专利名称：波浪管方形管壳式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种传热学及强化换热技术领域的换热器。
背景技术：
管壳式换热器是把一定数量传热管与管板连接，传热管束平行设置，再在外部用壳体与管板连接而成的换热器。目前管壳式换热器的在工业中的适用范围最大，使用频率也最闻。管壳式换热器的核心部件是传热管，其换热能力的好坏直接决定了换热器性能的优劣。随着强化换热技术研究的不断深入，人们开发出很多强化换热元件，波浪管便是其中之一。波浪管利用沿轴线方向正反变化的弯曲结构使管内流体在流动时产生强烈的二次流，从而起到强化换热的作用。但是实际工业生产过程中，管束支撑结构成为限制波浪形换热管应用于换热器制造的主要因素。将传统弓形折流板应用于波浪形换热管时，由于波浪管所具有的波浪形结构，使得穿管过程难度加大，同时对于折流板的开孔精度和加工工艺也提出了更为苛刻的要求，这在很大程度上增加了波浪管换热器的制造成本。因此，研究一种具有合理结构的波浪形换热管以及与之相适合的管束支撑结构显得尤为重要。目前国内外对波浪管换热器的研究尚未充分开展，关于波浪管换热器的相关专利也寥寥无几，只有两项发明专利专利号为94225614. X的专利书提出的波浪管换热器给出了粗略的示意图，在换热器筒体内绘制若干条平行的波浪线代表换热管，并没有指出到波浪管的结构、其在筒体内的具体布置形式和与折流板之间的配合方式，因而其设计无法满足换热器实际生产和使用的技术要求；专利号为200610165381. 4的专利书以波浪形螺旋凹槽换热管作为换热器的换热元件，提供了几种换热器的立体示意图，但其结构无法满足水-水换热器的设计需求，而且其所述的波浪形螺旋凹槽换热管制造困难，难以承受高压，从而其应用场合仅限于压力较低的汽车废气冷却系统中。
发明内容
本发明的目的在于提供将波浪形换热管应用于壳式换热器中的波浪管方形管壳式换热器。本发明的目的是这样实现的本发明波浪管方形管壳式换热器，其特征是包括方形筒体、换热管、管板，管板包括上管板和下管板，上管板、下管板和方形筒体组成密闭空间，换热管设置在密闭空间里，上管板左侧设置密闭的上封头，上封头上设置管程流体出口，下管板右侧设置密闭的下封头，下封头上设置管程流体进口，上管板和下管板上均设置有孔，换热管的两端分别由上管板和下管板上的孔固定并分别连通上封头和下封头，在方形筒体上位于上管板右侧位置设置壳程流体进口、位于下管板左侧位置设置壳程流体出口。本发明还可以包括1、还包括拉杆套筒，拉杆套筒固定在上管板和下管板之间，拉杆套筒上固定有折流板，折流板上设置有孔，换热管通过穿过折流板上孔的方式加以固定。2、所述的折流板至少有两个，将上管板、下管板和方形筒体组成的密闭空间分隔成蛇行通道。3、所述的换热管的外形为波浪形，弯曲的弧度介于10度-90度之间，横截面形状为方形或圆形，换热管均匀分布于上管板、下管板和方形筒体组成的密闭空间。本发明的优势在于1、与光管相比，本发明中使用的波浪结构换热管具有如下特征由于其流道波折多变，介质在管中流动多次改变流动方向，产生了二次流，使换热性能大幅增强；管子的波浪结构，可以通过适当的形变吸收在管子受热不均匀时产生的热应力；流体流经波浪结构时，流动方向会沿管壁的波浪结构不断的改变，产生的冲刷作用可以抑制管道表面产生结垢，具有一定的自清洁能力；加工方法相对简单，不破坏换热管机械结构，对其机械性能影响较小，可以在高温、高压环境中正常工作。2、本发明中的换热管由波浪管段与直管段相间布置而成，直管段的设计解决了波浪管穿管困难的问题，降低了对折流板加工精度及工艺的要求，简化了换热管与折流板的装配过程，直管段可以根据折流板的间距不同增加或减少，使得换热管具有灵活多变，适用性强的特点。3、本发明中的换热管束对应方形筒体采用方形布置，这样的方式可以提高壳程空间利用率，壳程流体与换热管束的接触更为充分，从而使得换热能力显著提高。4、本发明中所采用的板条嵌入式换热管支撑结构，很好的解决了波浪形换热管与折流板之间的配合问题，避免了由于穿管而带来的一系列问题，简化了装配过程，放宽了对加工工艺的要求，大幅降低了波浪管换热器的制造成本。5、本发明中折流板之间通过外设套筒的拉杆固定，这样保证在流体冲击下折流板的轴向位置不变，从而保证换热器整体结构的完整性和提高换热器寿命。
图1为本发明的构示意图；图2为波浪形换热管示意图；图3为折流板结构及板条装配示意图；图4为折流板架与板条配合3D示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 4，本发明中的波浪管方形管壳式换热器其组成包括方形筒体1、换热管束2、管板3、4、上封头5、下封头6、折流板7、拉杆8、壳程流体进口 9、壳程流体出口 IO、管程流体进口 11和管程流体出口 12，方形筒体I上的壳程流体进口 9和壳程流体出口 10采用侧进侧出形式，分别安装在壳侧两端靠近上封头5和下封头6的位置，壳程流体沿折流板构成的蛇形通道横向冲刷换热管后流出壳程空间；管程流体进口 11和管程流体出口 12分别位于下封头6和上封头5的中心，管程流体在换热管内沿壳体方向流入和流出管程空间；换热管束2由若干波浪管与直管混合组成的换热管平行布置而成,换热管束两端由管板3、4进行固定，中间部位由通过拉杆8与管板3相连的折流板7进行固定；换热器采用逆流方式进行换热。进行热交换时，壳程流体由壳程流体进口 9流入，在经过折流板的导向作用下冲刷换热管束2，完成热交换后由壳程流体出口 10流出；管程流体由管侧流体进口 11流入上封头5，通过管板3上的换热管口进入换热管束2内，在管内完成热交换后由管板4上的换热管口进入下封头6，最后通过管程流体出口 12流出换热器。结合附图2，所示的波浪形换热管由波浪管与直管相间布置而成；换热管首尾两端为直管段，长度略大于管板厚度，中间部分直管段位置根据折流板位置确定，相邻直管段中心距与相邻折流板中心距相同，直管段长度略大于折流板厚度；相邻直管段之间由波浪管段进行填充，波浪管段由若干弧度相同的圆弧管段平滑连接而成，弯曲弧度介于10° 90°之间，相邻圆弧管段弯曲方向相反，且均在同一个平面内。结合附图3，折流板由折流板架和板条配合形成，在折流板架上并列开有若干矩形缺口，开口侧朝向换热器中心，相邻缺口中心线间距与相邻换热管中心距相同；每个缺口内插入一组对称拼接的板条，每组板条相对拼接后尺寸需保证恰好能够插入折流板缺口，并与之紧密配合。每个板条在与同组另一板条配合侧开有一列数个(此数量应大于每列换热管根数的一半)内径略大于换热管外径的半圆形通孔，圆心位于板条夹紧换热管一侧边缘，孔心距等于换热管中心距。这样使得两个板条的孔槽拼合在一起正好可以夹紧同一纵列上数根换热管，间接达到了穿管效果。结合附图4，换热管束与折流板装配时先把换热管的直管段填入板条的孔槽中，在换热管和对应的板条组合完毕后，将对应同一折流板的夹有换热管的板条移动到同一平面，插入折流板架的缺口中，最后将板条与折流板相互焊接固定。换热器中折流板分为上折流板和下折流板，壳程流体在上下折流板分隔出来的蛇形通道内近似横向冲刷换热管束。相邻折流板之间通过拉杆固定，拉杆外设有套管以保证折流板轴向位置不变。
权利要求
1.波浪管方形管壳式换热器，其特征是包括方形筒体、换热管、管板，管板包括上管板和下管板，上管板、下管板和方形筒体组成密闭空间，换热管设置在密闭空间里，上管板左侧设置密闭的上封头，上封头上设置管程流体出口，下管板右侧设置密闭的下封头，下封头上设置管程流体进口，上管板和下管板上均设置有孔，换热管的两端分别由上管板和下管板上的孔固定并分别连通上封头和下封头，在方形筒体上位于上管板右侧位置设置壳程流体进口、位于下管板左侧位置设置壳程流体出口。
2.根据权利要求1所述的波浪管方形管壳式换热器，其特征是还包括拉杆套筒，拉杆套筒固定在上管板和下管板之间，拉杆套筒上固定有折流板，折流板上设置有孔，换热管通过穿过折流板上孔的方式加以固定。
3.根据权利要求2所述的波浪管方形管壳式换热器，其特征是所述的折流板至少有两个，将上管板、下管板和方形筒体组成的密闭空间分隔成蛇行通道。
4.根据权利要求1-3任一所述的波浪管方形管壳式换热器，其特征是所述的换热管的外形为波浪形，弯曲的弧度介于10度-90度之间，横截面形状为方形或圆形，换热管均匀分布于上管板、下管板和方形筒体组成的密闭空间。
全文摘要
本发明的目的在于提供波浪管方形管壳式换热器，包括方形筒体、换热管、管板，管板包括上管板和下管板，上管板、下管板和方形筒体组成密闭空间，换热管设置在密闭空间里，上管板左侧设置密闭的上封头，上封头上设置管程流体出口，下管板右侧设置密闭的下封头，下封头上设置管程流体进口，上管板和下管板上均设置有孔，换热管的两端分别由上管板和下管板上的孔固定并分别连通上封头和下封头，在方形筒体上位于上管板右侧位置设置壳程流体进口、位于下管板左侧位置设置壳程流体出口。本发明换热性能大幅增强，可以通过适当的形变吸收在管子受热不均匀时产生的热应力，流动方向沿管壁的波浪结构不断的改变，产生的冲刷作用可以抑制管道表面产生结垢。
文档编号F28F9/013GK103047883SQ20131001099
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者范广铭, 孙中宁, 徐慧强, 宿吉强, 张东洋, 徐俊英, 郭子萱, 侯晓凡 申请人:哈尔滨工程大学