用于换热器管箱的密封导向垫及换热器管箱的制作方法

本实用新型涉及热交换技术领域，特别是涉及一种用于换热器管箱的密封导向垫及换热器管箱。

背景技术：

一般固定管板式换热器通常由管箱、壳体、换热管束、管板等组成，其中管箱位于固定管板式换热器的两端。管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到各换热管中，同时把换热管内的流体重新汇集在一起通过出口送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起到改变流体流向，提高换热效率的作用。

如附图1所示，当前固定管板式换热器管箱常规结构是由1-1封头(平盖)、1-2筒体、1-3法兰、1-4分程隔板等组成。1-1封头(平盖)、1-2筒体、1-3法兰通过焊接连接组成腔体，1-4分程隔板焊接于由1-1封头(平盖)、1-2筒体、1-3法兰组成的腔体内。管箱通过1-3法兰与壳体管板螺栓连接，一般在1-3法兰内嵌环形密封垫片，以使管箱与壳体管板形成密封连接。管箱与壳体管板连接后，1-4分程隔板起到分程和各管程之间密封的作用。

但是这样的管箱结构普遍存在的问题有：

1、分程隔板和法兰组成的密封面窄，在设备运行过程中密封面经常出现泄漏，经常需要更换垫片；且无法避免由于分程隔板经焊接其平面度、垂直度难以保证，导致的各管程之间的密封不可靠的问题。

2、受筒体大小的影响，分程隔板设置数量有限，换热管内流体逆流程数少，传热系数低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的管箱结构存在的密封不可靠，以及流程少、传热系数低等问题，提供一种密封可靠，且能够使换热器传热系数提高的用于换热器管箱的密封导向垫，同时还提供了一种包含该用于换热器管箱的密封导向垫的换热器管箱。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于换热器管箱的密封导向垫，包括垫片本体；垫片本体具有中空部分，垫片本体的中空部分设有分程桥架，分程桥架将垫片本体的中空部分分隔成一个进出腔室和至少两个以上的分程腔室；

进出腔室用于与管箱封头的流体进口或者流体出口连通；至少两个以上的分程腔室用于与各自对应的管路连通，以分别形成流体管程；

垫片本体除去中空部分以外的部分形成用于与管箱封头和壳体管板接触的环形密封面，垫片本体通过环形密封面与管箱封头和壳体管板密封连接；分程桥架用于与管箱封头和壳体管板抵接，以将各流体管程之间密封。

在其中一个实施例中，与每个分程腔室连通的管路包含的换热管的数量相同。

在其中一个实施例中，与进出腔室连通的管路包含的换热管的数量是与每个分程腔室连通的管路包含的换热管的数量的一半。

在其中一个实施例中，进出腔室和分程腔室的截面形状由直线段围成，或者由圆弧段围成，又或者由直线段和圆弧段的组合围成。

在其中一个实施例中，垫片本体上，沿环形密封面的周向依次间隔设置有多个安装孔。

在其中一个实施例中，在垫片本体的轴向方向上，分程桥架以及位于多个安装孔内侧的垫片本体的表面均凸出于位于多个安装孔外侧的垫片本体的表面。

在其中一个实施例中，垫片本体的厚度为5mm-50mm。

在其中一个实施例中，环形密封面的宽度至少为10mm。

一种换热器管箱，包括管箱封头和壳体管板，还包括如上任一项所述的用于换热器管箱的密封导向垫；密封导向垫设置在管箱封头和壳体管板之间。

在其中一个实施例中，管箱封头为平盖封头或者凸形封头。

上述用于换热器管箱的密封导向垫，垫片本体除去中空部分以外的部分均构成有效的密封面，密封面积足够大，使得管箱封头通过垫片本体的密封面与壳体管板连接之后，流体通过密封面的流动阻力更大，密封性能更可靠；且垫片本体中空部分设置分程桥架，用于与管箱封头和壳体管板抵接，不仅起到分程作用，提高了传热系数，而且还起到各管程之间密封的作用，使各管程之间的密封也可靠。

由于用于换热器管箱的密封导向垫具有上述技术效果，包含有该用于换热器管箱的密封导向垫也具有相应的技术效果。

附图说明

图1为传统的管箱结构的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于换热器管箱的密封导向垫的结构立体图；

图3为本实用新型实施例提供的用于换热器管箱的密封导向垫的主视示意图；

图4为本实用新型实施例提供的用于换热器管箱的密封导向垫与壳体管板配合的示意图；

图5为图4的B向示意图；

图6为本实用新型实施例提供的换热器管箱的结构爆炸示意图。

其中：

100-垫片本体；

110-分程桥架；120-进出腔室；130-分程腔室；

140-环形密封面；141-安装孔；

200-管箱封头；

210-流体进口；

300-壳体管板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型的用于换热器管箱的密封导向垫及换热器管箱进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如图2、图3和图6所示，本实用新型一实施例的用于换热器管箱的密封导向垫，包括垫片本体100；垫片本体100具有中空部分，垫片本体100的中空部分设有分程桥架110，分程桥架110将垫片本体100的中空部分分隔成一个进出腔室120和至少两个以上的分程腔室130；

进出腔室120用于与管箱封头200的流体进口210或者流体出口连通；至少两个以上的分程腔室130用于与各自对应的管路连通，以分别形成流体管程；

垫片本体100除去中空部分以外的部分形成用于与管箱封头200和壳体管板300接触的环形密封面140，垫片本体100通过环形密封面140与管箱封头200和壳体管板300密封连接；分程桥架110用于与管箱封头200和壳体管板300抵接，以将各流体管程之间密封。

其中，垫片本体100优选采用非金属材料，例如PTFE(聚四氟乙烯)等较为适合用作密封垫片的材料。垫片本体100的厚度可以是5mm-50mm。

一般换热器的两端均设有管箱，分别称为前管箱和后管箱，而换热器的流体进口210和流体出口分设于前管箱和后管箱上。本实用新型的密封导向垫，不仅可用于前管箱中，也可用于后管箱中，当密封导向垫用于设有流体进口210的前管箱中时，进出腔室120用于连通流体进口210，当密封导向垫用于设有流体出口的后管箱中时，进出腔室120用于连通流体出口。

以下均以密封导向垫用于设有流体进口210的前管箱为例具体说明。

由于分程桥架110将中空部分分隔成至少两个以上的分程腔室130，每个分程腔室130均与各自对应的管路连通，因而能够形成与分程腔室130数量一致的流体管程，这样，通过分程桥架110能够使管箱流体流程分为多个，应用于换热器时，使流体在换热管内多次来回流动，这样，必会存在多个换热管内流体流向与壳程内流体流向相反的时刻，俗称逆流程，由于逆流传热的传热系数比顺流传热的传热系高，逆流程数多，则传热系数高。

具体制作时，仅需在垫片本体100对应进出腔室120和分程腔室130的位置进行穿孔，以形成进出腔室120和分程腔室130即可，而腔室与腔室之间的连接壁即为上述的分程桥架110。相比于传统的在腔体内焊接分程隔板进行腔室分程的方式，本实用新型的密封导向垫能够设置数量更多的分程腔室130。且在管箱封头200和壳体管板300连接时，分程桥架110分别与管箱封头200和壳体管板300抵接，使得各流体管程之间密封可靠。这样，避免出现传统的在封头、筒体、法兰组成的腔体内焊接分程隔板而导致的管程密封不可靠的问题。

另外，垫片本体100除去中空部分以外的部分形成用于与管箱封头200和壳体管板300接触的环形密封面140，密封面积足够大，当管箱封头200、密封导向垫和壳体管板300依次连接后，流体通过密封面的流动阻力更大，使得管箱封头200和壳体管板300之间的密封性能更可靠。

作为一种可实施的方式，与每个分程腔室130连通的管路包含的换热管的数量相同。这样，通过使各流体管程中包含的换热管数量统一，从而控制换热器各管程内流量相等、流体流速均匀，实现较好的换热效果。

作为一种可实施的方式，与进出腔室120连通的管路包含的换热管的数量是与每个分程腔室130连通的管路包含的换热管的数量的一半。

具体地，由于进出腔室120仅用于流体的单向流动，即当密封导向垫用于设有流体进口210的前管箱中时，流体通过进出腔室120进入与该进出腔室120对应连通的各换热管；当密封导向垫用于设有流体出口的后管箱中时，与进出腔室120对应连通的各换热管内的流体通过进出腔室120输出至换热器外部。而每个分程腔室130均被分为相等的两个区域，一个区域用于使与该区域连通的各换热管内的流体进入该分程腔室130，而进入的流体从另一个区域流出该分程腔室130，并进入到与该另一个区域连通的各换热管中。因此，通过使与进出腔室120连通的管路包含的换热管的数量为与每个分程腔室130连通的管路包含的换热管的数量的一半，以进一步保证换热器各管程内流量相等、流体流速均匀，实现较好的换热效果。

参见图4和图5，作为一种可实施的方式，进出腔室120和分程腔室130的截面形状由直线段围成，或者由圆弧段围成，又或者由直线段和圆弧段的组合围成。较佳地，进出腔室120和分程腔室130的截面形状由直线段和圆弧段的组合围成。

具体地，当壳体管板300上的换热管布置出来后，在CAD软件中根据换热管在壳体管板300中布置的位置，以及通过计算得到的单管程换热管数量，画出各个腔室的分界线，也就是分程桥架110，换句话说分程桥架110对应壳体管板300上换热管孔的孔桥区域。由于分程桥架110对应换热管孔的孔桥区域，因此，分程桥架110的切面形状对应各换热管的管壁连接而成的形状(由一个个小圆弧段连接而成的波浪形)，而对应没有管孔的垫片本体100的部分，可直接由直线连接，最终垫片本体100与分程桥架110形成一个个封闭的腔室。

其中，可根据管箱进口流量、换热管流体流速等工艺参数计算确定单管程换热管数量。例如，换热管内可流通不同的换热介质，考虑到换热效率，不同介质其控制的流速也不一样。假设管程进口的流量设定为Q m³/h，控制介质在换热管内的流速为v m/h，则需要的换热管数量总和的内截面积为S＝Q/v。设计选取换热管规格的内径为di，则单个管程中换热管数量n＝4S/(πdi²)。因此进出腔室120包含换热管数量为n，各分程腔室130包含换热管数量为2n。这样，通过精确的计算，合理的布置，使得密封导向垫的各腔室设计合理，实现较优的密封分程效果。

参见图2、图3和图6，作为一种可实施的方式，垫片本体100上，沿环形密封面140的周向依次间隔设置有多个安装孔141。相对应地，管箱封头200以及壳体管板300也均设有与多个安装孔141对应的固定孔，连接时，通过螺栓依次穿过管箱封头200的固定孔、垫片本体100的安装孔141以及壳体管板300的固定孔，实现了垫片本体100与管箱封头200和壳体管板300的密封连接，从而保证了管箱封头200和壳体管板300的密封可靠性。

本实用新型实施例的密封导向垫的环形密封面140的宽度是普通垫片密封面宽度的2倍以上，可选择地，环形密封面140的宽度至少为10mm。换句话说，密封面最窄处也有10mm的宽度，因此能够起到更好的密封作用，保证管箱封头200和壳体管板300的密封可靠性。

作为一种可实施的方式，在垫片本体100的轴向方向上，分程桥架110以及位于多个安装孔141内侧的垫片本体100的表面均凸出于位于多个安装孔141外侧的垫片本体100的表面。

通过如此设计，使垫片本体100的内侧部分凸出于外侧部分，可使垫片本体100的两端部均形成凸起的平台结构，相应地，管箱封头200，以及壳体管板300对应该平台结构可分别设有配合的凹槽部分，如此设计，一方面使得管箱封头200，以及壳体管板300分别与垫片本体100的接触面积进一步增大，进一步加强了密封的可靠性，另一方面，还对管箱封头200与垫片本体100的连接，以及壳体管板300与垫片本体100的连接，起到了定位的作用，利于孔与孔的对准。

在其他实施例中，还可以是在垫片本体100的轴向方向上，分程桥架110以及位于多个安装孔141内侧的垫片本体100的表面均凹进于位于多个安装孔141外侧的垫片本体100的表面，即使垫片本体100的两端部均形成凹槽，而相对应的使管箱封头200，以及壳体管板300对应垫片本体100的凹槽分别设有凸起的平台结构。

参见图6，本实用新型实施例还提供了一种换热器管箱，包括管箱封头200和壳体管板300，还包括如上任一实施例所述的用于换热器管箱的密封导向垫；密封导向垫设置在管箱封头200和壳体管板300之间。

其中，管箱封头200可以采用平盖封头，也可以采用凸形封头。

本实用新型实施例的换热器管箱省去了传统的法兰结构，且管箱内腔无需再焊接分程隔板，只需在管箱封头200与壳体管板300之间加入一个制作简单的、现成的密封导向垫，即可实现可靠的管箱密封以及分程导流的作用。

具体应用于换热器中时，换热器两端均设有一个本实用新型实施例的换热器管箱，可称为前管箱和后管箱。

换热器工作时，流体由前管箱流体进口进入进出腔室，随后进入壳体组件中的与进出腔室对应的各换热管内，之后流体流入后管箱的其中一个分程腔室中，此时流体在该分程腔室内发生一次流向改变，即通过该分程腔室内另一半区域对应的换热管孔进入到下一管程的各换热管中，经过换热管后又重新流回到前管箱的其中一个分程腔室中，此时流体在该分程腔室内发生一次流向改变，通过该分程腔室内另一半区域对应的换热管孔再进入下一个管程的换热管中。流体在前、后管箱，以及壳体组件中的换热管内如此来回的流动，直至流体由后管箱的进出腔室流出换热器。该过程中，逆流程数多，传热系数高，各腔室流量相等，流体流速均匀，换热效果好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。