[发明专利]一种舷间管壳式换热器及其设计方法

说明书

本发明涉及一种舷间管壳式换热器及其设计方法，本发明结构包括集水室，集水室的一端与管板的外侧连接形成一体式结构，集水室与管板外侧的连接处为变径结构。本发明将换热器的集水室设计为平滑过渡的变径结构，且其与换热器采用一体化设计，集水室采用大开口海水进出口，减少了管道截面突阔或突缩引起的阻力损失，使海水流进换热器的流场速度梯度减小，更符合流动特性。本发明中海水直接走管程，淡水走壳程，使管程海水与壳程淡水呈逆向流动以利于两者间的传热。

技术领域

本发明涉及船舶潜艇设备领域，尤其涉及一种用于深海自流循环冷却系统的舷间管壳式换热器及其设计方法。

背景技术

常规采用的海水循环方案把所有冷却系统设置于舱室内部，虽然在维护方面具有一定的便利性，但是较大的换热器、循环水泵等设备会占用内部的舱室空间。将换热器、循环水泵等设备布置在舷外，则可以简化系统布置，增加舱室空间。不同于常规的陆上换热器，作为深海自流循环冷却系统核心部件的换热器，若将其布置在舷外，有利于其换热的同时势必会让换热器承受高的海水背压。

目前，大多数船用换热器都是管壳式换热器，在传统的板式和管壳式换热器中，板式换热器的流程复杂，海水流经板片的阻力较大，同时耐高压能力不强，易发生泄露。管壳式换热器因为其内部结构简单、技术成熟、不容易出现泄漏、承压能力强特点，可以适应深海环境。自流循环冷却系统中为了适应深海的高压环境而采用管壳式换热器，但需要额外考虑换热器的结构设计，对承压部件进行核算，以应对深海环境。同时自流循环冷却系统的应用对换热器的海水侧阻力损失提出了更高要求，在满足换热需求的同时，需要对换热器进行管程低海水流阻的设计。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种舷间管壳式换热器及其设计方法，利用本发明方法设计的管壳式换热器，可以减小海水流经换热器的沿程阻力，从而降低自流循环的临界流速点，增强系统自流循环能力。

本发明所采用的技术方案如下：

一种舷间管壳式换热器的设计方法，包括以下步骤：

第一步：根据设计需求确定过流面积D；

第二步：根据压力等级确定集水室外变径面半径R；

第三步：根据过流面积D与集水室外变径面半径R确定过流通径系数α及形状系数β；

第四步：根据加工精度确定流阻试验的修正因子C；

第五步：根据公式计算出集水室内变径面最小曲率半径r；

其进一步技术方案在于：

所述公式如下：

r＝αD+βR+C

其中r为集水室内变径面最小曲率半径；α为过流通径系数；β为形状系数；D为过流面积；R为集水室外变径面半径；C为流阻试验的修正因子C。

舷间管壳式换热器包括开设淡水进口、淡水出口的壳体、管板、换热管及折流板，所述管板分别安装于壳体的两端，在所述壳体的内部沿径向设置多根互为间隔布置的折流板，于各管板及折流板上均开设安装孔，多根换热管沿径向贯穿折流板的安装孔并分别与壳体两端的管板连接；还包括集水室，所述集水室的一端与管板的外侧连接形成一体式结构，所述集水室的另一端通过法兰与海水管连接；所述集水室与管板外侧的连接处为变径结构。

其进一步技术方案在于

所述变径结构由向内凹陷的外变径曲面及向外凸起的内变径曲面相交而成。

本发明的有益效果如下：