一种弹性接头直管换热器的制作方法

[0001]
本发明属于传热技术领域，涉及一种弹性接头直管换热器。


背景技术：

[0002]
弹性管束换热器是指采用了流体诱导振动强化换热技术的换热器，即，利用换热器壳程内的流体诱导换热器管束振动，以达到强化换热的目的，且不需要额外消耗能源，成为比较有潜力的强化换热技术。其中，设计适合壳程流体诱导振动的弹性管束换热器成为关键。
[0003]
中国专利cn106288909a，公开了一种平面回折型弹性强化换热管束及换热器，有第一换热管以及与该第一换热管方向相异的第二换热管，且利用该第一换热管和第二换热管形成回折型的换热管束，并将换热管束的进口端和出口端固定，其他部分处于浮动状态，以使得形成合适的横向振动频率和振幅来强化传热。
[0004]
另外，中国专利cn210638549u，公开了一种小型螺旋缠绕弹性管式换热器，有外排管、中排管和内排管，各排管束的端部固定在管板上，且各排管束均采用铜管并成螺旋管状结构，以及相邻排的管束螺旋方向相反，以增加壳程流体的紊流特性来强化传热。
[0005]
然而，以上提出的弹性管束换热器，其弹性管束与流体进出口管的连接均采用刚性连接，如此，管束一方面受到壳程流体的作用产生振动，来强化传热，另一方面，管束的两端被固定在进出口管，其端部受到交替的周期性变化的脉动力，使得管束的疲劳寿命降低。此外，现有的弹性管束换热器，为了满足流体诱导振动的条件，往往是将管束的尺寸做大。同时在对引起管束振动的机理研究中发现，换热器中壳程流体绕流管束时会产生旋涡脱落，该脉动的旋涡脱落力频率和力度大小适中，是引起管束振动的主要原因。
[0006]
因此，如何实现旋涡脱落力的充分利用，以提高换热器的强化传热效果，以及提高管束的疲劳寿命成为需要解决的问题。


技术实现要素：

[0007]
本发明提供的一种弹性接头直管换热器，可充分利用旋涡脱落而产生的脉动升力激励管束振动，提高强化换热效果，而又能满足疲劳寿命的要求，并且本弹性换热器拆、装、洗、维修方便。
[0008]
本发明的技术方案包括：一种弹性接头直管换热器，包括壳体，所述壳体内安装有管束组件，所述管束组件包括沿壳体轴线方向延伸的直管以及安装在直管两端的弹性接头，所述壳体内沿轴线方向设有隔板且所述隔板的轴线与壳体的轴线相交，至少一隔板设有缺口，所述壳体垂直于轴线方向设有壳程进口和壳程出口。
[0009]
本发明的技术方案还包括：所述隔板包括位于靠近壳体端部的第一隔板和位于壳体中部的第二隔板，所述第一隔板和第二隔板均设有隔板连接孔。
[0010]
本发明的技术方案还包括：所述隔板连接孔安装有连接管，所述连接管的至少一端位于隔板连接孔外且与弹性接头可拆卸连接。
[0011]
本发明的技术方案还包括：所述连接管成台阶状，连接管包括依次相连的第一连接面、第二连接面和第三连接面，所述第二连接面在径向上的厚度大于第一连接面和第三连接面。
[0012]
本发明的技术方案还包括：所述第二隔板设有缺口且所述缺口位于靠近第二隔板边缘的位置。
[0013]
本发明的技术方案还包括：所述第二隔板的数量是至少两个，相邻第二隔板的缺口在垂直于壳体的轴线方向上交错设置。
[0014]
本发明的技术方案还包括：所述弹性接头包括柔性接头以及安装在柔性接头上的弹簧，所述柔性接头的一端与直管的端部可拆卸连接，柔性接头的另一端与连接管可拆卸连接。
[0015]
本发明的技术方案还包括：所述壳体包括通过螺栓连接固定的上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体内设有隔板槽，所述壳程进口位于上壳体，所述壳程出口位于下壳体。
[0016]
本发明的有益效果有：将换热管束设计成由直管和弹性接头组成的管束组件形式，如此利用弹性接头可使管束组件与其固定安装件之间形成非刚性连接，以避免由于管束组件在振动强化换热时由于与固定安装件之间的刚性连接造成的疲劳寿命降低，可延长其疲劳寿命，进而提高整个换热器的可靠性。以及，管束组件的换热管采用直管的设计并将该直管沿着壳体轴线方向布置，且在换热器壳体内安装隔板，将壳程进口和出口设计成与壳体轴线垂直，如此进入壳程的介质与直管内的介质成垂直状态，且在隔板作用，壳程流体绕流换热直管，产生涡脱落，管束组合在涡脱落力的作用下，产生三维的周期性振动，达到强化换热的目的。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0018]
图1是本发明实施例的示意图。
[0019]
图2是实施例中下壳体的示意图。
[0020]
图3是实施例中管束安装示意图。
[0021]
图4是实施例中链接管的示意图。
[0022]
图5是实施例中第一隔板的示意图。
[0023]
图6是实施例中第二隔板的示意图。
[0024]
图7是实施例中管束组件的示意图。
[0025]
图8是实施例中弹性接头的分解结构示意图。
[0026]
其中：1、上壳体，11、壳程进口，12、管程进口，2、下壳体，21、壳程出口，22、管程出口，23、螺栓孔，24、隔板槽，3、螺栓，4、管束组件，41、直管，42、弹性接头，421、柔性接头，422、弹簧，5、第一隔板，6、第二隔板，61、平直段，7、连接管，71、第一连接面，72、第二连接面，73、第三连接面，8、隔板连接孔。
具体实施方式
[0027]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0028]
在本文中，“上、下、左、右、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，本发明实施例中，“以上”、“以下”等，包括本数。
[0029]
本发明实施例公开的弹性接头直管换热器，可避免管束与其固定安装件之间刚性连接造成的疲劳寿命降低，能在延长管束疲劳寿命的同时强化换热效果。
[0030]
如图1至图8所示，本实施例的弹性接头直管换热器，包括壳体，具体的，壳体包括上壳体1和下壳体2，其中，在上壳体1上安装有壳程进口11和管程进口12，下壳体2上安装有壳程出口21和管程出口22，在上壳体1和下壳体2的连接位置加工有螺栓孔23，如此可利用螺栓3将上壳体1和下壳体2连接固定。
[0031]
此外，在上壳体1和下壳体2内还设置有隔板槽24，可用来安装隔板。具体的，该隔板槽24沿着壳体的轴线方向设置，其中，壳体的轴线方向是指沿着壳体的长度方向。如此，隔板可沿着壳体的轴线方向安装，并且使隔板的轴线与壳体的轴线相交，例如，隔板可在壳体内呈垂直方向安装，以此将壳体内的流体空间沿其轴向分隔成多段，以增加壳程流体对管束的扰动，强化涡脱力的作用。
[0032]
具体的，隔板包括位于靠近壳体端部的第一隔板5和位于壳体中部的第二隔板6，并且，在第一隔板5和第二隔板6均设有隔板连接孔8，该隔板连接孔8可用来安装连接管7，且连接管7的至少一端伸出隔板连接孔8之外，用来与弹性接头42可拆卸连接。
[0033]
如图4所示，连接管7成台阶状，即，包括依次相连的第一连接面71、第二连接面72和第三连接面73，其中，第二连接面72在径向上的厚度大于第一连接面71和第三连接面73，并且，该第一连接面71、第二连接面72和第三连接面73均可加工有螺纹，如此在安装时，第二连接面72通过螺纹连接在第一隔板5和第二隔板6的隔板安装孔8内，伸出在隔板安装孔8外的第一连接面71和第三连接面73通过螺纹与弹性结构42连接固定。
[0034]
在第二隔板6设计有缺口且该缺口设置在靠近第二隔板6边缘的位置，如此，利用该缺口可在第二隔板6与壳体之间形成流体通过空间。具体的，该缺口可由在第二隔板6上的平直段61形成，在壳体内至少安装有两个第二隔板6，并且，相邻第二隔板6的缺口在垂直于壳体的轴线方向上交错设置，即，如图3所示，安装时，一个第二隔板6的平直段61朝下放置，另一个第二隔板6的平直段61朝上放置，如此，壳程流体在经过第二隔板6时，一处是在下方通过第二隔板6，另一处是在上方通过第二隔板6，可使得壳程流体的流动与直管41呈现大致垂直的状态，利于涡脱力的充分利用。
[0035]
上壳体1和下壳体2形成的壳体空间内安装有管束组件4，其中，该管束组件4包括沿壳体轴线方向延伸的直管41以及安装在直管41两端的弹性接头42，并且，如图8所示，该弹性接头42包括柔性接头421以及安装在柔性接头421上的弹簧422。安装时，先将弹簧422套装在柔性接头421上，之后将柔性接头421的一端与直管41的端部连接，具体的可在两者上分别加工螺纹，使两者采用螺纹连接，同时，柔性接头421的另外一端通过螺纹与连接管7
的第一连接面71或者第三连接面73固定。如此，可将管束组件4弹性安装固定在隔板上，此后再将隔板放入隔板槽24中，再将上壳体1和下壳体2使用螺栓3连接固定即可完成换热器的装配。
[0036]
工作时，壳程流体从壳程进口11进入，流入由第一隔板5和第二隔板6形成的第一个通道，绕流换热直管41，产生涡脱落，管束组件4在涡脱落力的作用下，产生三维的周期性振动，达到强化换热的目的。同时，第一通道内的壳程流体通过第二隔板6的缺口从壳体底部进入两个第二隔板6形成的第二通道，且再通过第二隔板6的缺口从壳体顶部进入第二隔板6与第一隔板5形成的第三通道，如此回折的流往壳程出口21。管程流体从管程进口12流入管束组件4，流经各个直管41后，从管程出口22流出。最后实现涡激振动强化换热的目的，且可满足疲劳寿命的要求。本实施例的换热器，能够实现弹性管束较大的振幅，从而大大提高换热效率，却又不影响疲劳寿命，能够大大提高能源利用率，降低换热器成本，具有广阔的经济和应用前景。
[0037]
在各实施例不相矛盾的情形下，各实施例中的至少部分技术方案可重新组合形成本发明的实质技术方案，当然，各实施例间也可以相互引用或包含。并且，需要说明的是，本领域技术人员在重新组合各实施例记载的技术手段时所做出的适应性调整修改也将落入本发明的保护范围。
[0038]
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

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