变截面换热管及管壳式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于化工机械领域，具体的说，涉及了一种变截面换热管和一种管壳式换热器。
【背景技术】
[0002]石油、化工、食品等诸多工业过程中都涉及高粘度流体的加热和冷却。由于流体粘度较高，他们的流动大都处于层流状态；而层流流态下流体主要以导热方式传热，对流换热能力差，传热系数较低，对工艺工程的进行和设备效率的提高是不利的。现有的传热强化理论认为，对于管内充分发展的层流换热情况下，只要在管内径向产生较小的速度，即产生异于主流方向的二次流，即可对管内层流换热产生明显的强化作用。
[0003]管内轴截面的二次流主要有旋转流、径向流、涡流等形式，其中涡流流动方式可使流体在温度梯度较大的径向产生强烈的混合，促使主流区的流体
[0004]温度均匀化和壁面处的温度梯度增大，从而可实现较大程度的传热强化。目前现有的纵向涡流强化换热设备主要是在换热器表面增设涡流发生器即二次表面，虽能获得显著的换热效果，但相应流动阻力增加远大于换热的增强，很难再工业领域中应用。
[0005]为了解决上述问题，寻求一种换热能力强，流动阻力小且适用于高黏度流体换热器，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种换热能力强，传热系数较高的换热管和管壳式换热器。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种变截面换热管，是在横截面为圆形的基管上间隔乳制有异形管段的换热管，两个相邻的所述异形管段之间为横截面为圆形的基管管段，所述基管管段设置有两个相对的弧形过渡端部，所述异形管段的横截面为三角形。
[0008]基于上述，相邻所述异形管段绕所述基管管段的轴线相对旋转一定的角度。
[0009]基于上述，所述异形管段的棱角处为弧形过渡。
[0010]—种管壳式换热器，包括壳体、管板和所述变截面换热管。
[0011 ] 基于上述，它还包括若干杆式支撑栅，所述变截面换热管架设在所述杆式支撑栅上，所述杆式支撑栅沿所述壳体的轴向间隔设置。
[0012]基于上述，所述杆式支撑栅包括定位圈和设置在所述定位圈内的支撑杆，所述定位圈上设置拉杆孔，拉杆依次穿过各个所述杆式支撑栅的拉杆孔，所述拉杆在相邻两个杆式支撑栅之间的套设有定距管。
[0013]基于上述，所述杆式支撑栅包括定位圈和设置在所述定位圈内的支撑杆，所述支撑杆上设置拉杆孔，拉杆依次穿过各个所述杆式支撑栅的拉杆孔，所述拉杆在相邻两个杆式支撑栅之间的套设有定距管。
[0014]基于上述，相邻的两个所述杆式支撑栅绕所述壳体的轴线相对旋转90度。
[0015]基于上述，所述变截面换热管通过所述基管管段架设在所述杆式支撑栅上。
[0016]基于上述，所述换热管的两端是所述基管管段。
[0017]本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，所述换热管上乳制有横截面为三角形的异形管段，利用三角形截面自身的交错变化使流体在管截面诱导出多纵向涡，从而达到强化传热的目的，并且本实用新型在换热表面即一次表面产生多纵向涡流，流动阻力较小。进一步说，每根所述换热管相邻所述异形管段相对旋转一定角度，其诱导产生多纵向涡流的周期最短，进一步强化了传热。再一步说，所述管壳式换热器采用杆式支撑栅代替折流板使壳程流体由横向流动变为平行流动，不仅大大减少了传热死区，而且大幅度减少了流体因多次反复折流而损失的壳程压降。其具有换热能力强和流动阻力小的优点。
【附图说明】
[0018]图1是变截面换热管的结构示意图。
[0019]图2是相邻四个异型管段绕基管管段的轴线相对旋转120度时的相对位置示意图。
[0020]图3是管壳式换热器的结构示意图。
[0021]图4是变截面换热管架设在杆式支撑栅上的结构示意图。
[0022]图中，1.壳体，2.管板，3.异形管段，4.基管管段，41.过渡端部，5.杆式支撑栅，51，定位圈，52.支撑杆，6.基管管段的轴线，7.拉杆，8.定距管。
【具体实施方式】
[0023]下面通过【具体实施方式】，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，一种变截面换热管，是在横截面为圆形的基管上间隔乳制有异形管段3的换热管，两个相邻的所述异形管段3之间为横截面为圆形的基管管段4，所述基管管段4设置有两个相对的弧形过渡端部41，所述异形管段3的横截面为三角形。本实用新型利用横截面为三角形的异型管段3管径变化使流体在管截面内诱导出多个纵向涡，从而达到强化传热的目的，同时三角形为最稳定的多边形，所述异型管段3在受热胀冷缩的作用下不易变形。并且本实用新型在换热表面即一次表面产生多纵向涡流，相较于增设涡流发生器即在二次表面上产生多纵向涡流，其流动阻力较小，适于工业应用，所述过渡端部41为弧形既较小流动阻力，又能防止流体在截面急剧变化管段的管壁处滞流。
[0026]如图2所示，相邻所述异形管段3绕所述基管管段的轴线6相对旋转一定的角度，在本实施例中所述异形管段3相对旋转120度，这种设置使得本实用新型自身具有变化周期，使得主流区边界的流体均能受到所述异形管段3的扰动，强化换热。
[0027]所述异形管段3的棱角处为弧形过渡，使得管内主流流体及二次流体对棱角处流体扰动加大，减少所述异形管段3棱角处的壁面边界层的厚度，强化传热，并防止换热管在棱角处结垢。
[0028]实施例2
[0029]如图3所示一种管壳式换热器，包括壳体1、管板2和多个变截面换热管，所述变截面换热管的两端安装在管板2上。本实用新型利用异形管段的特殊形状，可以对壳程流体产生扰动，从而强化壳程换热。利用本实用新型既可以强化管程换热又可以强化壳程换热，换热系数较高，适用于黏度较大的流体。
[0030]在本实施例中所述管壳式换热器，还包括若干杆式支撑栅5，所述杆式支撑栅5设置在所述壳体1的内部，所述变截面换热管架设在所述杆式支撑栅上5，所述杆式支撑栅5沿所述壳体1的轴向等间隔设置。本实用新型用折流杆组成的杆式支撑栅5取代折流板作管间支撑物，使壳程流体由横向流动变为平行流动，不仅大大减少了传热死区，而且大幅度减少了流体因多次反复折流而损失的壳程压降。
[0031]如图4所示，在本实施例中所述杆式支撑栅5包括定位圈51和设置在所述定位圈51内的支撑杆52，所述定位圈51上设置拉杆孔，拉杆7依次穿过各个所述杆式支撑栅5的拉杆孔，所述拉杆7在相邻两个杆式支撑栅5之间的套设有定距管8，可以定位两个相邻所述杆式支撑栅5之间的距离。在其他实施例中也可在所述支撑杆上设置拉杆孔，同样起到加强和定位支撑栅的作用。
[0032]在具体实施中，相邻的两个所述杆式支撑栅可绕所述壳体的轴线相对旋转90度，这种设置，减少了壳程流体的传热死区，并且对换热管上下左右四个方向均设立了支撑，增强了对换热管的支撑力。
[0033]所述异形管段3为乳制而成相比于基管管段4，承受力强度下降，为了增大支撑强度，增大了接触面，减小受力强度，所述变截面换热管通过所述基管管段4架设在所述杆式支撑栅5上。
[0034]所述变截面换热管的两端是所述基管管段4，既便于所述管板2的加工制造，使得所述变截面换热管与所述管板2的接触点个数增多，增大了所述管板2对所述变截面换热管的加固作用。
[0035]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
【主权项】
1.一种变截面换热管，是在横截面为圆形的基管上间隔乳制有异形管段的换热管，其特征在于:两个相邻的所述异形管段之间为横截面为圆形的基管管段，所述基管管段设置有两个相对的弧形过渡端部，所述异形管段的横截面为三角形。2.根据权利要求1所述的变截面换热管，其特征在于:相邻所述异形管段绕所述基管管段的轴线相对旋转一定的角度。3.根据权利要求1或2所述的变截面换热管，其特征在于:所述异形管段的棱角处为弧形过渡。4.一种管壳式换热器，其特征在于:它包括壳体、管板和若干个权利要求1-3任一项所述的变截面换热管。5.根据权利要求4所述的管壳式换热器，其特征在于:它还包括若干杆式支撑栅，所述变截面换热管架设在所述杆式支撑栅上，所述杆式支撑栅沿所述壳体的轴向间隔设置。6.根据权利要求5所述的管壳式换热器，其特征在于:所述杆式支撑栅包括定位圈和设置在所述定位圈内的支撑杆，所述定位圈上设置拉杆孔，拉杆依次穿过各个所述杆式支撑栅的拉杆孔，所述拉杆在相邻两个杆式支撑栅之间的套设有定距管。7.根据权利要求5所述的管壳式换热器，其特征在于:所述杆式支撑栅包括定位圈和设置在所述定位圈内的支撑杆，所述支撑杆上设置拉杆孔，拉杆依次穿过各个所述杆式支撑栅的拉杆孔，所述拉杆在相邻两个杆式支撑栅之间的套设有定距管。8.根据权利要求5所述的管壳式换热器，其特征在于:相邻的两个所述杆式支撑栅绕所述壳体的轴线相对旋转90度。9.根据权利要求5-8任一项所述的管壳式换热器，其特征在于:所述变截面换热管通过所述基管管段架设在所述杆式支撑栅上。10.根据权利要求9所述的管壳式换热器，其特征在于:所述变截面换热管的两端是所述基管管段。
【专利摘要】本实用新型提供一种变截面换热管及管壳式换热器，其中的变截面换热管是在横截面为圆形的基管上间隔轧制有异形管段的换热管，两个相邻的所述异形管段之间为横截面为圆形的基管管段，所述基管管段设置有两个相对的弧形过渡端部，所述异形管段的横截面为三角形。其中的管壳式换热器，包括壳体、管板、换热管支撑和多个变截面换热管，其具有换热能力强，传热系数较高，适用于高黏度流体的优点。
【IPC分类】F28F1/08, F28F9/013
【公开号】CN205002648
【申请号】CN201520619243
【发明人】王珂, 刘遵超, 许伟峰, 曹侃, 王永庆, 刘敏珊
【申请人】郑州大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年8月18日