专利名称:一种马蹄形连续螺旋折流板u型管式换热器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，包括由第一、第二直筒体和U型筒体构成的马蹄形壳体，马蹄形壳体上设有壳侧进、出口，马蹄形壳体的两端连有管板，管板与管箱相接，两个管箱上分别设有管侧进、出口，第一、第二直筒体内设有中心管，中心管一端固定在管板上，连续螺旋折流板缠绕在中心管上，若干根U型换热管穿过连续螺旋折流板的管孔与管板相连。本实用新型提供的马蹄形的换热器形式，能够使连续螺旋折流板与U型管配合使用，解决了连续螺旋折流板固定管板式换热器在管、壳程流体存在较大温差且有严重温度交叉时两程流体间换热无法构成纯逆流而导致换热效果差的问题，拓展了连续螺旋折流板管壳式换热器的应用范围。
【专利说明】
一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于管壳式换热器领域，具体涉及一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器。
【背景技术】
[0002]换热器广泛应用在电力、冶金、石油、化工、制冷、航空航天和新能源等领域。半个多世纪以来，随着现代工业的快速发展和新能源行业的不断深入开发，上述工业领域和过程呈现出越来越密集化和高强度化的特点，对换热器的性能提出了更高要求，如:尺寸更小、结构紧凑度更高、换热性能更优秀、运行更稳定和使用寿命更长。
[0003]在众多折流板结构中，弓形折流板在管壳式换热器中使用最为广泛，弓形折流板结构使壳侧流体以近似于“Z”形流动，通过提高壳侧流体湍流度、混合度和流体流速达到强化换热的目的。但弓形折流板结构存在阻力大、有流动滞止区、易结垢、振动条件下易失效等缺陷。近年来螺旋折流板在管壳式换热器中的使用逐渐增多。螺旋折流板结构具有单位压降换热能力尚、不易积垢、流动引起的振动小、使用寿命长等优势。
[0004]螺旋折流板分为非连续型和连续型，非连续型螺旋折流板的螺旋面一般由四块扇形折流板搭接而成，往往相邻的折流板间存在漏流，连续型螺旋折流板很好的解决了这一问题，且使得换热器更加紧凑，提高了换热效率。
[0005]目前现有的螺旋折流板管壳式换热器，多为单壳程固定管板式(见公开于2004年8月4日的中国专利03214056.8和公开于2010年8月17日的中国专利201020294039.6)。在实际工程中，往往会遇到比较苛刻的设计条件，管程流体和壳程流体存在较大的温差，且管程流体和壳程流体的温度存在交叉，在这种情况下，单壳程固定管板式就不再适用，因为管壳两侧液体温度有交叉时壳程必须分程，不然换热效果极差，管壳两侧液体存在大温差时管子和管板由于热力膨胀不一致而导致其容易松脱。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，能够在存在温度交叉、大温差换热的情况下进行使用。
[0007]为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0008]一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，包括U型筒体，U型筒体的一端与第一直筒体的一端固定连接，U型筒体的另一端与第二直筒体的一端固定连接，U型筒体和第一、第二直筒体共同构成马蹄形壳体；
[0009]第一直筒体的另一端设有第一管板，第一管板与位于第一直筒体外部的第一管箱固定连接，第一管箱上设有管侧进口，第一直筒体上设有壳侧进口，第一直筒体内设有与第一直筒体同轴的第一中心管，第一中心管的一端固定在第一管板上，另一端为自由端；第一连续螺旋折流板的内沿连续缠绕在第一中心管上，第一连续螺旋折流板的外沿与第一直筒体的内壁相接触；
[0010]第二直筒体的另一端设有第二管板，第二管板与位于第二直筒体外部的第二管箱固定连接，第二管箱上设有管侧出口，第二直筒体上设有壳侧出口，第二直筒体内设有与第二直筒体同轴的第二中心管，第二中心管的一端固定在第二管板上，另一端为自由端；第二连续螺旋折流板的内沿连续缠绕在第二中心管上，第二连续螺旋折流板的外沿与第二直筒体的内壁相接触；
[0011]马蹄形壳体内设有若干根U型换热管，每根U型换热管由依次相连通的第一直管段、U型段和第二直管段组成，第一直管段穿过第一连续螺旋折流板上的板孔后固定在第一管板上并与第一管箱相连通，第二直管段穿过第二连续螺旋折流板上的板孔后固定在第二管板上并与第二管箱相连通。
[0012]所述的第一管板的中心处开设有用于固定第一中心管的凹槽，第一中心管的一端嵌入第一管板上的凹槽中；第二管板的中心处开设有用于固定第二中心管的凹槽，第二中心管的一端嵌入第二管板上的凹槽中。
[0013]所述的第一连续螺旋折流板的相邻两板间设有用于固定其板间距的第一定位管，第一定位管套装在U型换热管的第一直管段上；第二连续螺旋折流板的相邻两板间设有用于固定其板间距的第二定位管，第二定位管套装在U型换热管的第二直管段上。
[0014]所述的U型筒体是由两个相同的半U型筒体焊接而成的。
[0015]所述的U型筒体和第一、第二直筒体之间通过焊接构成马蹄形壳体。
[0016]所述的第一直筒体、第一管板和第一管箱之间通过焊接固定；第二直筒体、第二管板和第二管箱之间通过焊接固定。
[0017]所述的U型换热管由直管绕弯压制后形成。
[0018]相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果:
[0019](I)传统的固定管板式管壳式换热器，换热管与管板固定在一起，换热管伸缩性差，在遇到管程流体和壳程流体之间存在大温差换热工况时，换热管将受到很大的热应力，容易导致换热管束与管板膨胀程度不一致，从而使换热管束从管板脱落，这将对换热器的性能带来很大的损害。本实用新型中U型换热管的第一直管段与第一管板固定在一起，第二直管段与第二管板固定在一起，将U型段作为自由端，这样在受热时U型段可以在马蹄形壳体内自由伸缩，大大减缓了热应力带来的换热管形变，解决了大温差换热条件下，换热管和管板由于热应力大而容易松脱的问题。
[0020](2)传统单壳程的管壳式换热器结构，在壳侧连续螺旋折流板与U型管配合使用时，在U型管中流动的介质是来回走两个管程，而壳侧介质只走了一个壳程，管侧介质在流动过程中与壳侧介质之间的热交换过程为一半顺流一半逆流，当管程流体和壳程流体存在温度交叉时，这种结构将导致换热器的一部分换热面积失去换热效力，从而大大降低了换热器的实际换热效率。本实用新型提供的换热器的马蹄形壳体在外形上是U型结构，与U型换热管配合使用，二者形体相互契合，该换热器构成双管程双壳程结构，管程介质和壳程介质之间相互逆行流动，构成纯逆流换热过程，解决了管程流体和壳程流体存在温度交叉时换热效果差的问题，拓展了连续螺旋折流板管壳式换热器的应用范围。
[0021](3)本实用新型提供的换热器中，壳侧的连续螺旋折流板结构形成螺旋通道，消除了壳侧流动死区，完全螺旋流动更趋近于阻塞流，能够降低壳侧流动阻力，减轻U型换热管束由于流体冲击造成的振动，增强湍流强度，提高换热效率，减少壳侧结垢，延长使用寿命，同时使得换热器结构更加紧凑。
【附图说明】
[0022]图1是马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器的结构示意图；
[0023]图2是U型筒体及其焊缝的示意图；
[0024]图3是马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器的立体图。
[0025]其中:1为第一直筒体，2为U型筒体，3为第一管板，4为第一管箱，5为壳侧进口，6为壳侧出口，7为管侧进口，8为管侧出口，9为第一中心管，10为第一连续螺旋折流板，11为U型换热管，12为第二直筒体，13为焊缝，14为第二管板，15为第二管箱，16为第二中心管，17为第二连续螺旋折流板。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0027]参见图1至图3，本实用新型提供的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，包括U型筒体2，U型筒体2由两个相同的半U型筒体焊接而成，U型筒体2的一端与第一直筒体I的一端焊接固定，U型筒体2的另一端与第二直筒体12的一端焊接固定，焊接处形成有焊缝13，U型筒体2和第一、第二直筒体1、12共同构成马蹄形壳体。本实用新型提供的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器中，第一、二直筒体在材料、结构及零件构成上相同的，可以形象地称之为马蹄形换热器的左右臂。
[0028]其中，第一直筒体I的另一端焊接有第一管板3，第一管板3与位于第一直筒体I外部的第一管箱4焊接固定，第一管箱4上设有管侧进口 7，第一直筒体I上设有壳侧进口5，第一直筒体I内设有与第一直筒体I同轴的第一中心管9 ;第一管板3的中心处开设有用于固定第一中心管9的凹槽，第一中心管9的一端嵌入第一管板3上的凹槽中，从而使第一中心管9的一端固定在第一管板3上，第一中心管9的另一端为自由端；第一连续螺旋折流板10的内沿连续缠绕在第一中心管9上，第一连续螺旋折流板10的外沿与第一直筒体I的内壁相接触，第一连续螺旋折流板10与第一中心管9相互支撑，起到相互固定的作用。
[0029]第二直筒体12的另一端焊接有第二管板14，第二管板14与位于第二直筒体12外部的第二管箱15焊接固定，第二管箱15上设有管侧出口 8，第二直筒体12上设有壳侧出口6，第二直筒体12内设有与第二直筒体12同轴的第二中心管16 ;第二管板14的中心处开设有用于固定第二中心管16的凹槽，第二中心管16的一端嵌入第二管板14上的凹槽中，从而使第二中心管16的一端固定在第二管板14上，第二中心管16的另一端为自由端；第二连续螺旋折流板17的内沿连续缠绕在第二中心管16上，第二连续螺旋折流板17的外沿与第二直筒体12的内壁相接触；第二连续螺旋折流板17与第二中心管16相互支撑，起到相互固定的作用。
[0030]马蹄形壳体内设有若干根U型换热管11，U型换热管11由直管绕弯压制后形成，若干根U型换热管11形成换热管束，每根U型换热管11由依次相连通的第一直管段、U型段和第二直管段组成，每根U型换热管11的第一直管段穿过第一连续螺旋折流板10上的板孔后固定在第一管板3上并与第一管箱4相连通，第二直管段穿过第二连续螺旋折流板17上的板孔后固定在第二管板14上并与第二管箱15相连通。
[0031]第一连续螺旋折流板10的相邻两板间设有用于固定其板间距的第一定位管，第一定位管套装在U型换热管11的第一直管段上；第二连续螺旋折流板17的相邻两板间设有用于固定其板间距的第二定位管，第二定位管套装在U型换热管11的第二直管段上。
[0032]本实用新型提供的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器在工作时，介质I经由壳侧进口 5进入马蹄形壳体内部，沿着第一连续螺旋折流板10形成的连续螺旋通道流动，经U型筒体后继续沿着第二连续螺旋折流板17形成的连续螺旋通道流动，最后从壳侧出口6流出；介质II从第一管箱4上的管侧进口 7进入，在U型换热管束内流动，再从第二管箱15上的管侧出口 8流出；介质I和介质II形成纯逆流，通过U型换热管束的壁面完成热量交换。
【权利要求】
1.一种马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:包括U型筒体(2)，U型筒体(2)的一端与第一直筒体(I)的一端固定连接，U型筒体(2)的另一端与第二直筒体(12)的一端固定连接，U型筒体(2)和第一、第二直筒体(1、12)共同构成马蹄形壳体； 第一直筒体(I)的另一端设有第一管板(3)，第一管板(3)与位于第一直筒体(I)外部的第一管箱(4)固定连接，第一管箱(4)上设有管侧进口(7)，第一直筒体(I)上设有壳侦腿口(5)，第一直筒体⑴内设有与第一直筒体⑴同轴的第一中心管(9)，第一中心管(9)的一端固定在第一管板(3)上，另一端为自由端；第一连续螺旋折流板(10)的内沿连续缠绕在第一中心管(9)上，第一连续螺旋折流板(10)的外沿与第一直筒体(I)的内壁相接触； 第二直筒体(12)的另一端设有第二管板(14)，第二管板(14)与位于第二直筒体(12)外部的第二管箱(15)固定连接，第二管箱(15)上设有管侧出口(8)，第二直筒体(12)上设有壳侧出口(6)，第二直筒体(12)内设有与第二直筒体(12)同轴的第二中心管(16)，第二中心管(16)的一端固定在第二管板(14)上，另一端为自由端；第二连续螺旋折流板(17)的内沿连续缠绕在第二中心管(16)上，第二连续螺旋折流板(17)的外沿与第二直筒体(12)的内壁相接触； 马蹄形壳体内设有若干根U型换热管(11)，每根U型换热管(11)由依次相连通的第一直管段、U型段和第二直管段组成，第一直管段穿过第一连续螺旋折流板(10)上的板孔后固定在第一管板(3)上并与第一管箱(4)相连通，第二直管段穿过第二连续螺旋折流板(17)上的板孔后固定在第二管板(14)上并与第二管箱(15)相连通。2.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的第一管板(3)的中心处开设有用于固定第一中心管(9)的凹槽，第一中心管(9)的一端嵌入第一管板(3)上的凹槽中；第二管板(14)的中心处开设有用于固定第二中心管(16)的凹槽，第二中心管(16)的一端嵌入第二管板(14)上的凹槽中。3.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的第一连续螺旋折流板(10)的相邻两板间设有用于固定其板间距的第一定位管，第一定位管套装在U型换热管(11)的第一直管段上；第二连续螺旋折流板(17)的相邻两板间设有用于固定其板间距的第二定位管，第二定位管套装在U型换热管(11)的第二直管段上。4.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的U型筒体(2)是由两个相同的半U型筒体焊接而成的。5.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的U型筒体(2)和第一、第二直筒体(1、12)之间通过焊接构成马蹄形壳体。6.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的第一直筒体(I)、第一管板(3)和第一管箱(4)之间通过焊接固定；第二直筒体(12)、第二管板(14)和第二管箱(15)之间通过焊接固定。7.根据权利要求1所述的马蹄形连续螺旋折流板U型管式换热器，其特征在于:所述的U型换热管(11)由直管绕弯压制后形成。
【文档编号】F28F9-24GK204301568SQ201420664468
【发明者】王秋旺, 冯想红, 杨建锋, 曾敏 [申请人]西安交通大学