旋流网板支承管束的管壳式换热器及其强化传热方法

摘要

本发明提供一种旋流网板支承管束的管壳式换热器，包括壳体、传热管、传热管支承板、管板，所述管板设置于壳体内两端，在壳体内两端管板之间设置有传热管支承板，所述传热管穿过传热管支承板与管板相连接，所述传热管支承板为旋流网板，在旋流网板上设置有旋流构件；所述旋流构件为一段带螺旋角的螺旋钮片，所述螺旋钮片的轴向形状为圆形。本管壳式换热器利用旋流网板上设置的旋流构件对流经管隙间的流体进行分段旋流加速，使流体在旋流构件的下游处形成可维持较长距离的纵向自旋流，提高管隙间流体的边缘流速，从而有效提高传热管壁面附近的流体流速，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

说明书

                     技术领域

本发明涉及管壳式换热器技术，特别涉及一种带管间支承部件的管壳式换热器及其强化传热方法。

                     背景技术

现有管壳式换热器的壳程结构有多种，如专利号为ZL93243442.8的中国实用新型专利“轴流型花瓣状翅片管换热器”公开了一种以波纹状长孔支承板作为管间支承部件的壳程结构；专利号为ZL89218385.3的中国实用新型专利“管壳式换热器管间支撑物”公开了一种以管节空心环或螺旋线空心环作为管间支承部件的壳程结构；这些壳程管间支承部件对壳程流体的扰动均为横向扰动，所造成的横向涡流沿管隙间支承物下游方向会较快衰减，不能对下游传热管表面维持较长距离的传热强化促进作用，因此，壳程管间支承部件对壳程传热的强化作用较弱，而主要依靠具有各种粗糙肋面的强化传热管(如缩放管、螺纹翅片管及花瓣形翅片管等)提高壳程传热膜系数，由于壳程流体的轴向流速受流动截面较大的限制不易提高，如果仅依靠强化传热管的粗糙肋面的手段，壳程传热膜系数提高的幅度不高，与光滑管相比，一般为50％左右；为进一步提高管壳式换热器壳程流体轴向流动的壳程传热膜系数，需对换热器的壳程流道作进一步优化改进。

                        发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用管间支承部件对管隙间流体产生纵向旋流作用，使流体可维持较长距离的纵向自旋流，有效提高传热管束壁面的流体流速，较大幅度提高壳程传热膜系数的旋流网板支承管束的管壳式换热器。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述管壳式换热器实现的强化传热方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本旋流网板支承管束的管壳式换热器包括壳体、传热管、传热管支承板、管板，所述管板设置于壳体内两端，在壳体内两端管板之间设置有传热管支承板，所述传热管穿过传热管支承板与管板相连接，其特征在于：所述传热管支承板为旋流网板，在旋流网板上设置有旋流构件。

所述旋流网板包括网板边框、纵向支撑条、横向支撑条、旋流构件，所述纵向支撑条与横向支撑条相互垂直设置并且都与网板边框固定连接，所述旋流构件连接于纵向支撑条与横向支撑条的轴向交叉点上。

所述旋流构件可位于纵向支撑条或横向支撑条的一侧，仅与纵向支撑条或横向支撑条相连接；亦可位于纵向支撑条与横向支撑条之间，其两端分别与纵向支撑条及横向支撑条相连接。

所述旋流网板亦可包括网板边框、反复折线支撑条、折线间支撑条、旋流构件，所述反复折线支撑条与网板边框固定连接，在两相邻的反复折线支撑条之间连接有折线间支撑条，所述旋流构件连接于反复折线支撑条与折线间支撑条的连接点上。所述反复折线支撑条与折线间支撑条可连接构成蜂窝状(正六边形)网格。

所述旋流构件为一段带螺旋角的螺旋扭片，可由一长条平片绕对称轴均匀扭转一定角度形成；所述螺旋扭片的轴向形状为圆形，所述圆形为与所述螺旋扭片相邻的各传热管的外切圆；所述螺旋扭片的长度为螺距的若干倍数。

具体地，所述螺旋扭片两端之间相对的总旋转角为α(α为90°的整数倍)时，螺旋扭片两端部相垂直，可以分别连接于空间上相互垂直但相距一段距离的纵向支撑条和横向支撑条之间。

利用上述旋流网板支承管束的管壳式换热器实现的强化传热方法为：利用旋流网板上设置的旋流构件对流经管隙间的流体进行分段反复旋流加速，使流体在旋流构件的下游处形成可维持较长距离的纵向自旋流，提高管隙间流体的边缘流速，从而有效提高传热管壁面附近的流体流速，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

本发明与现有技术相比具有如下的优点及有益效果：(1)壳程传热膜系数的提高幅度大；换热器壳程的旋流网板对管隙间流体的扰流由横向扰流改进为纵向扰流，此种扰流方式使流体中心区的流速变小，而边缘区的流速增大，这有利于提高传热管壁处的流体流速，增大壳程传热膜系数，同时管间支承部件造成的涡流为纵向涡流而非横向涡流，避免了横向涡流沿轴向衰减过快的缺点，充分利用了纵向涡流沿轴向可维持较长距离自旋的长处，这样可使旋流作用的有效距离较长，传热强化的效果较好，与现有的管间支承部件相比，当采用相同的传热管，旋流网板对壳程传热膜系数的提高可达30％以上。(2)传热强化效果好，节能降耗。流体沿管隙间轴向流动过程中，纵向涡流的能量损失较少，可维持较长的自旋流距离，能以较少的流体输送功耗，获得较好的传热强化效果。(3)本发明的旋流网板管间支承部件在工艺上制造简易，加工成本低，减少了设备投资。

                    附图说明

图1是本发明旋流网板支承管束的管壳式换热器的结构示意图。

图2是图1所示管壳式换热器的A-A向视图。

图3是图1所示管壳式换热器的旋流网板结构示意图。

图4是图1所示管壳式换热器的旋流网板的另一结构示意图。

图5是图3及图4所示的旋流网板上螺旋扭片的结构示意图。

图6是本发明旋流网板支承管束的管壳式换热器的另一结构示意图。

                 具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本发明旋流网板支承管束的管壳式换热器的具体结构如图1所示，包括换热器下封头1、下管板2、下环套3、壳体4、旋流网板5、传热管6、上环套7、上封头8、上管板9，各构件的相互位置及连接关系为：在壳程径向各传热管6之间保持一定的距离穿接在旋流网板5上，传热管6之间的间隙由旋流网板5限定，旋流网板5沿壳体轴向均布设置，传热管6的上、下两端分别与上、下管板9、2焊接连接，上、下环套7、3分别与上、下管板9、2及壳体4的上下两端焊接相连，上、下封头8、1分别与上、下管板9、2焊接相连，由上、下环套7、3及壳体4的内侧和传热管束6的外侧及上、下管板9、2构成换热器的壳程流道；由上、下封头8、1及传热管6的内侧和上、下管板9、2构成管程流道。

所述旋流网板5的结构如图3及图5所示，由图3可见，旋流网板5包括网板边框5-1、纵向支撑条5-2、横向支撑条5-3、旋流构件5-4，所述纵向支撑条5-2与横向支撑条5-3在轴向相距一段距离并相互垂直设置，都与网板边框5-1固定连接形成网板，所述旋流构件5-4连接于纵向支撑条5-2与横向支撑条5-3的轴向交叉点上；所述旋流构件5-4为一段带螺旋角的螺旋扭片，其轴向形状为圆形，所述圆形为与螺旋扭片相邻的各传热管6的外切圆(如图2所示)，所述螺旋扭片由一长条平片绕对称轴均匀扭转270°形成，螺旋扭片的长度为螺距的1.5倍，如图5所示，这种螺旋扭片的两端部相垂直，分别连接于空间上相互垂直但相距一段距离的纵向支撑条5-2和横向支撑条5-3上(见图3)。

利用上述旋流网板支承管束的管壳式换热器实现的强化传热方法是利用旋流网板5上设置的螺旋扭片对流经管隙间的流体进行分段旋流加速，使流体在螺旋扭片的下游处形成可维持较长距离的纵向自旋流，提高管隙间流体的边缘流速，从而有效提高传热管壁面附近的流体流速，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，强化壳程传热。

实施例2

本实施例除下述技术特征外同实施例1：所述旋流网板5的结构如图4所示，包括网板边框5-1、纵向支撑条5-2、横向支撑条5-3、旋流构件5-4，所述纵向支撑条5-2与横向支撑条5-3贴在一起并在轴向交叉的位置焊接连接，旋流构件5-4焊接于纵向支撑条5-2的一侧，仅与纵向支撑条5-2相连接。

实施例3

本实施例除下述技术特征外同实施例1：所述旋流网板5的形状结构如图6所示，包括网板边框5-1、反复折线支撑条5-5、折线间支撑条5-6、旋流构件5-4，所述反复折线支撑条5-5与网板边框5-1固定连接，在两相邻的反复折线支撑条5-5之间添加连接折线间支撑条5-6形成网板，反复折线支撑条5-5与折线间支撑条5-6相连接构成蜂窝状(正六边形)网格；所述旋流构件5-4连接于反复折线支撑条5-5与折线间支撑条5-6的连接点上。传热管6穿过反复折线支撑条5-5和折线间支撑条5-6构成的正六边形内并与旋流构件5-4轴向形成的圆形相切。