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螺旋折流板的结构设计点击：1764 日期：[ 2014-04-26 21:35:40 ] |
| 螺旋折流板的结构设计 郑秀芳,曹凤玲,杨 林 (沈阳陆正重工集团有限公司,辽宁沈阳110144) 摘要:目前的螺旋折流板换热器都是采用断续的近似螺旋结构,即采用若干块四分之一壳程横截面的扇形板组装成螺旋状,每片折流板与穿过其上的换热管斜交。在螺旋折流板换热器内,介质自壳层进口向出口呈螺旋状推进,由此产生的离心力提高了流体的湍流程度,避免了大角度折返带来的压力损失。 关键词:螺旋折流板;换热器;安装倾角;结构设计 中图分类号: TQ 050. 2 文献标识码: A 文章编号: 1004 0935(2010)09 1102 03 近年来,国内采用新型高效螺旋折流板换热器的企业逐渐增多。沈阳陆正重工集团也经常采用螺旋折流板来设计管壳式换热器。文中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。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1/4圆面。见图1。 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,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,见图2。 2·螺旋折流板间距 螺旋折流板布置应使壳程内介质的螺旋状流场稳定,这就要求螺旋折流板之间有一致的间隔称为折流板间距F,相同的安装角α,一般还应要求:螺旋折流板应布置在上方进出口轴线的下方或下方进出口轴线的上方,见图3。 从图3可以看出,在1个螺旋节距H(波长)长度上等距依次安装4个螺旋折流板,环绕壳程轴线位置的1根与换热管规格相同的中心管,用定距管定位,形成螺旋状。壳程进出口间距为H的整数倍加1/2H,折流板间距F为1/4H。 3·拉杆及定距管 拉杆直径和数量应按GB151-1999《管壳式换热器》[1-3]的有关规定,但为保证螺旋折流板的稳定,每块螺旋折流板上最少应布置3根拉杆,螺旋折流板的中心安装部位须加工与中心管相配的圆弧缺口,见图4。 根据安装位置的不同,定距管的结构一般分2种,具体结构见图5。 4·壳程进口处的防冲结构 在壳程进口处,为保证介质流束均匀,螺旋折流板换热器管束一般采用防冲杆结构,防冲杆直径为Φ16的钢棒,分2层布置,见图6。 防冲杆的上表面到壳体内壁的距离应>1/4接管外径,其排列后的防冲面应为接管外径加50 mm的方形。 5·螺旋折流板的设计 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,即1/4圆面,见图7。 当螺旋折流板安装倾角为α时,其椭圆曲线边为1个椭圆的1部分,该椭圆由以与壳体横截面夹角为α的平面切割圆柱体而得到,见图8。 螺旋折流板尺寸可由该椭圆所确定的椭圆方程求得,见图9。 从图9可以看出,螺旋折流板尺寸参数A、R与其投影图上对应尺寸参数相等。弦高A的计算公式为: 螺旋折流板椭圆曲线边上任意点(Z1,Y1)的数值可以计算得出。 6·结 语 螺旋折流板换热器管束在设计时需采用新结构,与弓形换热器管束相比,具有诸多优点,特别是它能够有效地降低介质流动阻力、增加传热效率和减震等优点,因此具有广阔的应用前景。 参考文献 [1]王秋旺,罗来勤,曾敏.交错螺旋折流板管壳式换热器壳侧传热与阻力性能[J].化工学报, 2005(4): 22-26. [2]GB151-1999.管壳式换热器[S]. 1999. [3]曹纬.国外新型换热器介绍[J].化学工程, 2000(6): 50-53. [4]王正方,王勇,曲大伟.螺旋折流板换热器的研究与制造[M].全国化工热交换器技术与设备交流会论文集, 2008. [5]潘振,陈宝东,商艳丽.螺旋折流板换热器的研究与进展[J].节能技术, 2006(1): 36-39. [6]邓斌,吴扬,陶文铨.螺旋折流板换热器壳侧流动的数字模拟[M].中国工程热物理学会2003年学术会议论文集, 2003. [7]王秋旺,罗来勤,曾敏.交错折流板换热器传热与阻力性能的实验研究[M].中国工程热物理学会2003年学术会议论文集, 2003. [8]王良,罗来勤,王秋旺.螺旋折流板换热器中阻流板对换热及沿程压降的影响[M].中国工程热物理学会2003年学术会议论文集, 2003. [9]朱冬生,蒋翔,陆应生.螺旋折流板低翅片管油换热器应用研究[M]. 2004年全国化工石化装备国产化技术交流会论文集,2004. [10]张少维,周荣兰,桑芝富.折流板间距对换热器性能影响的数值研究[J].南京工业大学学报, 2005(3): 25-28. |
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