管壳式换热器的制作方法

1.本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种管壳式换热器。


背景技术：

2.换热器是一种将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，其广泛应用于化工、石油、食品、电力及暖通等多个领域的工业生产中。
3.管壳式换热器包括管壳与管束，管束设于管壳内，管束通入高温流体，管壳通入低温流体，或者，管束通入低温流体，管壳通入高温流体，高温流体与低温流体之间的热量通过管束的管壁传导，从而实现高温流体与低温流体的热交换。现有管壳式换热器的管束与管壳的长度较长，以增加高温流体与低温流体进行热交换的换热时间，而较长的管壳或管束增加了高温流体与低温流体流动的阻力，降低了高温流体与低温流体的流动速率，从而降低了换热效率，同时，较长的管壳或管束也增大了管壳式换热器的体积。


技术实现要素：

4.本发明提供一种管壳式换热器，用以解决或改善现有管壳式换热器在换热过程中存在高温流体与低温流体流动阻力大，换热效率低的问题。
5.本发明提供一种管壳式换热器，包括：管壳、管束、第一栅格板及第二栅格板；所述管束设于所述管壳内，所述管束内用于通入第一流体，所述管壳的内侧壁与所述管束的外侧壁之间形成换热腔，所述换热腔用于通入第二流体；所述第一栅格板与所述第二栅格板设于所述管壳内；所述第一栅格板呈圆环状，所述第二栅格板呈圆盘状，所述第一栅格板与所述第二栅格板均设有多个，所述第一栅格板与所述第二栅格板沿所述管壳的轴线方向依次交替排布，所述管束依次穿过所述第一栅格板与所述第二栅格板，多个所述第一栅格板的环心、多个所述第二栅格板的圆心及所述管壳的轴线重合；所述第一栅格板的内径、所述第二栅格板的直径及所述第一栅格板的外径依次增大，所述第一栅格板用于引导所述第二流体靠近所述环心流动，所述第二栅格板用于引导所述第二流体远离所述圆心流动。
6.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一栅格板包括第一栅格骨架，所述第一栅格骨架上开设有多个第一栅格孔；所述第二栅格板包括第二栅格骨架，所述第二栅格骨架上开设有多个第二栅格孔；所述管束包括多个管道；所述第一栅格孔与所述第二栅格孔用于供所述管道穿过，所述第一栅格孔与对应的所述管道的外侧壁之间设有第一孔隙，所述第二栅格孔与对应的所述管道的外侧壁之间设有第二孔隙；其中，所述第一孔隙与所述第二孔隙用于供所述第二流体通过。
7.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一孔隙沿所述第一栅格板的径向方向向内依次增大；所述第二孔隙沿所述第二栅格板的径向方向向外依次增大。
8.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一栅格板还包括第一支承部；所述第一支承部设于所述第一栅格孔内，所述第一支承部的一端与所述第一栅格骨架连接，所述第一支承部的另一端与对应的所述管道的外侧壁连接；所述第二栅格板还包括第二支承
部；所述第二支承部设于所述第二栅格孔内，所述第二支承部的一端与所述第二栅格骨架连接，所述第二支承部的另一端与对应的所述管道的外侧壁连接。
9.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一支承部在垂直于所述管束的轴线上的截面形状呈半圆状；和/或，所述第二支承部在垂直于所述管束的轴线上的截面形状呈半圆状。
10.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一栅格板的外侧面与所述管壳的内侧壁贴合；或者，所述第一栅格板的外侧面与所述管壳的内侧壁设有间隙。
11.根据本发明提供的一种管壳式换热器，还包括第一壳罩与第二壳罩；所述第一壳罩的敞口端与所述管壳的第一端连接，所述第二壳罩的敞口端与所述管壳的第二端连接；所述第一壳罩上开设有第一进口与第二出口，所述第二壳罩上开设有第一出口与第二进口；所述第一进口与所述管束的一端连通，所述管束的另一端与所述第一出口连通；所述第二进口与所述第二出口分别与所述换热腔连通。
12.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一壳罩包括第一壳盖与汇流壳；所述第一壳盖的一端与所述汇流壳的一端连接，所述汇流壳的一端与所述管壳的第一端连接；所述第一进口设于所述第一壳盖，所述第二出口设于所述汇流壳；所述第二壳罩包括第二壳盖与分流壳；所述第二壳盖的一端与所述分流壳的一端连接，所述分流壳的一端与所述管壳的第二端连接；所述第一出口设于所述第二壳盖，所述第二进口设于所述分流壳。
13.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一进口的中心线与所述第一出口的中心线平行设置，所述第二进口的中心线与所述第二出口的中心线平行设置。
14.根据本发明提供的一种管壳式换热器，所述第一进口的中心线与所述第二出口的中心线呈预设夹角。
15.本发明提供的管壳式换热器，通过将第一栅格板与第二栅格板依次交替设置，则第二流体在换热腔内流动时将依次通过第一栅格板与第二栅格板，当第二流体在流动至第一栅格板时，第一栅格板将第二流体引导至第一栅格板的环心处，在第一栅格板的引导过程中，第二流体沿第一栅格板的径向流动，第二流体从第一栅格板的内侧面穿过并流向第二栅格板，第二栅格板将第二流体引导至远离圆心处，在第二栅格板的引导过程中，第二流体沿第二栅格板的径向流动，第二流体从第二栅格板的外侧面与管壳的内侧壁之间穿过并流向下一个第一栅格板，以此循环，在此循环过程中，第二流体的流动方向大致呈折线形，增大了第二流体的流动距离，实现第二流体与第一流体的充分换热；与此同时，第一栅格板与第二栅格板均具有栅格孔，第二流体可直接穿过栅格孔沿管壳的轴线方向流动，降低了第二流体流动时的阻力。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的管壳式换热器的主视结构示意图；
18.图2是本发明提供的管壳式换热器的左视结构示意图；
19.图3是本发明提供的第一栅格板的结构示意图；
20.图4是本发明提供的图3在a处的放大结构示意图；
21.图5是本发明提供的第二栅格板的结构示意图；
22.图6是本发明提供的图5在b处的放大结构示意图；
23.图7是本发明提供的第一流体与第二流体的流动方向示意图；
24.附图标记：
25.1：管壳；
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2：管束；
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21：管道；
26.3：第一栅格板；
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31：第一栅格骨架；
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32：第一支承部；
27.4：第二栅格板；
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41：第二栅格骨架；
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42：第二支承部；
28.5：第一壳罩；
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51：第一进口；
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52：第二出口；
29.53：第一壳盖；
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54：汇流壳；
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6：第二壳罩；
30.61：第一出口；
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62：第二进口；
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63：第二壳盖；
31.64：分流壳。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
35.下面结合图1至图7描述本发明提供的管壳式换热器。
36.如图1至图7所示，本实施例所示的管壳式换热器包括：管壳1、管束2、第一栅格板3与第二栅格板4。
37.管束2设于管壳1内，管束2内用于通入第一流体，管壳1的内侧壁与管束2的外侧壁之间形成换热腔，换热腔用于通入第二流体；第一栅格板3与第二栅格板4设于管壳1内；第一栅格板3呈圆环状，第二栅格板4呈圆盘状，第一栅格板3与第二栅格板4均设有多个，第一栅格板3与第二栅格板4沿管壳1的轴线方向依次交替排布，管束2依次穿过第一栅格板3与第二栅格板4，多个第一栅格板3的环心、多个第二栅格板4的圆心及管壳1的轴线重合；其中，第一栅格板3的内径、第二栅格板4的直径及第一栅格板3的外径依次增大，第一栅格板3用于引导第二流体靠近环心流动，第二栅格板4用于引导第二流体远离圆心流动。
38.具体地，本实施例通过将第一栅格板3与第二栅格板4依次交替设置，则第二流体在换热腔内流动时将依次通过第一栅格板3与第二栅格板4，当第二流体在流动至第一栅格板3时，第一栅格板3将第二流体引导至第一栅格板3的环心处，在第一栅格板3的引导过程中，第二流体沿第一栅格板3的径向流动，第二流体从第一栅格板3的内侧面穿过并流向第二栅格板4，第二栅格板4将第二流体引导至远离圆心处，在第二栅格板4的引导过程中，第二流体沿第二栅格板4的径向流动，第二流体从第二栅格板4的外侧面与管壳1的内侧壁之间穿过并流向下一个第一栅格板3，以此循环，在此循环过程中，第二流体的流动方向大致呈折线形，增大了第二流体的流动距离，实现第二流体与第一流体的充分换热；与此同时，第一栅格板3与第二栅格板4均具有栅格孔，第二流体可直接穿过栅格孔沿管壳1的轴线方向流动，降低了第二流体流动时的阻力。
39.在此应指出的是，本实施例所示的第一栅格板3引导第二流体靠近环心流动的原理为，第一栅格板3上的栅格孔的孔径远小于第一栅格板3的内径，当第二流体流动至第一栅格板3时，小部分的第二流体可通过栅格孔呈水平流动，而大部分的第二流体来不及通过栅格孔，因此，大部分的第二流体从第一栅格板3的内环通过，以实现第一栅格板3引导第二流体靠近环心流动，第二流体的流动方向如图7箭头方向所示；同理，第二栅格板4引导第二流体远离圆心流动的原理为，结合图7所示，当第二流体流动至第二栅格板4时，小部分的第二流体可通过栅格孔呈水平流动，而大部分的第二流体来不及通过栅格孔，因此，大部分的第二流体从第二栅格板4的外侧面与管壳1的内侧壁之间通过，以实现第二栅格板引导第二流体远离圆心流动，第二流体的流动方向如图7箭头方向所示。由此，小部分的第二流体通过栅格孔呈水平流动，大部分的第二流体呈折线状流动，既在有限空间内增加了第二流体的换热时间，也在一定程度上降低了第二流体流动时的阻力。
40.其中，本实施例所示的第一流体与第二流体的温度不同，当需要对第二流体进行加热处理时，第一流体的温度高于第二流体的温度；当需要对第二流体进行冷却处理时，第一流体的温度低于第二流体的温度；第一流体与第二流体既可以是气体，也可以是液体，例如，第一流体是冷水，第二流体是高温的油液；或者，第一流体是高温蒸气，第二流体是冷水，在此不再一一列举。
41.优选地，如图3和图5所示，本实施例所示的第一栅格板3包括第一栅格骨架31，第一栅格骨架31上开设有多个第一栅格孔；第二栅格板4包括第二栅格骨架41，第二栅格骨架41上开设有多个第二栅格孔；管束2包括多个管道21；第一栅格孔与第二栅格孔用于供管道21穿过，第一栅格孔与对应的管道21的外侧壁之间设有第一孔隙，第二栅格孔与对应的管道21的外侧壁之间设有第二孔隙；其中，第一孔隙与第二孔隙用于供第二流体通过。
42.具体地，本实施例所示的第二流体在流动时会对多个管道21造成一定的冲击，第一栅格骨架31与第二栅格骨架41对多个管道21起到了固定与支承的作用，可避免多个管道21出现振动；当第二流体流动至第一栅格板3时，小部分的第二流体由第一孔隙穿过，当第二流体流动至第二栅格板4时，小部分的第二流体由第二孔隙穿过。
43.在此应指出的是，本实施例所示的管束并不限于仅包括如图2、图3和图5所示呈中心对称的4组管道，在相邻两个管道21之间不发生干涉的情况下，管道21的数量在可根据实际情况设置，可以理解的是，管道21的数量越多，换热的接触面积越大，换热效果越好。
44.在一个优选实施例中，如图4和图6所示，本实施例所示的第一孔隙沿第一栅格板3
的径向方向向内依次增大；第二孔隙沿第二栅格板4的径向方向向外依次增大。
45.具体地，结合图7，当本实施例所示的第二流体流动至第一栅格板3时，由于靠近第一栅格板3外侧的第一孔隙较小，则位于第一栅格板3外侧的第二流体流动阻力较大，而靠近第一栅格板3内侧的第一孔隙较大，则位于第一栅格板3内侧的第二流体流动阻力较小，因此，靠近第一栅格板3外侧的第二流体具有朝向第一栅格板3内侧流动的趋势，以实现第一栅格板3引导第二流体靠近环心流动，增加了第一栅格板3的引导效果；同理，当本实施例所示的第二流体流动至第二栅格板4时，由于靠近第二栅格板4圆心的第二孔隙较小，则位于靠近第二栅格板4圆心处的第二流体流动阻力较大，而远离第二栅格板4圆心的第二孔隙较大，则位于远离第二栅格板4圆心处的第二流体流动阻力较小，因此，靠近第二栅格板4圆心的第二流体具有朝向远离第二栅格板4圆心流动的趋势，以实现第二栅格板4引导第二流体远离圆心流动，增加了第二栅格板4的引导效果。
46.优选地，如图4和图6所示，本实施例所示的第一栅格板3还包括第一支承部32；第一支承部32设于第一栅格孔内，第一支承部32的一端与第一栅格骨架31连接，第一支承部32的另一端与对应的管道21的外侧壁连接；第二栅格板4还包括第二支承部42；第二支承部42设于第二栅格孔内，第二支承部42的一端与第二栅格骨架41连接，第二支承部42的另一端与对应的管道21的外侧壁连接。
47.具体地，本实施例所示的第一支承部32沿管道21的周向呈对称布置，管道21在第一支承部32的支承作用下稳定置于第一栅格孔内，避免管道21在第一栅格孔内晃动；第二支承部沿管道21的周向呈对称布置，管道21在第二支承部42的支承作用下稳定置于第二栅格孔内，避免管道21在第二栅格孔内晃动。
48.优选地，如图4和图6所示，本实施例所示的第一支承部32在垂直于管束2轴线上的截面形状呈半圆状；和/或，第二支承部42在垂直于管束2的轴线上的截面形状呈半圆状。可以理解的是，第一支承部32的截面形状呈半圆状，或者，第二支承部42的截面形状呈半圆状，或者，第一支承部32的截面形状与第二支承部42的截面形状均呈半圆状。
49.具体地，本实施例所示的管道21在装配过程中，需将管道21依次穿过第一栅格孔与第二栅格孔，通过将第一支承部32的截面设置成半圆状，以使得第一支承部32与管道21的外侧壁相切，从而减小了第一支承部32与管道21的接触面积；通过将第二支承部42的截面设置成半圆状，以使得第二支承部42与管道21的外侧壁相切，从而减小了第二支承部42与管道21的接触面积，因此，截面呈半圆状的第一支承部32与第二支承部42降低了管道21的装配难度。
50.优选地，如图1所示，本实施例所示的第一栅格板3的外侧面与管壳1的内侧壁贴合；或者，第一栅格板3的外侧面与管壳1的内侧壁设有间隙。
51.具体地，本实施例所示的管壳1截面呈圆形，可以将第一栅格板3的外侧面与管壳1的内侧壁贴合，即第一栅格板3的外径等于管壳1的内径，可避免第二流体从第一栅格板3的外侧面与管壳1的内侧壁之间通过；或者，也可以将第一栅格板3的外侧面与管壳1的内侧壁之间预留间隙，在第二流体为高温流体时，第一栅格板3会发生膨胀形变，预留的间隙可以有效抵消第一栅格板3形变的尺寸，避免第一栅格板3膨胀时顶坏管壳1。
52.优选地，如图1所示，本实施例所示的管壳式换热器还包括第一壳罩5与第二壳罩6；第一壳罩5的敞口端与管壳1的第一端连接，第二壳罩6的敞口端与管壳1的第二端连接；
第一壳罩5上开设有第一进口51与第二出口52，第二壳罩6上开设有第一出口61与第二进口62；第一进口51与管束2的一端连通，管束2的另一端与第一出口61连通；第二进口62与第二出口52分别与换热腔连通。
53.具体地，本实施例所示的第一流体由第一进口51进入管束2内，并经第一出口61流出；第二流体由第二进口62进入换热腔内，并经第二出口52流出，其中，第一进口51与第二出口52设置在管壳1的一端，第一出口61与第二进口62设置在管壳1的另一端，以实现第一流体的流动方向与第二流体的流动方向相反，即第一流体与第二流体呈逆流流动，结合图7，第一流体由左向右流动，第二流体大致由右向左流动，第一流体与第二流体呈逆流流动的优势在于，可利用较小的换热面积完成较大热量的交换，提升了换热效率。
54.优选地，如图1所示，本实施例所示的第一壳罩5包括第一壳盖53与汇流壳54；第一壳盖53的一端与汇流壳54的一端连接，汇流壳54的一端与管壳1的第一端连接；第一进口51设于第一壳盖53，第二出口52设于汇流壳54；第二壳罩6包括第二壳盖63与分流壳64；第二壳盖63的一端与分流壳64的一端连接，分流壳64的一端与管壳1的第二端连接；第一出口61设于第二壳盖63，第二进口62设于分流壳64。
55.具体地，本实施例所示的分流壳64内具有分流腔，第二流体通过第二进口62进入分流腔内，第二流体逐渐充满分流腔，在分流腔的分流作用下，分流腔内的第二流体均匀充入至换热腔内，提升了第二流体的换热效率；汇流壳54具有汇流腔，换热腔内的第二流体流向汇流腔，在汇流腔的汇流作用下，第二流体逐渐汇聚至第二出口52。
56.在此应指出的是，分流腔的分流作用的具体实现方式可以为，沿着第二流体的流动方向，分流腔的截面面积逐渐增大，从而实现分流腔的分流作用；汇流腔的汇流作用的具体实现方式可以为，沿着第二流体的流动方向，汇流腔的截面面积逐渐减小，从而实现汇流腔的汇流作用。或者，分流腔内设有主管路与多个分支管路，主管路的一端与第二进口连通，主管路的另一端分别与多个分支管路的一端连通，多个分支管路的另一端呈发散状均匀伸入换热腔内，以实现第二流体依次经主管路与多个分支管路分流至换热腔内，同理，汇流腔内也设有主管路与多个分支管路，主管路的一端与第二出口连通，主管路的另一端分别与多个分支管路的一端连通，多个分支管路的另一端呈发散状均匀伸入换热腔内，以实现第二流体依次经多个分支管路与主管路汇流至换热腔内。
57.优选地，如图1所示，本实施例所示的第一进口51的中心线与第一出口61的中心线平行设置，第二进口62的中心线与第二出口52的中心线平行设置。
58.具体地，通过将第一进口51的中心线与第一出口61的中心线平行设置，第二进口62的中心线与第二出口52的中心线平行设置，实现第一进口51与第一出口61的对称布置，以及第二进口62与第二出口52的对称布置，增强了管壳式换热器的稳定性。
59.优选地，如图2所示，本实施例所示的第一进口51的中心线与第二出口52的中心线呈预设夹角；相应地，第一出口61的中心线与第二进口62的中心线也呈预设夹角。
60.具体地，第一进口51处设有第一泵，第一泵用于将第一流体输送至第一进口51内，第二进口62处设有第二泵，第二泵用于将第二流体输送至第二进口62内；其中，第一进口51的中心线与第二进口62的中心线之间的夹角大小优选90度，即第一进口51与第二进口62呈交错布置，从而便于布置第一泵与第二泵，减少了管壳式换热器的占用面积。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。