專利名稱：螺旋折流板換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管殼式換熱器。
在石油、化工、能源動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域中，管殼式換熱器是實(shí)現(xiàn)流體熱量交換的最普遍應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式。在管殼式換熱器的殼側(cè)流道中設(shè)置折流板的作用是強(qiáng)迫殼體改變流動(dòng)方向及支承管子。為降低殼側(cè)流體的阻力，提高傳熱速率，減少管子振動(dòng)及防止流體結(jié)垢，已產(chǎn)生了許多種折流板的結(jié)構(gòu)形式。目前，在工業(yè)中較普遍采用的是弓形或園缺形折流板的結(jié)構(gòu)形式。由于在弓形折流板的園缺區(qū)中，流體呈平行于管軸方向流動(dòng)，以及在折流板和殼體交匯處存在著流動(dòng)滯止的死區(qū)，致使傳熱性能下降。由于流體在折流板之間呈曲折流動(dòng)，多次改變流動(dòng)方向，以及在折流板邊緣處引起流體分離，致使產(chǎn)生過高的流動(dòng)阻力。因此采用這種傳統(tǒng)弓形折流板，若要獲得較高的傳熱速率，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的壓降，即要以增加泵功消耗為代價(jià)。為了節(jié)能及節(jié)材，迫切需要改變傳統(tǒng)的折流板結(jié)構(gòu)形式。
本實(shí)用新型的目的是使管殼式換熱器中的殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)連續(xù)的螺旋狀流動(dòng)，提出了一種新穎的螺旋折流板結(jié)構(gòu)形式及其制造安裝工藝，以實(shí)現(xiàn)有效地降低殼側(cè)的流動(dòng)阻力及強(qiáng)化傳熱。
本實(shí)用新型的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種螺旋折流板管殼式換熱器，其折流板為螺旋折流板，螺旋折流板的特征參數(shù)為螺旋角φ，直徑D，一個(gè)螺距長(zhǎng)度為Hs,Hs=πDtgφ，按圓心角將螺旋線投影的園周作2m等分，m為1、2、3……自然數(shù)，一個(gè)螺距的螺旋折流板由2m塊呈部分橢園形平面板(4)和2m-1塊三角形平面阻流板(5)相間連接成螺旋面組成，在換熱器殼體(1)有效長(zhǎng)度L內(nèi)設(shè)有Z塊部分橢園形板(4),Z≤2mL/Hs，取整數(shù)，和(Z-1)塊阻流板(5)相間連接構(gòu)成連續(xù)的螺旋面。
本實(shí)用新型的基本思想是徹底改變弓形折流板的流體流動(dòng)方式及流場(chǎng)分布，在螺旋折流板之間，流體呈連續(xù)、柱塞狀螺旋流動(dòng)，流速較穩(wěn)定，動(dòng)量變化小，無折流板邊緣產(chǎn)生流體分離，因此可有效地降低流動(dòng)阻力。流體呈螺旋形流動(dòng)，并不是一種以某傾斜角橫掠管束的流動(dòng)狀態(tài)，而在其流道中，從園心至殼體半徑方向上存在著較大的速度梯度，以及在螺旋形槽道中兩次環(huán)流的影響下，能有效地在管子表面產(chǎn)生紊流，使邊界層減薄及分離，以及在此折流板中不存在流動(dòng)滯止死區(qū)，因此在盡可能小的的泵功消耗的情況下能產(chǎn)生較高的傳熱速率，這種新穎結(jié)構(gòu)易于制造及安裝，它的推廣應(yīng)用能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。


圖1為有心軸的螺旋面示意圖。
圖2為有心軸螺旋面內(nèi)、外周的導(dǎo)程示意圖。
圖3為在園周長(zhǎng)度上螺距Hs和園心角α變化關(guān)系示意圖。
圖4為在直徑為D的園柱上以園心角α將園周二等分的一個(gè)螺距螺旋折流板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為在直徑為D的園柱中分面上，半橢園形板A、B和阻流板C的幾何關(guān)系示意圖。
圖6為在直徑為D的園柱上以園心角α將園周四等分的一個(gè)螺距螺旋折流板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為在直徑為D的園柱中分面上，直角橢園形板 與阻流板的幾何關(guān)系示意圖。
圖8為管板與橢園形板上管孔對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
圖9為螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
螺旋形折流板的兩個(gè)重要幾何參數(shù)是折流板外周基園直徑D及螺旋角φ。折流板安裝于殼體1中，殼體內(nèi)徑為Do，為便于安裝的裝配要求及盡可能的減少流體短路流動(dòng)，折流板直徑和殼體1內(nèi)徑的間隙為C1，則D=Do-2C1,1mm≤C1≤10mm。螺旋角φ為5°＜φ＜50°，螺旋角的大小決定了螺旋折流板的螺距Hs，且Hs=πDtgφ。D和Hs的大小將影響殼側(cè)流道流動(dòng)截面積(即流速的大小)，以及流體流動(dòng)旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的速度梯度，是直接影響流動(dòng)阻力及傳熱性能的好壞的兩個(gè)重要幾何參數(shù)。
要實(shí)現(xiàn)上述目的，要設(shè)計(jì)加工一個(gè)等厚度的螺旋面作為折流板，并使螺旋面垂直于管軸，使流體嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)螺旋流動(dòng)，在技術(shù)上是難以實(shí)施。這是一項(xiàng)可想而不可及的事情。
在螺旋輸送器中的螺桿，在傳動(dòng)系統(tǒng)中的絲杠等，其等厚度的螺旋面是設(shè)置在中心桿(或稱心軸)上，見
圖1。螺旋面基園外周直徑為Do，心軸直徑為Do，當(dāng)螺旋角φo一定后，螺旋面外周螺距為Hso=πDotgφo，導(dǎo)程長(zhǎng)為L(zhǎng)o=πDo/cosφo。在心軸上螺旋面內(nèi)周的螺距Hso應(yīng)該和外周螺距Hso相等，因此，在心軸上螺旋面內(nèi)周的螺旋角φo應(yīng)為tgφo=Hso/πDo=(Do/Do)tgφo，其導(dǎo)程長(zhǎng)Lo應(yīng)為L(zhǎng)o=πDo/cosφo，其幾何關(guān)系見圖2，這樣一個(gè)螺旋面的設(shè)計(jì)及加工是可以實(shí)現(xiàn)的，并已在工業(yè)中采用。但在管殼式換熱器中并不存在中心桿(或心軸)，則螺旋面內(nèi)周是在殼體中心線上，即Do=0，要使螺旋面保持垂直于殼體中心線走出一個(gè)螺距Hso，則在中心線上是無法走出一個(gè)和Hso相等的螺距，這就是至今在螺旋折流板開發(fā)上所遇到的難題。若就是設(shè)置中心桿，這樣一個(gè)螺旋面的加工及在螺旋面上的許多管孔的加工也是十分困難的。
本發(fā)明思想是從簡(jiǎn)化螺旋面的結(jié)構(gòu)著手，在分析螺旋面的幾何關(guān)系中尋求出一個(gè)用平面替代曲面，而能使殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)連續(xù)螺旋形流動(dòng)，這樣一種新穎的折流板結(jié)構(gòu)，稱為螺旋形折流板。
當(dāng)螺旋面的幾何參數(shù)D和φ確定后，在以直徑為D的園柱上，螺旋面的外周螺距為Hs，且Hs=πDtgφ。此螺距沿園柱投影園周長(zhǎng)πD和園心角α的變化呈線性變化關(guān)系，見圖3，園心角α從0°至180°，在園柱上螺旋面的軌跡上升了半個(gè)螺距Hs/2；從180°至360°，螺旋面又上升了半個(gè)螺距Hs/2?；谏鲜龌娟P(guān)系，在圖4中示出園柱上一個(gè)螺距的螺旋面外周軌跡的變化規(guī)律。在一個(gè)直徑為D的園柱上，其螺旋線的投影基園上從01至O2，園心角α從0°至180°，在半個(gè)園周的園柱上，一個(gè)以螺旋角φ的螺旋面在半個(gè)園周的園柱上軌跡為從O1A走到O2A的螺旋線，此O1A和O2A的垂直高度差為Hs/2。點(diǎn)O1A和O2A連成直線，此直線和園柱上螺旋線外周的曲線組成一個(gè)平面A，此平面A為半橢園形平面。同樣園心角α從180°至360°，螺旋線外周從O2B至O1B，其垂直高度差也是Hs/2,O1B、O2B連成直線和園柱上螺旋線組成的平面亦是半橢園形平面B。若采用園柱面以O(shè)1O2為中分面，在此中分面上，半橢園形平面A及B的投影為直線O1AO2A及O1BO2B，見圖5，在圖中可見，半橢園形平面A和B分別和水平線夾角θ，且存在著如下幾何關(guān)系tgθ=Hs/2D=πDtgφ2D=π2tgφ]]>θ=arctg(π2tgφ)---(1)]]>從上式可見，θ角是一個(gè)完全取決于螺旋角φ的特征角，半橢園形平面A、B是分別以向上及向下傾角為θ和園柱的切面。它是由一個(gè)橢園形平面以長(zhǎng)軸為中分面切開為兩塊對(duì)稱的半橢園形平面。此橢園形平面短半軸長(zhǎng)度b=D/2，長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度a,a的大小由下式計(jì)算而得，a=12D2+(Hs/2)2=D21+(π2tgφ)2----(2)]]>a的大小完全取決于螺旋面的幾何參數(shù)D和φ值。
由圖4和圖5可見，兩塊半橢園形平面的中心OA和OB和頂點(diǎn)O2A(或O2B)組成一個(gè)等腰三角形平面C，該等腰三角形平面稱為阻流板C，其底邊長(zhǎng)度OAOB=Hs/2，高為D/2。此阻流板C將上、下兩塊半橢園形平面A及B連接，起著迫使流體呈螺旋狀流動(dòng)，防止流體短路，且起著將上、下兩塊半橢園形板定位的作用。
上述發(fā)明思想說明一個(gè)螺距的螺旋形折流板的結(jié)構(gòu)是由兩塊半橢園形板A和B及阻流板C所組成。以此類推，在一個(gè)換熱器有效長(zhǎng)度L上，可由若干個(gè)螺距的螺旋折流板組合而成。
從上述發(fā)明思想所提供的螺旋形折流板可實(shí)現(xiàn)殼側(cè)流體作螺旋狀流動(dòng)，但和嚴(yán)格的螺旋面相比，其殼側(cè)螺旋流動(dòng)的截面積并非均勻不變，且等于DHs/2，若采用上述的螺旋折流板，其殼側(cè)流道的最小流動(dòng)截面積為由點(diǎn)O1A、OA、OB、O1B所組成的梯形平面(見圖5)，該梯形平面的截面積為3HsD/8和嚴(yán)格螺旋面流動(dòng)截面積相比較，最小流動(dòng)截面積縮小了25％，在流道中由于截面收縮及擴(kuò)大會(huì)增加不必要的阻力損失。因此，在上述發(fā)明思想的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)螺距的螺旋折流板，按園心角將360°分成四等分，由四塊直角形橢園板和三塊阻流板組成的結(jié)構(gòu)形式。圖6示出在直徑為D的園柱上，從O1出發(fā)，園心角α經(jīng)過90°，螺旋線上升為Hs/4，但在園柱軸心線上，僅上升Hs/8(點(diǎn)OA1位置)，在圖7的O1O2中分面投影圖上以點(diǎn)OA1示出。當(dāng)園心角α從90°至180°，圖6中螺旋線至O2A點(diǎn)，但園心軸線從OA1升至OA2，因此，在圖6中直角形橢園板A1及A2，分別以短半軸為D/2，而長(zhǎng)半軸為O1AOA1及OA2O2A的直線所組成的四分之一的橢園形平面，我們稱它為直角形橢園面。從圖7中幾何關(guān)系，可計(jì)算出橢園面與水平面的傾角θ1，及長(zhǎng)半軸a1的大小為tgθ1=Hs/8D/2=π4tgφ]]>θ1=arctg(π4tgφ)-----(3)]]>a1=(H88)2+(D2)2=(π8Dtgφ)2+(D2)2]]>=D21+(π4tgφ)2---(4)]]>此時(shí)阻流板C1的結(jié)構(gòu)尺寸為底邊長(zhǎng)為Hs/4，高仍為D/2的等腰三角形，以此類推，直角形橢園面B1和B9，及阻流板C2、C3，均與橢園形平面A1、A2及阻流板C1相同。
一個(gè)螺距的螺旋折流板采用四塊直角形橢園板及三塊阻流板組合的結(jié)構(gòu)，雖比上述兩塊半橢園板及一塊阻流板組合的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些，但我們從圖6及圖7的示意圖中可見，此時(shí)殼側(cè)流道的最小截面積是由點(diǎn)O1A、OA1、OB1及O1B所組成的梯形截面，其截面積為7HsD/16，和嚴(yán)格螺旋面流動(dòng)截面積相比較，最小流動(dòng)截面積僅縮小了12.5％，即流道中截面收縮及擴(kuò)大的影響比采用半橢園折流板要小，更接近于螺旋曲面。以結(jié)構(gòu)復(fù)雜及加工量增加為代價(jià)，可獲取更優(yōu)良的熱工性能。嚴(yán)格地說，按此發(fā)明思想，可把一個(gè)螺距的螺旋折流板按園心角將一個(gè)園周360°分成2m等分，m=1、2、3……為自然數(shù)，則由2m塊部分橢園形平面板4及(2m-1)塊阻流板5相間連接成螺旋面，以實(shí)現(xiàn)更漸近于螺旋形曲面，但這存在著一個(gè)適度問題，即要對(duì)增加的投入和得到的回報(bào)作比較，是否值得。
從上面所述的發(fā)明思想可歸結(jié)為實(shí)現(xiàn)換熱器中殼側(cè)流體作連續(xù)螺旋形柱塞流動(dòng)，在采用螺旋形曲面難以實(shí)現(xiàn)及難以加工的情況下，提出了以平面形折流板新穎結(jié)構(gòu)，即用部分橢園形板4和等腰三角形阻流板5組合的方式，我們稱為螺旋折流板，它能使殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)螺旋形流動(dòng)的特征，它可簡(jiǎn)化加工的難度，在不改變管殼式換熱器的制造工藝的條件下，方便地實(shí)施本實(shí)用新型。
1、本實(shí)用新型提出的螺旋折流板的結(jié)構(gòu)及幾何尺寸取決于螺旋折流板外徑D及螺旋角φ兩個(gè)重要幾何參數(shù)，提高換熱器的性能需合理地選取這兩個(gè)幾何參數(shù)值。
2、本實(shí)用新型提出的螺旋折流板的結(jié)構(gòu)組成及選用原則。
一個(gè)螺距Hs(Hs=πDtgφ)的螺旋折流板可按園心角α從0°至360°，分成2m等分，m=1、2、3……為自然數(shù)。則有2m塊以部分橢園形為特征的平面板4及有(2m-1)塊等腰三角形平面阻流板5相間連接成螺旋面所組成。m數(shù)愈大，該螺旋折流板結(jié)構(gòu)更漸近于嚴(yán)格的螺旋形曲面，性能的提高以增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及加工量為代價(jià)。
當(dāng)m=1時(shí)，一個(gè)螺距的螺旋折流板的結(jié)構(gòu)是由兩塊半橢園形板及一塊三角形阻流板組成。
當(dāng)m=2時(shí)，一個(gè)螺距的螺旋折流板是四塊直角形橢園形板及三塊三角形阻流板所組成。
以此類推，合理地選取m值，需考慮設(shè)計(jì)性能的需要、結(jié)構(gòu)實(shí)施的工藝性及合理性。
通常在管殼式換熱器中，根據(jù)設(shè)計(jì)性能需要管程走雙回程或四回程，在管板上需留有和分程隔板安裝密封的寬度，在此寬度上可設(shè)置阻流板5。因此，為方便阻流板的安裝及結(jié)構(gòu)上合理性，一般選用的原則為當(dāng)管程為二回程時(shí)，宜選用m=1，即兩塊半橢園形板及一塊阻流板，且阻流板設(shè)置在隔板密封槽寬度內(nèi)。
當(dāng)管程為四回程時(shí)，宜選用m=2，即四塊直角形橢園板及三塊阻流板。
3、從換熱器熱工性能設(shè)計(jì)要求，為螺旋折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可提供的已知條件1)傳熱管型式及材質(zhì)，管子規(guī)格、長(zhǎng)度及管子數(shù)，即給出了螺旋折流板上管孔do的尺寸，及在兩管板之間安裝折流板的有效長(zhǎng)度L。
2)殼體結(jié)構(gòu)及幾何尺寸，給出了螺旋折流板的投影外周直徑D,D=Ds-2C1。式中Ds為殼體內(nèi)徑，C1是折流板安裝在殼體內(nèi)，其外周和殼體之間的間隙。
3)管板上管孔布置圖，即選定了管程數(shù)，管孔的排列(等邊三角形或正方形等)。給出了折流板上管孔中心的間距及管孔的幾何尺寸。
4)從設(shè)計(jì)性能要求，給定螺旋角φ。
5)選定螺旋折流板的結(jié)構(gòu)，m=1，或2。折流板材質(zhì)及板厚度。
4、螺旋折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)施工藝。
下面將以一個(gè)螺距螺旋折流板由兩塊半橢園形板及一塊等腰三角形阻流板的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)、工藝及組裝作介紹，參見圖8、9。
1)橢園形板4的結(jié)構(gòu)，決定橢園形板形狀的兩個(gè)幾何參數(shù)為短半軸b和長(zhǎng)半軸a。其幾何尺寸的關(guān)系為b=D/2a=D21+(π2tgφ)2]]>2)橢園形板4上管孔7的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)管板2上管孔7的布置尺寸可決定橢園形板4上管孔7的結(jié)構(gòu)尺寸，圖8示出一個(gè)在管板2上管孔7的布置方式，若管程采用雙回程，在管板2軸線上應(yīng)設(shè)有放置隔板寬度的密封槽，因此在管板2軸線X上、下和管孔7中心距C2應(yīng)根據(jù)隔板寬度和管孔直徑do來選取。在管板2上管孔7若以等邊三角形排列，相鄰管孔7中心的距離為t，在管板2的Y方向上，兩排管孔中心線之間距離為y,y=t/cos30°。
兩塊半橢園板4是沿長(zhǎng)軸對(duì)稱剖開，分別以傾角θ傾斜，管板2上軸線X和橢園形板4的長(zhǎng)軸相對(duì)應(yīng)。在圖8的橢園形板4上的管孔7布置對(duì)應(yīng)于管板2上管孔7布置，其長(zhǎng)軸軸線為X，短軸軸線為Y，則橢園形板4上Y方向的管孔7中心間距y和軸線間距C2和管板2上布置的尺寸相等，所不同的是在X方向上，由于橢園板4存在著傾角θ，因此管孔7呈橢園形，相鄰兩橢園形管孔7中心線的間距x=t/cosθ，橢園形管孔7短軸長(zhǎng)為do，而長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為do/cosθ，其θ角的大小由下式給出。θ=arctg(π2tgφ)]]>根據(jù)上述幾何關(guān)系，可確定橢園形板4上管孔7的位置及加工尺寸。若干塊橢園形板4上管孔7可疊在一起加工，節(jié)省加工工作量。
3)半橢園板一個(gè)螺距的兩塊半橢園形板A及B，是由上述加工好的橢園形板4沿長(zhǎng)軸剖開而得。
4)阻流板結(jié)構(gòu)阻流板C是一塊和折流板等厚的等腰三角形板片，其底邊長(zhǎng)為Hs/2，高為D/2。
5)螺旋折流板的組成已知換熱器有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，一塊半橢園形板安裝所占長(zhǎng)度為Hs/2，因此該換熱器螺旋折流板應(yīng)有Z塊半橢園形板4,Z=L/(Hs/2)取整數(shù)，以及有Z-1塊等腰三角形阻流板5相間連接構(gòu)成連續(xù)的螺旋面所組成。
6)螺旋折流板的安裝及固定在螺旋折流板組裝時(shí)，可利用管板2上先穿入幾根傳熱管3作定位桿，將第一塊半橢園形板4以傾角θ穿入傳熱管3，然后將阻流板5和半橢園板4點(diǎn)焊上，再將下一塊半橢園板4穿入傳熱管3，為確保橢園形板4安裝尺寸，在半橢園形板4的邊緣鉆上對(duì)稱的定位孔，穿上拉桿6，拉桿6既可固定折流板，并起著扦查橢園形板4間距，在阻流板5和上、下兩塊半橢園板4焊牢后，由于拉桿6的存在增加了折流板的強(qiáng)度和剛性，便于穿管，兩個(gè)螺距的半橢園形板4之間連接三角形阻流板5，半橢園形板4與阻流板5相間連接構(gòu)成連續(xù)的螺旋面。在圖9中示出了螺旋折流板換熱器中螺旋折流板組裝的示意圖。在確定所有折流板完全組裝好后，管子和管板最后脹死或脹焊方式連接，以確保管子和管板的連接強(qiáng)度及氣密性。這樣組裝好的管束可套入殼體1中，完成安裝工作。
當(dāng)采用m=2，一個(gè)螺距的螺旋折流板由四塊直角形橢園板及三塊等腰三角形組成時(shí)，可參照上述介紹的方法去實(shí)施，所不同的有如下幾點(diǎn)1)直角形橢園面和水平面夾角θ，按公式3計(jì)算；2)橢園形板的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度a1按公式4計(jì)算；
3)等腰三角形阻流板底邊長(zhǎng)為Hs/4；4)螺旋折流板應(yīng)有Z塊直角形橢園板片，Z=L/(Hs/4)(取整數(shù))及(Z-1)塊阻流板所組成。
本實(shí)用新型實(shí)施例油冷卻器，采用管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，管內(nèi)走冷卻水以冷卻殼側(cè)的潤(rùn)滑油。
傳熱管采用黃銅管軋制的橫槽紋管，管外徑d=19mm，管子數(shù)n=19。
殼體為無縫鋼管，φ146×5.5mm，殼體內(nèi)徑D5=135mm，折流板和殼體間隙C1=2mm，折流板直徑D=Ds-2C1=131mm。
管板上管子為三角形排列，管孔直徑d1=19.4mm，管孔中心距t=25mm。
兩管板之間傳熱管有效長(zhǎng)度L=1460mm。
折流板厚度為3mm，折流板上管孔直徑do=19.6mm。
殼側(cè)采用折流板結(jié)構(gòu)形式四種，第一種為傳統(tǒng)弓形折流板，園缺25％，折流板間距為100mm；第二、三、四種采用螺旋折流板，其螺旋角φ分別為15°、25°及40°。
三種螺旋折流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算見下表
試驗(yàn)是在相同的傳熱管束，并在相同試驗(yàn)條件下(即在相同水和油流量下)作比較。熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)采用K/ΔP值。該指標(biāo)可衡量換熱器在相同殼側(cè)阻力降(ΔP)條件下所獲得的總傳熱系數(shù)值。ΔP大小反映流體泵功消耗(即運(yùn)行費(fèi)用)，K值反映傳熱性能強(qiáng)弱，K值越大，在完成相同熱負(fù)荷下，具有較小的傳熱面積，即可減少設(shè)備投資費(fèi)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，以弓形折流板作為比較基礎(chǔ)，在螺旋角分別為15°、25°及40°時(shí)，(K/ΔP)值分別是弓形折流板的1.3～2.5倍，可見螺旋折流板比傳統(tǒng)弓形折流板具有優(yōu)良的熱工性能。
螺旋折流板換熱器尤其適用于在傳熱過程中殼側(cè)的熱阻比管側(cè)熱阻大得多的場(chǎng)合，它更能發(fā)揮強(qiáng)化傳熱的作用。
采用螺旋折流板的加工雖比弓形折流板復(fù)雜，但相對(duì)于能獲得降低阻力及強(qiáng)化傳熱的效益相比，螺旋折流板換熱器應(yīng)具有潛在市場(chǎng)需求，是值得被工業(yè)界所接受及推廣的新產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種螺旋折流板管殼式換熱器，其特征在于其折流板為螺旋折流板，螺旋折流板的特征參數(shù)為螺旋角φ，直徑D，一個(gè)螺距長(zhǎng)度為Hs,Hs=πDtgφ，按圓心角將螺旋線投影的園周作2m等分，m為1、2、3……自然數(shù)，一個(gè)螺距的螺旋折流板由2m塊呈部分橢園形平面板(4)和2m-1塊三角形平面阻流板(5)相間連接成螺旋面組成，在換熱器殼體(1)有效長(zhǎng)度L內(nèi)設(shè)有Z塊部分橢園形板(4),Z≤2mL/Hs，取整數(shù)，和(Z-1)塊阻流板(5)相間連接構(gòu)成連續(xù)的螺旋面。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋折流板換熱器，其特征在于所述的部分橢園形板(4)是由一塊橢園形板等分成2m等分面得，其短半軸長(zhǎng)b=D/2，長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度a分別為m=1時(shí)，半橢園形平面，a=D21+(π2tgφ)2]]>m=2時(shí)，直角形橢園平面，a1=D21+(π4tgφ)2]]>所述的等腰三角形阻流板(5)，其高度為D/2，底邊長(zhǎng)度分別為m=1時(shí)，底邊長(zhǎng)為Hs/2,m=2時(shí)，底邊長(zhǎng)為Hs/4。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋折流板換熱器，其特征在于所述的螺旋角φ為5°＜φ＜50°，所述的直徑D=Ds-2C1,Ds為殼體內(nèi)徑，C1為折流板外周與殼體間隙，1mm≤C1≤10mm。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋折流板換熱器，其特征在于螺旋折流板由阻流板(5)和拉桿(6)連接固定橢園形板(4)構(gòu)成一體。
專利摘要一種螺旋折流板換熱器是一種在工業(yè)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用的管殼式換熱器,其僅改變傳統(tǒng)的弓形折流板的結(jié)構(gòu)形式,螺旋折流板是采用呈部分橢圓形及三角形的平面板組合而成,可使殼側(cè)流體實(shí)現(xiàn)連續(xù)、柱塞狀螺旋流動(dòng),改變了流體流場(chǎng)分布,從而克服了存在的傳熱死區(qū)及來回折流動(dòng)量損失。可獲得有效地降低流動(dòng)阻力及明顯提高傳熱速率的效果,簡(jiǎn)化了螺旋形曲面板的加工難度,使其容易推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F28F9/00GK2310975SQ9724203
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1997年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月15日
發(fā)明者楊杰輝 申請(qǐng)人:楊杰輝