热交换器制造技术

一种热交换器，构造为具有与外壳纵轴线成一个角度安置的扇形体挡板，用来引导流体成螺旋形的交叉流动并保持交叉流动的充分均匀的速率。其中，每个扇形体挡板都具有一对从相应的外缘向彼此会聚的侧翼，所述外缘具有分隔开的延伸端部，每一个端部都外伸于该对侧翼的相应一个之外并且设置为在扇形体挡板的理想位置与相邻扇形体挡板的延伸部分交叠，并且其中，所述每个延伸端部都设有多个孔中的至少一个，所述多个孔的至少一个在扇形体挡板的理想位置与相邻扇形体挡板的延伸部分的相应孔对准，其中形成于相邻的挡板的延伸部分中的孔被相应导管横穿来确保扇形体挡板的理想位置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热交换器，更特别地但不排他地涉及一种构造为 提供流体沿螺旋状通道的匀速流动和最大限度传热的壳-管热交换器。
技术介绍
为了通过热交换和/或发热装置实现最大产出而长期努力的主要目标是要达到下列各项更高的传热效率； 更低的压力下降； 增强的性能； 有效的防振保护；以及 减少的安装与维修费用。无论是海上开釆、精炼、电力、石化还是造纸和食品工业，热交 换器通常都是以上列举各项的核心部分。多种热交换器构造为人所公知并且投入到各种应用中。广泛使用的热交换器构造之---图1中的壳-管热交换器包括覆盖着一束平行导管12的圆柱形外壳10，该 平行导管12在两个端面板14之间伸展从而使第一流体16通过导管12。 其间，第二流体18流入并穿过两个端面板之间的空间以致与导管接触。 为了提供两种流体间的改进的热交换，第二流体18的流动由形成各个 通道的中间挡板20限定，该中间挡板设置为使第二流体在穿过一个通 道到下一通道时改变其方向。呈环形及圆盘形的挡板20垂直于外壳10 的纵轴22安置来提供第二流体18的之字形流动24。不利地，第二流体不得不沿外壳长度多次急剧地改变其流向。这 导致第二流体动压力的降低及其流速的不均匀，两者相结合会对热交 换器的性能产生不利影响。科学界早已意识到挡板相对于外壳纵轴的垂直位置是造成相对低 的传热率/压力下降率的主要原因。相互平行伸展并与外壳的纵轴成直 角的相邻挡板确定了具有由相邻通道间的多个急转弯的特征的交叉流 动路线。热交换器的效率可以通过减少挡板之间的间隔或窗口来提高。 但是，减少窗口会导致沿着与外壳并列的挡板外缘的高流速，以及接 近外壳中心的低流速。在由相邻挡板界定的各段内的不均匀流动分布 造成大量漩涡、滞流区以及导管展宽的扩大/收縮，这会减少对流热交 换率。促成传热率下降的另一因素是通过第一流体的导管必须在距外 壳一定的径向距离处设置。因此，在外围设置的导管周围的交叉流动 比在中心设置的导管周围更快。这样，如上所述的传统挡板装置导致通过挡板-外壳及导管-挡板间 隙的旁路流动。旁路流动使交叉流动传热减少而由显著的速率变化所 导致的流动分布不均增加了回流和死区内的漩涡，由此在外壳侧面上 发生更高的堵塞率。这种流动分布不均导致外围导管的高温及腐蚀使 得它们很快地损坏并因而减少了在热交换过程中的作用。由于热交换 器的设计基于整个管束的每个导管在热交换过程中的均匀分布，所以 这些损坏的导管不能满足此要求而应加以更换。与此更换相关的高费 用使热交换器的维修费用昂贵。此外，由于通常长达24英尺的长管由为解决与不匀速相关的问题 而被分别隔开一个很大距离的一连串挡板所支撑，因此传统装置可能 会引起高的流动感生振动损失。由高的热梯度及不均匀的交叉流动振 动所带来的危害是重大的。因此，有必要来构建可以达到以下目的的挡板装置 使对流热交换率提高的通过外壳的均匀交叉流动； 多个挡板相对于由挡板装置或保持架所支撑的多个导管的实际定 位的稳定性和正确性；以及 挡板装置的简易化安装。
技术实现思路
这些目的通过用一连串分隔开的扇形体挡板来取代传统的弓形挡 板加以实现，所述每一个扇形体挡板都倾斜于外壳的纵轴设置以在外 壳侧部上形成一个假拟螺旋形流动通道。本专利技术的构造的优点之一是 倾斜设置的挡板起到了交叉流动的导向叶片的作用，该交叉流动沿着 每个挡板的相对侧具有十分均匀的速率因而避免了回流和漩涡。因此， 一连串倾斜挡板引导第二流体沿着螺旋状的更为自然的流 动通道流动，该流动通道提供十分均匀的流率和最小限度的泄流，而 不是如上所述的传统设计那样压制交叉流动。由于流速在每个挡板两 边都十分均匀，所以穿过后者的压力梯度是微小的。因此，没有不合 需要的泄流穿过或通过挡板，并且如理想设计的那样，流动主要沿着朝向外壳内壁并形成螺旋通道的最高点的挡板表面发生。因此，当第 二流体横穿外壳的整体长度时的快慢取决于挡板相对于外壳纵轴的法线的角度时，流速保持不变。此外，由于在流动传输件的膨胀和收縮中所消耗的流动能量是最 小的，所以压力损失仅是在传统挡板的热交换器中所测损失的一小部 分。因此，螺旋式挡板结构提供了更高的可用压力下降到热传导的转 换。本专利技术提供了一种热交换器，包括 具有 条纵轴线并构造为容纳第一流体的外壳；和 多个扇形体挡板，每一个挡板都与所述纵轴线成一个角度安置于所述外壳上来引导第一流体以充分均匀的速率流入经过所述外壳的螺 旋形，其中，所述角度不是直角，每个扇形体挡板都具有相应的一对构造为平直或弯曲的相对侧， 以及多个分隔开的孔，所述孔构造为被在扇形体挡板的理想位置上传 送第二流体的多个轴向延伸的导管所横穿，并且每个扇形体挡板的相 对侧在其间界定一个朝向外壳内侧并从外壳内侧间隔相同径向距离的 椭圆形外缘，从而当第一流体在扇形体挡板的椭圆形外缘与外壳内侧 之间以充分均匀的速率流动时，第一流体沿每个扇形体挡板的相对侧 产生充分均匀的压力，其中，每个扇形体挡板都具有一对从相应的外缘向彼此会聚的侧 翼，所述外缘具有分隔开的延伸端部，每一个端部都外伸于该对侧翼 的相应一个之外并且设置为在扇形体挡板的理想位置与相邻扇形体挡 板的延伸部分交叠，并且其中，所述每个延伸端部都设有多个孔中的 至少一个，所述多个孔的至少一个在扇形体挡板的理想位置与相邻扇 形体挡板的延伸部分的相应孔对准，其中形成于相邻的挡板的延伸部 分中的孔被相应导管横穿来确保扇形体挡板的理想位置。依照本专利技术的一个方面，螺旋式挡板的扇形体为椭圆板的扇形部 分。与外壳内壁并列的椭圆形外表面的构造提供了在它们之间的紧密 的间隙，从而当具有螺旋式挡板的管束插入外壳时能够最小限度的泄 流。为了确保多个挡板的相对位置及其相对于随后通过这些挡板安装 的导管束的理想布置，本专利技术提供了连接一连串挡板的各种配置的加 固件。依照一个实施例，纵向密封条定位焊接于相邻挡板的挡板边缘。 作为选择，间隔条可以桥接起构造为固定间隔的挡板的连接杆。最后， 每个挡板的径向相对的侧翼可以具有一个设置有圆孔的倾斜伸展的凸 缘，这些导管横穿所述圆孔，另外这些导管由形成在相邻挡板的相对 侧的半圆孔而固定。本专利技术的另一方面是提供包含形成了一个双螺旋型式的两列挡板 的螺旋挡板装置。这种构造特别地有利于增加导管的长度，而并不影 响流动的均匀速度。本专利技术的构造对于现有设备和基础应用是同样有利的。对于前者， 本专利技术的构造的优点是有助于增加生产量而降低维修费用。当然，由 于腐蚀和机械故障而需要更换的导管的百分率因漩涡或反混的消除而 相当大地减小。对于基础应用，本专利技术的构造有助于减少划分间隔、 能量消耗及投入。因此，本专利技术的一个目的是提供一种改进的壳-管热交换器内的挡 板装置，构造为使不均匀的交叉流速最小化并使热交换率最大化；本专利技术的另一目的是提供一种扇形体挡板，成型为使外壳内侧的 挡板装置之间的间隙减少到最小限度；本专利技术还有一个目的是提供一连串具有加固装置的扇形体挡板， 该加固装置构造为便于插入并确保导管在扇形体挡板内的理想位置；本专利技术的另一目的是提供一种扇形体挡板的双螺旋式装置，构造 为提高防止流动引起的振动的集束性；此外，本专利技术还有一个目的是构建能够使双螺旋式装置的安装有 效的扇形体挡板。附图说明结合附图从以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器，包括：　具有一条纵轴线并构造为容纳第一流体的外壳；和　多个扇形体挡板，每一个挡板都与所述纵轴线成一个角度安置于所述外壳上来引导第一流体以充分均匀的速率流入经过所述外壳的螺旋形，　其中，所述角度不是直角，　 　每个扇形体挡板都具有相应的一对构造为平直或弯曲的相对侧，以及多个分隔开的孔，所述孔构造为被在扇形体挡板的理想位置上传送第二流体的多个轴向延伸的导管所横穿，并且每个扇形体挡板的相对侧在其间界定一个朝向外壳内侧并从外壳内侧间隔相同径向距离的椭圆形外缘，从而当第一流体在扇形体挡板的椭圆形外缘与外壳内侧之间以充分均匀的速率流动时，第一流体沿每个扇形体挡板的相对侧产生充分均匀的压力，　其中，每个扇形体挡板都具有一对从相应的外缘向彼此会聚的侧翼，所述外缘具有分隔开的延伸端部，每一 个端部都外伸于该对侧翼的相应一个之外并且设置为在扇形体挡板的理想位置与相邻扇形体挡板的延伸部分交叠，并且其中，所述每个延伸端部都设有多个孔中的至少一个，所述多个孔的至少一个在扇形体挡板的理想位置与相邻扇形体挡板的延伸部分的相应孔对准，其中形成于相邻的挡板的延伸部分中的孔被相应导管横穿来确保扇形体挡板的理想位置。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：巴希尔I马斯特，克里希南S丘纳恩戈德，文卡特斯瓦兰普什帕内森，
申请(专利权)人：路慕斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]