一种基于涡激振动的空间弹性传热管及换热器

本发明涉及换热，具体涉及一种基于涡激振动的空间弹性传热管及换热器。

背景技术：

1、在换热器领域中，管壳式换热器应用最为广泛。传统的管壳式换热器的管子间距小，且刚性连接，在长时间运行过程中，换热介质中的杂质容易在管子表面聚集，形成附着物，从而导致管子的传热效率降低，管子腐蚀甚至堵塞。为了解决以上问题，现有技术设计了弹性管束类换热器，此类换热器的管子在流体力的激励下能够振动，达到强化传热的目的，同时避免介质中杂质的聚集和附着，从而实现复合强化传热。然而常规的弹性管束换热器结构存在管束振动不均匀、疲劳破坏等问题，限制了工程上的推广。授权公告号为cn112432525b的中国发明专利公开了一种弹性接头直管换热器，充分利用了旋涡脱落而产生的脉动升力激励管束振动，提高了强化换热效果，且满足疲劳寿命的要求。然而，该专利主要适用于常压和低压的工作环境中，高压下，该专利中的弹性接头容易破坏，限制了应用范围。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于涡激振动的空间弹性传热管及换热器，以在实现强化传热的基础上，提高换热器的工程应用范围，适用于各种压力的工作环境要求。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种基于涡激振动的空间弹性传热管，包括进液管、出液管和连接在进液管和出液管间的多层弹性管束，所述进液管和所述出液管均为直管，弹性管束的两端分别通过弹性螺旋接头与进液管和出液管相连，且进液管、出液管和弹性螺旋接头的轴线平行。

3、优选的，所述弹性管束为空间双层结构，主体部分为直管，各层内的直管相互平行，层间的直管间存在夹角，层间相邻的两直管通过弯管相连。

4、优选的，层内各直管间具有第一设定间距，层间直管间具有第二设定间距。

5、优选的，所述第一设定间距和所述第二设定间距为四倍管径。

6、优选的，所述弹性管束与进液管或出液管之间可拆卸连接。

7、优选的，还包括膨胀接头，所述膨胀接头的一端与弹性管束相连，另一端具有第一螺纹，进液管或出液管与弹性管束连接处具有管接头，管接头处设置有与第一螺纹匹配的第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹配合连接。

8、本发明的第二方面，提供了一种基于涡激振动的换热器，包括换热器壳体和上述第一方面提供的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，所述空间弹性传热管设置于换热器壳体内，进液管、出液管和弹性螺旋接头的轴线平行于壳程来流方向，弹性管束垂直于壳程来流方向。

9、优选的，所述换热器壳体包括上端盖、主壳体和下端盖，上端盖与主壳体之间，以及主壳体与下端盖之间可拆卸连接。

10、优选的，所述下端盖底部开设有壳程进口、管程进口和管程出口，所述上端盖顶部开设有壳程出口，空间弹性传热管的进液管与管程进口相连，出液管与管程出口相连。

11、优选的，换热器壳体为圆柱状，各层弹性管束中，靠近弹性螺旋接头处的直管长度小于远离弹性接头处的直管长度。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、本发明提供了一种基于涡激振动的空间弹性传热管及换热器，各层弹性管束两端采用弹性螺旋接头与进液管和出液管相连，弹性螺旋接头的轴线与进液管、出液管平行且平行于壳程来流方向，能够在壳程来流方向上发生弹性形变，从而有效抵消管束在来流方向的周期性振动形变，削弱管束由于振动而在固定点处产生的交变应力，有效提高了固定点处的疲劳寿命，可适用于低、中和高压的工作环境，提高了换热器的工程应用环境范围。

14、弹性管束在壳程内垂直来流方向布置，确保壳程流体垂直横向冲刷管束，直管的结构设计能够最大程度的获取涡脱落升力，同时通过管间距的合理设计，融合所有直管上的涡脱升力同步变化，从而实现涡激管束振动，达到强化传热的目的。层间的直管间存在夹角a°，后平面内的直管可有效的避开前一个平面内直管的尾流影响，从而达到传热的最佳状态。

15、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，包括进液管、出液管和连接在进液管和出液管间的多层弹性管束，所述进液管和所述出液管均为直管，弹性管束的两端分别通过弹性螺旋接头与进液管和出液管相连，且进液管、出液管和弹性螺旋接头的轴线平行。

2.如权利要求1所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，所述弹性管束为空间双层结构，主体部分为直管，各层内的直管相互平行，层间的直管间存在夹角，层间相邻的两直管通过弯管相连。

3.如权利要求2所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，层内各直管间具有第一设定间距，层间直管间具有第二设定间距。

4.如权利要求3所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，所述第一设定间距和所述第二设定间距为四倍管径。

5.如权利要求1所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，所述弹性管束与进液管或出液管之间可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，还包括膨胀接头，所述膨胀接头的一端与弹性管束相连，另一端具有第一螺纹，进液管或出液管与弹性管束连接处具有管接头，管接头处设置有与第一螺纹匹配的第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹配合连接。

7.一种基于涡激振动的换热器，包括换热器壳体和如权利要求1-6任一项所述的一种基于涡激振动的空间弹性传热管，其特征在于，所述空间弹性传热管设置于换热器壳体内，进液管、出液管和弹性螺旋接头的轴线平行于壳程来流方向，弹性管束垂直于壳程来流方向。

8.如权利要求7所述的一种基于涡激振动的换热器，其特征在于，所述换热器壳体包括上端盖、主壳体和下端盖，上端盖与主壳体之间，以及主壳体与下端盖之间可拆卸连接。

9.如权利要求8所述的一种基于涡激振动的换热器，其特征在于，所述下端盖底部开设有壳程进口、管程进口和管程出口，所述上端盖顶部开设有壳程出口，空间弹性传热管的进液管与管程进口相连，出液管与管程出口相连。

10.如权利要求7所述的一种基于涡激振动的换热器，其特征在于，换热器壳体为圆柱状，各层弹性管束中，靠近弹性螺旋接头处的直管长度小于远离弹性接头处的直管长度。

技术总结
本发明提供了一种基于涡激振动的空间弹性传热管及换热器，涉及换热技术领域，所述空间弹性传热管包括进液管、出液管和连接在进液管和出液管间的多层弹性管束，所述进液管和所述出液管均为直管，弹性管束的两端分别通过弹性螺旋接头与进液管和出液管相连，且进液管、出液管和弹性螺旋接头的轴线平行。本发明能够削弱管束由于振动而在固定点处产生的交变应力，有效提高固定点处的疲劳寿命。

技术研发人员：宿艳彩,刘腾云
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18