[发明专利]一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器

说明书

本发明公开了一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体、管板、拉杆、折流栅和凹面换热管，采用折流栅取代现有技术中的折流板：折流栅中的折流杆交错穿插于凹面换热管之间，每四个折流栅为一个折流栅组，折流栅组内折流杆的走向依次错开90度，即折流杆从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，使壳程流体沿轴向流动，减少了流体横向流动时的诱导振动，使管内外流体呈纯逆流流动，提高传热温差，此外，当管外流体流经管外表面半球形凹陷时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，换热管内表面形成与管外表相对应的半球形凸起，对管内近壁流体产生周期性的扰动，提高了低流速时的对流换热系数。本发明适用于低流速流体换热中。

技术领域

本发明属于传热设备领域，具体涉及一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器。

背景技术

传统的管壳式换热器结构主要由壳体、换热管、管束支撑物、两端管板、两端封头、壳程及管程进出口接管共同连接构成，换热管为表面光滑的圆管，管间的支撑物通常为折流板，壳程流体呈“S”形流动，由于流体横过管束流动(错流)，且换热管与折流板管孔之间有间隙，因此由漩涡脱离、湍流颤振、流体脉动等引起换热管和折流板的流体诱导振动，常导致换热管被折流板磨损甚至磨穿或换热管和折流板发生振动疲劳而破坏。传统管壳式换热器中由于折流挡板的存在，使得壳程流体的流动过程中形成许多“死区”，“死区”内的流体几乎处于停滞状态，导致其传热面积没有得到充分利用，从而导致壳程传热系数低、易结垢、流体阻力大，此外，现有技术中的换热管为表面光滑的圆管，管内外流体对流传热系数低。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明设计了一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，换热器的壳程结构中采用折流栅取代现有技术中的折流板，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向夹持凹面换热管，有效减少了因流体反复横向流过管束时产生的诱导振动；此外，所述凹面换热管的外表面圆周上半球形凹陷的设计，当管外流体流过半球形凹陷时，可形成多个小漩涡，强化了管外对流换热，在管内表面形成与管外表凹面相对应的半球形凸起，管内表面的半球形凸起对管内近壁流体产生周期性的扰动，破坏流体的流动边界层和传热边界层，在雷诺数较小的情况下，也可以形成湍流，提高了低流速时的对流换热系数。同时在相同的流通截面积下，传热面积增大，并提高了传热速率。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种折流栅支撑凹面换热管的管壳式换热器，包括筒体、管板、拉杆，所述管板与筒体的两端固定连接，所述管壳式换热器还包括设在筒体内的凹面换热管和折流栅，所述凹面换热管为外表面沿圆周分布有多个半球形凹陷的换热管，所述凹面换热管的内表面具有与外表面相对应的半球形凸起，凹面换热管的轴线平行且两端固定于管板之间，所述折流栅包括折流圈和折流杆，所述折流圈为垂直于凹面换热管的圆环且其外径与筒体内径相适配，所述折流杆均匀排布在折流圈上并交错穿插于凹面换热管之间，所述折流栅的外圆周上均布固定有多根平行于筒体轴向的拉杆，所述拉杆的两端固定在管板内，每四个折流栅为一个折流栅组，所述折流栅组内各折流栅中折流杆的走向依次错开90度，且折流栅组内四个折流栅分别从上左下右四个方向依次夹持凹面换热管，所述凹面换热管穿过折流杆之间的空隙。

作为上述技术方案的进一步改进，所述管内表面半球形凸起的直径为凹面换热管外径的0.2～0.4倍。

作为上述技术方案的进一步改进，所述折流栅之间的间距为50mm-250mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述凹面换热管由金属材料圆管通过挤压成形。

作为上述技术方案的进一步改进，所述半球形凸起等间距分布。

作为上述技术方案的进一步改进，所述折流圈为棒状材料构件或板状材料构件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述折流杆的外径小于相邻凹面换热管之间的间隙。