2014.7.23
宋小平裴志中2006.6.2 S
防短路螺旋折流板管壳式换热器
螺旋折流板的一周螺旋，仍有X块折流板连续组成，但每一块折流板直边，增加一至二排管距宽度C。组装时重叠搭接部分由同根管子穿过，为避免接触点干涉，在交叉处开一宽度为C的缺口以便相邻两螺旋折流板相交。这种交叉重叠搭接方式接续，可以对流经管束的介质起到引导作用，减少两相邻扇形板直边交叉形成三角形空间的短路现象，同时强化了折流板之间的连续性，避免了装配时的径向分离。
防短路螺旋折流板搭接形式示意图
华南理工大学徐白平江楠2006.1.20 F
复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法
换热器内螺旋折流板由与换热器中心轴线倾斜的椭圆扇形板拼接成单螺旋或双螺旋状，位于壳体中心；外螺旋折流板为与换热器中心轴线倾斜的椭圆环扇形板拼接成螺旋状，位于内螺旋折流板外围。该换热器利用内外螺旋折流板不同结构的导流作用，引入复杂流场，改善流体在壳体内壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体处与中心外围区域的混合，提高流体在换热器内整体湍动程度，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，提高换热器的有效利用面积，强化壳程传热。换热器结构加工、装配、维护方便，制造成本低，突破了限制螺旋折流板向大流量操作的瓶颈，节能降耗，市场前景好。
一种管壳式换热器
王秋旺贺群武2003.10.17 F
本发明涉及一种管科式换热器，主要应用于气体压缩机中间冷却器。包括一个壳体，位于壳体中心的中心气体通道，分别位于壳体两端的两个挡板，一束平行固定于两个挡板之间的内翅片管束，位于壳侧的冷却水入口和冷却水出口，若干位于内翅片管束和外壳之间的螺旋形
折流板，翅片管两端固定于两块挡板之间，中心气体通道与前后两个挡板以及壳侧外壳共轴，其中，每个内翅片管包括外管，堵塞的芯管和内翅片，内翅片管中的内翅片采用弯曲形状翅片。本发明所采用螺旋形折流板和内翅片管采用锯齿形翅片或者螺旋形翅片的结构方式，可以使得换热器更加紧凑，换热效率更高，而且壳侧结垢少，使用寿命增加。（其内部芯管也作为换热空间利用。）
一种内外翅片管换热器
王秋旺田林2005.10.31 F
该装置主要用于气气换热，特别是高温高压下的工况，包括一个壳体，分别位于壳体两端的两个管板，一束平行固定于两个管板之间的内翅片管束，起固定管束和导流作用的挡板，位于壳体的气体的进口与出口，以及在换热管外设置的不同形式的翅片，包括平板式连续翅板，波纹式连续翅板以及在其上开缝，开孔，安装纵向涡发生器或者百叶窗所形成的翅片，此外，还可安装螺旋状翅片。每个换热管包括外管，内翅片堵塞的芯管，内翅片包括波纹形内翅片，锯齿形内翅片，带突起的内翅片以及打孔翅片。
本发明能够在满足换热要求的前提之下，同时能够满足承受较高的绝对压力或者故障状态下较高的相对压力的要求，防止换热器发生胀裂。
(该专利的启示：可应用于壳程压力较高的场合，立式管壳式换热器，壳程流体流动方向为自下而上)
带有纵向涡发生发生器的连续形平板式板翅
内外翅片管换热器
螺旋折流板换热器杨杰辉1997.10.15 S
在该专利中给出螺旋折流板结构尺寸的计算方式，是最原始的非连续性的螺旋折流板换热器的结构形式。
螺旋折流板换热器杨杰辉1998.5.12 S
该实用新型螺旋折流板基本元件采用呈半椭圆形或扇形平面板替代难以实现及加工的螺旋形曲面，螺旋折流板在结构方式上可排列出各相邻折流板呈双螺旋的结构形式。可灵活适应及满足不同应用场合及对设计性能的要求。螺旋折流板可实现壳侧流体呈连续柱塞状螺旋流动，克服垂直弓形折流板存在的传热死去，克获得有效地强化传热及降低阻力的效果。（启示在于对于非连续形螺旋折流板存在的漏流问题，四分螺旋折流板换热器采用在相邻折流板之间加焊搭接板，二分螺旋折流板换热器则加焊阻流板。）
螺旋折流板换热器杨杰辉1999.3.31 S
这种螺旋折流板换热器，一个螺距由两块半椭圆形平面板构成双螺旋结构，在上下两组半椭圆形板所构成的中分面上设有平行四边形的阻流板，此阻流板使壳侧流体呈两股互不相混的连续螺旋形流动，在入口处及出口处设有挡板或中向隔板。本实用新型提出了壳体中流体的流动分为单程和双程两种方式。从而可实现在允许压降的条件下，追求更高的传热速率。可有效地提高放热系数和阻力降的比值，降低设备投资费用，减少维修费用和延长期维修周期。.这种新型结构可满足在工艺设计中有可能选用两个细长换热器实现壳侧双程流动的场合，而可采用这种结构的一个换热器来替代，减少了换热器的数量，可相应地减少壳体金属耗量，配管、安装及维修增加的工作量。
该螺旋折流板结构型式的创新是提出了壳体中流体的流动分为单程和双程两种方式。单程流动方式是以由半椭圆形板组成双螺旋组合方式中，两组双螺旋折流板在壳体中分面上交叉形成一个平行四边形的截面，在此截面上设置一块平行四边形的阻流板，将相邻四块半椭圆形半长轴相连接，在阻流板两侧形成两个独立的螺旋形通道，并在进口及出端两交叉半椭圆形折流板间加装三角形挡板，实现壳侧流体从壳体一端接管进口及在另一端接管出口的单程流动方式。双程流动方式的是上述结构的基础上，将入口挡板改变为一块由三角形和长方形两部分组成的楔形板，把壳体一端流体进口处分隔为两个独立空间，并在挡板及阻流板两侧形成两个独立的螺旋形通道，壳侧流体只能在其中一个通道中作螺旋流动，直至在壳体另一端的自由空间中折返到另一个通道中作螺旋流动，返回到出口处的另一个空间，由接管排出。由此，壳体上进出口接管均装在壳体一侧，实现壳侧流体双程流动方式。
单程流动
双程流动
管壳式螺旋折流板换热器赵维王声文许成范1999.8.20 S
一种用于石油、石化、化工、动力、冶金等工业部门的管壳式卧式螺旋折流板换热器，由固定管板1、浮动管板2、螺旋折流板3、4、换热管束5等组成，换热管束5置于固定管板1和浮点管板2之间，并穿过螺旋折流板3、4，螺旋折流板3、4盘绕在固定管板1和浮动管板2之间。螺旋折流板使得介质压力降很小，没有传热死区；传热系数与壳程压降比值提高60%；可降低操作运行能耗。
螺旋折流板替代弓形折流板 国德文 仪秀华 王艳玲 (大庆石油化工机械厂) 摘要:通过对螺旋折流板和弓形折流板的结构特点的比较分析,证明螺旋折流板换热器具有降低介质流动阻力、增加传热效率和减震等优点。以广西石化炼油工程常减压蒸馏装置的换热器设计为例,给出了螺旋折流板几何尺寸的计算方法。 关键词:螺旋折流板;换热器设计;计算 在以往的管壳式换热器的设计中,主要采用弓形折流板结构,这种结构具有简单可靠、适应性强及加工制造方便等特点,在石油化工企业得到了广泛应用。但随着石化工业的发展,如何进一步提高管壳式换热器的性能一直是石化企业所关注的问题,特别是在提高壳程侧的传热效率方面更是人们关注的重点。进入本世纪以来,国内采用一种新型高效螺旋折流板换热器的企业逐渐增多,这方面的问题有了很好的解决。近年来,大庆石油化工机械厂也经常采用螺旋折流板替代弓形折流板来设计管壳式换热器。2007年末,在承接的广西石化1000 104t/a 炼油工程第一联合装置常减压蒸馏装置几十台套的管壳式换热器设计中,全部采用螺旋折流板替代弓形折流板。 1 螺旋折流板的特点 螺旋折流板换热器的折流板为准扇形。与壳体横截面有一定的安装倾角,其在壳体横截面上的投影刚好为1/4圆面;根据折流板间距所需要的若干个螺旋折流板与管束轴线以某一角度呈连续螺旋状排列(见图1) 。 图1 壳体内螺旋折流板排列图 从图1中可以看出,在1个螺旋节距长度上四 象限轴向等距依次安装4个螺旋折流板,用定距管定位,形成螺旋状。这种螺旋折流结构使介质以管束轴线为轴螺旋向前流动,流体的流动没有滞止死区,整个管束的换热管表面基本上都成为有效传热面,螺旋通道的曲率比较均匀,流体在设备内流动没有大的换向,总的阻力小,可防止流动诱导振动,因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。介质流速比弓形折流板换热器高,污垢不易沉积其中,即该种换热器有自身清洗作用。 2 螺旋折流板的尺寸计算 螺旋折流板的形状类似扇形,由1个等腰三角形和1个椭圆曲线边的弓形组成,其安装后在壳体横截面上的投影为由1个等腰三角形和1个弓形组成扇形(见图2),即1/4圆面。 图2 螺旋折流板在壳体横截面上的投影示意图 当螺旋折流板安装倾角为 时,其椭圆曲线边为一个椭圆的一部分,该椭圆由以与壳体横截面夹角为 的平面切割圆柱体而得到(见图3)。 图3 螺旋折流板在壳体内安装方位示意图 40 油气田地面工程第27卷第6期(2008 6)
2014.7.23 宋小平 裴志中 2006.6.2 S 防短路螺旋折流板管壳式换热器 螺旋折流板的一周螺旋，仍有X 块折流板连续组成，但每一块折流板直边，增加一至二排管距宽度C 。组装时重叠搭接部分由同根管子穿过，为避免接触点干涉，在交叉处开一宽度为C 的缺口以便相邻两螺旋折流板相交。这种交叉重叠搭接方式接续，可以对流经管束的介质起到引导作用，减少两相邻扇形板直边交叉形成三角形空间的短路现象，同时强化了折流板之间的连续性，避免了装配时的径向分离。 防短路螺旋折流板搭接形式示意图 华南理工大学 徐白平 江楠 2006.1.20 F 复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法 换热器内螺旋折流板由与换热器中心轴线倾斜的椭圆扇形板拼接成单螺旋或双螺旋状，位于壳体中心；外螺旋折流板为与换热器中心轴线倾斜的椭圆环扇形板拼接成螺旋状，位于内螺旋折流板外围。该换热器利用内外螺旋折流板不同结构的导流作用，引入复杂流场，改善流体在壳体内壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体处与中心外围区域的混合，提高流体在换热器内整体湍动程度，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，提高换热器的有效利用面积，强化壳程传热。换热器结构加工、装配、维护方便，制造成本低，突破了限制螺旋折流板向大流量操作的瓶颈，节能降耗，市场前景好。 一种管壳式换热器 王秋旺 贺群武 2003.10.17 F 本发明涉及一种管科式换热器，主要应用于气体压缩机中间冷却器。包括一个壳体，位于壳体中心的中心气体通道，分别位于壳体两端的两个挡板，一束平行固定于两个挡板之间的内翅片管束，位于壳侧的冷却水入口和冷却水出口，若干位于内翅片管束和外壳之间的螺旋形
换热器折流板各型式讨论
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
换热器折流板各种型式的讨论 兰州四方容器设备有限责任公司李建仓 摘要：本文介绍了换热器所用折流板的几种型式，对其结构及工作形式作了阐述，并将其优点及缺点进行了说明和总结，从而为折流板换热器的设计选型及制造提供了依据和指导。 折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板是列管式换热器中的一个零件可用以起到提高传热系数和支承管束的作用;但由于它结构简单所以往往被设计者所忽视。现实的情况可以证实到目前为止无论是我国自行设计还是国外引进的设备折流板的结构常是五花八门，其中有些结构既制造复杂又不利于提高传热系数。其原因在于设计者没有根据具体的传热性质来认真地对它进行分析后再确定具体的结构和尺寸。本文拟对各种型式折流板的优缺点一一列出并进行对比，提出换热器在什么情况下所适用哪种折流板的一些个人意见和有关同志进行商榷。 折流板有常用折流板和异形折流板之分。常用折流板主要有弓形和圆盘-圆环折流板，其中弓形又分为单弓形、双弓形和三弓形，如图一： 图一 异形折流板有:矩形折流板、折流杆型折流板和格栅折流板等，如图二～四：
矩形折流板（图二） 折流杆换热器示意图（图三） 格栅折流板（图四） 这些折流板都有各自的优缺点，逐一说明如下; 一、弓形折流板。大部分换热器都采用弓形折流板。弓形折流板在壳程内的 放置形式上下方向排列的形式，用以造成液体剧烈扰动以增大传热系数;左
换热器折流板各种型式的讨论 兰州四方容器设备有限责任公司李建仓 摘要：本文介绍了换热器所用折流板的几种型式，对其结构及工作形式作了阐述，并将其优点及缺点进行了说明和总结，从而为折流板换热器的设计选型及制造提供了依据和指导。 折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板是列管式换热器中的一个零件可用以起到提高传热系数和支承管束的作用;但由于它结构简单所以往往被设计者所忽视。现实的情况可以证实到目前为止无论是我国自行设计还是国外引进的设备折流板的结构常是五花八门，其中有些结构既制造复杂又不利于提高传热系数。其原因在于设计者没有根据具体的传热性质来认真地对它进行分析后再确定具体的结构和尺寸。本文拟对各种型式折流板的优缺点一一列出并进行对比，提出换热器在什么情况下所适用哪种折流板的一些个人意见和有关同志进行商榷。 折流板有常用折流板和异形折流板之分。常用折流板主要有弓形和圆盘-圆环折流板，其中弓形又分为单弓形、双弓形和三弓形，如图一： 图一
异形折流板有:矩形折流板、折流杆型折流板和格栅折流板等，如图二～四： 矩形折流板（图二） 折流杆换热器示意图（图三） 格栅折流板（图四） 这些折流板都有各自的优缺点，逐一说明如下; 一、弓形折流板。大部分换热器都采用弓形折流板。弓形折流板在壳程内的放置形式上下方向排列的形式，用以造成液体剧烈扰动以增大传热系数;左右方
向排列的，多数用于卧式换热器,设备中都伴随着有气相的吸收冷凝，以利于冷凝液和气体的流动，当列管是正方形排列时，为了使介质形成湍流以提高换热效果，则采用转角切口。单弓形折流板主要是为了提高整体的壳程的错流程度，切口的百分数一般为20%~49%；通常为20%~25%，最佳大小为20%，此时单位压降下传热膜系数最高，小于20%（缺口处不布管除外）压降较大；切口超过20%，导致形成流体流速的滞留区，切口过大或过小，都会降低管束的传热性能；为了减小振动，亦可采用缺口处不布管，缺口可减小到15%或者25%左右，其压降只有单弓形的1/3左右。双弓形折流板：当采用单弓形阻力过高，可改为双弓形折流板。双弓形折流板可以将通过壳程侧的流段分为两股，以此达到降低压降的目的，减小折流板间距，降低错流程度，其特点是有较大开口区域，允许与管子近乎平行的流动，所以流动诱发振动的几率较小。多弓形折流板保留了单弓的优点，有些尺寸的多弓形可以使流体的流动和管子接近平行，压降更低，降低振动可能性。双弓形和三弓形折流板能使两种换热介质良好的进行接触，消除换热器的死角，以提高换热目的，一般用于于大直径和大流量场合。 二、圆盘-圆环形折流板。圆盘-圆环形折流板是由大直径的开口圆板即圆环板（也称环板）和小直径的盘板交错排列组成。介质流动的特征是与轴心对称，流动多为与管束相向的平行流，因此，流动阻力较单弓形折流板小，由与管子垂直的横流引起的振动较小，但壳程传热膜系数增加比单弓形的小。圆盘-圆环形折流板一般用于大直径和大流量场合。 三、矩形折流板—在大圆盘上开设矩形孔和矩形挡板交错排列。矩形折流板有竖放和横放两种形式，竖放用于壳程介质是液相或有冷凝夜的情况；横放用于壳程是气相。其多用于大直径和大流量场合。 四、折流杆式换热器。这种换热器的主要结构主要是由折流网络和换热管组成的，折流网络是由很多个折流圈相隔一定距离焊接或用普通的定距管固定于拉杆上形成的。而每一个折流圈又是由很多根折流杆相互平行通过一定的间距焊接在外环上形成的。这些折流网络和换热管进行热交换就达到换热器的换热目的。这种换热器能够改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根传热管的上、下、左、右都得到了可靠的支撑，而且从根本上改变了流体的流动状况，变折流板换热器的
2014.7.23 宋小平裴志中2006.6.2 S 防短路螺旋折流板管壳式换热器 螺旋折流板的一周螺旋，仍有X块折流板连续组成，但每一块折流板直边，增加一至二排管距宽度C。组装时重叠搭接部分由同根管子穿过，为避免接触点干涉，在交叉处开一宽度为C的缺口以便相邻两螺旋折流板相交。这种交叉重叠搭接方式接续，可以对流经管束的介质起到引导作用，减少两相邻扇形板直边交叉形成三角形空间的短路现象，同时强化了折流板之间的连续性，避免了装配时的径向分离。 防短路螺旋折流板搭接形式示意图 华南理工大学徐白平江楠2006.1.20 F 复杂流场螺旋折流板换热器及其减阻强化传热方法 换热器螺旋折流板由与换热器中心轴线倾斜的椭圆扇形板拼接成单螺旋或双螺旋状，位于壳体中心；外螺旋折流板为与换热器中心轴线倾斜的椭圆环扇形板拼接成螺旋状，位于螺旋折流板外围。该换热器利用外螺旋折流板不同结构的导流作用，引入复杂流场，改善流体在壳体壁附近及折流板背风侧的流动状态，强化壳体处与中心外围区域的混合，提高流体在换热器整体湍动程度，较大幅度地提高壳程的传热膜系数，提高换热器的有效利用面积，强化壳程传热。换热器结构加工、装配、维护方便，制造成本低，突破了限制螺旋折流板向大流量操作的瓶颈，节能降耗，市场前景好。 一种管壳式换热器 王秋旺贺群武2003.10.17 F 本发明涉及一种管科式换热器，主要应用于气体压缩机中间冷却器。包括一个壳体，位于壳体中心的中心气体通道，分别位于壳体两端的两个挡板，一束平行固定于两个挡板之间的翅片管束，位于壳侧的冷却水入口和冷却水出口，若干位于翅片管束和外壳之间的螺旋形折流
板，翅片管两端固定于两块挡板之间，中心气体通道与前后两个挡板以及壳侧外壳共轴，其中，每个翅片管包括外管，堵塞的芯管和翅片，翅片管中的翅片采用弯曲形状翅片。本发明所采用螺旋形折流板和翅片管采用锯齿形翅片或者螺旋形翅片的结构方式，可以使得换热器更加紧凑，换热效率更高，而且壳侧结垢少，使用寿命增加。（其部芯管也作为换热空间利用。） 一种外翅片管换热器 王秋旺田林2005.10.31 F 该装置主要用于气气换热，特别是高温高压下的工况，包括一个壳体，分别位于壳体两端的两个管板，一束平行固定于两个管板之间的翅片管束，起固定管束和导流作用的挡板，位于壳体的气体的进口与出口，以及在换热管外设置的不同形式的翅片，包括平板式连续翅板，波纹式连续翅板以及在其上开缝，开孔，安装纵向涡发生器或者百叶窗所形成的翅片，此外，还可安装螺旋状翅片。每个换热管包括外管，翅片堵塞的芯管，翅片包括波纹形翅片，锯齿形翅片，带突起的翅片以及打孔翅片。 本发明能够在满足换热要求的前提之下，同时能够满足承受较高的绝对压力或者故障状态下较高的相对压力的要求，防止换热器发生胀裂。 (该专利的启示：可应用于壳程压力较高的场合，立式管壳式换热器，壳程流体流动方向为自下而上)
２ ００８ 年第３ 期 目前我国的石油化工、化工、精细化工、电力等行业使用的管壳式换热器多为弓形折流板。弓形折流板使流体介质在换热器壳程内横向流动，导致介质阻力降大，易积垢，换热效率低，还可能诱导换热管振动等问题。 钛、锆波纹管的研发成功，解决了腐蚀问题，提高了传热效率，具有较强的自清污垢能力、伸缩性和很好的补偿能力，适用于多种场合［１￣３］。 螺旋折流板使流体在壳体内呈螺旋状流动，增强流体的纵向混合，并斜向冲刷管束使流体沿螺旋板方向流动，没有死区，不易积垢，抗振性能好等优点。特别适用于高粘度，流动性差的介质。 特种材料螺旋折流板高效换热器经理论分析、模型建立、流场、温度场分析计算、试制和应用表明，具有压降小、换热效率高、运行费用低、增产节能效果显著等特点，已在上海石化、金陵石化、扬子石化等企业的乙烯、醋酸、ＰＴＡ等装置上成功推广使用。 １ 结构特点 特种材料螺旋折流板高效换热器结构见图１， 主要由管箱、管束、壳体构成。管箱材料采用１６ＭｎＲ＋ＴＡ２ （或ＺＩＲ７０２）衬里，管板材料采用ＴＡ９＋１６ＭｎＩＩ复合板或ＺＩＲ７０５板，波纹管材料采用ＴＡ２ 或ＺＩＲ７０２，壳体材料采用１６ＭｎＲ，螺旋折流板材料采用０Ｃｒ１８Ｎｉ９，除壳程法兰外其余均采用１６ＭｎＲ（ＩＩ）＋ＴＡ２（或ＺＩＲ７０２）衬环结构。 １—管程进口；２—壳程出口；３—螺旋折流板；４—壳体；５—高 效换热管；６—放空口；７—壳程进口；７—壳程进口；８—鞍式支座；９—固定管板；１０—管程出口；１１—管箱 图１ 螺旋折流板结构图 螺旋折流板换热器的折流板由若干块１／４壳体横截面的扇形折流板自进口处向出口处呈螺旋状组装形成的。每相邻的４片组成一组，如图２所 特种材料螺旋折流板高效换热器的研究 高兴国１，田朝阳２，孙丹红２， （１．宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 ７２１０１４； ２．江苏中圣高科技产业有限公司高效传热研究所，江苏南京 ２１１１１２） 摘要：介绍了钛、锆高效波纹管与螺旋折流板新型结构的高效换热器的研发情况，实践证明，与传统的管壳式换热器相比较，特种材料螺旋折流板高效换热器具有传热系数高、压降低、防振动及适用范围广的优点，且增产节能效果明显，同时节省原材料投资。 关键词：螺旋折流板；波纹管；高效换热器；特种材料 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｗｉｔｈｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅａｎｄｎｅｗｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｍｍｏｎｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｇａｖｅｈｉｇｈｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓ，ｇｏｏｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｂａｆｆｌｅ；ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｔｕｂｅ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｓｐｅｃｉａｌｍａｔｅｒｉａｌ 中图分类号：ＴＫ１７２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－５５２３（２００８）０３－００２５－０５ 研究与探讨 ２５??
收稿日期:2006-06-05; 修订日期:2006-08-25 基金项目:国防科技重点实验室基金资助项目(51482100204J W0801);国家教育部“新世纪优秀人才支持计划”基金资助项目(NCET -04-0938) 作者简介:吴 峰(1978-),男,江西广丰人,西安交通大学博士研究生. 文章编号:1001-2060(2007)02-0190-07 连续螺旋折流板管壳式换热器 动态特性研究及预测 吴 峰,王秋旺,陈秋炀,谢公南 (西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049) 摘 要:建立了可进行壳管式换热器动态特性试验研究系统,通过试验研究的方法对水-油为换热工质的连续螺旋折流板管壳式换热器动态特性进行了试验研究,进口流量扰动为等百分比流量特性,研究了4种流量扰动方式下水和油出口温度的动态响应。同时研究了在一定Re 数下,不同的流体扰动量对换热器进出口温升的影响,得到了换热器进出口温升与流体扰动量之间的关联式。实验表明,液液换热系统温度的动态响应时间比较长,研究发现在正负的流量扰动下,换热器进出口温度变化呈现线性变化,进出口温升在正负流量扰动下其变化曲线具有对称特征。分别建立了有限差分数值预测模型及人工神经网络模型对换热器油侧的出口温度进行了动态预测,预测结果与试验值符合良好,人工神经网络的预测结果要好于数值模拟预测,其偏差绝对值在1.3%以内,表明人工神经网络在进行复杂的系统辨识时具有一定的参考及应用价值。关 键 词:壳管式换热器;连续螺旋折流板;动态特性;数值预测;人工神经网络;动态预测 中图分类号:TK172 文献标识码:A 引 言 在管壳式换热器中,螺旋折流板换热器由于其能够改善壳侧流动换热性能,在相同的压降下较弓形折流板换热器而言其壳侧换热系数较高而得到研究及应用[1～4];对于高粘度流体而言,其换热效果更加突出[5]。目前所使用的螺旋折流板管壳式换热器的折流板一般是由两块或四块扇形平板搭接而成,每两块扇形折流板之间一般存在三角区,存在严重的漏流问题,使得换热器壳侧的流动偏离真正的螺旋流动 [6] , 本文所使用的连续螺旋折流板换热器能够使得换热器壳侧的流动实现真正的螺旋流动,提高了换热效率[7]。而所有这些研究主要集中在换热器的稳态传热特性上,换热器稳态设计过程揭示了流体在换热过 程中能量平衡关系和稳定的温度分布。但是这些都 没有提供换热器动态行为方面的信息,对于一般的工业生产应用中,换热器总是与其它热力设备相互关联,这必然会影响到换热器运行过程中的一些热力参数,诸如换热工质的进口温度及流量的变化,换热器动态特性的研究对于换热器热过程的实时控制、状态计算、优化及合理利用是十分必要的。以水和油为换热工质的换热设备广泛地应用于化工、石油、冶炼及大型发电机的冷却技术中。本文通过实验研究的方法对连续螺旋折流板换热器在水油为换热工质系统中的动态特性进行了试验研究,应用人工神经网络技术进行了相应的预测,为相关换热设备的分析、设计及改进其控制系统提供依据。 图1 实验系统示意图 1 试验系统 所研究的系统以水油为换热工质,其中油走壳侧,为热流体;水走管侧,为冷流体。油的温升通过油箱中的电加热器通电加热完成,油箱中布置了8个电加热器,通过改变电加热器的通电个数能够实现导热油维持在不同的温度上。具体试验系统回路如图1 第22卷第2期2007年3月 热能动力工程 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THER MAL E NERGY AND POWER Vol .22,No .2 Mar .,2007
螺旋折流板管束结构设计及板尺寸计算 国德文 摘要：本文介绍了螺旋折流板的几何形状及螺旋折流板换热器管束的结构型式，并据此说明了螺旋折流板换热器管束的设计方法。通过图示证明螺旋折流板的曲线边是一条椭圆曲线，给出螺旋折流板几何尺寸的计算方法。 关键词：螺旋折流板；管束；结构设计；计算 Structure design for tube Bundle of spiral baffle and the calculation of the baffle imension Guo De-wen Abstract: In this article，geometric form of spiral baffle，structure patterns for tube Bundle of spiral baffle tubular heat exchanger and its design method are introduced. It were shown that the curve rim of the spiral baffle formed a ellipse curve and the methods of calculation are given that geometry dimensions of spiral baffle. Key words: spiral baffle；tube bundle；stucture design ；calculation 进入本世纪以来，国内采用一种新型高效螺旋折流板换热器的企业逐渐增多。我厂设计室也经常采用螺旋折流板来设计管壳式换热器。本文对螺旋折流板管束的结构设计进行了探讨。 1螺旋折流板的几何形状 螺旋折流板换热器的折流板为准扇形（如图一）。与壳体横截面有一定的安装倾角α，其在壳体横截面上的投影刚好为四分之一圆面。 图一螺旋折流板三视图 根据折流板间距所需要的若干个螺旋折流板与管束轴线以某一角度呈连续螺旋状排列，这种排列须保证介质自壳程进口向出口呈螺旋状推进，避免了采用弓形折流板时，介质以“Z”字形流动剧烈折返带来的严重压降。管壳式换热器采用螺旋折流板是基于这样一种思想：通过改变壳程侧折流板的布置，使壳程侧流体呈连续螺旋流动，因此，理想的折流板布置应该为连续的螺旋曲面。但是，螺旋曲面加工困难，而且换热管与折流板的配合很难实现。考虑到加工上的方便，我们采用一系列的准扇形平面板（称之为螺旋折流板）替代曲面相间连接，在壳程侧形成近似的螺旋面，使换热器的壳程侧流体产生连续的螺旋状流动（如图二）。 图二壳体内螺旋折流板排列示意图 2螺旋折流板间距 螺旋折流板布置应使壳程内介质的螺