一种用于热交换器板束气体入口的均流结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，包括圆筒、天圆地方、方箱组成的外壳，所述外壳内安装有开式渐扩管。开式渐扩管由引流段和导流段组成，可使气体流经圆筒后均匀分布于下游的方形截面。引流段的上端固定于圆筒内壁，可以有效地将气体按设计要求分割成若干份，并引流至天圆地方的起始流通区域，导流段的导流板将气体均匀地导流至方箱的各个区域。连接机构根据需要能调整引流段与导流段间的夹角。本发明解决了气体流经天圆地方结构时存在的分布不均，压力损失较大等技术问题，具有用料省，结构简单，加工安装方便等优点。
【专利说明】一种用于热交换器板束气体入口的均流结构
【技术领域】
[0001]本发明属于热能工程流体力学及板式热交换器应用【技术领域】，涉及一种气体均流的天圆地方结构。
【背景技术】
[0002]在一些早期的食品及粉体设备中，由于工艺要求，需要将圆筒部件与方箱部件连接在一起，由此形成由圆变方的变径结构，即天圆地方结构。如今，天圆地方结构已广泛应用于食品机械及石化、冶金、环保等领域的设备之中。
[0003]近年来，随着焊接板式热交换器技术的发展，大量设备在气-气、气-汽及气-液换热领域都有了广泛的应用。基于工艺介质属性及布管经济性的考虑，一般采用圆筒形管线。但是焊接板式热交换器板束的介质进口均为方形或长方形，因而需采用天圆地方结构过渡。如何使圆形管道内的介质，均匀流入方形或长方形板束的各个通道，是本领域所面临的一个比较棘手的问题。因为使用传统天圆地方结构的板束，各个通道内气体流量的分布不均衡，严重地影响板束换热性能的发挥，甚至还会造成板束的开裂性破坏。
[0004]当气体从圆形流道进入天圆地方结构时，由于流通面积突然扩大导致气体发生强烈的紊流混合。当气体流经天圆地方起始点圆角过渡区时，边界层与圆角过渡区的固体表面相脱离，并在脱离处产生涡流，从而加剧气体质点间的相互碰撞，造成气体能量损失，同时引起气体速度场的剧烈变化，导致气体在方箱入口处流体分布不均，尤其是方箱下端的四个90度夹角处，往往是气体流动的死区，当气体进入下游方形板束通道时，由于气体速度场的剧烈变化，会造成板束振动，尤其对于高温气体介质，不均匀的速度场还会造成板束承受的温差应力不一致，严重时导致设备失效，最终影响了整个设备的安全性和稳定性。
[0005]为了预防边界层的分离、改善气体的分布，传统的解决方法是:加长天圆地方结构的流道长度，减小圆形流道与方形流道之间的突扩角。如此将会造成设备制造成本的增加以及安装空间的扩张。并且随着天圆地方流道长度的增长，还会带来气体压降的增大以及传热效率的降低。可见对于改善天圆地方内部气体分布的传统方法而言，降低设备成本和安装空间与改善气体分布效果是一对矛盾体，只能在二者之间取舍，无法兼得。
[0006]CN103322833A专利在天圆地方及下联方箱内设置导流钢板，将天圆地方入口和下联方箱隔离成互不相通的5个或若干气体流道。该专利在天圆地方圆角过渡区下方存在较大的涡流区，气体能量损失大，设备的运行成本高。同时导流钢板的焊接工作量大，维修时设备必须停车，存在一定的拆装困难。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，对气体进行引流和导流，减少气体在天圆地方圆角过渡区下方的涡流及紊流现象，降低压力损失。
[0008]本发明通过下述技术方案实现上述技术目的:
一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，包括圆筒、天圆地方、方箱组成的外壳，所述外壳内安装有开式渐扩管。
[0009]所述开式渐扩管由引流段和导流段组成，该引流段和导流段之间设有角度调节装置调节两者之间的夹角；所述引流段上端固接在所述圆筒上，所述导流段通过固定导杆固定在天圆地方的圆角过渡区上。
[0010]所述角度调节装置由铰链和角度固定杆组成；该铰链链接开式渐扩管的引流段和导流段，而角度固定杆的两端分别与引流段和导流段的表面固接，。
[0011]所述角度调节装置使得引流段和导流段之间夹角为10°?20°。
[0012]所述引流段和导流段均有若干块引流板和导流板组成。
[0013]所述引流板和导流板各为四块。
[0014]所述引流板与方箱的直边呈夹角布置，或者导流板与天圆地方的圆角过渡区相对布置。
[0015]本发明的开式渐扩管由引流段和导流段组成，可使气体流经圆筒后均匀分布于下游的方形截面。引流段的上端固定于圆筒内壁，可以有效地将气体按设计要求分割成若干份，并引流至天圆地方的起始流通区域，导流段的导流板将气体均匀地导流至方箱的各个区域。角度调节装置根据需要能调整引流段与导流段间的夹角。本发明解决了气体流经天圆地方结构时存在的分布不均，压力损失较大等技术问题，具有用料省，结构简单，加工安装方便等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的立体结构图；
图2为本发明的俯视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为图2的B-B剖视图；
图5为本发明开式渐扩管结构示意图。
[0017]图中编号:
1.圆筒2.天圆地方3.天圆地方圆角过渡区4.方箱5.引流板6.导流板7.铰链8.角度固定杆9.固定导杆10.开式渐扩管。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明及其有益效果进一步说明。
[0019]参阅图1至图5所不:一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，由圆筒1、天圆地方2、方箱4组成本发明的外壳，在该外壳内安装有开式渐扩管10。其中开式渐扩管10由成一定夹角的引流段5和导流段6组成，所述的引流段5由若干块优选4块形状大小相同的引流板组成，所述导流段6由若干块优选4块形状大小相同的导流板组成。所述引流板和导流板均为长方形或正方形薄钢板。
[0020]所述述开式渐扩管10引流段5与导流段6的角度可以通过角度调节装置来调节，所述的角度调节装置由铰链7和角度固定杆8组成，将所述铰链7用于连接引流板和导流板，在每块引流板和导流板连接处的两端设置铰链7，允许引流板和导流板之间做转动，所述角度固定杆8两端分别与引流板和导流板表面连接，固定引流板与导流板之间夹角为10°?20°，当夹角过小时，开始渐扩管外边的气体不能有效地导流至板片入口的四个直角死区；当夹角过大时，气体在导流板的投影下方会产生流动死区，反而加重了分布的不均匀性。然后将各个引流板的左右竖直边缘相互连接组成开式渐扩管10。
[0021]将开式渐扩管10引流段5的上端焊接于圆筒I内壁，同时导流板分别与天圆地方2的圆角过渡区3相对，然后用固定导杆9将天圆地方圆角过渡区3内壁与开式渐扩管导流段6焊接，最后焊接固定圆筒I和天圆地方2以及方箱4。
[0022]所述引流板与方箱4的直边呈夹角布置，或者导流板与天圆地方2的圆角过渡区3相对布置。这样的结构将气体往板片入口的四个直角区域导流，使得气体均匀分布于整个板片气体入口，减少四个直角区域的流动死区；同时由于导流板与圆角过渡区相对布置，可以降低气体在圆角过渡区产生边界剥离的现象，减少回流现象，降低由于涡流引起的能量损失。
[0023]开式渐扩管10引流段5的作用是将圆形流道内的气体分割成若干份或5份，并引流至天圆地方2流道内；开式渐扩管10导流段6的作用是引流至天圆地方2流道后的气体均匀的导流至方箱4的各个区域。在引流段5与导流段6的双重作用下，避免了由于流通面积突然扩大而引起的气体强烈紊流，也避免了边界层与天圆地方圆角过渡区3的固体表面发生脱离而在圆角过渡区下方产生涡流。当气体在开式渐扩管10引流段5引流板的作用下进入到天圆地方2后，其中开式渐扩管10内气体流道的气体通过渐扩管的渐扩作用扩散到方箱4入口的中心区域，在开式渐扩管10外气体流道的气体通过导流板的作用将其导流至方箱4入口的各个直角区域，最终使气体的分布得到均匀、压力损失得到降低。
[0024]本发明具有均匀气体在天圆地方结构内的分布，平衡气体在板束各个通道内的流量供给，减少局部紊流以及涡流，降低气体压力损失，保障后续工艺实施的优点。本发明不仅结构简单，而且拆卸方便，是一种直接，经济的流场优化方案。
【权利要求】
1.一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，包括圆筒、天圆地方、方箱组成的外壳，其特征在于:所述外壳内安装有开式渐扩管(10)。
2.根据权利要求1所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述开式渐扩管(10)由引流段(5)和导流段(6)组成，该引流段(5)和导流段(6)之间设有角度调节装置调节两者之间的夹角；所述引流段(5)上端固接在所述圆筒(I)上，所述导流段(6)通过固定导杆(9)固定在天圆地方(2)的圆角过渡区(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述角度调节装置由铰链(7)和角度固定杆(8)组成；该铰链(7)链接开式渐扩管(10)的引流段(5)和导流段(6)，而角度固定杆(8)的两端分别与引流段(5)和导流段(6)的表面固接。
4.根据权利要求2所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述角度调节装置使得引流段(5)和导流段(6)之间夹角为10°?20°。
5.根据权利要求2所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述引流段(5)和导流段(6)均有若干块引流板和导流板组成。
6.根据权利要求5所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述引流板和导流板各为四块。
7.根据权利要求6所述的一种用于热交换器板束气体入口的均流结构，其特征在于:所述引流板与方箱(4)的直边呈夹角布置，或者导流板与天圆地方(2)的圆角过渡区(3)相对布置。
【文档编号】F28F9/22GK104197771SQ201410463503
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】卢芳, 胡国栋, 常春梅, 张向南, 孙海生, 张彦军 申请人:甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司, 上海蓝滨石化设备有限责任公司, 机械工业兰州石油化工设备检测所有限公司