一种自支撑式缩放管换热器及换热方法
【专利摘要】本发明涉及一种自支撑式缩放管换热器及换热方法，壳程筒体两端分别通过扩大圆筒与上管箱、下管箱相连，壳程筒体的两端分别延伸到扩大圆筒内，扩大圆筒的直径大于壳程筒体的直径且与上管箱、下管箱的最大直径相配合；壳程筒体内竖直设置多根渐缩渐扩管组成换热管束，渐缩渐扩管沿轴向由收缩段?喉管段?扩压段?直流段管体周期排列形成，渐缩渐扩管之间通过直流段接触实现自支撑；换热管束外侧沿换热器高向水平设置数个异形支撑环。本发明利用渐缩渐扩换热管截面的周期性变化和管体自支撑结构，有效提高换热器的换热效率，抑制污垢的生成，减小壳程阻力，此外还具有拆卸方便、设备占地省、造价低等优点。
【专利说明】
一种自支撑式缩放管换热器及换热方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种自支撑式缩放管换热器及换热方法。
【背景技术】
[0002]换热器是回收余热、废液，提高热能利用率的主要设备，而换热管和折流板则是换热器的核心元件。通常采用的直管换热管和弓形折流板存在换热效率不高，换热器内污垢严重，壳程压降大，设备成本高等问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种自支撑式缩放管换热器及换热方法，利用渐缩渐扩换热管截面的周期性变化和管体自支撑结构，有效提高换热器的换热效率，抑制污垢的生成，减小壳程阻力，此外还具有拆卸方便、设备占地省、造价低等优点。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0005]—种自支撑式缩放管换热器，包括由上管箱、壳程筒体和下管箱依次连接组成的管壳式换热器，上管箱设管程介质出口，下管箱设管程介质入口，壳程筒体上部一侧设壳程介质入口，下部另一侧设壳程介质出口；所述壳程筒体两端分别通过扩大圆筒与上管箱、下管箱相连，壳程筒体的两端分别延伸到扩大圆筒内，扩大圆筒的直径大于壳程筒体的直径且与上管箱、下管箱的最大直径相配合;壳程筒体内竖直设置多根渐缩渐扩管组成换热管束，渐缩渐扩管沿轴向由收缩段-喉管段-扩压段-直流段管体周期排列形成，渐缩渐扩管之间通过直流段接触实现自支撑;换热管束外侧沿换热器高向水平设置数个异形支撑环。
[0006]所述渐缩渐扩管两端分别通过光滑直管与上管板、下管板固定连接，光滑直管套装在渐缩渐扩管两端的喉管段管体上，光滑直管为厚壁管。
[0007]所述渐缩渐扩管的各段管体由薄壁直管压制形成，其中收缩段管体的长度大于扩压段管体的长度。
[0008]所述异形支撑环由两个异形支撑环半环组成，异形支撑环的外部轮廓与换热管束横断面外部顶点连线形成的折线形轮廓相适应。
[0009]基于一种自支撑式缩放管换热器的换热方法，壳程流体从壳程介质入口进入壳程筒体，经过由壳程筒体上端和扩大圆筒组成的防冲结构，从自支撑换热管束的直流段接触缝隙处射流流出；壳程在喉管段具有最大的流通空间，经过渐缩渐扩管各管体流通截面的变化强化射流;管程流体从管程介质入口进入上管箱，在渐缩渐扩管内经过扩压段、直流段、收缩段和喉管段的周期性截面变化，以漩涡流的形式与壳程流体进行高效换热；换热后，壳程流体从壳程介质出口离开，管程流体从管程介质出口离开。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0011]I)渐缩渐扩换热管沿管长方向形成收缩段、喉管段、扩压段和直流段的周期性结构，使流体始终处于方向反复改变的压力梯度下流动，在很小的流速下快速达到湍流，强化传热效果；
[0012]2)渐缩渐扩管为薄壁管，热阻减小，可提高换热系数；
[0013]3)扩压段使流体急速扩张形成漩涡，破坏流动边界层，减小传热阻力，提高了换热效率，不易形成污垢，实现自动清理；
[0014]4)由于换热效率的提高，使换热面积减小，设备体积随之下降，节省占地面积，并有利于制造成本的大幅降低；
[0015]5)在换热管束外侧设有异形支撑环，其形状与换热管束的排布方式相适应，有利于固定管热管束，避免流体将其冲散；
[0016]6)壳程筒体端部设扩大圆筒结构，制成内衬筒构造，避免壳程流体在进出料口处直接冲击渐缩渐扩管，提高换热面积利用率；
[0017]7)壳程内无折流板，有效去除死区，不易结垢，减小壳程压降，提高换热效率；
[0018]8)渐缩渐扩管之间通过线接触实现自支撑，省去弓形折流板，安装更加方便，降低成本；
[0019]9)壳程流体在管外壁经过凹凸不平的通道折流，增强流体的湍动程度，破坏了管壁上的流体边界层，进一步提高换热器的换热效果。
【附图说明】
[0020]图1是本发明所述自支撑式缩放管换热器的结构示意图。
[0021]图2是本发明所述换热管束的局部结构示意图。
[0022]图3是本发明所述异形支撑环半环的结构示意图。
[0023]图4是本发明所述换热管束与异形支撑环安装结构示意图。
[0024]图中:1.下管箱2.下管箱法兰3.下管板4.壳程介质出口5.壳程筒体6.耳式支座7.壳程介质入口 8.管程介质出口 9.放散口 10.上管箱11.上管箱法兰12.上管板13.扩大圆筒14.异形支撑环15.渐缩渐扩管16.管程介质入口 17.光滑直管18.扩压段
19.直流段20.收缩段21.喉管段
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0026]如图1所示，本发明所述一种自支撑式缩放管换热器，包括由上管箱10、壳程筒体5和下管箱I依次连接组成的管壳式换热器，上管箱10设管程介质出口 8，下管箱I设管程介质入口 16，壳程筒体5上部一侧设壳程介质入口7，下部另一侧设壳程介质出口4;所述壳程筒体5两端分别通过扩大圆筒13与上管箱10、下管箱I相连，壳程筒体5的两端分别延伸到扩大圆筒13内，扩大圆筒13的直径大于壳程筒体5的直径且与上管箱10、下管箱I的最大直径相配合;壳程筒体5内竖直设置多根渐缩渐扩管15组成换热管束，渐缩渐扩管15沿轴向由收缩段20-喉管段21-扩压段18-直流段19管体周期排列形成(如图2所示)，渐缩渐扩管15之间通过直流段19接触实现自支撑;换热管束外侧沿换热器高向水平设置数个异形支撑环14。
[0027]所述渐缩渐扩管15两端分别通过光滑直管17与上管板12、下管板3固定连接，光滑直管17套装在渐缩渐扩管15两端的喉管段21管体上，光滑直管17为厚壁管。(如图2所示)
[0028]所述渐缩渐扩管15的各段管体由薄壁直管压制形成，其中收缩段20管体的长度大于扩压段18管体的长度。
[0029]所述异形支撑环14由两个异形支撑环半环组成，异形支撑环14的外部轮廓与换热管束横断面外部顶点连线形成的折线形轮廓相适应。(如图3、图4所示)
[0030]基于一种自支撑式缩放管换热器的换热方法，壳程流体从壳程介质入口7进入壳程筒体5，经过由壳程筒体5上端和扩大圆筒13组成的防冲结构，从自支撑换热管束的直流段19接触缝隙处射流流出；壳程在喉管段21具有最大的流通空间，经过渐缩渐扩管15各管体流通截面的变化强化射流;管程流体从管程介质入口 16进入上管箱10，在渐缩渐扩管15内经过扩压段18、直流段19、收缩段20和喉管段21的周期性截面变化，以漩涡流的形式与壳程流体进行高效换热;换热后，壳程流体从壳程介质出口 4离开，管程流体从管程介质出口 8离开。
[0031]如图1所示，本发明所述一种自支撑式缩放管换热器中，下管箱I和下管箱法兰2相连，管程介质入口 16在下管箱I的轴向位置;下管箱法兰2和下管板3相连，壳程筒体5下端与下管板3和上管板12相连;壳程筒体5侧壁上设有耳式支座6;上管箱法兰11与上管板12和上管箱10相连，管程介质出口 8和放散口 9设在上管箱上。壳程筒体5两端设有扩大圆筒13，壳程介质入口 7和壳程介质出口 4分别在两端的扩大圆筒13上。
[0032]渐缩渐扩管15连接在上管板12和下管板3之间，管端设有直管17，管体形成收缩段
20、喉管段21、扩压段18和直流段19的周期性结构，可提高管程介质的湍流程度。换热管束依靠各渐缩渐扩管直流段19接触实现自支撑，减少壳程死区，不易结垢，提高换热器的换热效果。在换热管束外侧(对应直流段19上)设有数个异形支撑环14，避免壳程流体冲散渐缩渐扩管15。
[0033]本发明所述一种自支撑式缩放管换热器的工作原理是:自支撑式缩放管换热器的换热管为渐缩渐扩管15，采用薄壁直管制成收缩段20、喉管段21、扩压段18和直流段19，形成管体截面的周期性变化;渐缩渐扩管15两端连接厚壁的光滑直管17，用于与上、下管板12、3之间的固定和支撑。管程流体在收缩段20压力逐渐降低，流速升高，在喉管段21流速达到最大，形成低压环境，吸入更多管程流体，强化换热效果;在扩压段18流体急速扩张，产生剧烈的漩涡增强传热，自动清理污垢;直流段19通过线接触实现换热管束自支撑，构成壳程扰流元件。在换热管束的外侧设有异形支撑环14，异形支撑环14按换热管束的外部轮廓加工，位于换热管束的中间部位，由两个异形支撑环半环连接构成，避免流体冲散换热管束。壳程端部采用扩大圆筒13结构，用于保护渐缩渐扩管15。壳程流体在换热管束间顺流，避免了流体直接撞击壳程筒体5，减小壳程压降，去除死区，不易结垢，流体从换热管束接触缝隙处流出，在渐缩渐扩管15外壁经过凹凸不平的通道折流，增大流体的湍流度，破坏了管壁上的流体边界层，提高换热器的换热效果。
[0034]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自支撑式缩放管换热器，包括由上管箱、壳程筒体和下管箱依次连接组成的管壳式换热器，上管箱设管程介质出口，下管箱设管程介质入口，壳程筒体上部一侧设壳程介质入口，下部另一侧设壳程介质出口；其特征在于，所述壳程筒体两端分别通过扩大圆筒与上管箱、下管箱相连，壳程筒体的两端分别延伸到扩大圆筒内，扩大圆筒的直径大于壳程筒体的直径且与上管箱、下管箱的最大直径相配合;壳程筒体内竖直设置多根渐缩渐扩管组成换热管束，渐缩渐扩管沿轴向由收缩段-喉管段-扩压段-直流段管体周期排列形成，渐缩渐扩管之间通过直流段接触实现自支撑;换热管束外侧沿换热器高向水平设置数个异形支撑环。2.根据权利要求1所述的一种自支撑式缩放管换热器，其特征在于，所述渐缩渐扩管两端分别通过光滑直管与上管板、下管板固定连接，光滑直管套装在渐缩渐扩管两端的喉管段管体上，光滑直管为厚壁管。3.根据权利要求1所述的一种自支撑式缩放管换热器，其特征在于，所述渐缩渐扩管的各段管体由薄壁直管压制形成，其中收缩段管体的长度大于扩压段管体的长度。4.根据权利要求1所述的一种自支撑式缩放管换热器，其特征在于，所述异形支撑环由两个异形支撑环半环组成，异形支撑环的外部轮廓与换热管束横断面外部顶点连线形成的折线形轮廓相适应。5.基于权利要求1所述的一种自支撑式缩放管换热器的换热方法，其特征在于，壳程流体从壳程介质入口进入壳程筒体，经过由壳程筒体上端和扩大圆筒组成的防冲结构，从自支撑换热管束的直流段接触缝隙处射流流出；壳程在喉管段具有最大的流通空间，经过渐缩渐扩管各管体流通截面的变化强化射流;管程流体从管程介质入口进入上管箱，在渐缩渐扩管内经过扩压段、直流段、收缩段和喉管段的周期性截面变化，以漩涡流的形式与壳程流体进行高效换热；换热后，壳程流体从壳程介质出口离开，管程流体从管程介质出口离开。
【文档编号】F28F1/00GK105890407SQ201610375571
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】曲斌, 梁有仪, 李晶晶, 段有龙, 于涛
【申请人】中冶焦耐工程技术有限公司