“斜日字”單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器的制造方法
【專利摘要】一種斜日字單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器，其管束組件包括U型電加熱管組、管板、環(huán)形支撐板、傾斜折流板組、拉桿組、單端傾斜套管組、雙端傾斜套管組；U型電加熱管組按照斜日字單元環(huán)形布管方案分圈布置在正三角形分布的網(wǎng)格點(diǎn)上；所述斜日字單元由占據(jù)“斜日字”6個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的2長(zhǎng)1短3根U型電加熱管組成；第1圈中心對(duì)稱布置3組斜日字單元，第2圈至第7圈按六等分中心對(duì)稱布置斜日字單元；第2圈有6組，以后每增大一圈就增加6組斜日字單元；所述傾斜折流板組以每個(gè)周期3塊折流板周向重疊首尾相接，殼體內(nèi)流體圍繞U型電加熱管束螺旋流動(dòng)。本發(fā)明電加熱器傳熱系數(shù)高、流動(dòng)阻力低、結(jié)構(gòu)緊湊，可節(jié)省材料、降低成本并延長(zhǎng)使用壽命。
【專利說(shuō)明】"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電加熱器，尤其涉及一種"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電 加熱器。

【背景技術(shù)】
[0002] 電加熱器是工業(yè)工程中的常用設(shè)備，覆蓋的功率有大有小，目前已有的小功率電 加熱器主要采用占據(jù)正六邊形頂點(diǎn)的3根U型管電加熱器為單元；大功率集束式電加熱器 通常采用多圈環(huán)狀布置U型電加熱管，并以弓形折流板支撐管束，存在著傳熱系數(shù)低、體積 大等缺點(diǎn)，所需要的電加熱器傳熱面積就比較大。多圈環(huán)狀布置U型電加熱管的弓形折流 板集束式電加熱器方案通常中間有空心區(qū)，為了避免短路而設(shè)置中心管，這個(gè)中心管與弓 形折流板組成的蛇形流動(dòng)通道并不合拍。
[0003] 螺旋折流板換熱器已經(jīng)逐漸進(jìn)入推廣應(yīng)用，利用螺旋折流板來(lái)強(qiáng)化電加熱器管束 的傳熱是值得推廣普及的課題，特別是由于利用傾斜激光束切割加工折流板的制造方法大 大簡(jiǎn)化了傾斜扇形折流板的加工工藝。但如果仍然采用多圈環(huán)狀布置U型電加熱管來(lái)實(shí)現(xiàn) 螺旋折流板電加熱器方案時(shí)，由于多圈環(huán)狀布置U型電加熱管的布管方案相鄰孔的中心距 不同，造成其坐標(biāo)位置的確定比較困難，且扇形折流板直邊上半個(gè)孔問(wèn)題難以避免，使得采 用傾斜激光束切割加工折流板比較困難。所以，如何同時(shí)滿足提高電加熱器的傳熱性能、降 低流體流動(dòng)阻力，且使得管束布置方案有利于折流板的加工并方便接線端的合并連接需要 有深入的研究和設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器，包括管束組件、殼體組件、密 封件、緊固件組、小銅排組、罩殼、螺釘組和總線銅排組；所述殼體組件包括筒體、封頭、殼體 法蘭、進(jìn)口和出口，筒體的左端與封頭焊接，右端與殼體法蘭焊接，進(jìn)口焊接在殼體下部靠 近殼體法蘭端，而出口焊接在封頭上；所述管束組件插入所述殼體內(nèi)，并通過(guò)緊固件組將管 束組件的管板與密封件和殼體的殼體法蘭連接并緊固成一體；所述小銅排組的三眼小銅排 和2眼小銅排用于管束組件的U型電加熱管組接線端的合并；所述罩殼用于保護(hù)接線端，內(nèi) 部設(shè)有安裝總線銅排組的結(jié)構(gòu)件；所述螺釘組用于將罩殼固定在管束組件的管板外側(cè)；
[0007] 其特征在于：所述管束組件包括U型電加熱管組、管板、環(huán)形支撐板、傾斜折流板 組、拉桿組、螺母組、單端傾斜套管組、雙端傾斜套管組；所述管板、環(huán)形支撐板都是同心布 置，傾斜折流板組的外側(cè)投影圓也與之同心布置；
[0008] 所述管束組件的布管方案如下：以管板的中心為原點(diǎn)，在管板（1-2)的平面上建 立一個(gè)由X坐標(biāo)軸和逆時(shí)針轉(zhuǎn)120°夾角的y坐標(biāo)軸構(gòu)成的平行四邊形網(wǎng)格坐標(biāo)系，且所述 網(wǎng)格坐標(biāo)系的2個(gè)坐標(biāo)軸的刻度相同，均為網(wǎng)格間距；所述網(wǎng)格間距滿足不小于2倍U型電 加熱管的外徑；網(wǎng)格坐標(biāo)以（x，y)表示，χ和y均為0?17之間的整數(shù)，原點(diǎn)坐標(biāo)為（0,0); 在所述網(wǎng)格坐標(biāo)系中過(guò)各網(wǎng)格點(diǎn)添加與坐標(biāo)軸呈60°夾角的平行線，可形成正三角形網(wǎng) 格；所有U型電加熱管組的每根電加熱管之2條直管段都布置在由2個(gè)以網(wǎng)格間距為邊長(zhǎng) 的共邊正三角形組成之菱形網(wǎng)格之長(zhǎng)對(duì)角上，管中心距均為#倍網(wǎng)格間距；所述管束組件 的布管方案的管孔和拉桿孔均位于所述網(wǎng)格坐標(biāo)系的網(wǎng)格點(diǎn)上；
[0009] 所述U型電加熱管組以"斜日字"單元環(huán)形排列，并根據(jù)電加熱器所需的總功率選 擇合適的圈數(shù)，常用范圍為1至7圈；所述"斜日字"單元由2根較長(zhǎng)的長(zhǎng)U型電加熱管和 1根較短的短U型電加熱管組成，長(zhǎng)U型電加熱管與短U型電加熱管的直管段長(zhǎng)度之差大 約為1.5倍U型電加熱管管徑；所述"斜日字"單元占據(jù)斜日字形三橫二堅(jiān)6個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)管 位，其中2根長(zhǎng)U型電加熱管平行布置，各占據(jù)"斜日字"單元的一個(gè)銳角點(diǎn)管位和對(duì)邊上 的一個(gè)中間管位，1根短U型電加熱管占據(jù)"斜日字"單元的2個(gè)鈍角管位，并與其余2根 長(zhǎng)U型電加熱管成60°夾角；以下按"斜日字"單元的2個(gè)銳角點(diǎn)的網(wǎng)格坐標(biāo)來(lái)定義"斜 日字"單元的位置，寫成[(xl，yl)，（x2，y2)];由內(nèi)向外的第1圈"斜日字"單元有3組，其 第一個(gè)"斜日字"單元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐標(biāo)為[(2, 0)，（1，2)]， 然后以原點(diǎn)為中心按照三等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置；從第2圈開始均以原點(diǎn)為中 心按照六等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置"斜日字"單元；所述"N等分中心對(duì)稱陣列"是 一種在CAD制圖中采用的將所選目標(biāo)圍繞中心點(diǎn)在360°范圍環(huán)形布置N等分的作圖方 式；以下在0°至60°的六分之一圓之扇形上給出所述網(wǎng)格坐標(biāo)系中各"斜日字"單元的 坐標(biāo)：第2圈的1個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)為[(4,0)，（3, 2)];第3圈的2個(gè)"斜日字"單 元的坐標(biāo)分別為[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分 別為[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈的 4 個(gè)"斜日字"單元的 坐標(biāo)分別為[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)]和[(10, 7)，（11，10)]; 第6圈的5個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(10, 0)，（13, 2)]、[(13, 2)，（12, 4)]、 [(14,5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 個(gè)"斜日字"單元 的坐標(biāo)分別為[(14, 1)，（16, 4) ]、[ (14, 3)，（16, 6) ]、[ (15, 6)，（17, 9) ]、[ (15, 8)，（16, 11)]、 [(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];將所選擇的"斜日字"單元圈數(shù)范圍內(nèi)的0° 至60°六分之一圓之扇形上給出的各"斜日字"單元的網(wǎng)格坐標(biāo)，以原點(diǎn)為中心按照六等分 中心對(duì)稱陣列方式復(fù)制即可獲得"斜日字"單元環(huán)形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈"斜 日字"單元的U型電加熱管總數(shù)分別為9、27、63、117、189、279、387;在電加熱器的最外一圈 按中心三等分對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置用于固定傾斜折流板組的6個(gè)拉桿，每塊折流板上布 置2個(gè)拉桿孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"單元的電加熱器在0°至120°區(qū)間的三分 之一扇形折流板上的2根拉桿在上述網(wǎng)格坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（4, 3)和（1，4)、（7, 3)和 (1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、（15, 1)和（7, 17);然后將所 選擇的"斜日字"單元圈數(shù)對(duì)應(yīng)的拉桿坐標(biāo)以原點(diǎn)為中心按照三等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán) 形布置；
[0010] 所述管板上設(shè)有與上述布管方案對(duì)應(yīng)數(shù)量的管板管孔和6個(gè)拉桿螺紋盲孔；
[0011] 所述環(huán)形支撐板在管束組件上位于與管板相對(duì)的另一端，其外形為圓板形，其外 徑略小于殼體組件之筒體的內(nèi)徑，所述環(huán)形支撐板的內(nèi)孔是與外徑同心的正六邊形，所述 正六邊形的各條邊布置在管排間隙中，其正六邊形的大小由環(huán)形支撐板的強(qiáng)度和通流截面 兩方面的考慮確定；環(huán)形支撐板上設(shè)有與布管方案的管孔和拉桿孔網(wǎng)格點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的支 撐板管孔和支撐板拉桿孔；
[0012] 所述傾斜折流板組以每個(gè)周期3塊折流板首尾周向重疊相接，傾斜布置在U型電 加熱管束上，使殼體內(nèi)流體圍繞U型電加熱管束呈螺旋流動(dòng)；每塊折流板在電加熱器橫截 面上的投影為擬扇面形，折流板的傾斜角（即折流板平面與電加熱器橫截面的夾角）根據(jù) 傳熱系數(shù)和阻力壓降的要求確定，所述折流板投影的外徑略小于殼體組件之筒體的內(nèi)徑， 每塊折流板在電加熱器橫截面上投影的夾角為120°，其2條直邊均略寬于1/3圓的輻射線 并位于管排之間的間隙中（約寬出0. 5倍的以管孔中心距為邊長(zhǎng)之正三角形的高），所述 三條1/3圓的輻射線中的2條與上述布管方案的坐標(biāo)軸重合；每塊折流板上的折流板管孔 和折流板拉桿孔在電加熱器橫截面上的投影與布管方案的管孔和拉桿孔網(wǎng)格點(diǎn)位置相對(duì) 應(yīng)；
[0013] 所述拉桿組的每根拉桿兩端均有螺紋，其長(zhǎng)度比U型電加熱管的直管段長(zhǎng)度稍 長(zhǎng)，所述拉桿組的每根拉桿一端旋入管板內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的拉桿螺紋盲孔；
[0014] 裝配時(shí)，先將6根拉桿的一端旋入管板上的拉桿螺紋盲孔內(nèi)，然后按照規(guī)定的螺 旋旋向依次套上一套6根長(zhǎng)度逐漸增大的單端傾斜套管組，再依次重復(fù)套上3塊傾斜折流 板和6根雙端傾斜套管，直至傾斜折流板組）和雙端傾斜套管組分別全部裝完，雙端傾斜套 管組的螺旋周期數(shù)量比傾斜折流板組的螺旋周期數(shù)量少一個(gè)；再依次裝上一套6根長(zhǎng)度逐 漸縮小的單端傾斜套管組和環(huán)形支撐板；伸出環(huán)形支撐板的所有拉桿之另一端螺紋上用螺 母組緊固；由此完成了管束組件支架的裝配；然后按照布管方案的要求，將所有短U型電加 熱管和長(zhǎng)U型電加熱管先后依次從環(huán)形支撐板端，穿過(guò)環(huán)形支撐板、傾斜折流板組和管板 的對(duì)應(yīng)管孔插入，U型電加熱管的管端從管板的管孔中少許伸出，在管板的外側(cè)進(jìn)行密封焊 接；
[0015] 每個(gè)"斜日字"單元的3根U型電加熱管的接線端子側(cè)用2條3眼小銅排連接成 組，各相鄰"斜日字"單元相序相同的接線端子根據(jù)需要可用適當(dāng)長(zhǎng)度的2眼小銅排合并， 再通過(guò)導(dǎo)線匯合到三相電三角形接線方式對(duì)應(yīng)的總線銅排組的端子上。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)螺旋折流板通道內(nèi)的流動(dòng)因流體基本不改變方向而流動(dòng)阻力較小，通過(guò)適當(dāng)提 高流速可使傳熱系數(shù)大幅提高，結(jié)構(gòu)更加緊湊，并可延長(zhǎng)電加熱器的使用壽命。計(jì)算表明， 即使不考慮強(qiáng)化傳熱的因素，在控制相鄰孔中心距的最小值時(shí)，本發(fā)明的U型電加熱管布 管方案的殼體直徑可比多圈環(huán)狀布管方案減小10%以上；而考慮螺旋折流板的強(qiáng)化傳熱 因素后，本發(fā)明的電加熱器的傳熱面積至少可以減少30%以上。此外，如果采用多圈環(huán)狀布 置U型電加熱管來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋折流板電加熱器方案時(shí)，流體流動(dòng)與管排的相對(duì)位置是順流沖 刷，傳熱效果也低于正三角形布管的逆流沖刷。
[0018] 2)本發(fā)明"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器可以滿足布管方案的中 心距相等且均勻分布，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置確定，傾斜折流板組的扇形折流板之直邊布置在相鄰 管排的間隙之間，所有折流板的形狀和尺寸相同，且適合采用傾斜激光束切割加工下料，可 適合批量或單件生產(chǎn)，無(wú)需準(zhǔn)備模具和工裝，具有可節(jié)省材料、降低成本，縮短加工制造時(shí) 間，提高折流板孔加工的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 3)采用本發(fā)明"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器布管方案可方便地 實(shí)現(xiàn)相鄰U型電加熱管的接線端的合并，便于實(shí)現(xiàn)三角形接法的ABC三相電的連接，且設(shè)計(jì) 和制造方法規(guī)范、方便，容易實(shí)現(xiàn)。既可對(duì)全部電加熱器容量統(tǒng)一控制，也可方便地實(shí)現(xiàn)三 等分或二等分或不等分分組控制。
[0020] 4)除了傾斜折流板的制造有特殊性外，殼體、管束組件和其它零部件的制造工藝 以及裝配工藝與現(xiàn)有集束式電加熱器基本一致，容易更新生產(chǎn)工藝，有利于普及推廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的有3圈"斜日字"單元的螺旋折流板電加熱器結(jié)構(gòu)示意 主視圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1管束組件未穿管前的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1管束組件穿管后的局部結(jié)構(gòu)立體圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1管束組件的布管示意左視圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)接線端示意右視圖（取走罩殼蓋板及總線銅排組）；
[0026] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2有7圈"斜日字"單元的管束組件布管方案在坐標(biāo)軸呈 120°夾角的平行四邊形網(wǎng)格坐標(biāo)系中的示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例1為具有3圈"斜日字"單元共計(jì)63根U型管的管束組件的螺旋折 流板電加熱器，其示意圖如圖1?圖5。
[0028] 本發(fā)明實(shí)施例2為具有7圈"斜日字"單元共計(jì)387根U型管的管束組件的螺旋 折流板電加熱器，圖6顯示了實(shí)施例2的管束組件在X坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸呈120°夾角的平 行四邊形網(wǎng)格坐標(biāo)系中的示意圖。
[0029] -種"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器，包括管束組件1、殼體組件 2、密封件3、緊固件組4、小銅排組5、罩殼6、螺釘組7和總線銅排組8 ;所述殼體組件2包括 筒體2-1、封頭2-2、殼體法蘭2-3、進(jìn)口 2-4和出口 2-5,筒體2-1的左端與封頭2-2焊接， 右端與殼體法蘭2-3焊接，進(jìn)口 2-4焊接在殼體下部靠近殼體法蘭2-3端，而出口 2-5焊接 在封頭2-2上；所述管束組件1插入所述殼體2內(nèi)，并通過(guò)緊固件組4將管束組件1的管板 1-2與密封件3和殼體2的殼體法蘭2-3連接并緊固成一體；所述小銅排組5的三眼小銅 排5-1和2眼小銅排5-2用于管束組件1的U型電加熱管組1-1接線端的合并；所述罩殼 6用于保護(hù)接線端，內(nèi)部設(shè)有安裝總線銅排組8的結(jié)構(gòu)件；所述螺釘組7用于將罩殼固定在 管束組件1的管板1-2外側(cè)；
[0030] 其特征在于：所述管束組件1包括U型電加熱管組1-1、管板1-2、環(huán)形支撐板1-3、 傾斜折流板組1-4、拉桿組1-5、螺母組1-6、單端傾斜套管組1-7、雙端傾斜套管組1-8 ;所 述管板1-2、環(huán)形支撐板1-3都是同心布置，傾斜折流板組1-4的外側(cè)投影圓也與之同心布 置；
[0031] 所述管束組件1的布管方案如下：以管板1-2的中心為原點(diǎn)，在管板（1-2)的平面 上建立一個(gè)由X坐標(biāo)軸和逆時(shí)針轉(zhuǎn)120°夾角的y坐標(biāo)軸構(gòu)成的平行四邊形網(wǎng)格坐標(biāo)系，且 所述網(wǎng)格坐標(biāo)系的2個(gè)坐標(biāo)軸的刻度相同，均為網(wǎng)格間距；所述網(wǎng)格間距滿足不小于2倍U 型電加熱管的外徑；網(wǎng)格坐標(biāo)以x，y表示，X和y均為〇?17之間的整數(shù)，原點(diǎn)坐標(biāo)為0,0 ; 在所述網(wǎng)格坐標(biāo)系中過(guò)各網(wǎng)格點(diǎn)添加與坐標(biāo)軸呈60°夾角的平行線，可形成正三角形網(wǎng) 格；所有U型電加熱管組1-1的每根電加熱管之2條直管段都布置在由2個(gè)以網(wǎng)格間距為 邊長(zhǎng)的共邊正三角形組成之菱形網(wǎng)格之長(zhǎng)對(duì)角上，管中心距均為#倍網(wǎng)格間距；所述管束 組件1的布管方案的管孔和拉桿孔均位于所述網(wǎng)格坐標(biāo)系的網(wǎng)格點(diǎn)上；
[0032] 所述U型電加熱管組1-1以"斜日字"單元1-1-0環(huán)形排列，并根據(jù)電加熱器所需 的總功率選擇合適的圈數(shù)，常用范圍為1至7圈；所述"斜日字"單元1-1-0由2根較長(zhǎng)的 長(zhǎng)U型電加熱管1-1-1和1根較短的短U型電加熱管1-1-2組成，長(zhǎng)U型電加熱管1-1-1 與短U型電加熱管1-1-2的直管段長(zhǎng)度之差大約為1. 5倍U型電加熱管管徑；所述"斜日 字"單元占據(jù)斜日字形三橫二堅(jiān)6個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)管位，其中2根長(zhǎng)U型電加熱管1-1-1平行布 置，各占據(jù)"斜日字"單元1-1-0的一個(gè)銳角點(diǎn)管位和對(duì)邊上的一個(gè)中間管位，1根短U型 電加熱管1-1-2占據(jù)"斜日字"單元1-1-0的2個(gè)鈍角管位，并與其余2根長(zhǎng)U型電加熱管 1-1-1成60°夾角；以下按"斜日字"單元1-1-0的2個(gè)銳角點(diǎn)的網(wǎng)格坐標(biāo)來(lái)定義"斜日字" 單元1-1-0的位置，寫成[(xl，yl)，（x2，y2)];由內(nèi)向外的第1圈"斜日字"單元有3組， 其第一個(gè)"斜日字"單元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐標(biāo)為[(2, 0)，（1，2)]， 然后以原點(diǎn)為中心按照三等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置；從第2圈開始均以原點(diǎn)為中 心按照六等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置"斜日字"單元；所述"N等分中心對(duì)稱陣列"是 一種在CAD制圖中采用的將所選目標(biāo)圍繞中心點(diǎn)在360 °范圍環(huán)形布置N等分的作圖方 式；以下在0°至60°的六分之一圓之扇形上給出所述網(wǎng)格坐標(biāo)系中各"斜日字"單元的 坐標(biāo)：第2圈的1個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)為[(4,0)，（3, 2)];第3圈的2個(gè)"斜日字"單 元的坐標(biāo)分別為[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分 別為[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈的 4 個(gè)"斜日字"單元的 坐標(biāo)分別為[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)]和[(10, 7)，（11，10)]; 第6圈的5個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(10, 0)，（13, 2)]、[(13, 2)，（12, 4)]、 [(14,5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 個(gè)"斜日字"單元 的坐標(biāo)分別為[(14, 1)，（16, 4) ]、[ (14, 3)，（16, 6) ]、[ (15, 6)，（17, 9) ]、[ (15, 8)，（16, 11)]、 [(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];將所選擇的"斜日字"單元圈數(shù)范圍內(nèi)的0°至 60°六分之一圓之扇形上給出的各"斜日字"單元的網(wǎng)格坐標(biāo)，以原點(diǎn)為中心按照六等分中 心對(duì)稱陣列方式復(fù)制即可獲得"斜日字"單元環(huán)形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈"斜日 字"單元的U型電加熱管總數(shù)分別為9、27、63、117、189、279、387;在電加熱器的最外一圈按 中心三等分對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置用于固定傾斜折流板組1-4的6個(gè)拉桿，每塊折流板上 布置2個(gè)拉桿孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"單元的電加熱器在0°至120°區(qū)間的三 分之一扇形折流板上的2根拉桿在上述網(wǎng)格坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（4, 3)和（1，4)、（7, 3) 和（1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、（15, 1)和（7, 17);然后將 所選擇的"斜日字"單元圈數(shù)對(duì)應(yīng)的拉桿坐標(biāo)以原點(diǎn)為中心按照三等分中心對(duì)稱陣列方式 環(huán)形布置；
[0033] 所述管板1-2上設(shè)有與上述布管方案對(duì)應(yīng)數(shù)量的管板管孔1-2-1和6個(gè)拉桿螺紋 盲孔1 _2_2 ;
[0034] 所述環(huán)形支撐板1-3在管束組件1上位于與管板1-2相對(duì)的另一端，其外形為圓 板形，其外徑略小于殼體組件2之筒體2-1的內(nèi)徑，所述環(huán)形支撐板1-3的內(nèi)孔是與外徑同 心的正六邊形，所述正六邊形的各條邊布置在管排間隙中，其正六邊形的大小由環(huán)形支撐 板1-3的強(qiáng)度和通流截面兩方面的考慮確定；環(huán)形支撐板1-3上設(shè)有與布管方案的管孔和 拉桿孔網(wǎng)格點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的支撐板管孔1-3-1和支撐板拉桿孔1-3-2 ;
[0035] 所述傾斜折流板組1-4以每個(gè)周期3塊折流板首尾周向重疊相接，傾斜布置在U 型電加熱管束上，使殼體內(nèi)流體圍繞U型電加熱管束呈螺旋流動(dòng)；每塊折流板在電加熱器 橫截面上的投影為擬扇面形，折流板的傾斜角即折流板平面與電加熱器橫截面的夾角根據(jù) 傳熱系數(shù)和阻力壓降的要求確定，所述折流板投影的外徑略小于殼體組件2之筒體2-1的 內(nèi)徑，每塊折流板在電加熱器橫截面上投影的夾角為120°，其2條直邊均略寬于1/3圓的 輻射線并位于管排之間的間隙中約寬出〇. 5倍的以管孔中心距為邊長(zhǎng)之正三角形的高，所 述三條1/3圓的輻射線中的2條與上述布管方案的坐標(biāo)軸重合；每塊折流板上的折流板管 孔1-4-1和折流板拉桿孔1-4-2在電加熱器橫截面上的投影與布管方案的管孔和拉桿孔網(wǎng) 格點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)；
[0036] 所述拉桿組1-5的每根拉桿兩端均有螺紋，其長(zhǎng)度比U型電加熱管1-1的直管段 長(zhǎng)度稍長(zhǎng)，所述拉桿組1-5的每根拉桿一端旋入管板1-2內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的拉桿螺紋盲孔1-2-2 ; [0037] 裝配時(shí)，先將6根拉桿的一端旋入管板上的拉桿螺紋盲孔1-2-2內(nèi)，然后按照規(guī)定 的螺旋旋向依次套上一套6根長(zhǎng)度逐漸增大的單端傾斜套管組1-7,再依次重復(fù)套上3塊 傾斜折流板和6根雙端傾斜套管，直至傾斜折流板組1-4和雙端傾斜套管組1-8分別全部 裝完，雙端傾斜套管組1-8的螺旋周期數(shù)量比傾斜折流板組1-4的螺旋周期數(shù)量少一個(gè)；再 依次裝上一套6根長(zhǎng)度逐漸縮小的單端傾斜套管組1-7和環(huán)形支撐板1-3 ;伸出環(huán)形支撐 板1-3的所有拉桿之另一端螺紋上用螺母組1-6緊固；由此完成了管束組件1支架的裝配； 然后按照布管方案的要求，將所有短U型電加熱管1-1-2和長(zhǎng)U型電加熱管1-1-1先后依 次從環(huán)形支撐板1-3端，穿過(guò)環(huán)形支撐板1-3、傾斜折流板組1-4和管板1-2的對(duì)應(yīng)管孔插 入，U型電加熱管1-1的管端從管板1-2的管孔中少許伸出，在管板1-2的外側(cè)進(jìn)行密封焊 接；
[0038] 每個(gè)"斜日字"單元1-1-0的3根U型電加熱管的接線端子側(cè)用2條3眼小銅排 5-1連接成組，各相鄰"斜日字"單元1-1-0相序相同的接線端子根據(jù)需要可用適當(dāng)長(zhǎng)度的 2眼小銅排5-2合并，再通過(guò)導(dǎo)線匯合到三相電三角形接線方式對(duì)應(yīng)的總線銅排組8的端子 上。
【權(quán)利要求】
1. 一種"斜日字"單元環(huán)形布管的螺旋折流板電加熱器，包括管束組件（1)、殼體組件 (2)、密封件（3)、緊固件組（4)、小銅排組（5)、罩殼（6)、螺釘組（7)和總線銅排組（8);所 述殼體組件（2)包括筒體（2-1)、封頭（2-2)、殼體法蘭（2-3)、進(jìn)口（2-4)和出口（2-5)，筒 體（2-1)的左端與封頭（2-2)焊接，右端與殼體法蘭（2-3)焊接，進(jìn)口（2-4)焊接在殼體下 部靠近殼體法蘭（2-3)端，而出口（2-5)焊接在封頭（2-2)上；所述管束組件（1)插入所述 殼體（2)內(nèi)，并通過(guò)緊固件組（4)將管束組件（1)的管板（1-2)與密封件（3)和殼體（2) 的殼體法蘭（2-3)連接并緊固成一體；所述小銅排組（5)的三眼小銅排（5-1)和2眼小銅 排（5-2)用于管束組件（1)的U型電加熱管組（1-1)接線端的合并；所述罩殼（6)用于保 護(hù)接線端，內(nèi)部設(shè)有安裝總線銅排組（8)的結(jié)構(gòu)件；所述螺釘組（7)用于將罩殼固定在管束 組件⑴的管板（1-2)外側(cè)； 其特征在于：所述管束組件（1)包括U型電加熱管組（1-1)、管板（1-2)、環(huán)形支撐板 (1-3)、傾斜折流板組（1-4)、拉桿組（1-5)、螺母組（1-6)、單端傾斜套管組（1-7)、雙端傾斜 套管組（1-8);所述管板（1-2)、環(huán)形支撐板（1-3)都是同心布置，傾斜折流板組（1-4)的外 側(cè)投影圓也與之同心布置； 所述管束組件（1)的布管方案如下：以管板（1-2)的中心為原點(diǎn)，在管板（1-2)的平面 上建立一個(gè)由X坐標(biāo)軸和逆時(shí)針轉(zhuǎn)120°夾角的y坐標(biāo)軸構(gòu)成的平行四邊形網(wǎng)格坐標(biāo)系， 且所述網(wǎng)格坐標(biāo)系的2個(gè)坐標(biāo)軸的刻度相同，均為網(wǎng)格間距；所述網(wǎng)格間距滿足不小于2倍 U型電加熱管的外徑；網(wǎng)格坐標(biāo)以（x，y)表示，X和y均為0?17之間的整數(shù)，原點(diǎn)坐標(biāo)為 (〇,〇);在所述網(wǎng)格坐標(biāo)系中過(guò)各網(wǎng)格點(diǎn)添加與坐標(biāo)軸呈60°夾角的平行線，可形成正三 角形網(wǎng)格；所有U型電加熱管組（1-1)的每根電加熱管之2條直管段都布置在由2個(gè)以網(wǎng) 格間距為邊長(zhǎng)的共邊正三角形組成之菱形網(wǎng)格之長(zhǎng)對(duì)角上，管中心距均為#倍網(wǎng)格間距； 所述管束組件（1)的布管方案的管孔和拉桿孔均位于所述網(wǎng)格坐標(biāo)系的網(wǎng)格點(diǎn)上； 所述U型電加熱管組（1-1)以"斜日字"單元（1-1-0)環(huán)形排列，并根據(jù)電加熱器所需 的總功率選擇合適的圈數(shù)，范圍為1至7圈；所述"斜日字"單元（1-1-0)由2根長(zhǎng)U型電 加熱管（1-1-1)和1根短U型電加熱管（1-1-2)組成，長(zhǎng)U型電加熱管（1-1-1)與短U型 電加熱管（1-1-2)的直管段長(zhǎng)度之差大約為1.5倍U型電加熱管管徑；所述"斜日字"單 元占據(jù)斜日字形三橫二堅(jiān)6個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)管位，其中2根長(zhǎng)U型電加熱管（1-1-1)平行布置， 各占據(jù)"斜日字"單元（1-1-0)的一個(gè)銳角點(diǎn)管位和對(duì)邊上的一個(gè)中間管位，1根短U型 電加熱管（1-1-2)占據(jù)"斜日字"單元（1-1-0)的2個(gè)鈍角管位，并與其余2根長(zhǎng)U型電 加熱管（1-1-1)成60°夾角；以下按"斜日字"單元（1-1-0)的2個(gè)銳角點(diǎn)的網(wǎng)格坐標(biāo)來(lái) 定義"斜日字"單元（1-1-0)的位置，寫成[(xl，yl)，（x2，y2)];由內(nèi)向外的第1圈"斜日 字"單元有3組，其第一個(gè)"斜日字"單元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐標(biāo) 為[(2, 0)，（1，2)]，然后以原點(diǎn)為中心按照三等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置；從第2圈 開始均以原點(diǎn)為中心按照六等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置"斜日字"單元；所述"N等 分中心對(duì)稱陣列"是一種在CAD制圖中采用的將所選目標(biāo)圍繞中心點(diǎn)在360 °范圍環(huán)形 布置N等分的作圖方式；以下在0°至60°的六分之一圓之扇形上給出所述網(wǎng)格坐標(biāo)系 中各"斜日字"單元的坐標(biāo)：第2圈的1個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)為[(4,0)，（3, 2)];第3 圈的2個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3個(gè) "斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈 的 4 個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)] 和[(10, 7)，（11，10)];第6圈的5個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(10, 0)，（13, 2)]、 [(13,2)，（12, 4)]、[(14, 5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 個(gè)"斜日字"單元的坐標(biāo)分別為[(14, 1)，（16, 4)]、[(14, 3)，（16, 6)]、[(15, 6)，（17, 9)]、 [(15, 8)，（16, 11)]、[(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];將所選擇的"斜日字"單 元圈數(shù)范圍內(nèi)的0°至60°六分之一圓之扇形上給出的各"斜日字"單元的網(wǎng)格坐標(biāo)，以原 點(diǎn)為中心按照六等分中心對(duì)稱陣列方式復(fù)制即可獲得"斜日字"單元環(huán)形布置方案；布置 1、2、3、4、5、6、7圈"斜日字"單元的U型電加熱管總數(shù)分別為9、27、63、117、189、279、387 ; 在電加熱器的最外一圈按中心三等分對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置用于固定傾斜折流板組（1-4) 的6個(gè)拉桿，每塊折流板上布置2個(gè)拉桿孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"單元的電加熱器 在0°至120°區(qū)間的三分之一扇形折流板上的2根拉桿在上述網(wǎng)格坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別 為（4, 3)和（1，4)、（7, 3)和（1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、 (15, 1)和（7, 17);然后將所選擇的"斜日字"單元圈數(shù)對(duì)應(yīng)的拉桿坐標(biāo)以原點(diǎn)為中心按照 三等分中心對(duì)稱陣列方式環(huán)形布置； 所述管板（1-2)上設(shè)有與上述布管方案對(duì)應(yīng)數(shù)量的管板管孔（1-2-1)和6個(gè)拉桿螺紋 盲孔（1-2-2); 所述環(huán)形支撐板（1-3)在管束組件（1)上位于與管板（1-2)相對(duì)的另一端，其外形為 圓板形，其外徑略小于殼體組件（2)之筒體（2-1)的內(nèi)徑，所述環(huán)形支撐板（1-3)的內(nèi)孔是 與外徑同心的正六邊形，所述正六邊形的各條邊布置在管排間隙中，其正六邊形的大小由 環(huán)形支撐板（1-3)的強(qiáng)度和通流截面兩方面的考慮確定；環(huán)形支撐板（1-3)上設(shè)有與布管 方案的管孔和拉桿孔網(wǎng)格點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的支撐板管孔（1-3-1)和支撐板拉桿孔（1-3-2); 所述傾斜折流板組（1-4)以每個(gè)周期3塊折流板首尾周向重疊相接，傾斜布置在U型 電加熱管束上，使殼體內(nèi)流體圍繞U型電加熱管束呈螺旋流動(dòng)；每塊折流板在電加熱器橫 截面上的投影為擬扇面形，折流板的傾斜角（即折流板平面與電加熱器橫截面的夾角）根 據(jù)傳熱系數(shù)和阻力壓降的要求確定，所述折流板投影的外徑略小于殼體組件（2)之筒體 (2-1)的內(nèi)徑，每塊折流板在電加熱器橫截面上投影的夾角為120°，其2條直邊均略寬于 1/3圓的輻射線并位于管排之間的間隙中（約寬出0. 5倍的以管孔中心距為邊長(zhǎng)之正三角 形的高），所述三條1/3圓的輻射線中的2條與上述布管方案的坐標(biāo)軸重合；每塊折流板上 的折流板管孔（1-4-1)和折流板拉桿孔（1-4-2)在電加熱器橫截面上的投影與布管方案的 管孔和拉桿孔網(wǎng)格點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)； 所述拉桿組（1-5)的每根拉桿兩端均有螺紋，其長(zhǎng)度比U型電加熱管（1-1)的直管 段長(zhǎng)度稍長(zhǎng)，所述拉桿組（1-5)的每根拉桿一端旋入管板（1-2)內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)的拉桿螺紋盲孔 (1-2-2)； 裝配時(shí)，先將6根拉桿的一端旋入管板上的拉桿螺紋盲孔（1-2-2)內(nèi)，然后按照規(guī)定的 螺旋旋向依次套上一套6根長(zhǎng)度逐漸增大的單端傾斜套管組（1-7)，再依次重復(fù)套上3塊 傾斜折流板和6根雙端傾斜套管，直至傾斜折流板組（1-4)和雙端傾斜套管組（1-8)分別 全部裝完，雙端傾斜套管組（1-8)的螺旋周期數(shù)量比傾斜折流板組（1-4)的螺旋周期數(shù)量 少一個(gè)；再依次裝上一套6根長(zhǎng)度逐漸縮小的單端傾斜套管組（1-7)和環(huán)形支撐板（1-3); 伸出環(huán)形支撐板（1-3)的所有拉桿之另一端螺紋上用螺母組（1-6)緊固；由此完成了管束 組件（1)支架的裝配；然后按照布管方案的要求，將所有短U型電加熱管（1-1-2)和長(zhǎng)U型 電加熱管（1-1-1)先后依次從環(huán)形支撐板（1-3)端，穿過(guò)環(huán)形支撐板（1-3)、傾斜折流板組 (1-4)和管板（1-2)的對(duì)應(yīng)管孔插入，U型電加熱管（1-1)的管端從管板（1-2)的管孔中少 許伸出，在管板（1-2)的外側(cè)進(jìn)行密封焊接； 每個(gè)"斜日字"單元（1-1-0)的3根U型電加熱管的接線端子側(cè)用2條3眼小銅排（5-1) 連接成組，各相鄰"斜日字"單元（1-1-0)相序相同的接線端子根據(jù)需要可用適當(dāng)長(zhǎng)度的2 眼小銅排（5-2)合并，再通過(guò)導(dǎo)線匯合到三相電三角形接線方式對(duì)應(yīng)的總線銅排組（8)的 端子上。
【文檔編號(hào)】F24H3/00GK104061674SQ201410334497
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】陳亞平, 張治 , 吳嘉峰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)