[發明專利]單股流異徑管繞管式換熱器

有效

• 申請號: 201710664030.6
• 申請日: 2017-08-06
• 公開（公告）號: CN107228581B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 吳金星;王蕾;趙進元
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F28D7/02
• 分類號: F28D7/02;F28F9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及管殼式換熱器技術領域，特別涉及一種單股流異徑管繞管式換熱器。

背景技術

換熱器是化工、煉油、動力、冶金等許多工業生產中的重要單位設備。繞管式換熱器是一種結構特殊的管殼式換熱器，主要包括殼體、芯筒和繞管等零部件；其基本結構為繞管纏繞在芯筒外側，芯筒位于換熱器殼程的中心軸處，作為纏繞管束的支撐。

相對于其他列管式換熱器，繞管式換熱器因其結構緊湊、換熱效果好而得到廣泛關注。然而現有的繞管式換熱器中，螺旋形換熱管內流體為螺旋流或有相變，因而管內的對流換熱系數較大；而殼程中相鄰內外層繞管之間靠墊條支撐，同層換熱管之間排列比較緊密，因而殼程流體的湍動效果不足，對流換熱系數較小。因此，繞管的尺寸及其布置等殼程結構是制約繞管式換熱器綜合傳熱性能的主要因素。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種單股流異徑管繞管式換熱器。

本發明采用的技術方案是：單股流異徑管繞管式換熱器包括管箱、殼體、管板、芯筒、小徑繞管、大徑繞管、定位條、殼程進出口管、管程進出口管和耳式支座，其特征在于：芯筒焊接固定在兩端管板的中心位置，芯筒外纏繞有小徑繞管和大徑繞管兩種結構，其布置方式有兩種，第一種是每一層繞管由小徑繞管與大徑繞管交替纏繞而成，使繞管的層與層之間靠大徑繞管相互支撐，大徑繞管與小徑繞管之間形成較大間隙；第二種是緊鄰芯筒的若干層纏繞小徑繞管，小徑繞管層的外部若干層纏繞大徑繞管；相鄰內外層繞管的纏繞方式和螺旋角相同，但纏繞方向相反，相鄰內外層繞管之間直接接觸，而同層繞管之間的軸向間距用定位條定位，小徑繞管與大徑繞管的兩個管頭分別間隔布置在兩端管板上，并與管板采用先脹后焊方式連接。

所述小徑繞管、大徑繞管的管徑大小根據實際換熱器的總換熱面積而定，小徑繞管可選擇管徑8~14mm的換熱管，大徑繞管可選擇管徑12~19mm的換熱管，小徑繞管與大徑繞管的管徑之差為4~6mm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：一是采用異徑繞管即小徑繞管和大徑繞管同層交替纏繞方式，增大了繞管層之間的徑向間隙，省去了內外相鄰層間的墊條，節省了材料和制作工作量，同時也解決了同層繞管之間排列過于緊密的問題，增強了殼程流體的擾流和換熱效果，并可減少殼程流體流動阻力；二是異徑繞管采用內部若干層與外部若干層的分區布置方式，把小徑繞管布置在緊鄰芯筒的內層，可相應地減小芯筒直徑，充分利用了殼程空間，增加了繞管纏繞層數和換熱面積，從而使換熱器整體結構更加緊湊；三是相比大徑繞管，采用部分小徑繞管，可提高管內流體流速，從而增強管內對流換熱效果及換熱器綜合換熱效果。

附圖說明

圖1為單股流異徑管繞管式換熱器。

圖2為單股流異徑管繞管式換熱器橫截面布置圖一。

圖3為單股流異徑管繞管式換熱器橫截面布置圖二。

附圖標記：1-管箱；2-管板；3-殼程進口管；4-殼體；5-小徑繞管；6-管程進口管；7-殼程出口管；8-大徑繞管；9-耳式支座；10-芯筒；11-管程出口管。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明。

單股流異徑管繞管式換熱器的組裝過程：首先將芯筒與兩端管板焊接固定，芯筒位于兩端管板的中心位置，然后，對于第一種繞管布置方式，先將小徑繞管和大徑繞管的一端管頭相鄰穿入同一塊管板，用管卡與芯管焊接固定，再按照設計的螺旋角同層交替纏繞在芯筒上，兩種繞管的另一端管頭相鄰穿入另一塊管板；對于第二種繞管布置方式，先將小徑繞管的一端管頭穿入一塊管板內層區域，用管卡與芯管焊接固定，在緊鄰芯筒的內層按照設計的螺旋角先纏繞若干層小徑繞管，在小徑繞管的外層再纏繞大經繞管，小徑繞管和大徑繞管的另一端管頭分別穿入另一塊管板的內層及外層區域。同層繞管之間的軸向間距用定位條定位，定位條事先焊接固定在底板條上，底板條沿芯筒軸向布置；相鄰內外層繞管的纏繞方向相反且具有相同的螺旋角，繞管的兩端與管板連接處采用先脹后焊方式固定；將芯筒與異徑繞管組成的管束整體裝入殼體，并將兩端管板與殼體分別焊接固定，將兩端管箱通過焊接與兩端管板連接。

單股流異徑管繞管式換熱器工作時，殼程的換熱介質從殼程流體進口管流入，在殼程內軸向沖刷小徑繞管與大徑繞管，同時與小徑繞管與大徑繞管進行對流換熱，最終從殼程流體出口管流出；管程的換熱介質從管程流體進口管流入，通過管箱分配同時進入小徑繞管與大徑繞管，換熱介質通過小徑繞管與大徑繞管與殼程流體交換熱量，最終從管程流體出口管流出。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。