣與煙氣之間換熱的采用旋流片支撐的矩形管束換熱器。
如圖l、圖2所示，本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
采用旋流片支撐的矩形管束換熱器，包括筒體5、置于筒體5內(nèi)且沿筒辦由向
的若干個寬度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4兩端的管板2、與兩 端管板2相連的上下封頭1、 9及換熱器管程與殼程的進出接口 10、 12、 3、 11，管 程的進出接口 10、 12與上下封頭1、 9連接，殼程的進出接口3、 11與筒體5連接， 在矩形管束4的管內(nèi)沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8，旋流片8的中心線 與矩形管束4的中心線方向一致，相鄰的旋流片8的旋向相反，在矩形管束4的管 與管之間也沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8。
優(yōu)選方案所述旋流片8為在片狀短扭帶，扭角優(yōu)選180 360度，扭率(扭 率旋流片旋轉(zhuǎn)180度時片條長度與片條寬度之比)為L5 10。
管內(nèi)的旋流片8與矩形管束4的兩內(nèi)壁相接觸，管與管之間的旋流片8與相鄰 的矩形管束4的外壁相接觸。
所述旋流片8在橫向之間用薄扁鋼7連接構(gòu)成一組組橫向旋流片組，在同一軸 向上的橫向旋流片組用若干根定位拉桿6固定。
所述矩形管束4由兩塊兩側(cè)封閉的平行板面構(gòu)成，兩板之間相隔一定的板間距； 平行板面為光滑板面或帶周期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面為縮放形 的折線肋面或波浪形的曲線肋面，肋面的粗糙高度為矩形管板間距的1% 20%，如 圖5、圖6所示。
所述矩形管束4的間距優(yōu)選10ram 100鵬，所述旋流片8在橫向的間距為L 2 12倍矩形管束4的間距，在軸向的間距為3 60倍矩形管束4的間距。
所述換熱器管程的進出接口 10、 12的方向可以在0 360度水平方向與上下封 頭l、 9連接，殼程的進出接口3、 ll在水平方向上與筒體連接。
應(yīng)用本實用新型所述的采用旋流片支撐的矩形管束換熱器實現(xiàn)強化傳熱的方 法流體在矩形管束4的管內(nèi)與管間每經(jīng)過一組橫向旋流片組時，形成若干平行且 相互獨立的螺旋流，之后，螺旋流依靠流體自身的運動慣性在兩組橫向旋流片的間 距中保持自旋流并逐漸衰減，流體經(jīng)過下一組橫向旋流片時，又再形成螺旋流，流 體沿流動方向重復(fù)所述螺旋流與自旋流的過程，流體螺旋流與自旋流使得流體在傳 熱邊界層的流動皿提高，可以有效強化流體的對流傳熱，因為流體在自旋流區(qū)域 的流動阻力很小，故只需要付出較少阻力的代價，就可以獲得較大傳熱性能的提高。
本實用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點和效果可以采用薄壁的金屬板(厚度0. 2 0. 8mm)制作矩形管束4，這樣能夠克服管殼式換熱器傳熱管管壁厚，金屬 材料消費多的缺點，由于矩形管束4只有一條軸向焊縫，矩形管束4的兩端與管板 2連接，因此相當于每塊傳熱板面在冷熱兩側(cè)只有3條周邊需要密封，遠遠少于板 式換熱器每i央傳熱板面在冷熱兩側(cè)有8條周邊需要密封，從而可以大幅減少密封周 邊的長度，提高密封的可靠性。此外，矩形管束4的板間距可以相距較大，板間采 用旋流片8作為支撐，旋流片8在矩形管束4的管內(nèi)與管間一方面可以起到支撐作 用，避免矩形管束4在內(nèi)外兩側(cè)流體壓力不等時受壓變形，另一方面可以使流體產(chǎn) 生螺旋流與自旋流，強化矩形管束管內(nèi)與管間的流體對流傳熱，而且因為流體在自 旋流區(qū)域的流動阻力很小，故只需要付出較少阻力的代價，就可以獲得較大傳熱性 能的提高，克服板式換熱器流體阻力大，操作能耗高的缺點，同時矩形管束4的板 間距較大，通道結(jié)構(gòu)簡單，不容易被污垢堵塞，便于清理，這都優(yōu)于板式換熱器。 因為具備以上的優(yōu)點，采用旋流片支撐的矩形管束換熱器比現(xiàn)有的管殼式換熱器與 板式換熱器更適合于高溫，低密度與巨大體積流量的煙氣換熱場合。

圖1是本實用新型的俯視示意圖2是圖1沿AA線的剖視示意圖3是一組橫向旋流片組的正視圖4是一組橫向旋流片組的俯視圖5是縮放形粗糙平板構(gòu)成矩形管束的側(cè)視示意圖6是波浪形粗糙平板構(gòu)成矩形管束的側(cè)視示意圖7是管板示意圖。
圖中示出1:下封頭；2:管板；3:殼程入口接口； 4:矩形管束；5:筒體; 6:定位拉桿；7:薄扁鋼；8:旋流片；9:上封頭；10:管程入口接口； 11:殼程 出口接口； 12:管程出口接口。
具體實施方式

實施例1
圖1,2示出了本實用新型采用旋流片支撐的矩形管束換熱器一種結(jié)構(gòu)形式。如 圖l， 2所示，采用旋流片支撐的矩形管束換熱器，包括筒體5、置于筒體5內(nèi)且沿 筒體軸向的若干個寬度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4兩端的管板 2、與兩端管板2相連的上下封頭1、 9及換熱器管程與殼程的進出接口 10、 12、 3、 11，管程的進出接口IO、 12與上下封頭1、 9連接，殼程的進出接口3、 ll與筒體 5連接，在矩形管束4的管內(nèi)沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8,旋流片8 的中心線與矩形管束4的中心線方向一致，相鄰的旋流片8的旋向相反，在矩形管 束4的管與管之間也沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片8。所述旋流片8為在 片狀短扭帶，扭角為180度。管內(nèi)的旋流片8與矩形管束4的兩內(nèi)壁相接觸，管與 管之間的旋流片8與相鄰的矩形管束4的外壁相接觸。所述旋流片8在橫向之間用 薄扁鋼7連接構(gòu)成一組組橫向旋流片組，在同一軸向上的橫向旋流片組用若干根定 位拉桿6固定。
所述矩形管束4由兩塊兩側(cè)封閉的平行板面構(gòu)成，兩板之間相隔一定的板間距； 平行板面為光滑板面。
所述換熱器管程的進出接口 10、 12的方向可以在0 360度水平方向與上下封 頭l、 9連接，殼程的進出接口3、 ll在水平方向上與筒體連接。
管程的進出接口 10、 12與上下封頭1、 9及矩形管束4的管內(nèi)流道共同構(gòu)成換 熱器的管程通道，殼程的進出接口3、 11和筒體5與矩形管束4的管間流道以及管 板2共同構(gòu)成換熱器的殼程通道。
在本例中，筒體5，下封頭1與上封頭9的直徑均為1700ram，壁厚均為8mm， 筒體5長4000咖，下封頭1與上封頭9的高度均為1 IOO證，管板2的直徑為IOOO咖， 厚度為30跳矩形管束4的平板厚度為0. 5跳平板間距為50咖，矩形管束4的管 心距為50mm，在筒體5內(nèi)沿橫向均布17根寬度不一的矩形管束4，矩形管束4的 長度為4070mm，在矩形管束4管內(nèi)與管間沿橫向等距150mm均布旋流片8，旋流片 8的片條厚度為2mm，寬度為49. 5mm，扭率為3，片條長度為150mm，采用厚度為2mm， 高度為15mm的薄扁鋼7將橫向均布的旋流片8連接為一組橫向旋流片組，沿換熱 器的軸向等距600mm安置7組橫向旋流片組，換熱器管程與殼程的接口直徑均為 800mm。本例換熱器的金屬材料消費比管殼式換熱器可以較少40% 50%，密封的可 靠性比板式換熱器可提高50%，流體阻力或操作能耗可比板式換熱器降低30% 40%, 適合于低密度，大體積流量的高溫氣體與氣體的換熱場合使用。
權(quán)利要求1、采用旋流片支撐的矩形管束換熱器，包括筒體(5)、置于筒體(5)內(nèi)且沿筒體軸向的若干個寬度不一且相互平行的矩形管束(4)、置于矩形管束(4)兩端的管板(2)、與兩端管板(2)相連的上下封頭(1、9)及換熱器管程與殼程的進出接口(10、12、3、11)，管程的進出接(10、12)與上下封頭(1、9)連接，殼程的進出接口(3、11)與筒體(5)連接，其特征在于在矩形管束(4)的管內(nèi)沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片(8)，旋流片(8)的中心線與矩形管束(4)的中心線方向一致，相鄰的旋流片(8)的旋向相反，在矩形管束(4)的管與管之間也沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述旋流片(8)為在片狀短 扭帶。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在于所述旋流片(8)的扭角為180 360度，旋流片(8)的扭率為1.5 10。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的換熱器，其特征在于管內(nèi)的旋流片(8) 與矩形管束(4)的兩內(nèi)壁相接觸，管與管之間的旋流片(8)與相鄰的矩形管束(4) 的外壁相接觸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述旋流片(8)在橫向之f司 用薄扁鋼(7)連接構(gòu)成一組組橫向旋流片組，在同一軸向上的橫向旋流片組用若 干根定位拉桿(6)固定。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述矩形管束(4)由兩塊兩 側(cè)封閉的平行板面構(gòu)成，兩板之間相隔一定的板間距；平行板面為光滑板面或帶周 期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面為縮放形的折線肋面或波浪形的曲線 肋面，肋面的粗糙高度為矩形管板間距的1% 20%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于所述矩形管束(4)的間距為 10mm lOOnmic
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的換熱器，其特征在于，所述旋流片(8)在橫向的間 距為1.2 12倍矩形管束(4)的間距，在軸向的間距為3 60倍矩形管束(4)的 間距。
專利摘要本實用新型公開了一種采用旋流片支撐的矩形管束換熱器，包括筒體、置于筒體內(nèi)且沿筒體軸向的若干個寬度不一且相互平行的矩形管束、置于矩形管束兩端的管板、與兩端管板相連的上下封頭及換熱器管程與殼程的進出接口，管程的進出接口與上下封頭連接，殼程的進出接口與筒體連接，其特征在于在矩形管束的管內(nèi)沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片，旋流片的中心線與矩形管束的中心線方向一致，相鄰的旋流片的旋向相反，在矩形管束的管與管之間也沿軸向與橫向大致均勻間隔分置旋流片，旋流片既可以對矩形管束起到板間有效的支撐與固定作用，又可以強化矩形管束的傳熱。本實用新型的換熱器可在工業(yè)的氣體換熱中普遍推廣應(yīng)用。
文檔編號F28D1/03GK201059887SQ20072005397
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者何兆紅, 亮 周, 鄧先和 申請人:華南理工大學