一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构

摘要

一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构，包括由折面折流板以及与之配合的外围圆形光滑换热管和自接触内部螺旋扭曲扁形换热管连接构成的折面螺旋折流板换热器，折面折流板弯折外部顶角且剪切掉内部顶角，折面折流板确保换热器壳侧外围的流体流动方向为螺旋形，自接触内部螺旋扭曲扁形换热管确保换热器壳侧内圈的流体流动方向为螺旋形；自接触内部螺旋扭曲扁形换热管包括两类，一类长轴较长，另一类长轴较短，按照三角形方式布置，在靠近外围圆周的位置存在空隙，搭配布置长轴较短的螺旋扭曲扁形换热管，本发明能有效解决折面螺旋折流板换热器内侧区域的漏流问题，提高传热效率，阻力降低，振动减弱。

说明书

技术领域

本发明涉及螺旋折流板换热器技术领域，具体涉及一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构。

技术背景

折面螺旋折流板换热器是一种螺旋流管壳式换热器，主要是为了克服平面螺旋折流板换热器中折流板和壳壁之间的漏流而发明出来的。通过堵塞相邻两块折流板之间的外侧三角漏流区，从而增强壳侧流体的螺旋程度。折面螺旋折流板换热器具有压降损失小、传热性能好、不易结垢、流动死区小等优点。相邻两块折面折流板的外侧顶角相互连接从而封闭外侧三角漏流区，提高壳侧流体的螺旋程度，增大换热器综合换热系数。目前国内工业应用中与折面螺旋折流板换热器搭配使用的主要为光滑圆形换热管。

研究发现折面螺旋折流板换热器的壳侧流体流动时主要为螺旋状流动，相邻折流板之间的接触点将流体流动划分为两部分区域，外侧区域由于折流板的旋转弯折处理封闭了三角漏流区域，使流体按照螺旋状流动，内侧区域则依然存在漏流区域，使部分流体快速流过，没有完全参与到螺旋流动中，降低换热器换热效果，限制了折面螺旋折流板换热器的推广和应用。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构，能有效解决折面螺旋折流板换热器内侧区域的漏流问题，提高换热器的传热效率，阻力降低，振动减弱。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构，包括由折面折流板1以及与之配合的外围圆形光滑换热管2和自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3连接构成的折面螺旋折流板换热器，折面折流板1弯折外部顶角且剪切掉内部顶角，折面折流板1确保换热器壳侧外围的流体流动方向为螺旋形，自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3确保换热器壳侧内圈的流体流动方向为螺旋形。

所述的折面折流板1在其内部顶角处剪去直径为a₀的圆，a₀需满足如下计算公式：

a₀≥D·(1-e)

式中，e为相邻两块折面折流板1的交错程度，取值0-50％，D为折面螺旋折流板换热器的壳体直径。

所述的自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3中间是螺旋扭曲状的扁管，两端则保持无扭曲扁形以便与管板连接，其截面为扁形，长轴长为a，短轴长为b，扭曲螺距为s，截面长轴a和短轴b满足关系a/b≥1.2，螺距s取150～2850mm。

所述的自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3包括两类，第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面长轴较长，第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面长轴较短，按照三角形方式布置，在靠近外围圆周的位置存在空隙，搭配布置第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3，两类的长轴应满足以下的几何要求：

a₀＝(2n+1)·a₁

式中，a₀为折面折流板1内部顶角的剪切直径，a₁为第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的横截面长轴，a₂为第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的横截面长轴，2n+1为内圈空间单排能够放置的第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的最大数目，n取1，2，3……，角度A为最靠近水平方向的第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面中心与水平方向的夹角大小，所述的水平方向指单排布置第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3最多的方向，两类螺旋扭曲扁形换热管设计相同的螺距长度s以保证其自支撑作用。

本发明的有益效果为：

1、换热性能方面：本发明折面折流板1堵塞了传统螺旋折流板换热器壳体外围流体的漏流，增强了流体的螺旋程度；自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的自支撑接触堵塞了传统螺旋折流板换热器内圈的漏流通道，增强了流体的螺旋程度，易于增强换热。同时，自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3也增强了管侧流体的扰动，增强了其换热性能。此外，因为壳体内侧无折流板，壳程中压降较小，大大增加了换热器单位压降的换热系数，综合换热性能提高。

2、结构强度方面：在换热器壳体内圈自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3排列致密,相邻自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的扭曲线保持点接触，形成自支撑结构，相当于缩短了自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3长度，使自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的管束刚性大大提高,减弱自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3正常工作时的振动；而且避免了由于折面折流板1管孔大于自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3管径，造成折面折流板1管孔处自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3被磨穿的现象,大大提高了自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的寿命。

3、经济效益方面：相比折面螺旋折流板换热器，圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器的综合换热性能显著提高，相同换热量所需的换热器体积减小，且折面折流板结构简单，加工换热器所需材料减少，经济效益增加。换热器壳体内圈无需进行折面折流板和自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3之间的复杂装配流程，制作工艺难度下降。

附图说明

图1为本发明换热器结构示意图。

图2为本发明折面折流板1结构示意图。

图3为本发明自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的结构示意图。

图4为本发明换热器侧视图。

图5为本发明换热器n＝1时自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的布置图。

图6为本发明换热器壳侧纵截面速度矢量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，图2和图3，一种圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构，包括由折面折流板1以及与之配合的外围圆形光滑换热管2和自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3连接构成的折面螺旋折流板换热器，折面折流板1弯折外部顶角且剪切掉内部顶角，折面折流板1确保换热器壳侧外围的流体流动方向为螺旋形，自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3确保换热器壳侧内圈的流体流动方向为螺旋形。

参照图2和图4，所述的折面折流板1在其内部顶角处剪去直径为a₀的圆，a₀需满足如下计算公式：

a₀≥D·(1-e)

式中，e为相邻两块折面折流板1的交错程度，取值0-50％，D为折面螺旋折流板换热器的壳体直径。

参照图3，所述的自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3中间是螺旋扭曲状的扁管，两端则保持无扭曲扁形以便与管板连接，其截面为扁形，长轴长为a，短轴长为b，扭曲螺距为s，截面长轴a和短轴b满足关系a/b≥1.2，螺距s取150～2850mm。

参照图1，图4和图5，所述的自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3包括两类，第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面长轴较长，第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面长轴较短，按照三角形方式布置，在靠近外围圆周的位置存在空隙，搭配布置第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3，两类的长轴应满足以下的几何要求：

a₀＝(2n+1)·a₁

式中，a₀为折面折流板1内部顶角的剪切直径，a₁为第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的横截面长轴，a₂为第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的横截面长轴，2n+1为内圈空间单排能够放置的第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的最大数目，n取1，2，3……，角度A为最靠近水平方向的第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3横截面中心与水平方向的夹角大小，所述的水平方向指单排布置第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3最多的方向，两类螺旋扭曲扁形换热管设计相同的螺距长度s以保证其自支撑作用。

参照图6，运用数值模拟的方法得到所述的折面螺旋折流板换热器壳侧纵截面的速度矢量图，壳侧外围由于折面折流板1的作用流体主要呈现螺旋状流动，湍流扰动增强，壳侧内圈由于自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的作用，漏流量大大减少，换热性能显著提高。

所述的圆管螺旋扭曲扁管混合型折面螺旋折流板换热器结构的安装方法，包括以下步骤：进行自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的安装，先进行内圈第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的安装，转动第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3确保管束上的每个平面上扭曲面相接触，在靠近外围圆周无法完整布置第一类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的空隙区域搭配布置第二类自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3，用钢带将自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的管束捆扎牢固；然后在自接触内部螺旋扭曲扁形换热管3的管束外围布置折面折流板1，在折面折流板1之间布置外围圆形光滑换热管2，最后布置换热器壳体，装配完成。