专利名称：采用旋流片支撑的矩形管束换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及换热器，特别涉及一种采用旋流片支撑的矩形管束换热器。
背景技术：
现有在工业中广泛应用的各类管壳式换热器，如传统的弓形折流板支撑普通光 滑管束的管壳式换热器，采用空心环网板及旋流网板支撑縮放管束的强化传热管壳
式换热器(中国专利ZL200420015378.0与ZL20042008874U)等，也有多种板 式换热器，如平板板式换热器与波纹板板式换热器等。
管壳式换热器的优点是机械密封性好，承压能力高，管程与壳程冷热两侧流道 之间的密封只有管束两端管子与管板之间的焊接皿接密封，因此可以应用于许多 高温与高压的换热场合，而且管程与壳程的传热管流道面积较大，不易被污垢堵塞， 便于清理，流体的流动阻力较低，换热器的操作能耗较少，但缺点是传热管的管壁 厚度较大(1 4mm)，在一定换热面积的条件下换热器的金属材料消费较多，板式 换热器的优点是单位换热器体积内换热面积较大，换热器紧凑，可以采用薄壁金属 板(0.2 0.8ram)作为换热元件，在相同换热面积的条件下金属材料的消费远低于 管壳式换热器，但缺点是换热器的机械密封难度大，冷热两侧流道之间的密封长度 包括每块换热板面在冷热两侧的四周边，共计8条边界的密封，需要密封的边界太 长，固容易产生流体泄漏，不宜用于高温与高压的换热场合，而且板式换热器的板 间需要依靠板的凸肋支撑，板间距较小，流体流动阻力较大，容易造成污垢堵塞， 换热器的操作能耗较大，换热器流道不容易清理，因此普通的板式换热器不能适用 于高温，低密度，巨大体积流量的烟气与烟气之间的换热。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有的换热器技术对于管壳式换热器金属材料消 费较大，而板式换热器容易泄漏，且操作能耗较高的缺点，提供一种适用于高温， 低密度，巨大体积流量烟气与烟气之间换热的采用旋流片支撑的矩形管束换热器。
如图l、图2所示，本实用新型通过下述技术方案实现
采用旋流片支撑的矩形管束换热器，包括筒体5、置于筒体5内且沿筒辦由向
的若干个宽度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4两端的管板2、与两 端管板2相连的上下封头1、 9及换热器管程与壳程的进出接口 10、 12、 3、 11，管 程的进出接口 10、 12与上下封头1、 9连接，壳程的进出接口3、 11与筒体5连接， 在矩形管束4的管内沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8，旋流片8的中心线 与矩形管束4的中心线方向一致，相邻的旋流片8的旋向相反，在矩形管束4的管 与管之间也沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8。
优选方案所述旋流片8为在片状短扭带，扭角优选180 360度，扭率(扭 率旋流片旋转180度时片条长度与片条宽度之比)为L5 10。
管内的旋流片8与矩形管束4的两内壁相接触，管与管之间的旋流片8与相邻 的矩形管束4的外壁相接触。
所述旋流片8在横向之间用薄扁钢7连接构成一组组横向旋流片组，在同一轴 向上的横向旋流片组用若干根定位拉杆6固定。
所述矩形管束4由两块两侧封闭的平行板面构成，两板之间相隔一定的板间距； 平行板面为光滑板面或带周期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面为縮放形 的折线肋面或波浪形的曲线肋面，肋面的粗糙高度为矩形管板间距的1% 20%，如 图5、图6所示。
所述矩形管束4的间距优选10ram 100鹏，所述旋流片8在横向的间距为L 2 12倍矩形管束4的间距，在轴向的间距为3 60倍矩形管束4的间距。
所述换热器管程的进出接口 10、 12的方向可以在0 360度水平方向与上下封 头l、 9连接，壳程的进出接口3、 ll在水平方向上与筒体连接。
应用本实用新型所述的采用旋流片支撑的矩形管束换热器实现强化传热的方 法流体在矩形管束4的管内与管间每经过一组横向旋流片组时，形成若干平行且 相互独立的螺旋流，之后，螺旋流依靠流体自身的运动惯性在两组横向旋流片的间 距中保持自旋流并逐渐衰减，流体经过下一组横向旋流片时，又再形成螺旋流，流 体沿流动方向重复所述螺旋流与自旋流的过程，流体螺旋流与自旋流使得流体在传 热边界层的流动皿提高，可以有效强化流体的对流传热，因为流体在自旋流区域 的流动阻力很小，故只需要付出较少阻力的代价，就可以获得较大传热性能的提高。
本实用新型相对现有技术具有如下的优点和效果可以采用薄壁的金属板(厚度0. 2 0. 8mm)制作矩形管束4，这样能够克服管壳式换热器传热管管壁厚，金属 材料消费多的缺点，由于矩形管束4只有一条轴向焊缝，矩形管束4的两端与管板 2连接，因此相当于每块传热板面在冷热两侧只有3条周边需要密封，远远少于板 式换热器每i央传热板面在冷热两侧有8条周边需要密封，从而可以大幅减少密封周 边的长度，提高密封的可靠性。此外，矩形管束4的板间距可以相距较大，板间采 用旋流片8作为支撑，旋流片8在矩形管束4的管内与管间一方面可以起到支撑作 用，避免矩形管束4在内外两侧流体压力不等时受压变形，另一方面可以使流体产 生螺旋流与自旋流，强化矩形管束管内与管间的流体对流传热，而且因为流体在自 旋流区域的流动阻力很小，故只需要付出较少阻力的代价，就可以获得较大传热性 能的提高，克服板式换热器流体阻力大，操作能耗高的缺点，同时矩形管束4的板 间距较大，通道结构简单，不容易被污垢堵塞，便于清理，这都优于板式换热器。 因为具备以上的优点，采用旋流片支撑的矩形管束换热器比现有的管壳式换热器与 板式换热器更适合于高温，低密度与巨大体积流量的烟气换热场合。
图1是本实用新型的俯视示意图2是图1沿AA线的剖视示意图3是一组横向旋流片组的正视图4是一组横向旋流片组的俯视图5是縮放形粗糙平板构成矩形管束的侧视示意图6是波浪形粗糙平板构成矩形管束的侧视示意图7是管板示意图。
图中示出1:下封头；2:管板；3:壳程入口接口； 4:矩形管束；5:筒体; 6:定位拉杆；7:薄扁钢；8:旋流片；9:上封头；10:管程入口接口； 11:壳程 出口接口； 12:管程出口接口。
具体实施方式
实施例1
图1,2示出了本实用新型采用旋流片支撑的矩形管束换热器一种结构形式。如 图l， 2所示，采用旋流片支撑的矩形管束换热器，包括筒体5、置于筒体5内且沿 筒体轴向的若干个宽度不一且相互平行的矩形管束4、置于矩形管束4两端的管板 2、与两端管板2相连的上下封头1、 9及换热器管程与壳程的进出接口 10、 12、 3、 11，管程的进出接口IO、 12与上下封头1、 9连接，壳程的进出接口3、 ll与筒体 5连接，在矩形管束4的管内沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8,旋流片8 的中心线与矩形管束4的中心线方向一致，相邻的旋流片8的旋向相反，在矩形管 束4的管与管之间也沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片8。所述旋流片8为在 片状短扭带，扭角为180度。管内的旋流片8与矩形管束4的两内壁相接触，管与 管之间的旋流片8与相邻的矩形管束4的外壁相接触。所述旋流片8在横向之间用 薄扁钢7连接构成一组组横向旋流片组，在同一轴向上的横向旋流片组用若干根定 位拉杆6固定。
所述矩形管束4由两块两侧封闭的平行板面构成，两板之间相隔一定的板间距； 平行板面为光滑板面。
所述换热器管程的进出接口 10、 12的方向可以在0 360度水平方向与上下封 头l、 9连接，壳程的进出接口3、 ll在水平方向上与筒体连接。
管程的进出接口 10、 12与上下封头1、 9及矩形管束4的管内流道共同构成换 热器的管程通道，壳程的进出接口3、 11和筒体5与矩形管束4的管间流道以及管 板2共同构成换热器的壳程通道。
在本例中，筒体5，下封头1与上封头9的直径均为1700ram，壁厚均为8mm， 筒体5长4000咖，下封头1与上封头9的高度均为1 IOO證，管板2的直径为IOOO咖， 厚度为30跳矩形管束4的平板厚度为0. 5跳平板间距为50咖，矩形管束4的管 心距为50mm，在筒体5内沿横向均布17根宽度不一的矩形管束4，矩形管束4的 长度为4070mm，在矩形管束4管内与管间沿横向等距150mm均布旋流片8，旋流片 8的片条厚度为2mm，宽度为49. 5mm，扭率为3，片条长度为150mm，采用厚度为2mm， 高度为15mm的薄扁钢7将横向均布的旋流片8连接为一组横向旋流片组，沿换热 器的轴向等距600mm安置7组横向旋流片组，换热器管程与壳程的接口直径均为 800mm。本例换热器的金属材料消费比管壳式换热器可以较少40% 50%，密封的可 靠性比板式换热器可提高50%，流体阻力或操作能耗可比板式换热器降低30% 40%, 适合于低密度，大体积流量的高温气体与气体的换热场合使用。
权利要求1、采用旋流片支撑的矩形管束换热器，包括筒体(5)、置于筒体(5)内且沿筒体轴向的若干个宽度不一且相互平行的矩形管束(4)、置于矩形管束(4)两端的管板(2)、与两端管板(2)相连的上下封头(1、9)及换热器管程与壳程的进出接口(10、12、3、11)，管程的进出接(10、12)与上下封头(1、9)连接，壳程的进出接口(3、11)与筒体(5)连接，其特征在于在矩形管束(4)的管内沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片(8)，旋流片(8)的中心线与矩形管束(4)的中心线方向一致，相邻的旋流片(8)的旋向相反，在矩形管束(4)的管与管之间也沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片(8)。
2、 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述旋流片(8)为在片状短 扭带。
3、 根据权利要求2所述的换热器，其特征在于所述旋流片(8)的扭角为180 360度，旋流片(8)的扭率为1.5 10。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的换热器，其特征在于管内的旋流片(8) 与矩形管束(4)的两内壁相接触，管与管之间的旋流片(8)与相邻的矩形管束(4) 的外壁相接触。
5、 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述旋流片(8)在横向之f司 用薄扁钢(7)连接构成一组组横向旋流片组，在同一轴向上的横向旋流片组用若 干根定位拉杆(6)固定。
6、 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述矩形管束(4)由两块两 侧封闭的平行板面构成，两板之间相隔一定的板间距；平行板面为光滑板面或带周 期性凹凸粗糙肋面的板面，所述凹凸粗糙肋面为縮放形的折线肋面或波浪形的曲线 肋面，肋面的粗糙高度为矩形管板间距的1% 20%。
7、 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述矩形管束(4)的间距为 10mm lOOnmic
8、 根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述旋流片(8)在横向的间 距为1.2 12倍矩形管束(4)的间距，在轴向的间距为3 60倍矩形管束(4)的 间距。
专利摘要本实用新型公开了一种采用旋流片支撑的矩形管束换热器，包括筒体、置于筒体内且沿筒体轴向的若干个宽度不一且相互平行的矩形管束、置于矩形管束两端的管板、与两端管板相连的上下封头及换热器管程与壳程的进出接口，管程的进出接口与上下封头连接，壳程的进出接口与筒体连接，其特征在于在矩形管束的管内沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片，旋流片的中心线与矩形管束的中心线方向一致，相邻的旋流片的旋向相反，在矩形管束的管与管之间也沿轴向与横向大致均匀间隔分置旋流片，旋流片既可以对矩形管束起到板间有效的支撑与固定作用，又可以强化矩形管束的传热。本实用新型的换热器可在工业的气体换热中普遍推广应用。
文档编号F28D1/03GK201059887SQ20072005397
公开日2008年5月14日 申请日期2007年7月11日 优先权日2007年7月11日
发明者何兆红, 亮 周, 邓先和 申请人:华南理工大学