“斜日字”单元环形布管的螺旋折流板电加热器的制造方法
【专利摘要】一种斜日字单元环形布管的螺旋折流板电加热器，其管束组件包括U型电加热管组、管板、环形支撑板、倾斜折流板组、拉杆组、单端倾斜套管组、双端倾斜套管组；U型电加热管组按照斜日字单元环形布管方案分圈布置在正三角形分布的网格点上；所述斜日字单元由占据“斜日字”6个网格点的2长1短3根U型电加热管组成；第1圈中心对称布置3组斜日字单元，第2圈至第7圈按六等分中心对称布置斜日字单元；第2圈有6组，以后每增大一圈就增加6组斜日字单元；所述倾斜折流板组以每个周期3块折流板周向重叠首尾相接，壳体内流体围绕U型电加热管束螺旋流动。本发明电加热器传热系数高、流动阻力低、结构紧凑，可节省材料、降低成本并延长使用寿命。
【专利说明】"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电加热器，尤其涉及一种"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电 加热器。
【背景技术】
[0002] 电加热器是工业工程中的常用设备，覆盖的功率有大有小，目前已有的小功率电 加热器主要采用占据正六边形顶点的3根U型管电加热器为单元；大功率集束式电加热器 通常采用多圈环状布置U型电加热管，并以弓形折流板支撑管束，存在着传热系数低、体积 大等缺点，所需要的电加热器传热面积就比较大。多圈环状布置U型电加热管的弓形折流 板集束式电加热器方案通常中间有空心区，为了避免短路而设置中心管，这个中心管与弓 形折流板组成的蛇形流动通道并不合拍。
[0003] 螺旋折流板换热器已经逐渐进入推广应用，利用螺旋折流板来强化电加热器管束 的传热是值得推广普及的课题，特别是由于利用倾斜激光束切割加工折流板的制造方法大 大简化了倾斜扇形折流板的加工工艺。但如果仍然采用多圈环状布置U型电加热管来实现 螺旋折流板电加热器方案时，由于多圈环状布置U型电加热管的布管方案相邻孔的中心距 不同，造成其坐标位置的确定比较困难，且扇形折流板直边上半个孔问题难以避免，使得采 用倾斜激光束切割加工折流板比较困难。所以，如何同时满足提高电加热器的传热性能、降 低流体流动阻力，且使得管束布置方案有利于折流板的加工并方便接线端的合并连接需要 有深入的研究和设计。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器，包括管束组件、壳体组件、密 封件、紧固件组、小铜排组、罩壳、螺钉组和总线铜排组；所述壳体组件包括筒体、封头、壳体 法兰、进口和出口，筒体的左端与封头焊接，右端与壳体法兰焊接，进口焊接在壳体下部靠 近壳体法兰端，而出口焊接在封头上；所述管束组件插入所述壳体内，并通过紧固件组将管 束组件的管板与密封件和壳体的壳体法兰连接并紧固成一体；所述小铜排组的三眼小铜排 和2眼小铜排用于管束组件的U型电加热管组接线端的合并；所述罩壳用于保护接线端，内 部设有安装总线铜排组的结构件；所述螺钉组用于将罩壳固定在管束组件的管板外侧；
[0007] 其特征在于：所述管束组件包括U型电加热管组、管板、环形支撑板、倾斜折流板 组、拉杆组、螺母组、单端倾斜套管组、双端倾斜套管组；所述管板、环形支撑板都是同心布 置，倾斜折流板组的外侧投影圆也与之同心布置；
[0008] 所述管束组件的布管方案如下：以管板的中心为原点，在管板（1-2)的平面上建 立一个由X坐标轴和逆时针转120°夹角的y坐标轴构成的平行四边形网格坐标系，且所述 网格坐标系的2个坐标轴的刻度相同，均为网格间距；所述网格间距满足不小于2倍U型电 加热管的外径；网格坐标以（x，y)表示，χ和y均为0?17之间的整数，原点坐标为（0,0); 在所述网格坐标系中过各网格点添加与坐标轴呈60°夹角的平行线，可形成正三角形网 格；所有U型电加热管组的每根电加热管之2条直管段都布置在由2个以网格间距为边长 的共边正三角形组成之菱形网格之长对角上，管中心距均为#倍网格间距；所述管束组件 的布管方案的管孔和拉杆孔均位于所述网格坐标系的网格点上；
[0009] 所述U型电加热管组以"斜日字"单元环形排列，并根据电加热器所需的总功率选 择合适的圈数，常用范围为1至7圈；所述"斜日字"单元由2根较长的长U型电加热管和 1根较短的短U型电加热管组成，长U型电加热管与短U型电加热管的直管段长度之差大 约为1.5倍U型电加热管管径；所述"斜日字"单元占据斜日字形三横二坚6个网格点管 位，其中2根长U型电加热管平行布置，各占据"斜日字"单元的一个锐角点管位和对边上 的一个中间管位，1根短U型电加热管占据"斜日字"单元的2个钝角管位，并与其余2根 长U型电加热管成60°夹角；以下按"斜日字"单元的2个锐角点的网格坐标来定义"斜 日字"单元的位置，写成[(xl，yl)，（x2，y2)];由内向外的第1圈"斜日字"单元有3组，其 第一个"斜日字"单元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐标为[(2, 0)，（1，2)]， 然后以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环形布置；从第2圈开始均以原点为中 心按照六等分中心对称阵列方式环形布置"斜日字"单元；所述"N等分中心对称阵列"是 一种在CAD制图中采用的将所选目标围绕中心点在360°范围环形布置N等分的作图方 式；以下在0°至60°的六分之一圆之扇形上给出所述网格坐标系中各"斜日字"单元的 坐标：第2圈的1个"斜日字"单元的坐标为[(4,0)，（3, 2)];第3圈的2个"斜日字"单 元的坐标分别为[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3个"斜日字"单元的坐标分 别为[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈的 4 个"斜日字"单元的 坐标分别为[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)]和[(10, 7)，（11，10)]; 第6圈的5个"斜日字"单元的坐标分别为[(10, 0)，（13, 2)]、[(13, 2)，（12, 4)]、 [(14,5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 个"斜日字"单元 的坐标分别为[(14, 1)，（16, 4) ]、[ (14, 3)，（16, 6) ]、[ (15, 6)，（17, 9) ]、[ (15, 8)，（16, 11)]、 [(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];将所选择的"斜日字"单元圈数范围内的0° 至60°六分之一圆之扇形上给出的各"斜日字"单元的网格坐标，以原点为中心按照六等分 中心对称阵列方式复制即可获得"斜日字"单元环形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈"斜 日字"单元的U型电加热管总数分别为9、27、63、117、189、279、387;在电加热器的最外一圈 按中心三等分对称阵列方式环形布置用于固定倾斜折流板组的6个拉杆，每块折流板上布 置2个拉杆孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"单元的电加热器在0°至120°区间的三分 之一扇形折流板上的2根拉杆在上述网格坐标系中的坐标分别为（4, 3)和（1，4)、（7, 3)和 (1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、（15, 1)和（7, 17);然后将所 选择的"斜日字"单元圈数对应的拉杆坐标以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环 形布置；
[0010] 所述管板上设有与上述布管方案对应数量的管板管孔和6个拉杆螺纹盲孔；
[0011] 所述环形支撑板在管束组件上位于与管板相对的另一端，其外形为圆板形，其外 径略小于壳体组件之筒体的内径，所述环形支撑板的内孔是与外径同心的正六边形，所述 正六边形的各条边布置在管排间隙中，其正六边形的大小由环形支撑板的强度和通流截面 两方面的考虑确定；环形支撑板上设有与布管方案的管孔和拉杆孔网格点位置相对应的支 撑板管孔和支撑板拉杆孔；
[0012] 所述倾斜折流板组以每个周期3块折流板首尾周向重叠相接，倾斜布置在U型电 加热管束上，使壳体内流体围绕U型电加热管束呈螺旋流动；每块折流板在电加热器横截 面上的投影为拟扇面形，折流板的倾斜角（即折流板平面与电加热器横截面的夹角）根据 传热系数和阻力压降的要求确定，所述折流板投影的外径略小于壳体组件之筒体的内径， 每块折流板在电加热器横截面上投影的夹角为120°，其2条直边均略宽于1/3圆的辐射线 并位于管排之间的间隙中（约宽出0. 5倍的以管孔中心距为边长之正三角形的高），所述 三条1/3圆的辐射线中的2条与上述布管方案的坐标轴重合；每块折流板上的折流板管孔 和折流板拉杆孔在电加热器横截面上的投影与布管方案的管孔和拉杆孔网格点位置相对 应；
[0013] 所述拉杆组的每根拉杆两端均有螺纹，其长度比U型电加热管的直管段长度稍 长，所述拉杆组的每根拉杆一端旋入管板内侧对应的拉杆螺纹盲孔；
[0014] 装配时，先将6根拉杆的一端旋入管板上的拉杆螺纹盲孔内，然后按照规定的螺 旋旋向依次套上一套6根长度逐渐增大的单端倾斜套管组，再依次重复套上3块倾斜折流 板和6根双端倾斜套管，直至倾斜折流板组）和双端倾斜套管组分别全部装完，双端倾斜套 管组的螺旋周期数量比倾斜折流板组的螺旋周期数量少一个；再依次装上一套6根长度逐 渐缩小的单端倾斜套管组和环形支撑板；伸出环形支撑板的所有拉杆之另一端螺纹上用螺 母组紧固；由此完成了管束组件支架的装配；然后按照布管方案的要求，将所有短U型电加 热管和长U型电加热管先后依次从环形支撑板端，穿过环形支撑板、倾斜折流板组和管板 的对应管孔插入，U型电加热管的管端从管板的管孔中少许伸出，在管板的外侧进行密封焊 接；
[0015] 每个"斜日字"单元的3根U型电加热管的接线端子侧用2条3眼小铜排连接成 组，各相邻"斜日字"单元相序相同的接线端子根据需要可用适当长度的2眼小铜排合并， 再通过导线汇合到三相电三角形接线方式对应的总线铜排组的端子上。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0017] 1)螺旋折流板通道内的流动因流体基本不改变方向而流动阻力较小，通过适当提 高流速可使传热系数大幅提高，结构更加紧凑，并可延长电加热器的使用寿命。计算表明， 即使不考虑强化传热的因素，在控制相邻孔中心距的最小值时，本发明的U型电加热管布 管方案的壳体直径可比多圈环状布管方案减小10%以上；而考虑螺旋折流板的强化传热 因素后，本发明的电加热器的传热面积至少可以减少30%以上。此外，如果采用多圈环状布 置U型电加热管来实现螺旋折流板电加热器方案时，流体流动与管排的相对位置是顺流冲 刷，传热效果也低于正三角形布管的逆流冲刷。
[0018] 2)本发明"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器可以满足布管方案的中 心距相等且均匀分布，网格节点位置确定，倾斜折流板组的扇形折流板之直边布置在相邻 管排的间隙之间，所有折流板的形状和尺寸相同，且适合采用倾斜激光束切割加工下料，可 适合批量或单件生产，无需准备模具和工装，具有可节省材料、降低成本，缩短加工制造时 间，提高折流板孔加工的定位精度等优点。
[0019] 3)采用本发明"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器布管方案可方便地 实现相邻U型电加热管的接线端的合并，便于实现三角形接法的ABC三相电的连接，且设计 和制造方法规范、方便，容易实现。既可对全部电加热器容量统一控制，也可方便地实现三 等分或二等分或不等分分组控制。
[0020] 4)除了倾斜折流板的制造有特殊性外，壳体、管束组件和其它零部件的制造工艺 以及装配工艺与现有集束式电加热器基本一致，容易更新生产工艺，有利于普及推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明实施例1的有3圈"斜日字"单元的螺旋折流板电加热器结构示意 主视图；
[0022] 图2是本发明实施例1管束组件未穿管前的结构立体图；
[0023] 图3是本发明实施例1管束组件穿管后的局部结构立体图；
[0024] 图4是本发明实施例1管束组件的布管示意左视图；
[0025] 图5是本发明实施例1的结构接线端示意右视图（取走罩壳盖板及总线铜排组）；
[0026] 图6是本发明实施例2有7圈"斜日字"单元的管束组件布管方案在坐标轴呈 120°夹角的平行四边形网格坐标系中的示意图；
【具体实施方式】
[0027] 本发明实施例1为具有3圈"斜日字"单元共计63根U型管的管束组件的螺旋折 流板电加热器，其示意图如图1?图5。
[0028] 本发明实施例2为具有7圈"斜日字"单元共计387根U型管的管束组件的螺旋 折流板电加热器，图6显示了实施例2的管束组件在X坐标轴和y坐标轴呈120°夹角的平 行四边形网格坐标系中的示意图。
[0029] -种"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器，包括管束组件1、壳体组件 2、密封件3、紧固件组4、小铜排组5、罩壳6、螺钉组7和总线铜排组8 ;所述壳体组件2包括 筒体2-1、封头2-2、壳体法兰2-3、进口 2-4和出口 2-5,筒体2-1的左端与封头2-2焊接， 右端与壳体法兰2-3焊接，进口 2-4焊接在壳体下部靠近壳体法兰2-3端，而出口 2-5焊接 在封头2-2上；所述管束组件1插入所述壳体2内，并通过紧固件组4将管束组件1的管板 1-2与密封件3和壳体2的壳体法兰2-3连接并紧固成一体；所述小铜排组5的三眼小铜 排5-1和2眼小铜排5-2用于管束组件1的U型电加热管组1-1接线端的合并；所述罩壳 6用于保护接线端，内部设有安装总线铜排组8的结构件；所述螺钉组7用于将罩壳固定在 管束组件1的管板1-2外侧；
[0030] 其特征在于：所述管束组件1包括U型电加热管组1-1、管板1-2、环形支撑板1-3、 倾斜折流板组1-4、拉杆组1-5、螺母组1-6、单端倾斜套管组1-7、双端倾斜套管组1-8 ;所 述管板1-2、环形支撑板1-3都是同心布置，倾斜折流板组1-4的外侧投影圆也与之同心布 置；
[0031] 所述管束组件1的布管方案如下：以管板1-2的中心为原点，在管板（1-2)的平面 上建立一个由X坐标轴和逆时针转120°夹角的y坐标轴构成的平行四边形网格坐标系，且 所述网格坐标系的2个坐标轴的刻度相同，均为网格间距；所述网格间距满足不小于2倍U 型电加热管的外径；网格坐标以x，y表示，X和y均为〇?17之间的整数，原点坐标为0,0 ; 在所述网格坐标系中过各网格点添加与坐标轴呈60°夹角的平行线，可形成正三角形网 格；所有U型电加热管组1-1的每根电加热管之2条直管段都布置在由2个以网格间距为 边长的共边正三角形组成之菱形网格之长对角上，管中心距均为#倍网格间距；所述管束 组件1的布管方案的管孔和拉杆孔均位于所述网格坐标系的网格点上；
[0032] 所述U型电加热管组1-1以"斜日字"单元1-1-0环形排列，并根据电加热器所需 的总功率选择合适的圈数，常用范围为1至7圈；所述"斜日字"单元1-1-0由2根较长的 长U型电加热管1-1-1和1根较短的短U型电加热管1-1-2组成，长U型电加热管1-1-1 与短U型电加热管1-1-2的直管段长度之差大约为1. 5倍U型电加热管管径；所述"斜日 字"单元占据斜日字形三横二坚6个网格点管位，其中2根长U型电加热管1-1-1平行布 置，各占据"斜日字"单元1-1-0的一个锐角点管位和对边上的一个中间管位，1根短U型 电加热管1-1-2占据"斜日字"单元1-1-0的2个钝角管位，并与其余2根长U型电加热管 1-1-1成60°夹角；以下按"斜日字"单元1-1-0的2个锐角点的网格坐标来定义"斜日字" 单元1-1-0的位置，写成[(xl，yl)，（x2，y2)];由内向外的第1圈"斜日字"单元有3组， 其第一个"斜日字"单元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐标为[(2, 0)，（1，2)]， 然后以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环形布置；从第2圈开始均以原点为中 心按照六等分中心对称阵列方式环形布置"斜日字"单元；所述"N等分中心对称阵列"是 一种在CAD制图中采用的将所选目标围绕中心点在360 °范围环形布置N等分的作图方 式；以下在0°至60°的六分之一圆之扇形上给出所述网格坐标系中各"斜日字"单元的 坐标：第2圈的1个"斜日字"单元的坐标为[(4,0)，（3, 2)];第3圈的2个"斜日字"单 元的坐标分别为[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3个"斜日字"单元的坐标分 别为[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈的 4 个"斜日字"单元的 坐标分别为[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)]和[(10, 7)，（11，10)]; 第6圈的5个"斜日字"单元的坐标分别为[(10, 0)，（13, 2)]、[(13, 2)，（12, 4)]、 [(14,5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 个"斜日字"单元 的坐标分别为[(14, 1)，（16, 4) ]、[ (14, 3)，（16, 6) ]、[ (15, 6)，（17, 9) ]、[ (15, 8)，（16, 11)]、 [(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];将所选择的"斜日字"单元圈数范围内的0°至 60°六分之一圆之扇形上给出的各"斜日字"单元的网格坐标，以原点为中心按照六等分中 心对称阵列方式复制即可获得"斜日字"单元环形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈"斜日 字"单元的U型电加热管总数分别为9、27、63、117、189、279、387;在电加热器的最外一圈按 中心三等分对称阵列方式环形布置用于固定倾斜折流板组1-4的6个拉杆，每块折流板上 布置2个拉杆孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"单元的电加热器在0°至120°区间的三 分之一扇形折流板上的2根拉杆在上述网格坐标系中的坐标分别为（4, 3)和（1，4)、（7, 3) 和（1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、（15, 1)和（7, 17);然后将 所选择的"斜日字"单元圈数对应的拉杆坐标以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式 环形布置；
[0033] 所述管板1-2上设有与上述布管方案对应数量的管板管孔1-2-1和6个拉杆螺纹 盲孔1 _2_2 ;
[0034] 所述环形支撑板1-3在管束组件1上位于与管板1-2相对的另一端，其外形为圆 板形，其外径略小于壳体组件2之筒体2-1的内径，所述环形支撑板1-3的内孔是与外径同 心的正六边形，所述正六边形的各条边布置在管排间隙中，其正六边形的大小由环形支撑 板1-3的强度和通流截面两方面的考虑确定；环形支撑板1-3上设有与布管方案的管孔和 拉杆孔网格点位置相对应的支撑板管孔1-3-1和支撑板拉杆孔1-3-2 ;
[0035] 所述倾斜折流板组1-4以每个周期3块折流板首尾周向重叠相接，倾斜布置在U 型电加热管束上，使壳体内流体围绕U型电加热管束呈螺旋流动；每块折流板在电加热器 横截面上的投影为拟扇面形，折流板的倾斜角即折流板平面与电加热器横截面的夹角根据 传热系数和阻力压降的要求确定，所述折流板投影的外径略小于壳体组件2之筒体2-1的 内径，每块折流板在电加热器横截面上投影的夹角为120°，其2条直边均略宽于1/3圆的 辐射线并位于管排之间的间隙中约宽出〇. 5倍的以管孔中心距为边长之正三角形的高，所 述三条1/3圆的辐射线中的2条与上述布管方案的坐标轴重合；每块折流板上的折流板管 孔1-4-1和折流板拉杆孔1-4-2在电加热器横截面上的投影与布管方案的管孔和拉杆孔网 格点位置相对应；
[0036] 所述拉杆组1-5的每根拉杆两端均有螺纹，其长度比U型电加热管1-1的直管段 长度稍长，所述拉杆组1-5的每根拉杆一端旋入管板1-2内侧对应的拉杆螺纹盲孔1-2-2 ; [0037] 装配时，先将6根拉杆的一端旋入管板上的拉杆螺纹盲孔1-2-2内，然后按照规定 的螺旋旋向依次套上一套6根长度逐渐增大的单端倾斜套管组1-7,再依次重复套上3块 倾斜折流板和6根双端倾斜套管，直至倾斜折流板组1-4和双端倾斜套管组1-8分别全部 装完，双端倾斜套管组1-8的螺旋周期数量比倾斜折流板组1-4的螺旋周期数量少一个；再 依次装上一套6根长度逐渐缩小的单端倾斜套管组1-7和环形支撑板1-3 ;伸出环形支撑 板1-3的所有拉杆之另一端螺纹上用螺母组1-6紧固；由此完成了管束组件1支架的装配； 然后按照布管方案的要求，将所有短U型电加热管1-1-2和长U型电加热管1-1-1先后依 次从环形支撑板1-3端，穿过环形支撑板1-3、倾斜折流板组1-4和管板1-2的对应管孔插 入，U型电加热管1-1的管端从管板1-2的管孔中少许伸出，在管板1-2的外侧进行密封焊 接；
[0038] 每个"斜日字"单元1-1-0的3根U型电加热管的接线端子侧用2条3眼小铜排 5-1连接成组，各相邻"斜日字"单元1-1-0相序相同的接线端子根据需要可用适当长度的 2眼小铜排5-2合并，再通过导线汇合到三相电三角形接线方式对应的总线铜排组8的端子 上。
【权利要求】
1. 一种"斜日字"单元环形布管的螺旋折流板电加热器，包括管束组件（1)、壳体组件 (2)、密封件（3)、紧固件组（4)、小铜排组（5)、罩壳（6)、螺钉组（7)和总线铜排组（8);所 述壳体组件（2)包括筒体（2-1)、封头（2-2)、壳体法兰（2-3)、进口（2-4)和出口（2-5)，筒 体（2-1)的左端与封头（2-2)焊接，右端与壳体法兰（2-3)焊接，进口（2-4)焊接在壳体下 部靠近壳体法兰（2-3)端，而出口（2-5)焊接在封头（2-2)上；所述管束组件（1)插入所述 壳体（2)内，并通过紧固件组（4)将管束组件（1)的管板（1-2)与密封件（3)和壳体（2) 的壳体法兰（2-3)连接并紧固成一体；所述小铜排组（5)的三眼小铜排（5-1)和2眼小铜 排（5-2)用于管束组件（1)的U型电加热管组（1-1)接线端的合并；所述罩壳（6)用于保 护接线端，内部设有安装总线铜排组（8)的结构件；所述螺钉组（7)用于将罩壳固定在管束 组件⑴的管板（1-2)外侧； 其特征在于：所述管束组件（1)包括U型电加热管组（1-1)、管板（1-2)、环形支撑板 (1-3)、倾斜折流板组（1-4)、拉杆组（1-5)、螺母组（1-6)、单端倾斜套管组（1-7)、双端倾斜 套管组（1-8);所述管板（1-2)、环形支撑板（1-3)都是同心布置，倾斜折流板组（1-4)的外 侧投影圆也与之同心布置； 所述管束组件（1)的布管方案如下：以管板（1-2)的中心为原点，在管板（1-2)的平面 上建立一个由X坐标轴和逆时针转120°夹角的y坐标轴构成的平行四边形网格坐标系， 且所述网格坐标系的2个坐标轴的刻度相同，均为网格间距；所述网格间距满足不小于2倍 U型电加热管的外径；网格坐标以（x，y)表示，X和y均为0?17之间的整数，原点坐标为 (〇,〇);在所述网格坐标系中过各网格点添加与坐标轴呈60°夹角的平行线，可形成正三 角形网格；所有U型电加热管组（1-1)的每根电加热管之2条直管段都布置在由2个以网 格间距为边长的共边正三角形组成之菱形网格之长对角上，管中心距均为#倍网格间距； 所述管束组件（1)的布管方案的管孔和拉杆孔均位于所述网格坐标系的网格点上； 所述U型电加热管组（1-1)以"斜日字"单元（1-1-0)环形排列，并根据电加热器所需 的总功率选择合适的圈数，范围为1至7圈；所述"斜日字"单元（1-1-0)由2根长U型电 加热管（1-1-1)和1根短U型电加热管（1-1-2)组成，长U型电加热管（1-1-1)与短U型 电加热管（1-1-2)的直管段长度之差大约为1.5倍U型电加热管管径；所述"斜日字"单 元占据斜日字形三横二坚6个网格点管位，其中2根长U型电加热管（1-1-1)平行布置， 各占据"斜日字"单元（1-1-0)的一个锐角点管位和对边上的一个中间管位，1根短U型 电加热管（1-1-2)占据"斜日字"单元（1-1-0)的2个钝角管位，并与其余2根长U型电 加热管（1-1-1)成60°夹角；以下按"斜日字"单元（1-1-0)的2个锐角点的网格坐标来 定义"斜日字"单元（1-1-0)的位置，写成[(xl，yl)，（x2，y2)];由内向外的第1圈"斜日 字"单元有3组，其第一个"斜日字"单元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐标 为[(2, 0)，（1，2)]，然后以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环形布置；从第2圈 开始均以原点为中心按照六等分中心对称阵列方式环形布置"斜日字"单元；所述"N等 分中心对称阵列"是一种在CAD制图中采用的将所选目标围绕中心点在360 °范围环形 布置N等分的作图方式；以下在0°至60°的六分之一圆之扇形上给出所述网格坐标系 中各"斜日字"单元的坐标：第2圈的1个"斜日字"单元的坐标为[(4,0)，（3, 2)];第3 圈的2个"斜日字"单元的坐标分别为[(6, 0)，（5, 2)]和[(7, 3)，（5, 4)];第4圈的3个 "斜日字"单元的坐标分别为[(8,0)，（7,2)]、[(8,3)，（9,6)]和[(6,5)，（9,7)];第 5 圈 的 4 个"斜日字"单元的坐标分别为[(9, 0)，（11，3)]、[(9, 2)，（11，5)]、[(10, 5)，（12, 8)] 和[(10, 7)，（11，10)];第6圈的5个"斜日字"单元的坐标分别为[(10, 0)，（13, 2)]、 [(13,2)，（12, 4)]、[(14, 5)，（12, 6)]、[(14, 7)，（13, 9)]和[(12, 9)，（13, 12)];第 7 圈的 6 个"斜日字"单元的坐标分别为[(14, 1)，（16, 4)]、[(14, 3)，（16, 6)]、[(15, 6)，（17, 9)]、 [(15, 8)，（16, 11)]、[(14, 10)，（16, 13)]和[(14, 12)，（15, 15)];将所选择的"斜日字"单 元圈数范围内的0°至60°六分之一圆之扇形上给出的各"斜日字"单元的网格坐标，以原 点为中心按照六等分中心对称阵列方式复制即可获得"斜日字"单元环形布置方案；布置 1、2、3、4、5、6、7圈"斜日字"单元的U型电加热管总数分别为9、27、63、117、189、279、387 ; 在电加热器的最外一圈按中心三等分对称阵列方式环形布置用于固定倾斜折流板组（1-4) 的6个拉杆，每块折流板上布置2个拉杆孔；布置2、3、4、5、6、7圈"斜日字"单元的电加热器 在0°至120°区间的三分之一扇形折流板上的2根拉杆在上述网格坐标系中的坐标分别 为（4, 3)和（1，4)、（7, 3)和（1，6)、（9, 3)和（1，9)、（11，1)和（3, 12)、（14, 4)和（4, 14)、 (15, 1)和（7, 17);然后将所选择的"斜日字"单元圈数对应的拉杆坐标以原点为中心按照 三等分中心对称阵列方式环形布置； 所述管板（1-2)上设有与上述布管方案对应数量的管板管孔（1-2-1)和6个拉杆螺纹 盲孔（1-2-2); 所述环形支撑板（1-3)在管束组件（1)上位于与管板（1-2)相对的另一端，其外形为 圆板形，其外径略小于壳体组件（2)之筒体（2-1)的内径，所述环形支撑板（1-3)的内孔是 与外径同心的正六边形，所述正六边形的各条边布置在管排间隙中，其正六边形的大小由 环形支撑板（1-3)的强度和通流截面两方面的考虑确定；环形支撑板（1-3)上设有与布管 方案的管孔和拉杆孔网格点位置相对应的支撑板管孔（1-3-1)和支撑板拉杆孔（1-3-2); 所述倾斜折流板组（1-4)以每个周期3块折流板首尾周向重叠相接，倾斜布置在U型 电加热管束上，使壳体内流体围绕U型电加热管束呈螺旋流动；每块折流板在电加热器横 截面上的投影为拟扇面形，折流板的倾斜角（即折流板平面与电加热器横截面的夹角）根 据传热系数和阻力压降的要求确定，所述折流板投影的外径略小于壳体组件（2)之筒体 (2-1)的内径，每块折流板在电加热器横截面上投影的夹角为120°，其2条直边均略宽于 1/3圆的辐射线并位于管排之间的间隙中（约宽出0. 5倍的以管孔中心距为边长之正三角 形的高），所述三条1/3圆的辐射线中的2条与上述布管方案的坐标轴重合；每块折流板上 的折流板管孔（1-4-1)和折流板拉杆孔（1-4-2)在电加热器横截面上的投影与布管方案的 管孔和拉杆孔网格点位置相对应； 所述拉杆组（1-5)的每根拉杆两端均有螺纹，其长度比U型电加热管（1-1)的直管 段长度稍长，所述拉杆组（1-5)的每根拉杆一端旋入管板（1-2)内侧对应的拉杆螺纹盲孔 (1-2-2)； 装配时，先将6根拉杆的一端旋入管板上的拉杆螺纹盲孔（1-2-2)内，然后按照规定的 螺旋旋向依次套上一套6根长度逐渐增大的单端倾斜套管组（1-7)，再依次重复套上3块 倾斜折流板和6根双端倾斜套管，直至倾斜折流板组（1-4)和双端倾斜套管组（1-8)分别 全部装完，双端倾斜套管组（1-8)的螺旋周期数量比倾斜折流板组（1-4)的螺旋周期数量 少一个；再依次装上一套6根长度逐渐缩小的单端倾斜套管组（1-7)和环形支撑板（1-3); 伸出环形支撑板（1-3)的所有拉杆之另一端螺纹上用螺母组（1-6)紧固；由此完成了管束 组件（1)支架的装配；然后按照布管方案的要求，将所有短U型电加热管（1-1-2)和长U型 电加热管（1-1-1)先后依次从环形支撑板（1-3)端，穿过环形支撑板（1-3)、倾斜折流板组 (1-4)和管板（1-2)的对应管孔插入，U型电加热管（1-1)的管端从管板（1-2)的管孔中少 许伸出，在管板（1-2)的外侧进行密封焊接； 每个"斜日字"单元（1-1-0)的3根U型电加热管的接线端子侧用2条3眼小铜排（5-1) 连接成组，各相邻"斜日字"单元（1-1-0)相序相同的接线端子根据需要可用适当长度的2 眼小铜排（5-2)合并，再通过导线汇合到三相电三角形接线方式对应的总线铜排组（8)的 端子上。
【文档编号】F24H3/00GK104061674SQ201410334497
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】陈亚平, 张治 , 吴嘉峰 申请人:东南大学