用于换热器的支撑装置的制作方法

本发明的实施例涉及热交换领域，特别涉及一种用于换热器的支撑装置。

背景技术：

在核电行业和化工行业，换热器是使用率很高的工艺设备，其利用轴向布置的多个换热管实现管程流体与壳程流体之间的热交换。通常，换热管两端与管板密封牢固连接(例如采用焊接与胀接的方式)，换热管总长可达十几米，其中部需要支撑装置支承。

在换热器中，用于支撑换热管的支撑装置是重要部件之一。支撑装置主要起到支撑管束、减小管束振动和引导壳程流体流向的作用。支撑装置的结构应与管束的间距、跨距、排布方式等相适应。现有技术中，支撑装置的形式主要包括弓形支撑板和整圆形支撑板两种。

图1示出了弓形支撑板的结构示意图，如图1所示，弓形支撑板是将圆板切割为不同部分而得到的，各部分沿换热管轴向布置，各自用于支撑部分换热管，并使得流体可从上下缺口交替通过，呈“s”型流动。图2示出了整圆形支撑板的结构示意图，其中支撑孔分别为圆形孔、矩形孔和梅花孔。在圆形孔支撑板中，设置了用于固定换热管的支撑孔以及用于供流体通过的流通孔；在矩形孔支撑板和梅花孔支撑板中，支撑孔在能够固定换热管的同时还与换热管间留有间隙，用于供流体通过。

然而，对于弓形支撑板，流体在换热器内经支撑板的圆缺部分垂直掠过管束，并在壳程内反复扰流，壳程流体流动时在转折区以及进出口两端流体的滞留区域会形成流动死区和传热死区；并且壳程流体横向冲刷管束，容易引起流致振动，对换热器造成损害。对于整圆形支撑板，由于流体在支撑板处的通流面积较小，如果支撑板数量过多，将导致换热器内壳程流体的流阻过大，进而会增大换热器对于驱动压头的需求，耗费能源、增加成本。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种用于换热器的支撑装置，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于换热器的支撑装置，包括：多组支撑单元，用于共同支撑所述换热器的3n排换热管，其中，单组支撑单元包括：第一支撑板，用于支撑所述换热器的第1、4、7、10、...1+3(n-1)排换热管；第二支撑板，用于支撑所述换热器的第2、5、8、11、...2+3(n-1)排换热管；以及第三支撑板，用于支撑所述换热器的第3、6、9、12、...3+3(n-1)排换热管。

根据一些实施方式，所述多组支撑单元沿换热管的轴向排列，并且单组支撑单元的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板沿换热管的轴向排列。

根据一些实施方式，各组支撑单元的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的排列顺序相同。

根据一些实施方式，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板均包括：用于与各自所支撑的换热管配合的n排环状支撑部，以及用于与各排支撑部连接的边框。

根据一些实施方式，单排支撑部包括多个支撑部，所述多个支撑部两两连接。

根据一些实施方式，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板均包括：多个环状连接部，用于连接相邻排的支撑部，和/或，用于连接单排支撑部与所述边框。

根据一些实施方式，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板均包括：多个安装孔，用于将第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板各自安装至多个拉杆。

根据一些实施方式，所述换热管按正三角形的方式排列。

根据一些实施方式，所述换热管的中心距至少为所述换热管的外径尺寸的1.25倍。

根据一些实施方式，所述支撑部的内径尺寸最小为等于所述换热管的外径尺寸，所述支撑部的内径尺寸最大为比所述换热管的外径尺寸大2mm。

在根据本发明的实施例的用于换热器的支撑装置中，通过设置用于交错支撑不同排换热管的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，使得壳程流体可从各支撑板的未支撑部分通过，流体的流通面积大，流阻小，可降低换热器对于驱动压头的需求，有利于节约能源和节省成本；并且，由于各支撑板用于支撑间隔排的换热管，各支撑板中间可以形成多条壳程流体的流经路径，由此可避免支撑板形成类似于弓形支撑板的圆缺部分，进而能够避免流动死区和流致振动的问题，有利于改善换热器的可靠性并提高使用寿命。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为现有技术的弓形支撑板的结构示意图；

图2为现有技术的整圆形支撑板的结构示意图，其中支撑孔分别为圆形孔、矩形孔和梅花孔；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于换热器的支撑装置的结构示意图；

图4示出了图3的支撑装置的第一支撑板的结构示意图；

图5示出了图3的支撑装置的第二支撑板的结构示意图；以及

图6示出了图3的支撑装置的第三支撑板的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于换热器的支撑装置100的结构示意图。如图3所示，支撑装置100包括：多组支撑单元10，用于共同支撑所述换热器的3n排换热管，其中，单组支撑单元10包括：第一支撑板11，用于支撑所述换热器的第1、4、7、10、...1+3(n-1)排换热管；第二支撑板12，用于支撑所述换热器的第2、5、8、11、...2+3(n-1)排换热管；以及第三支撑板13，用于支撑所述换热器的第3、6、9、12、...3+3(n-1)排换热管。在根据本发明的实施例的用于换热器的支撑装置100中，通过设置用于交错支撑不同排换热管的第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13，使得壳程流体可从各支撑板的未支撑部分通过，流体的流通面积大，流阻小，可降低换热器对于驱动压头的需求，有利于节约能源和节省成本；并且，由于各支撑板用于支撑间隔排的换热管，各支撑板中间可以形成多条壳程流体的流经路径，由此可避免支撑板形成类似于弓形支撑板的圆缺部分，进而能够避免流动死区和流致振动的问题，有利于改善换热器的可靠性并提高使用寿命。

换热器用于将热流体的部分热量传递给冷流体，是热传导及对流传热的一种工业应用。根据冷、热流体热量交换的原理和方式，可以将换热器分为三大类：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。间壁式换热器的特点是冷、热两流体被一层固体壁面(管或板)隔开、不相混合，通过间壁进行热交换。其中，管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器。在管壳式换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。

换热器在反应堆工程领域具有重要应用。例如，中间换热器是连接池式钠冷快堆主热传输系统一回路和二回路的换热设备，用于实现液体钠之间的热交换；此外，钠冷快堆的钠-水蒸汽发生器用于将二回路钠的热量传递给三回路水，使之经过预热、蒸发和过热，为汽轮机提供所需要的合格蒸汽，同时隔离钠和水介质，也是换热器的应用。对于钠-水蒸汽发生器，其壳程流通的是液态钠，管程流通的是汽/液两相水，对换热管束的支撑装置的安全可靠性要求非常高。本发明的支撑装置100流阻小、可避免流动死区和流致振动的问题、安全可靠性高，尤其适用于钠-水蒸汽发生器。

换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形、转角正三角形、转角正方形等，其中正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，使用最为普遍。本发明的支撑装置100尤其适用于按正三角形的方式排列的换热管。换热管按例如从左到右的顺序可以包括3n排换热管，n可以是任意合适的正整数。

第一支撑板11用于支撑所述换热器的第1、4、7、10、...1+3(n-1)排换热管，即用于支撑从第一排换热管开始，向右依次间隔两排的换热管，第一支撑板11所支撑的换热管所在排数构成首项为1、公差为3的等差数列。第二支撑板12用于支撑所述换热器的第2、5、8、11、...2+3(n-1)排换热管，即用于支撑从第二排换热管开始，向右依次间隔两排的换热管，第二支撑板12所支撑的换热管所在排数构成首项为2、公差为3的等差数列。第三支撑板13用于支撑所述换热器的第3、6、9、12、...3+3(n-1)排换热管，即用于支撑从第三排换热管开始，向右依次间隔两排的换热管，第三支撑板13所支撑的换热管所在排数构成首项为3、公差为3的等差数列。单组支撑单元10的第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13一起配合可以共同支撑所述换热器的3n排换热管。多组支撑单元10可以为所有3n排换热管提供多次支撑，以加强支撑作用，使得换热管的安装更为稳固，减小振动。

多组支撑单元10沿换热管的轴向排列，并且单组支撑单元10的第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13沿换热管的轴向排列。例如，按从上到下的方向，各组支撑单元10可以均按第一支撑板11-第二支撑板12-第三支撑板13的顺序重复排列。当壳程流体流至第一支撑板11所在位置处时，第一支撑板11用于支撑换热管的部分阻挡壳程流体通过，壳程流体可以沿未被第一支撑板11支撑的间隔排的换热管管壁外流过而不受阻挡；当壳程流体到达第二支撑板12所在位置处时，第二支撑板12用于支撑换热管的部分阻挡壳程流体通过，壳程流体可以沿未被第二支撑板12支撑的间隔排的换热管管壁外流过而不受阻挡；当壳程流体到达第三支撑板13所在位置处时，第三支撑板13用于支撑换热管的部分阻挡壳程流体通过，壳程流体可以沿未被第三支撑板13支撑的间隔排的换热管管壁外流过而不受阻挡。这样，壳程流体可以沿相邻排的换热管管壁外蜿蜒流过，阻力小、流动均匀，即在各支撑板的中间位置处也均有多条壳程流体的流经路径，不像传统弓形支撑板中流体只能从支撑板的缺口部分通过，可以避免流动死区和流致振动的问题。并且，各支撑板未支撑换热管的部分占比较大，可以为壳程流体提供较大的流通面积。

在本发明的实施例中，各组支撑单元10的第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13的排列顺序相同。由此，对于同一排换热管，其可以由各组支撑单元10的第一支撑板11共同支撑，相邻第一支撑板11之间间隔两块支撑板(第二支撑板12、第三支撑板13)；或者可以由各组支撑单元10的第二支撑板12共同支撑，相邻第二支撑板12之间间隔两块支撑板(第三支撑板13、第一支撑板11)；或者可以由各组支撑单元10的第三支撑板13共同支撑，相邻第三支撑板13之间间隔两块支撑板(第一支撑板11、第二支撑板12)。换热管的最大无支撑跨距为同型支撑板之间的距离。

图4示出了图3的支撑装置100的第一支撑板11的结构示意图；图5示出了图3的支撑装置100的第二支撑板12的结构示意图；以及图6示出了图3的支撑装置100的第三支撑板13的结构示意图。请一并参照图3-图6，第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13均包括：用于与各自所支撑的换热管配合的n排环状支撑部14，以及用于与各排支撑部14连接的边框15。环状支撑部14和边框15之外均为镂空部分。第一支撑板11的支撑部14的中间镂空部分用于供第一支撑板11所支撑的第1、4、7、10、...1+3(n-1)排换热管穿过，第一支撑板11的支撑部14的外部镂空部分用于供未被第一支撑板11支撑的换热管穿过，并为壳程流体提供流通空间。第二支撑板12的支撑部14的中间镂空部分用于供第二支撑板12所支撑的第2、5、8、11、...2+3(n-1)排换热管穿过，第二支撑板12的支撑部14的外部镂空部分用于供未被第二支撑板12支撑的换热管穿过，并为壳程流体提供流通空间。第三支撑板13的支撑部14的中间镂空部分用于供第三支撑板13所支撑的第3、6、9、12、...3+3(n-1)排换热管穿过，第三支撑板13的支撑部14的外部镂空部分用于供未被第三支撑板13支撑的换热管穿过，并为壳程流体提供流通空间。各排支撑部14连接至边框15，共同组成类似栅格状结构。边框15可以为圆形，用于与换热器的简体配合。

单排支撑部14可以包括多个支撑部14，多个支撑部14两两连接。由于环状支撑部14内外均为镂空部分，因此需要将各排的多个支撑部14彼此连接起来，并将各排支撑部14连接至边框15。两支撑部14之间的连接处对应两换热管之间的间隙。

进一步地，第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13还可以均包括：多个环状连接部16，用于连接相邻排的支撑部14，和/或，用于连接单排支撑部14与边框15。由于各排支撑部14之间间隔了两排换热管的位置，因此在安全可靠性要求较高的情况下，各支撑板的强度可能不够。连接部16可以加强各支撑板在不同于支撑部14连接方向的方向上的强度，并加强各排支撑部14与边框15之间的连接强度。连接部16设计为环状，可以在加强结构强度的基础上不影响换热管的设置以及壳程流体的流通。连接部16的直径可以大于支撑部14的直径。连接部16可以随意布置在相邻排的支撑部14之间，或者随意布置在单排支撑部14与边框15之间。

第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13还可以均包括：多个安装孔17，用于将第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13各自安装至多个拉杆。在换热器中，多个拉杆设于上管板和下管板之间，为支撑装置100提供安装位置。多个拉杆穿入多个安装孔17中，多个拉杆与各安装板的连接方式可以为焊接。多个安装孔17可以对称地布置在边框15上。

在本发明的实施例中，支撑装置100用于支撑的换热管的规格(外径尺寸d0的范围)无限制。换热管的中心距s至少为所述换热管的外径尺寸d0的1.25倍，即s≥1.25d0，无上限。中心距s是指相邻换热管中心的距离。支撑部14用于与换热管配合，支撑部14需要供换热管穿过，其内径不能过小；同时支撑部14需要对换热管进行支撑以防止换热管振动，其内径也不能过大。在本发明的实施例中，支撑部14的内径尺寸最小为等于所述换热管的外径尺寸d0，支撑部14的内径尺寸最大为比所述换热管的外径尺寸d0大2mm，即支撑部14的内径尺寸的范围为d0～d0+2mm。支撑装置100可以适用于所有金属材料材质。各支撑板沿换热管延伸方向的厚度无限制。第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13可以由圆整型板材通过车铣等工艺加工得到。

本发明的支撑装置100可以适用于直流钠-水蒸汽发生器正三角形布置的换热管束，在不影响钠-水蒸汽发生器换热效果与设备可靠性的基础上，解决了以下技术问题：

1.避免了采用弓形支撑板带来的流动死区与流致振动问题；

2.避免了采用常规整圆形支撑板造成的壳程流体流阻过大问题。

本发明的支撑装置100的有益效果至少可以体现在以下两方面：

1.保证了钠-水蒸汽发生器基本的管束排布结构特点，避免了采用常规支撑板形式带来的流动死区和流致振动问题，增加了换热器的可靠性和使用寿命；

2.降低了换热器的壳程流阻，降低了蒸汽发生器所在系统回路对于驱动压头的需求。

综上，本发明的支撑装置100对于换热器设备本身和所在系统都有益处，可以整体降低电站成本。

在实际使用中，可以根据换热管的排布形式确定多组支撑单元10中第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13所需要设置的支撑部14的数量和排布方式。可以根据换热管与支撑部14的间隙要求以及拉杆与安装孔17的配合要求，确定支撑部14的内径尺寸和安装孔17的内径尺寸。可以根据实际应用情况，确定第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13的详细支撑尺寸及厚度，并确定加工制造要求，以及选用符合要求的用于车铣各支撑板的圆整型板材。可以根据换热管最小无支撑跨距要求及流致振动的要求，确定实际跨距及第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13的数量。在制造支撑装置100时，可以对圆整型锻件按照图纸要求进行车铣，再按照要求排布固定第一支撑板11、第二支撑板12和第三支撑板13，并实施穿管。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。