CN101551205A

CN101551205A - 螺旋肋片自支撑换热器

Info

Publication number: CN101551205A
Application number: CNA200810231358XA
Authority: CN
Inventors: 吴金星; 朱登亮; 魏新利; 曹玉春
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明是一种新型螺旋肋片自支撑换热器，由拉杆和定距管1、支撑圈2、换热管3、螺旋肋片4、壳体5等零部件组成，其关键部件是缠绕在每根换热管上的螺旋肋片，该肋片既有支撑换热管的作用，又有扰流作用，可有效提高换热器壳程的传热性能，并使壳程流体流动阻力大大降低，并产生良好的防垢和除垢功能，具有较强的防振和抗振能力。管束支撑圈的阻挡作用减少了对传热无效的管束和壳体间的泄漏流，有利于提高换热器整体传热性能。该换热器可广泛应用于石油、化工、轻工、医药、能源和动力等行业部门，是工业生产中物料加热、降温、余热回收利用和节能降耗的关键设备。

Description

螺旋肋片自支撑换热器

所属技术领域

本发明涉及一种新型高效传热低流阻管束自支撑型的管壳式换热器，是工业生产中物料加热、物料降温、余热回收利用和节能降耗的关键设备。该换热器的关键部件是使流体产生螺旋流动的管束支撑——螺旋肋片，其焊接在每根换热管上，既有支撑换热管的作用，又有扰流作用，可有效提高换热器传热性能，并使流体流动阻力大大降低。该换热器可广泛应用于石油、化工、轻工、医药、能源和动力等行业部门。

背景技术

换热器在工业生产过程中是保证系统正常运行、回收余热和节约能源的关键设备，并且在金属消耗、动力消耗和投资方面在整个工程中占有较大份额。在现代石油化工企业中约占30～40％；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂总投资的70％；在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的30～40％，其动力消耗约占总值的20～30％。可见，换热器的合理设计和良好运行对工业生产节约资金、能源和空间都十分重要，提高换热器传热性能并减小其体积，在能源日趋短缺的今天更具有明显的经济效益和社会效益。

管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适用性、选材广、成本低等优点，在化工、石油、轻工、食品、能源和动力等行业部门广泛应用。随着强化传热理论和技术的发展，管壳式换热器的综合性能不断提高。传统的管壳式换热器采用光滑圆管和单弓型折流板结构，流体在壳程做垂直于管轴向的横向流动，存在较大的传热死区，使得换热器的整体传热效率降低、流动阻力增大，并且在大雷诺数下常发生流体诱导振动而导致换热器失效。因此，管壳式换热器的结构和性能有待进一步完善和提高，尤其是壳程中管束支撑结构是提高壳程性能的关键，也是研究开发的重点。

发明内容

为了提高管壳式换热器的流体力学和传热综合性能，本发明提出一种螺旋肋片自支撑换热器。该换热器的关键部件是在每根换热管上缠绕并焊接了一定尺寸的螺旋形肋片。组装成管束后肋片主要起两种作用：一是迫使流体沿管子表面做螺旋流动，增大了对流体的扰动，可提高传热系数；二是支撑换热管，肋片高度等于管间距，可在管子之间起支撑作用，省去了折流板，并具有防振功能。流体在换热器壳程总体呈纵向流动，且肋片的螺距较大，对流体的流动阻力很小。管束和壳体之间有支撑圈，起支撑和定位管束的作用，还可减少管束和壳体间的泄漏流。

螺旋肋片结构简单、加工方便，肋片的导流和扰流作用加剧流体湍流，流体沿着管周围作螺旋运动，增大了流体的局部流速，流体直接冲刷管壁面，减薄了管壁面流体边界层，从而有效地强化了对流传热，并产生良好的防垢和除垢功能。依靠肋片作支撑，增加了管子的约束点，具有良好的防振和抗振能力。因此，新型螺旋肋片换热器可广泛应用于需要热量交换的工业生产部门。

附图说明

图1是螺旋肋片自支撑换热器的三维结构图，由拉杆和定距管1、支撑圈2、换热管3、螺旋肋片4、壳体5等零部件组成；图2是螺旋肋片换热管的三维结构图，由换热管1和螺旋肋片2构成，螺旋肋片焊接在换热管表面，在组装成管束后，管子之间靠螺旋肋片相互支撑，管束支撑圈起支撑和定位管束的作用，这样可实现对每根管子和管束的支撑和定位，与传统的管壳式换热器相比，省去了折流板、或孔板、或折流杆等支撑元件。

具体实施方式

螺旋肋片自支撑换热器的管束支撑结构采取在每根换热管上缠绕螺旋肋片，单根管子类似于传统的螺旋翅片管，之所以称为肋片是因为其高度远小于传统翅片而螺距则远大于传统翅片。在螺旋肋片自支撑换热器中，螺旋肋片有三种作用：一是肋片扩展了换热面积；二是肋片诱导壳程流体做螺旋流动；三是肋片支撑管束和保持管间距，取代了弓形折流板，比螺旋折流板的制造难度大大降低。

换热器组装时可先把一侧的管板与拉杆、支撑圈、定距管组装好，然后再穿换热管。由于换热管表面有肋片，穿管时应按照肋片的旋向将换热管旋进管板孔。组装好管板和管束后，再穿入壳体，然后组装另一侧的管板，换热管穿入另一侧管板的管孔时仍需用旋进的办法。

Claims

1、一种螺旋肋片自支撑管壳式换热器，其特征是由壳体、封头、传热管束、螺旋肋片自支撑结构等零部件组成，其中螺旋肋片为支撑管束的关键元件，它以一定角度缠绕并焊接在每根换热管上，其高度按照管束的管间距进行设计，螺旋肋片不但能起到支撑管束的作用，增加管外换热面积，而且螺旋肋片使流体绕每根换热管做螺旋流动，而换热器壳程流体总体上沿轴线呈纵向流动，肋片对壳程流体的扰动使流体湍流度增大，促进流体冲刷管壁表面的流体边界层，螺旋肋片有较大的螺距可减小流体流动的阻力，管束支撑圈的阻挡作用可减少对传热无效的管束和壳体间的泄漏流，有利于提高换热器整体传热性能。