[發明專利]“斜日字”單元環形布管的螺旋折流板電加熱器

有效

• 申請號: 201410334497.0
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104061674A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 陳亞平;張治;吳嘉峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F24H1/10
• 分類號: F24H1/10;F24H3/00;F24H9/18
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種“斜日字”單元環形布管的螺旋折流板電加熱器，包括管束組件(1)、殼體組件(2)、密封件(3)、緊固件組(4)、小銅排組(5)、罩殼(6)、螺釘組(7)和總線銅排組(8)；所述殼體組件(2)包括筒體(2-1)、封頭(2-2)、殼體法蘭(2-3)、進口(2-4)和出口(2-5)，筒體(2-1)的左端與封頭(2-2)焊接，右端與殼體法蘭(2-3)焊接，進口(2-4)焊接在殼體下部靠近殼體法蘭(2-3)端，而出口(2-5)焊接在封頭(2-2)上；所述管束組件(1)插入所述殼體(2)內，并通過緊固件組(4)將管束組件(1)的管板(1-2)與密封件(3)和殼體(2)的殼體法蘭(2-3)連接并緊固成一體；所述小銅排組(5)的三眼小銅排(5-1)和2眼小銅排(5-2)用于管束組件(1)的U型電加熱管組(1-1)接線端的合并；所述罩殼(6)用于保護接線端，內部設有安裝總線銅排組(8)的結構件；所述螺釘組(7)用于將罩殼固定在管束組件(1)的管板(1-2)外側；

其特征在于：所述管束組件(1)包括U型電加熱管組(1-1)、管板(1-2)、環形支撐板(1-3)、傾斜折流板組(1-4)、拉桿組(1-5)、螺母組(1-6)、單端傾斜套管組(1-7)、雙端傾斜套管組(1-8)；所述管板(1-2)、環形支撐板(1-3)都是同心布置，傾斜折流板組(1-4)的外側投影圓也與之同心布置；

所述管束組件(1)的布管方案如下：以管板(1-2)的中心為原點，在管板(1-2)的平面上建立一個由x坐標軸和逆時針轉120°夾角的y坐標軸構成的平行四邊形網格坐標系，且所述網格坐標系的2個坐標軸的刻度相同，均為網格間距；所述網格間距滿足不小于2倍U型電加熱管的外徑；網格坐標以(x,y)表示，x和y均為0～17之間的整數，原點坐標為(0,0)；在所述網格坐標系中過各網格點添加與坐標軸呈60°夾角的平行線，可形成正三角形網格；所有U型電加熱管組(1-1)的每根電加熱管之2條直管段都布置在由2個以網格間距為邊長的共邊正三角形組成之菱形網格之長對角上，管中心距均為倍網格間距；所述管束組件(1)的布管方案的管孔和拉桿孔均位于所述網格坐標系的網格點上；

所述U型電加熱管組(1-1)以“斜日字”單元(1-1-0)環形排列，并根據電加熱器所需的總功率選擇合適的圈數，范圍為1至7圈；所述“斜日字”單元(1-1-0)由2根長U型電加熱管(1-1-1)和1根短U型電加熱管(1-1-2)組成，長U型電加熱管(1-1-1)與短U型電加熱管(1-1-2)的直管段長度之差大約為1.5倍U型電加熱管管徑；所述“斜日字”單元占據斜日字形三橫二豎6個網格點管位，其中2根長U型電加熱管(1-1-1)平行布置，各占據“斜日字”單元(1-1-0)的一個銳角點管位和對邊上的一個中間管位，1根短U型電加熱管(1-1-2)占據“斜日字”單元(1-1-0)的2個鈍角管位，并與其余2根長U型電加熱管(1-1-1)成60°夾角；以下按“斜日字”單元(1-1-0)的2個銳角點的網格坐標來定義“斜日字”單元(1-1-0)的位置，寫成[(x1,y1),(x2,y2)]；由內向外的第1圈“斜日字”單元有3組，其第一個“斜日字”單元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐標為[(2,0),(1,2)]，然后以原點為中心按照三等分中心對稱陣列方式環形布置；從第2圈開始均以原點為中心按照六等分中心對稱陣列方式環形布置“斜日字”單元；所述“N等分中心對稱陣列”是一種在CAD制圖中采用的將所選目標圍繞中心點在360°范圍環形布置N等分的作圖方式；以下在0°至60°的六分之一圓之扇形上給出所述網格坐標系中各“斜日字”單元的坐標：第2圈的1個“斜日字”單元的坐標為[(4,0),(3,2)]；第3圈的2個“斜日字”單元的坐標分別為[(6,0),(5,2)]和[(7,3),(5,4)]；第4圈的3個“斜日字”單元的坐標分別為[(8,0),(7,2)]、[(8,3),(9,6)]和[(6,5),(9,7)]；第5圈的4個“斜日字”單元的坐標分別為[(9,0),(11,3)]、[(9,2),(11,5)]、[(10,5),(12,8)]和[(10,7),(11,10)]；第6圈的5個“斜日字”單元的坐標分別為[(10,0),(13,2)]、[(13,2),(12,4)]、[(14,5),(12,6)]、[(14,7),(13,9)]和[(12,9),(13,12)]；第7圈的6個“斜日字”單元的坐標分別為[(14,1),(16,4)]、[(14,3),(16,6)]、[(15,6),(17,9)]、[(15,8),(16,11)]、[(14,10),(16,13)]和[(14,12),(15,15)]；將所選擇的“斜日字”單元圈數范圍內的0°至60°六分之一圓之扇形上給出的各“斜日字”單元的網格坐標，以原點為中心按照六等分中心對稱陣列方式復制即可獲得“斜日字”單元環形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈“斜日字”單元的U型電加熱管總數分別為9、27、63、117、189、279、387；在電加熱器的最外一圈按中心三等分對稱陣列方式環形布置用于固定傾斜折流板組(1-4)的6個拉桿，每塊折流板上布置2個拉桿孔；布置2、3、4、5、6、7圈“斜日字”單元的電加熱器在0°至120°區間的三分之一扇形折流板上的2根拉桿在上述網格坐標系中的坐標分別為(4,3)和(1,4)、(7,3)和(1,6)、(9,3)和(1,9)、(11,1)和(3,12)、(14,4)和(4,14)、(15,1)和(7,17)；然后將所選擇的“斜日字”單元圈數對應的拉桿坐標以原點為中心按照三等分中心對稱陣列方式環形布置；

所述管板(1-2)上設有與上述布管方案對應數量的管板管孔(1-2-1)和6個拉桿螺紋盲孔(1-2-2)；

所述環形支撐板(1-3)在管束組件(1)上位于與管板(1-2)相對的另一端，其外形為圓板形，其外徑略小于殼體組件(2)之筒體(2-1)的內徑，所述環形支撐板(1-3)的內孔是與外徑同心的正六邊形，所述正六邊形的各條邊布置在管排間隙中，其正六邊形的大小由環形支撐板(1-3)的強度和通流截面兩方面的考慮確定；環形支撐板(1-3)上設有與布管方案的管孔和拉桿孔網格點位置相對應的支撐板管孔(1-3-1)和支撐板拉桿孔(1-3-2)；

所述傾斜折流板組(1-4)以每個周期3塊折流板首尾周向重疊相接，傾斜布置在U型電加熱管束上，使殼體內流體圍繞U型電加熱管束呈螺旋流動；每塊折流板在電加熱器橫截面上的投影為擬扇面形，折流板的傾斜角(即折流板平面與電加熱器橫截面的夾角)根據傳熱系數和阻力壓降的要求確定，所述折流板投影的外徑略小于殼體組件(2)之筒體(2-1)的內徑，每塊折流板在電加熱器橫截面上投影的夾角為120°，其2條直邊均略寬于1/3圓的輻射線并位于管排之間的間隙中(約寬出0.5倍的以管孔中心距為邊長之正三角形的高)，所述三條1/3圓的輻射線中的2條與上述布管方案的坐標軸重合；每塊折流板上的折流板管孔(1-4-1)和折流板拉桿孔(1-4-2)在電加熱器橫截面上的投影與布管方案的管孔和拉桿孔網格點位置相對應；

所述拉桿組(1-5)的每根拉桿兩端均有螺紋，其長度比U型電加熱管(1-1)的直管段長度稍長，所述拉桿組(1-5)的每根拉桿一端旋入管板(1-2)內側對應的拉桿螺紋盲孔(1-2-2)；

裝配時，先將6根拉桿的一端旋入管板上的拉桿螺紋盲孔(1-2-2)內，然后按照規定的螺旋旋向依次套上一套6根長度逐漸增大的單端傾斜套管組(1-7)，再依次重復套上3塊傾斜折流板和6根雙端傾斜套管，直至傾斜折流板組(1-4)和雙端傾斜套管組(1-8)分別全部裝完，雙端傾斜套管組(1-8)的螺旋周期數量比傾斜折流板組(1-4)的螺旋周期數量少一個；再依次裝上一套6根長度逐漸縮小的單端傾斜套管組(1-7)和環形支撐板(1-3)；伸出環形支撐板(1-3)的所有拉桿之另一端螺紋上用螺母組(1-6)緊固；由此完成了管束組件(1)支架的裝配；然后按照布管方案的要求，將所有短U型電加熱管(1-1-2)和長U型電加熱管(1-1-1)先后依次從環形支撐板(1-3)端，穿過環形支撐板(1-3)、傾斜折流板組(1-4)和管板(1-2)的對應管孔插入，U型電加熱管(1-1)的管端從管板(1-2)的管孔中少許伸出，在管板(1-2)的外側進行密封焊接；

每個“斜日字”單元(1-1-0)的3根U型電加熱管的接線端子側用2條3眼小銅排(5-1)連接成組，各相鄰“斜日字”單元(1-1-0)相序相同的接線端子根據需要可用適當長度的2眼小銅排(5-2)合并，再通過導線匯合到三相電三角形接線方式對應的總線銅排組(8)的端子上。