专利名称：纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管壳式换热器，尤其是一种采用多个螺旋扁管作为换热管管 束的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器。可广泛应用于石油化工、冶金、电力等行业。
背景技术：
自20世纪70年代初石油危机爆发以来，以能源为中心的环境、生态和社会经济 问题日益加剧。世界各国充分认识到节能的重要意义，能源的合理利用已经成为各国工业 良性发展的核心问题。在这一背景下，各种节能技术竞相出现。强化传热是合理高效利用 能源、节约能源的重要途径之一。而在实际工业生产中，应用强化传热技术最多的便是换热 器。换热器在各工业生产过程中，不仅是保证工程设备正常运转不可缺少的部件，而且在金 属消耗、动力消耗及投资方面均占整个工程的重要份额。螺旋扁管换热器是在传统管壳式换热器的基础上开发出来的一种新型高效换热 器，与光管换热器相比，其热流密度高，容积小，适用于多种换热过程。然而现今国内螺旋扁 管换热器的应用还很少，只有少数工业试验研究的报导。其具体的实施方案，如螺旋扁管管 型的选取，排管方式等均达不到理想的状态，限制了其发展应用。专利公告号为CN2867256Y 的“螺旋扁管油冷却器”公开了使用螺旋扁管作为换热油管的技术方案，但是对螺旋扁管在 壳体内的排管方式的描述过于简单，不利于技术人员的实施。专利公告号为CN101551207B 的“管壳式螺旋扁管换热器”公开了一种适用的换热器结构，包括管型尺寸及壳体内的排管 方式。此种布置结构形式单一，如图1所示，图中a、b是现有螺旋扁管换热器的管束中两个 不同横截面的布置图，由图可见，该换热器的管束的各螺旋扁管的管间距与扁管的长轴的 长度是一致的。该结构通过改变管型尺寸来满足传热和压降的要求，但是，由于该换热器的 管束的各螺旋扁管的管间距与扁管的长轴的长度一致，因此使换热器的体积增大，限制了 换热器的设计，不利于其发展和推广。故现有的管壳式螺旋扁管换热器的结构亟待改进。
发明内容本实用新型提供一种纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，可从根本上解决传统管壳式 弓形换热器存在的壳程流动死区、壳程压力降较大、容易结垢以及容易发生管束诱导振动 的问题。与现有螺旋扁管换热器相比，不仅使整个换热器的体积缩小，而且可大大减少壳程 的流通面积和壳体直径，提高换热效率，适用范围更加广泛。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种纯逆流管壳式螺旋扁管换 热器，包括设有壳程入口和出口的壳体、组装在壳体内的换热管管束、用于固定管束的固定 管板、组装在壳体端部并设有管程出入口的管箱；所述管束由若干形状相同的螺旋扁管紧 密排列构成；其特点是每相邻的两根螺旋扁管的相对部位的螺旋升角的角度错开，使得 各螺旋扁管紧密接触时各螺旋扁管的外缘螺旋线有一部分镶嵌在相邻的螺旋扁管的螺旋 槽中，在螺旋槽中形成周期性点接触，从而在管外形成强制绕流通道。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中当各螺旋扁管紧密接触时，相邻两螺旋扁管之间的管间距小于每个螺旋扁管的长轴的长度。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位 的螺旋升角错开的角度为大于0度至小于180度。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位 的螺旋升角错开的角度完全相同。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的相邻两螺旋扁管之间的螺旋升 角错开的角度为90度时，所述管束的任意截面中各相邻螺旋扁管的长轴的截面是相互垂直的。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的相邻两螺旋扁管之间的螺旋升 角错开的角度为60度时所述管束的任意截面中各相邻螺旋扁管的长轴的截面是相互呈 三角形状态。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位 的螺旋升角错开的角度不完全相同。上述纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其中所述的壳程和管程的进出口按照逆流 换热方式布置。由于本实用新型采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的由于各螺 旋扁管采用错角布置，使各管之间的管间距小于扁管长轴的长度，因此使结构更加紧凑，可 以减小换热器的体积，增加了壳程的表面换热系数，提高换热效率，也使螺旋扁管管型的设 计更加灵活；由于采用纯逆流的布置形式，可以大大增加有效传热温差，提高换热效率。
图1是现有螺旋扁管换热器管束的横截面布置图，其中a是一个截面的示意图，b 是另一个截面的示意图。图2是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的总体结构示意图(部分剖视)。图3是显示了构成本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的管束的其中一根 螺旋扁管的结构示意图。图4是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的管束中相邻螺旋扁管排列的 一种实施例的结构示意图。图5是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的一个实施例的管束横截面布 置图，其中a是一个截面的示意图，b是另一个截面的示意图。图6是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的另一个实施例的管束横截面 布置图，其中a是一个截面的示意图，b是另一个截面的示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本实用新型的结构作进一步的详细说明。请参阅图2，图2是本实用新型的结构示意图(部分剖视)。本实用新型包括管箱1、 固定管板2、壳程入口 3、壳体4、换热管管束5、箍圈6、管程入口 7、管程出口 8、壳程出口 9。 管箱1组装在壳体4的端部，壳体4上设有壳程入口 3和壳程出口 9，管箱上设有管程进口 7 和管程出口 8，按逆流方式布置。所述的管束5置于壳体4内，所述管束由多个螺旋扁管紧密排列构成，管束两端固定在固定管板2上，管束外围用若干箍圈6箍紫。所述螺旋扁管换 热器壳程不设置导流板，壳程和管程的进出口按照逆向布置，布置形式满足完全逆流换热； 所述管束由若干箍圈从外围箍紧，可有效防止振动。请參阅图3，图3是显示了构成本实用新型换热器的管束的其中一根螺旋扁管100 的结构示意图。为了方便与固定管板连接，螺旋扁管的两端各保留一段长度例如为200mm 的圆管段101。由图可见，随着螺旋扁管的螺旋角的不同，该处截面显示的长轴的倾斜角度 也不同，图中A是长轴，B是短轴。请參阅图4，图4是本实用新型相邻螺旋扁管排列的一种实施例的结构示意图。图 中只显示了三根螺旋扁管201、202、203，其中第二根螺旋扁管202与相邻的两根螺旋扁管 201、203之间在相対的部位的螺旋角错开了一定的角度，使得各螺旋扁管紧密接触时各螺 旋扁管的外缘螺旋线有一部分镶嵌在相邻的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性 点接触，从而在管外形成强制绕流通道。当各螺旋扁管紧密接触时，相邻两螺旋扁管之间的 管间距小于每个螺旋扁管的长轴的长度。所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位的螺旋升角 错开的角度为大于0度至小于180度。请參阅图5，图5是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的一个实施例的管 束横截面布置图。例如由多个的螺旋扁管构成，每个螺旋扁管由一 019_圆管加工而成， 其螺距S与当量直径式之比5/式的取值范围为6 12，其中长轴A的取值范围为22 26mm，短长轴之比B/A的范围为0. 25 0. 63。该实施例中选择的螺旋扁管的尺寸为长轴 A=25mm,短轴B=8. 5mm,螺距S=ISOmm,短长轴之比B/A=0. 34,螺距与当量直径de之比Sj 式=11. 37。排列时，所述的每相邻的两所述螺旋扁管的各相对部位的螺旋角错开，错开的角 度完全相同，使得各螺旋扁管紧密接触时各螺旋扁管的外缘螺旋线有一部分镶嵌在相邻的 螺旋扁管的螺旋槽中。在该实施例中，在任意横截面上，相邻管束的长轴相互垂直，呈90° 角。螺旋扁管之间靠长轴的ー个点相接触形成支撑，使相邻两螺旋扁管之间的管间距小于 每个螺旋扁管的长轴的长度。管间距小于长轴。此实施例中，与现有的螺旋扁管换热器相 比，在管程面积不变的情况下使壳程流通面积减小35%，换热器的结构也更加紧凑，换热器 的直径减小15%。请參阅图6，图6是本实用新型纯逆流管壳式螺旋扁管换热器的另ー个实施例的 管束横截面布置图。在该实施例中，所述螺旋扁管由0 25_的圆管加工成，每个螺旋扁管 其长轴A的取值范围为28 34mm，短长轴之比B/A的范围为0. 27 0. 7。本实施例中，在 构成管束的任意横截面上，任意相邻的两根管之间，长轴的方向都不相同，两两呈60°角相 交，为正三角形排列，此实施例中，管间距小于长轴。本实例在管程面积不变的情况下可以 使壳程流通面积减小15%，换热器的直径减小8%。本实用新型所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位的螺旋升角错开的角度也可以 是不完全相同的。本实用新型具有换热器体积小、传热效率高、不易结垢和适用范围广的优点。
权利要求1.ー种纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，包括设有壳程入口和出ロ的壳体、组装在壳体内的换热管管束、用于固定管束的固定管板、组装在壳体端部并设有管程出入口的管箱；所述管束由若干形状相同的螺旋扁管紧密排列构成；其特征在于每相邻的两根螺旋扁管的相对部位的螺旋升角的角度错开，使得各螺旋扁管紧密接触时各螺旋扁管的外缘螺旋线有一部分镶嵌在相邻的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性点接触，从而在管外形成强制绕流通道。
2.根据权利要求I所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于当各螺旋扁管紧密接触时，相邻两螺旋扁管之间的管间距小于每个螺旋扁管的长轴的长度。
3.根据权利要求I所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位的螺旋升角错开的角度为大于O度至小于180度。
4.根据权利要求I所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位的螺旋升角错开的角度完全相同。
5.根据权利要求3或4所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的相邻两螺旋扁管之间的螺旋升角错开的角度为90度时，所述管束截面中各相邻螺旋扁管的长轴的截面是相互垂直的。
6.根据权利要求3或4所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的相邻两螺旋扁管之间的螺旋升角错开的角度为60度时所述管束的截面中各相邻螺旋扁管的长轴的截面是相互呈三角形状态。
7.根据权利要求I所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的相邻两螺旋扁管之间相对部位的螺旋升角错开的角度不完全相同。
8.根据权利要求I所述的纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，其特征在于所述的壳程和管程的进出ロ按照逆流换热方式布置。
专利摘要本实用新型公开了一种纯逆流管壳式螺旋扁管换热器，包括设有壳程入口和出口的壳体、组装在壳体内的换热管管束、用于固定管束的固定管板、组装在壳体端部并设有管程出入口的管箱；管束由若干形状相同的螺旋扁管紧密排列构成；其特点是每相邻的两根螺旋扁管的相对部位的螺旋升角的角度错开，使得各螺旋扁管紧密接触时各螺旋扁管的外缘螺旋线有一部分镶嵌在相邻的螺旋扁管的螺旋槽中，在螺旋槽中形成周期性点接触，从而在管外形成强制绕流通道。与现有螺旋扁管换热器相比，不仅能使整个换热器的体积缩小，而且可大大减少壳程的流通面积和壳体直径，提高换热效率，适用范围更加广泛。
文档编号F28F1/02GK202420236SQ20112055846
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者夏晓宇, 孙朋林, 张永贵, 李建华, 栾辉宝, 赵无非, 陈晓华, 魏冬香 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所