一种纯逆流壳管式淡水冷却器的制作方法

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种纯逆流壳管式淡水冷却器。

背景技术：

淡水冷却器是船用柴油机冷却系统的重要组成部分，通常采用海水作为冷却水对高温淡水进行降温，由于海水具有很强的腐蚀性，换热管束材质需采用镍白铜管，钛管等贵金属材料。现有折流板管壳式淡水冷却器存在冷却效率低，流动阻力大等不足，导致换热器耗材多，体积庞大，制造成本高，限制了船用柴油机朝高效、紧凑、轻量方向的发展。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种纯逆流壳管式淡水冷却器，该冷却器采用三维变形管替代传统换热管束，并改变壳程支撑形式，对冷却芯体进行优化设计，从而提高淡水冷却器的换热效率，降低压降，达到轻量化和紧凑化的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种纯逆流壳管式淡水冷却器，包括第一管箱、壳体和第二管箱，所述第一管箱和第二管箱分别连接在壳体的两端，所述壳体内部设有冷却芯体，所述冷却芯体的两端设置有管板，所述管板设置在壳体的两端并密封封闭壳体内部空间，所述第一管箱上开设有管程冷却水出口，所述第二管箱上开设有管程冷却水入口，所述壳体侧面上设有壳程淡水入口和壳程淡水出口，所述壳程淡水出口设置在靠近管程冷却水入口的位置处，所述壳程淡水入口设置在靠近管程冷却水出口的位置处。

进一步地，所述冷却芯体包括换热管束和包裹在换热管束中段的导流紧固筒，所述换热管束的两端分别固定在冷却芯体两端的管板上，以连通第一管箱和第二管箱。

进一步地，所述导流紧固筒长度为壳体长度的50％-80％。

进一步地，所述导流紧固筒外壁上间隔设置有多组的环形支撑挡板，所述环形支撑挡板用于对导流紧固筒支撑固定，所述壳体内设有沿轴向延伸且一端与管板连接的拉杆，所述环形支撑挡板上开设有供拉杆穿过的拉杆孔，所述环形支撑挡板与拉杆固定连接。

进一步地，所述换热管束主要由三维变形管排列组合而成，所述三维变形管包括入口端圆管段、变形段、以及出口端圆管段，所述入口端圆管段和出口端圆管段均与管板固定连接。

进一步地，相邻的三维变形管通过变形段相互支撑和阻挡，形成网格状的一体化结构。

进一步地，所述换热管束外捆有捆扎带。

进一步地，所述换热管束采用三角形或正方形排列。

进一步地，所述换热管束的材质采用白铜管、海军铜管、不锈钢管或钛管。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本淡水冷却器省去了传统冷却器的折流板结构，利用三维变形管的特殊几何形状达到自支撑的目的，使得管内外流体由传统换热器的反复折流碰撞换热变为纵向螺旋纯逆流换热，提高了有效换热温差，同时降低了壳程流动阻力。

2)管程流体在换热管束膨胀区内产生显著的二次流，不断冲刷壁面，强化传热，且不易结垢，换热效率提高40-50％，体积缩小10-20％，换热管束重量减轻30-40％，降低了设备制造成本。

3)三维变形管管内外流动空间大小可根据实际需要进行设计调控，从而可达到对冷热体流场的定量控制，使得管内外流体换热系数更加匹配，冷却器的总换热系数达到最大化。

4)三维变形管每隔半个扭程，都会与上下左右相邻的换热管束于膨胀点处接触，换热管束间距更小，结构更紧凑，增强了换热管束的刚度，例如1m的换热管束沿长度方向支撑点多达20个，相当于壳程拥有20多块折流板，从四面将换热管束牢牢固定，彻底消除换热管束发生任何位移的可能性，可以很好地解决换热器的振动问题，运行更加安全可靠。

附图说明

图1为纯逆流壳管式淡水冷却器的整体结构示意图；

图2为纯逆流壳管式淡水冷却器内换热管束的安装结构示意图；

附图标记说明：1、壳体；2、第一管板；3、第一管箱；4、第二管板；5、第二管箱；6、壳程淡水入口；7、壳程淡水出口；8、管程冷却水入口；9、管程冷却水出口；10、导流紧固筒；11、环形支撑挡板；12、拉杆；13、换热管束；14、排液口；15、管程排气口；16、壳程排气口；17、捆扎带。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种纯逆流壳管式淡水冷却器，包括第一管箱3、壳体1和第二管箱5，第一管箱3和第二管箱5分别连接在壳体1的两端，壳体1内部设有冷却芯体，冷却芯体的两端设置有管板，管板包括第一管板2和第二管板4，两个管板分别设置在壳体1的两端并密封封闭壳体1内部空间，第一管箱3上开设有管程冷却水出口9，第二管箱5上开设有管程冷却水入口8，壳体1侧面上设有壳程淡水入口6和壳程淡水出口7，壳程淡水出口7设置在靠近管程冷却水入口8的位置处，壳程淡水入口6设置在靠近管程冷却水出口9的位置处，进而使得冷却水与淡水的流向相反，形成逆流换热的效果，最大化进行换热。壳体1的中部上还开设有壳程排气口16，壳体1的下部开设有排液口14，同时在第一管箱3的上部开设有管程排气口15，以便于内部残余的排出。

冷却芯体包括导流紧固筒10和若干根并列设置的换热管束13，导流紧固筒10安装在壳体1的内部，并包覆在换热管束13的中部，换热管束13的两端分别固定在冷却芯体两端的管板上，以连通第一管箱3和第二管箱5，从而使得冷却水可从第一管箱3流至第二管箱5，形成单向的冷却水流动。

换热管束13主要由三维变形管排列组成，这样能有效加大接触面积，提高换热效率。具体地，换热管束13分为三段，分别为入口端圆管段、位于中间部分用于支撑换热管束13的变形段、以及出口端圆管段，入口端圆管段和出口端圆管段均与管板采用焊接或胀接的方式进行固定连接。换热管束13的材质可采用白铜管、海军铜管、不锈钢管或钛管等，以降低换热管束13受腐蚀的程度。

导流紧固筒10长度为壳体1长度的50％-80％，导流紧固筒10内还设有多组环形支撑挡板11，环形支撑挡板11的作用在于能对导流紧固筒10进行支撑固定，环形支撑挡板11上开有拉杆孔，拉杆孔上穿设有拉杆12，拉杆12与环形支撑挡板11通过焊接固定在管板上。这样使得淡水流经壳程时，能更好地与换热管束13进行交流换热，提高换热效率。导流紧固筒10内的换热管束13通过其变形段相互支撑和阻挡，形成网格状的一体化结构，对应地，换热管束13的排列方式采用三角形或者正方形的排列方式，并且换热管束13的上捆有捆扎带17，以对其进行进一步地捆扎固定，减少震动。

具体地，在使用的时候，管程走冷却水，壳程走淡水。需冷却的淡水从壳程淡水入口6进入淡水冷却器，流经导流紧固筒10与换热管束13之间的通道被冷却后，从壳程淡水出口7流出淡水冷却器。壳程由于三维变形管的自支撑作用，呈现出纵向变空间螺旋流动形态，有效强化传热，降低压降，换热效率提高40-50％，体积缩小10-20％，换热管束13重量减轻30-40％，降低了设备制造成本。

冷却水从管程冷却水出口9进入，流经换热管束13内部，从管程冷却水入口8流出，冷却水在换热管束13内产生显著的二次流，不断冲刷热边界层，强化传热，且不易结垢。壳程排气口16为开始运行时，排除壳程内的空气，管程排气口15为开始运行时，排除管程内的空气，排液口14旨在换热器停止工作后，排净壳程内介质。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。