一种针翅管与光管混合排列自支撑式换热器

摘要

本发明提供的是一种针翅管与光管混合排列自支撑式换热器，它包括壳体、安装在壳体内的管束，管束的两端分别安装在固定管板和浮头管板上，固定管板固定安装在壳体下端与管箱之间，壳体上端安装有上封头，壳体上带有壳程进口与壳程出口，管箱上带有管程进口与管程出口，所述的管束为光管和具有高效换热能力的针翅管混合排列。本发明给出了一种针翅管与光管混合排列自支撑式新型换热器。该换热器不需要折流板和管间支撑部件，将针翅管和光管混合排列在一起，使针翅管的针翅与光管产生互相支撑，可以达到减小管子振动、缩小换热器体积、增加换热器单位体积换热率的目的。

权利要求

1、一种针翅管与光管混合排列自支撑式换热器，包括壳体(3)、安装在壳 体内的管束(4)，管束的两端分别安装在固定管板(11)和浮头管板(7)上，固定 管板(11)固定安装在壳体下端与管箱(1)之间，壳体(3)上端安装有上封头(8)， 壳体上带有壳程进口(10)与壳程出口(3)，管箱(1)上带有管程进口(2)与管程 出口(12)，其特征是：所述的管束(4)为光管和具有高效换热能力的针翅管混 合排列，在每4根针翅管(15)的间隙里布置1根光管(14)组成混合管束，在混 合管束(4)的外围为断续式针翅管(17)；在无针翅区内设置围带(16)；混合管束(4) 为八边形结构；在混合管束(4)的外围设置围板(6)，围板(6)的内缘与混合管 束相切，围板(6)的外缘与壳体(3)的内壁面相切；管箱内有将管箱体分隔成两 个对称的独立腔室的管程隔板(13)，管程进口(2)和管程出口(12)分布在管程 隔板(13)两侧；还包括壳程隔板(9)，固定管板(11)沿中心线开一字形凹槽， 在壳体内，壳程隔板(9)的一端嵌在固定管板(11)的凹槽内，其长度介于固定 管板(11)和浮头管板(7)之间，位于混合管束(4)的内部，将混合管束(4)分为 对称的两部分，在壳程隔板(9)的两侧壳体上设置壳程进口(10)和壳程出口 (3)；壳程出口(3)与管程进口(2)位于一侧，壳程进口(10)与管程出口(12)位 于一侧。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种换热器，具体地说是一种润滑油冷却器。

(二)背景技术

滑油冷却器是电厂、船舶等动力系统中广泛采用的换热器。滑油冷却器的主 要作用是将流经各种机械设备如汽轮机等的润滑油冷却到适当的温度，使这些设 备不会因为润滑油温度不当而引起事故。润滑油经过这些设备后，油温一般会有 20～30℃的升高，甚至更高。当润滑油的温度升高时，其粘度降低，此时，润滑 油不能再很好地满足润滑和冷却的要求。如果润滑油在工作后不经过冷却而直接 再去润滑轴承，轻者威胁设备的安全稳定运行，重者甚至损坏轴承，造成运行事 故。可以说，滑油冷却器是动力系统中一个必不可少的换热设备，其正常、稳定 地运行是汽轮机等大型机械设备安全的重要保证。

由于润滑油的粘度较大，对流换热系数较低，因此在动力系统中滑油冷却器 是一个较大的设备。常规情况它以光管作为换热元件，对流经主汽轮机等机械设 备之后的润滑油进行冷却。虽然船用滑油冷却器采取了一些加强传热的措施，如 采用多次折流横向冲刷、减小折流板的间距以提高流速的强化换热方式，但总体 效果依然不是非常理想，滑油冷却器整体换热效率依然很低，导致滑油冷却器的 体积和重量都比较大。这主要是因为在滑油冷却器运行时流动一般处在层流状态 或过渡流状态，容易在管壁上形成较厚的边界层，成为换热器热阻的主要来源。

因此，寻找新型的换热器结构形式来替代光管换热器，提高滑油冷却器的换 热效率来减小其体积和重量，节省空间，具有非常重要的现实意义和经济价值。 专利号为00220040.6的专利申请文件提供了一种“针翅管热交换器”，采用针翅 管代替原有光管增强换热，但是此种换热器用于滑油冷却时，由于滑油粘度较高， 在针翅管和壳侧之间容易存在旁路流动。旁流会降低有效冲刷针翅管的质量流 量，从而使得该型热交换器的换热能力受到限制。另外，针翅管之间没有支撑板， 当高流速的流体冲刷针翅管束时，易诱使换热管产生振动，缩短换热器的使用寿 命。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要折流板和管间支撑部件，结构简单，可以 缩小换热器体积、增加换热器单位体积换热率的针翅管与光管混合排列自支撑式 换热器。

本发明的目的是这样实现的：

它包括壳体、安装在壳体内的管束，管束的两端分别安装在固定管板和浮头 管板上，固定管板固定安装在壳体下端与管箱之间，壳体上端安装有上封头，壳 体上带有壳程进口与壳程出口，管箱上带有管程进口与管程出口，所述的管束为 光管和具有高效换热能力的针翅管混合排列。

本发明还可以包括：

1、所述的光管和具有高效换热能力的针翅管混合排列，是在每4根针翅管 的间隙里布置1根光管组成混合管束，在混合管束的外围为断续式针翅管。

2、在无针翅区内设置围带。

3、所述的混合管束为八边形结构。

4、在混合管束的外围设置围板，围板的内缘与混合管束相切，围板的外缘 与壳体的内壁面相切。

5、管箱内有将箱体分隔成两个对称的独立腔室的管程隔板，管程进口和管 程出口分布在管程隔板两侧；它还包括壳程隔板，固定管板沿中心线开一字形凹 槽，在壳体内，壳程隔板的一端嵌在固定管板的凹槽内，其长度介于固定管板和 浮头管板之间，位于混合管束的内部，将混合管束分为对称的两部分，在壳程隔 板的两侧壳体上设置壳程进口和壳程出口；壳程出口与管程进口位于一侧，壳程 进口与管程出口位于一侧。

本发明针对已有技术中滑油冷却存在的问题，给出了一种针翅管与光管混合 排列自支撑式新型换热器。该换热器不需要折流板和管间支撑部件，将针翅管和 光管混合排列在一起，使针翅管的针翅与光管产生互相支撑，可以达到减小管子 振动、缩小换热器体积、增加换热器单位体积换热率的目的。

换热管束采用针翅管与光管混合排列的方式，每4根针翅管的排列空隙中放 置1根光滑管，针翅管与光管的尺寸要求搭配合理。在混合管束的外围，采用断 续式针翅管，在无针翅区内设置围带，采用围带对混合管束进行固定，可以保证 针翅管与光管之间布置紧密，管子之间能够很好的互为支撑。管束体横截面为八 边形，最大限度地利用了换热器的壳侧空间，增加换热器的单位体积换热率。

所述混合管束的周边加有围板，可以有效地防止壳侧流体旁流，提高换热器 的换热效率。围板的内缘与混合管束体相切，外缘与壳体内壁面相切，可以防止 换热管束体在滑油的横向冲刷下，产生径向振荡。

所述换热管束一端固定于固定管板上，另一端固定在浮头式管板上。在混合 管束体的内部放置一块壳程隔板。

所述壳程隔板介于固定管板和浮头式管板之间，壳程隔板的一端嵌入固定管 板的一字型凹槽内，在壳程隔板的两侧壳体上分别布置壳程滑油的进口和出口。

所述管程隔板布置在管箱内，将管箱分为两个对称的独立空间，管程流体的 进口和出口布置在管程隔板的两侧。而且，管程流体进口与壳程流体出口位于一 侧，一方面有效地解决了壳程流体分配不均匀的问题，另一方面使得壳程流体和 管程流体在进入壳侧或管束体内后形成双流程逆向流动，使换热系数大大提高。

所述换热器的箱体与壳体位于固定管板的两端，箱体与壳体通过法兰进行密 封连接。上封头与壳体同样采用法兰进行密封连接，便于安装和维修。

与传统的滑油冷却器相比，本发明针翅管与光管混合排列自支撑式新型换热 器具有以下优点和效果：

1.采用能高效传热的针翅管与光管的混合排列，即解决了换热器壳侧管间支 撑问题，又使换热器壳侧的流动阻力减小、传热系数提高。同时可以提高换热器 单位体积的换热量。

2.混合管管束体外围安装围带和围板，有效地解决了壳程流体旁流的问题和 壳程流体横向冲刷造成的管束振荡。

3.换热器的壳侧和管侧均采用双流程布置，且管程流体与壳程流体为逆向流 动，可以使管程流体与壳程流体换热过程增加，换热系数大大提高。

4.采用浮头式结构，便于换热器的安装、维修以及维护和清理工作。

5.本发明应用到船用滑油冷却器和小型换热器将是一种比较理想的结构形 式。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A断向结构图；

图3是图2的I处局部放大图；

图4是围板结构图；

图5是图4的左视图；

图6是固定管板结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，针翅管与光管混合排列自支撑式换热器的组成包括壳体3、安装 在壳体内的管束4，管束的两端分别安装在固定管板11和浮头管板7上，固定 管板11固定安装在壳体下端与管箱1之间，壳体3上端安装有上封头8，壳体 上带有壳程进口10与壳程出口3，管箱1上带有管程进口2与管程出口12，所 述的管束4为光管和具有高效换热能力的针翅管混合排列。同时结合图2和图3， 所述的光管和具有高效换热能力的针翅管混合排列，是在每4根针翅管15的间 隙里布置1根光管14组成混合管束，在混合管束4的外围为断续式针翅管17。 在无针翅区内设置围带16。所述的混合管束4为八边形结构。同时结合图4和 图5，在混合管束4的外围设置围板6，围板6的内缘与混合管束相切，围板6 的外缘与壳体3的内壁面相切。管箱内有将箱体分隔成两个对称的独立腔室的管 程隔板13，管程进口2和管程出口12分布在管程隔板13两侧；它还包括壳程 隔板9，固定管板11沿中心线开一字形凹槽，在壳体内，壳程隔板9的一端嵌 在固定管板11的凹槽内，其长度介于固定管板11和浮头管板7之间，位于混合 管束4的内部，将混合管束4分为对称的两部分，在壳程隔板9的两侧壳体上设 置壳程进口10和壳程出口3；壳程出口3与管程进口2位于一侧，壳程进口10 与管程出口12位于一侧。

为了减小换热器壳侧的流动阻力，提高单位体积换热率，本发明中管束体4 采用了光管14和具有高效换热能力的针翅管15混合排列的方式，参照图2和图 3所示，在每4根针翅管15的间隙里布置1根光管14，在混合管束的外围，采 用断续式针翅管17，在无针翅区内设置围带16，采用围带16对混合管束4进行 固定，可以保证针翅管与光管之间布置紧密，管子之间能够很好的互为支撑。混 合管管束体4为八边形结构，充分利用了壳体空间。为了防止壳侧流体旁流，在 混合管束体4的外围加上围板6，围板6的结构如图4和图5所示；为了防止壳 侧流体横向冲刷对混合管束体4造成震荡扰动，围板6的内缘与管束体4相切， 外缘与壳体5的内壁面相切。

为了增强换热，提高换热效率，本发明采用了管程和壳程双流程逆向流动的 形式。参考图1所示，管箱1被管程隔板13分为两个对称的独立腔室，管程进 口2和管程出口12分布在管程隔板两侧。参考图1和图2所示，固定管板11沿 中心线开一字形凹槽，在壳体5内，壳程隔板13的一端嵌在固定管板12的凹槽 内，其长度介于固定管板11和浮头管板7之间，位于混合管束体4的内部，将 混合管束体4分为对称的两部分。在壳程隔板13的两侧壳体上，设置壳程流体 的壳程进口10和壳程出口3。参考图1所示，壳程出口3与管程进口2位于一 侧，壳程进口10与管程出口12位于一侧。

参考图1所示，管程流体的流动路径是：管程流体从管程进口2进入，通过 管箱1和固定管板11进入到壳程隔板9一侧的混合管束体4内，而后再通过浮 头管板7进入到壳程隔板9另一侧的混合管束体4内，从与管箱1相连接的管程 出口12流出。

壳程流体的流程是：壳程流体通过壳程入口10进入到换热器壳体5内，纵 向冲刷壳程隔板9一侧的混合管束体4，然后横向越过壳程隔板9，进入到壳程 隔板9另一侧的换热空腔里，穿过混合管束体4从壳程出口3流出。

为了便于安装和维修，本发明采用浮头式结构，混和管管束体4一端固定在 固定管板11上，另一端固定在浮头管板7上。管箱1和壳体5布置在固定管板 11的两端，通过法兰进行密封连接。同样，壳体5与上封头8通过法兰进行密 封连接，从而形成了一种针翅管与光管混合排列自支撑式新型换热器。