专利名称：一种无支撑交变曲面管干式蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干式蒸发器，特别是一种管束无支撑的交变曲面管干式蒸发器。
背景技术：
在大中型的冷水机组中，最主要的换热器形式是壳管式换热器。壳管式换热器主 要有干式和满溢式两种。满溢式换热器由于具有较高的换热器性能，越来越受到欢迎，但是 其致命的缺点是机组的回油问题，一方面增加了机组的成本，另一方面降低了机组的可靠 性。而干式蒸发器较满溢式来说技术则成熟很多。传统的干式蒸发器依然是目前工业上应 用较为广泛的换热器，其一个重要特征是壳程设折流挡板，以支撑换热管和强化壳程流体 扰动，具有结构简单、易于加工、清洗、能够适应高温高压等特点。但这种管壳式换热器也存 在一些不足之处，主要是第一，换热管采用圆管，在管内流速较低的条件下，边界层热阻较 大，传热系数低；而在流速较高的条件下，管内流动阻力较大。第二，传统的单弓形折流板换 热器在折流板与壳体结合处存在流动死区，容易造成流体打旋，增加了流动阻力，并且容易 引起结垢，降低了换热效率。第三，传统的单弓形折流板与非圆形的强化传热管难以配合， 极大地限制了强化传热技术的应用。这些问题严重影响了传统的干式蒸发器的传热效率， 为了提高其效率，人们不断对其结构进行改进，但结果尚不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的干式蒸发器存在的不足和缺点，采用新型交变曲面 换热管，在不改变壳管式蒸发器外形整体结构的前提下，强化管程和壳程流体传热，消除流 动死区和诱导振动，提高传热效率，降低成本，节约能源。
本发明的目的可以通过以下技术措施来实现 本换热器包括有壳体、装在壳体里的管束、固定管板、封头、捆扎钢带、隔板。交变 曲面换热管依次接触排列，形成点接触自支撑结构，不需要在管束中设置折流板，沿管束每 隔固定距离设置捆扎钢带来固定交变曲面换热管，其间距根据换热管数量和长度来确定， 交变曲面换热管两端保持圆管形式，以方便和固定管板焊接固定。管束与壳体紧密接触，无 间隙。 工作时，冷媒从管束入口进入管束，在管束内旋转流动，产生复杂的以旋转和周期
性的物流分离与混合为主要特点的强扰动，强化了传热，经管束出口流出，冷冻水从壳程入
口进入壳体，顺着管束螺旋流道流动，形成旋转纵向扰流，强化了传热。 相对于现有技术，本发明的无支撑交变曲面管干式蒸发器具有如下优点 (1)采用交变曲面管，具有双面强化传热的特点； (2)由于在交变曲面管中，流体沿管壁流动方向不断发生改变，因此管内流体传热 边界层被破坏，大幅度降低了管内流体的传热阻力； (3)由于交变曲面管的扭曲面是连续平滑的，相对于其它型式的强化传热管，流动 阻力较低；
(4)壳程螺旋流大大增强了壳程的湍流度，强化了壳程传热； (5)壳程无折流板，实现了纵向流，使得壳程压降大大降低；同时由于分布均匀， 没有流动死区，有效传热面积大大增加； (6)流动分布和流速比较均匀，消除了换热管振动问题；
(7)不易结垢，从而延长了维修周期，降低了维修费用。
图1是一种无支撑交变曲面管干式蒸发器的结构图示意图； 图2是图1中交变曲面的换热管多点自支撑结构示意图；其中图a为换热管在椭 圆长轴扭转角度0。的支撑点；图b为换热管在椭圆长轴扭转角度60。的支撑点；C为换热 管在椭圆长轴扭转角度120°的支撑点； 图3是图1中管束采用本发明的无支撑交变曲面管结构示意图；
图4是图3中无支撑交变曲面管的A-A截面示意图；
图5是图3中无支撑交变曲面管的B-B截面示意图。
具体实施例方式
为进一步理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步描述，需要说明的是，具体 实施方式并不对本发明要求保护的范围构成限制。 参照图l，一种无支撑交变曲面管干式蒸发器包括冷媒入口 1、冷媒出口 2、冷冻水 入口 3、冷冻水出口4、第一封头5、第二封头12、第一管板6、第二管板11、壳体7、隔板8、换 热管9和捆扎钢带10 ;冷冻水入口3、冷冻水出口4设在壳体7上，壳体7两端分别为第一管 板6和第二管板ll，第一管板6和第二管板11分别与第一封头5、第二封头12连接形成空 腔；冷媒入口 l和冷媒出口 2都设在第一封头5上，通过隔板8分隔。如图3所示，换热管 9为交变曲面管，交变曲面管是以圆管为基管，经压扁后扭曲而成，其横截面是椭圆形，如图 4、5所示。如图3所示，交变曲面管的扭程与当量直径之比(S/de)为6 12，其中S为交 变曲面管的扭程。扭程S是指交变曲面管横截面沿交变曲面管旋转一周时交变曲面管的长 度，de为交变曲面管的当量直径。换热管9横截面椭圆的短轴与长轴之比(B/A)为0.5 0. 7，如图4，图5所示，其中B为交变曲面管横截面椭圆的短轴长度，A为交变曲面管横截面 椭圆的长轴长度。如图2所示，交变曲面换热管9依次接触排列，依靠交变曲面管各接触点 自支撑形成管束，管束中没有折流板的存在，壳程内无流动死区，与传统的弓形折流板换热 器相比，不仅流动阻力有所减小，抗结垢的性能有很大提高，而且能够克服诱导振动，可靠 性也有所提高；椭圆长轴扭转角度是指交变曲面管的横截面中椭圆长轴沿交变曲面管的旋 转角度，其中图a为换热管在椭圆长轴扭转角度O。的支撑点；图b为换热管在椭圆长轴扭 转角度60°的支撑点；c为换热管在椭圆长轴扭转角度120。的支撑点；换热管9两端分别 通过第一管板6和第二管板11固定；换热管9排列形成的管束中不需要设置折流板，管束 每隔5个扭程设捆扎钢带10来捆扎管束，防止管束中交变曲面管散开。交变曲面管两端保 持为一定长度的圆管形式，便于和第一管板6和第二管板11匹配焊接固定。第一管板6和 第一封头5之间的空腔以及壳体7内设有隔板8，将两个腔.体分隔。 当流体流速较高时，无论是交变曲面管还是光管，流体的湍流程度都会加剧而使传热边界层减薄，而无支撑交变曲面管的优势就在于减薄边界层，因此，与光管相比，当壳 程或管程的流体流速较大时，无支撑交变曲面管的优势就无法体现出来，经试验测定，无支 撑交变曲面管干式蒸发器的适宜使用范围管程雷诺数Re《4500，壳程雷诺数Re《8000。
在管内，由于交变曲面管结构的影响，流体进入交变曲面管后的流动呈现出比较 明显的旋转流动，正是这种流动方式，使得管内的流体得以充分混合，产生复杂的以旋转和 周期性的物流分离与混合为主要特点的强扰动，使得管内流体边界层减薄，强化了传热。在 管外，交变曲面管的依次排列在管间形成了规则的、流动方向不断变化的狭窄螺旋形流道， 螺旋流道可以看作是多组连续的短区，在这些区之间所建立的稳定的速度分布被流体连续 不断地变化打断，这些扰动过程使得流体取得较好的横向混合，壳程螺旋流大大增强了壳 程的湍流度，即使壳程为高粘度流体或流速较低时，也会获得很高的湍流度，从而强化了壳 程传热。
权利要求
一种无支撑交变曲面管干式蒸发器，包括冷媒入口、冷媒出口、冷冻水入口、冷冻水出口、第一封头、第二封头、第一管板、第二管板、壳体、隔板、换热管和捆扎钢带；冷冻水入口、冷冻水出口分别设在壳体上，壳体两端分别为第一管板和第二管板，第一管板和第二管板分别与第一封头、第二封头连接形成空腔；冷媒入口和冷媒出口都设在第一封头上，通过隔板分隔；换热管两端分别通过第一管板和第二管板固定；其特征在于所述换热管为交变曲面管，换热管的扭程与当量直径之比为6～12；换热管横截面的短轴与长轴之比为0.5～0.7；交变曲面的换热管依次接触排列，依靠交变曲面管各接触点自支撑形成管束。
2 根据权利要求1所述的无支撑交变曲面管干式蒸发器，其特征在于所述换热管排 列形成的管束每隔5个扭程设捆扎钢带，捆扎管束。
3. 根据权利要求1所述的无支撑交变曲面管干式蒸发器，其特征在于所述换热管两 端为圆管，用于分别和第一管板和第二管板焊接固定。
全文摘要
本发明公开了一种无支撑交变曲面管干式蒸发器，包括冷媒入口、冷媒出口、冷冻水入口、冷冻水出口、第一封头、第二封头、第一管板、第二管板、壳体、隔板、换热管和捆扎钢带；换热管为交变曲面管，换热管的扭程与当量直径之比为6～12；换热管9横截面的短轴与长轴之比为0.5～0.7；交变曲面的换热管依次接触排列，依靠交变曲面管各接触点自支撑形成管束。本发明强化了管内流体湍流程度，使得管内的流体得以充分混合，并使得边界层减薄，强化了传热。且壳程不设折流板，依靠交变曲面管相互接触实现自支撑，管间流体流动均匀，消除流动死区，减少壳程污垢沉积，提高传热效率，延长设备的使用寿命，降低生产成本。
文档编号F28F1/08GK101762115SQ20091021456
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者刘庆亮, 徐琼辉, 朱冬生, 杨蕾 申请人:华南理工大学