一种无流动死区的折流板安装结构及管壳式换热器
技术领域
本实用新型涉及强化传热、流体力学、结构力学、换热器相结合的技术领域，具体涉及一种无流动死区的折流板安装结构及管壳式换热器。
背景技术
随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。壳式换热器广泛应用于石油化工、电力、环保、能源等各种工业领域，主要作用是在工业生产中调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗。因此，对壳式换热器进行优化设计或结构改进，提高其换热性能降低其动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平。
传统的管壳式换热器壳程部分采用折流的方式，这种结构的缺陷是壳程流动死区大、流动阻力较大、流体垂直冲刷管束会形成管束振动，壳程流动死区的存在使得壳程容易结垢同时壳程内空间利用不充分，从而引起传热效率降低。
实用新型内容
针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供一种无流动死区的折流板安装结构及管壳式换热器，以解决现有技术的管壳式换热器的壳程部分存在流动“死区”多、换热不均匀、换热效率低的缺陷。本实用新型的管壳式换热器有效减少流动“死区”，优化了管束结构和折流板的扰流功能，通过其带有的多涡旋流线型折流板和绕管式均匀引流管孔的结构优化设计，达到加大传热效的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种无流动死区的折流板安装结构，包括壳体，设置于壳体两端的管板，设置于壳体两端且位于两管板内侧并与壳体内腔相连通的壳程流体入口和壳程流体出口，沿壳体长度方向设置且架设于管板间的若干个换热管，上下错位设置于壳体内且位于壳程流体入口和壳程流体出口内侧的若干个折流板；所述折流板为波浪形，所述折流板设置有若干个换热管孔以使换热管穿过并固定；远离壳体一侧的折流板上的换热管孔为正常孔，形状与换热管相适配；靠近壳体一侧的折流板上的换热管孔为异型孔，该异型孔由圆心为换热管孔最大外圆与该换热管孔正十字坐标线的交叉点、直径与换热管孔直径相等的四个圆弧段相交形成，该异型孔在容纳换热管时与换热管之间的间隙形成绕管式均匀引流孔。
作为对上述技术方案的改进，所述折流板与壳体接触处的切角为90～135°。
作为对上述技术方案的改进，所述折流板为半圆单弓型。
本实用新型的无流动死区的折流板安装结构，若干个折流板在壳体内上下错位设置，管程流体从壳程流体入口流入，在壳体内进行多次折流后从壳程流体出口流出；折流板为波浪形，波浪形折流板使在壳程流体流经波峰和波谷时形成多个湍流区，形成不同方向的射流，增加换热效率；而靠近壳体一侧的折流板的异型孔的设计使得该异型孔由四个圆弧段组成，四个圆弧段与换热管形成面接触且接触面积大，形成对换热管稳定的支撑，稳定性好，同时异型孔在容纳换热管时与换热管之间的间隙形成绕管式均匀引流孔，在其四周均匀引导部分流体等量通过，形成穿孔流体，可以加强折流板后的扰动，进而减少死区的出现，减少传热损失。
作为对上述技术方案的改进，本实用新型提供了一种管壳式换热器，包括壳体，设置于壳体两端的封头，位于封头与壳体端部之间的管板，设置于壳体两端且位于管板内侧并与壳体内腔相连通的壳程流体入口和壳程流体出口，上下错位设置于壳体内且位于壳程流体入口和壳程流体出口内侧的若干个折流板，沿壳体长度方向设置且架设于管板间的若干个换热管；一个所述的封头中部设置有隔板以该封头隔开形成上下两腔，该封头上部设置有管程流体入口以和该封头的上腔连通，该封头下部设置有管程流体出口以和该封头的下腔连通；所述管程流体从管程流体入口经上腔进入壳体上部的换热管，并从上部的换热管的另一端进入另一个封头的内腔，然后从壳体下部的换热管经过进入封头的下腔后从下部的管程流体出口溢出；所述折流板为波浪形，所述折流板设置有若干个换热管孔以使换热管穿过并固定；远离壳体一侧的折流板上的换热管孔为正常孔，形状与换热管相适配；靠近壳体一侧的折流板上的换热管孔为异型孔，该异型孔由圆心为换热管孔最大外圆与该换热管孔正十字坐标线的交叉点、直径与换热管孔直径相等的四个圆弧段相交形成，该异型孔在容纳换热管时与换热管之间的间隙形成绕管式均匀引流孔。
作为对上述技术方案的改进，所述折流板与壳体接触处的切角为90～135°。
作为对上述技术方案的改进，所述折流板为半圆单弓型。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型的无流动死区的折流板安装结构及管壳式换热器，具有减少流动死区、增大壳程换热流体湍流强度、减少泵功损失、加大换热效率、结构简单、便于加工使用等优势。具体的表现在以下几点：
1、载冷剂在壳程中流动，经过折流板导流时，增加了涡流次数，增大了湍流强度，减少“死区”的产生，减轻了换热流体流动不均匀对换热器换热效果的影响；2、与简单的将折流板倾斜放置相比，此种结构的折流板减少了载冷剂流动死角，流线型的设计可以使换热器的换热更均匀；3、本实用新型提出的绕管式均匀引流管孔实现了穿孔流体的换热，与普通的打孔相比强化了穿板流体部分的传热，使得换热流体在壳程中的换热更加均匀从而提高了换热量；4、本实用新型提出的绕管式均匀引流管孔实现了穿孔流体的均匀化换热，与正方形换热孔相比，减少了正方形直角处换热的损失；5绕管式均匀引流管孔配合波浪形折流板使得通过折流板的换热流体可以向上或向下具有方向性的射流，进一步强化制造湍流的能力；6、本实用新型所提出的异型孔改进加工方法简单方便，并未对现有的加工工艺提出苛刻的要求，完全可以实施，具有实用性。
附图说明
图1为现有技术的管壳式换热器的结构示意简图；
图2为本实用新型的管壳式换热器的主视结构示意图；
图3为本实用新型的折流板的截面结构示意图；
图4为折流板垂直设置时从壳体轴线方向观察到的结构示意图；
图5为折流板斜置时从壳程轴线方向观察到的结构示意图；
图6为折流板安装、换热管体安装的主视结构示意图；
图7为折流板、换热管体安装的结构轴测图；
图8为异型孔的正视结构示意图；
图9为异型孔、绕管式均匀引流孔的形成过程结构示意图；
附图标记：1、隔板；2、封头；3、壳程流体入口；4、壳程流体出口；5、管程流体入口；6、管程流体出口；7、换热管；8、管板；9、折流板；10、壳体；11、正常孔；12、异型孔；13、绕管式均匀引流孔。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1-9所示，本实用新型的无流动死区的折流板安装结构，包括壳体10，设置于壳体10两端的管板8，设置于壳体10两端且位于两管板8内侧并与壳体10内腔相连通的壳程流体入口3和壳程流体出口4，沿壳体10长度方向设置且架设于管板8间的若干个换热管7，上下错位设置于壳体10内且位于壳程流体入口3和壳程流体出口4内侧的若干个折流板9；所述折流板9为波浪形，所述折流板9设置有若干个换热管孔以使换热管穿过并固定；远离壳体一侧的折流板上的换热管孔为正常孔11，形状与换热管7相适配；靠近壳体10一侧的折流板9上的换热管孔为异型孔12，该异型孔12由圆心为换热管孔最大外圆与该换热管孔正十字坐标线的交叉点、直径与换热管孔直径相等的四个圆弧段相交形成，该异型孔12在容纳换热管7时与换热管7之间的间隙形成绕管式均匀引流孔13。
所述折流板9与壳体10接触处的切角为90～135°。所述折流板9为半圆单弓型。
本实用新型的无流动死区的折流板安装结构，若干个折流板9在壳体10内上下错位设置，管程流体从壳程流体入口3流入，在壳体10内进行多次折流后从壳程流体出口4流出；折流板9为波浪形，波浪形折流板9使在壳程流体流经波峰和波谷时形成多个湍流区，形成不同方向的射流，增加换热效率；而靠近壳体10一侧的折流板9的异型孔12的设计使得该异型孔12由四个圆弧段组成，四个圆弧段与换热管7形成面接触且接触面积大，形成对换热管7稳定的支撑，稳定性好，同时异型孔12在容纳换热管7时与换热管7之间的间隙形成绕管式均匀引流孔13，在其四周均匀引导部分流体等量通过，形成穿孔流体，可以加强折流板9后的扰动，进而减少死区的出现，减少传热损失。
本实用新型的管壳式换热器，包括壳体10，设置于壳体10两端的封头2，位于封头2与壳体10端部之间的管板8，设置于壳体10两端且位于管板8内侧并与壳体10内腔相连通的壳程流体入口3和壳程流体出口4，上下错位设置于壳体10内且位于壳程流体入口3和壳程流体出口4内侧的若干个折流板9，沿壳体10长度方向设置且架设于管板8间的若干个换热管7；一个所述的封头2中部设置有隔板1以该封头2隔开形成上下两腔，该封头2上部设置有管程流体入口5以和该封头2的上腔连通，该封头2下部设置有管程流体出口6以和该封头2的下腔连通；所述管程流体从管程流体入口5经上腔进入壳体10上部的换热管7，并从上部的换热管7的另一端进入另一个封头2的内腔，然后从壳体10下部的换热管7经过进入封头2的下腔后从下部的管程流体出口6溢出；所述折流板9为波浪形，所述折流板9设置有若干个换热管孔以使换热管7穿过并固定；远离壳体10一侧的折流板9上的换热管孔为正常孔11，形状与换热管7相适配；靠近壳体10一侧的折流板9上的换热管孔为异型孔12，该异型孔12由圆心为换热管孔最大外圆与该换热管孔正十字坐标线的交叉点、直径与换热管孔直径相等的四个圆弧段相交形成，该异型孔12在容纳换热管时与换热管之间的间隙形成绕管式均匀引流孔13。
所述折流板9与壳体10接触处的切角为90～135°。所述折流板9为半圆单弓型。
图1为背景技术中传统弓形折流板管壳式换热器的壳程部分结构示意图，由图1可以看出，传统的管壳式换热器死区颇为明显，因此不易于管程流体与壳程流体的换热，导致换热效率不高。除死区以外，传统的管壳式换热器在纵向上湍流强度很低，对流换热不强，故需要改进使得其湍流强度增大，增加换热能力。
图2为本实用新型的管壳式换热器的主视结构示意图，实际应用中，管程流体由管程流体入口5进入换热器封头2，而后通过上半部分的换热管7流经管板8到另一侧封头2，（换热管7贯穿整个换热器壳体10，本图为更好的展示壳程区域故未画出换热管7在换热器壳体中的部分，实际应用中管程流体在换热管7中与管外的壳程流体进行换热），管程流体进入右侧的封头2中后掉头通过下半部分的换热管7回到左侧封头2，再由管程流体出口6流出。实际应用中，壳程流体经由壳程入口3进入壳体，顺管壁流动，由折流板9进行折流，而后从壳程流体出口4流出。图中已画出壳程流体的流线，并画出多涡旋流线型折流板影响下的部分壳程流体的流线。壳程流体在壳体10中与换热管7内部的管程流体进行换热。
附图标记：1、隔板；2、封头；3、壳程流体入口；4、壳程流体出口；5、管程流体入口；6、管程流体出口；7、换热管；8、管板；9、折流板；10、壳体；11、换热管孔；12、异型孔；13、绕管式均匀引流孔。
图3、图4和图5分别为本实用新型的折流板的截面结构示意图、折流板垂直设置时从壳体轴线方向观察到的结构示意图和折流板斜置时从壳程轴线方向观察到的结构示意图。为了在图2所示的基础上进一步强化传热，本实用新型提出了异型孔12。其原型是正常孔11，异型孔可以在固定换热管的基础上，在其四周SN形成绕管式均匀引流孔引部分流体通过，可以加强折流板后的扰动，进而减少死区的出现。而且与普通的方形打孔相比也省去了正方形直角处的传热损失。
实际应用中，折流板上部采用普通的换热管孔也即是正常孔11，而其下部则采用本实用新型所述的异型孔12，加强折流板9后原有死区的扰动，减少死区的出现。图5可知通过所述引流孔与所述折流板的配合，可以在类波浪折流板的波峰和波谷处形成不同方向的射流，进一步加强换热。
图6和图7分别为本实用新型的折流板安装、换热管体安装的主视结构示意图和折流板，换热管体安装的结构轴测图；与图2相比画出了壳体中换热管7以便于理解。
实际应用中，壳程流体在壳体中经由折流板9折流并与换热管7中的管程流体通过换热管进行换热，本实用新型所述的折流板9可以使壳程流体形成多个湍流区，可以起到清洗折流板、清洗管壁和增加换热效率等作用。
图8为本实用新型的异型孔的正视结构示意图。图9为本实用新型的异型孔、绕管式均匀引流孔的形成过程结构示意图。图8中的异形孔12的加工方法为：在原有的正常孔11的基础上，以上下左右四个切点为圆心，以传统换热管孔的直径为半径，依次作四个圆，取如图9所示的若干交点，则加粗部分即为本实用新型所述的异型孔。由图9可以看出，此种方法加工的换热管孔，不会影响换热管的固定，同时还会引一部分壳程流体通过，与在空白部分额外打孔相比，减少了加工难度，增加了这部分流体的换热。与普通的正方形打孔相比，减少了正方形直角处流体的换热损失。
在上述实施例中，折流板呈现波浪形，使换热流体在折流板附近形成若干个涡流区，形成湍流，制造若干湍流区，增强换热，提升换热效率，并通过异型孔与换热管之间的间隙形成绕管式均匀引流孔，使得传热效率进一步提高并且极大程度的减少了死区的形成。
上述的绕管式均匀引流孔均匀引流，异型孔具体表现为类正方形孔，使换热管在孔中央而换热流体在换热管周围穿过折流板，与普通的打孔相比增加了穿过折流板的流体（以下简称穿板流体）这一部分的换热量，提升了换热效率。与普通的正方形打孔相比，避免了正方形直角处换热不均匀的，进一步提升了换热效率。本实用新型所述的多涡旋流线型折流板，其与壳体的接触处切角为90°~135。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
