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用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束
申请号	CN202410096451.3	申请日	2024-01-24	公开(公告)号	CN117848111A	公开(公告)日	2024-04-09
申请人	西安交通大学;			发明人	巫英伟; 马志真; 贺亚男; 苏光辉; 田文喜; 秋穗正;
摘要	本发明公开了一种用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，该换热管管束设计采用三叶或四叶螺旋型，在轴向上扭转，明显增大换热面积，减小了壳侧热工水力直径；同时由于其自支撑能力以及螺旋结构的搅混能力，避免了支撑板和折流板的使用，减小了压力损失，提高换热器的换热效率，同时减小了污垢的局部沉积，更易于维护，降低换热管失效概率，显著提高换热器运行安全性。
权利要求	1.一种用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：三叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的横截面包括三个互为120°夹角的三叶半圆(A)以及三叶半圆之间所夹的三叶圆弧形过渡区域(B)；四叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的横截面包括四个互为90°夹角的四叶半圆(E)以及四叶半圆之间所夹的四叶圆弧形过渡区域(F)。 2.如权利要求1所述的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：三叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有三次达到正排列，即相邻螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以三角形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 3.如权利要求1所述的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：三叶螺旋扭转换热管管束出入口部分为三叶直管段(D)，由管板进行定位固定，中间为三叶螺旋段(C)。 4.如权利要求1所述的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：四叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有四次达到正排列，即螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以正方形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 5.如权利要求1所述的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：四叶螺旋扭转换热管出入口部分为四叶直管段(G)，由管板进行定位固定，中间为四叶螺旋段(H)。 6.如权利要求1所述的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，其特征在于：三叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的三叶半圆(A)处厚度比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性；四叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的四叶半圆(E)处厚度比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性。
说明书全文	用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束技术领域 [0001] 本发明属于直流式换热器设计技术领域，具体涉及一种用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束。背景技术 [0002] 由于传统的管壳式换热器中支撑管束及改变壳侧流动方向的需要，换热器内分布有许多折流板以及支撑板部件，这些部件会产生很大的局部阻力伴有强烈的二次流，造成额外的压力损失。采用一种具有自支撑能力的异型管束可以避免支撑板及折流板的使用，减小二次侧压降。 [0003] 三叶和四叶螺旋燃料作为一种新型先进燃料目前正在被着力研究，其独特的几何结构使其具有了天然优良的热力学特性。三叶和四叶螺旋燃料所具有的自支撑性能使得其不需要定位格架。同时，由于螺旋扭曲的几何形状，其具有良好的搅混特性。发明内容 [0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，解决传统管壳式换热器壳侧水力直径偏大，换热不充分，挡板及折流板带来的强烈二次流、涡旋的产生，以及由此而引发的积垢现象和流致振动等问题。 [0005] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现： [0006] 一种用于管壳式换热器的三叶及四叶螺旋扭转换热管管束，三叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的横截面包括三个互为120°夹角的三叶半圆A以及三叶半圆之间所夹的三叶圆弧形过渡区域B；四叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的横截面包括四个互为90°夹角的四叶半圆E以及四叶半圆之间所夹的四叶圆弧形过渡区域F。 [0007] 三叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有三次达到正排列，即相邻螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以三角形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 [0008] 三叶螺旋扭转换热管管束出入口部分为三叶直管段D，由管板进行定位固定，中间为三叶螺旋段C。 [0009] 四叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有四次达到正排列，即螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以正方形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 [0010] 四叶螺旋扭转换热管出入口部分为四叶直管段G，由管板进行定位固定，中间为四叶螺旋段H。 [0011] 三叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的三叶半圆A处厚度比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性；四叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的四叶半圆E处厚度比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性。 [0012] 本发明具有以下优点和有益效果： [0013] 1.本发明换热管管束采用三叶或四叶螺旋型，在轴向上扭转，明显增大换热面积，减小管壳式换热器壳侧水力直径，壳侧流速增大，增强换热能力。 [0014] 2.由于壳侧流道中各子通道螺旋扭转，增加壳侧搅混能力，换热器出口温度分布更均匀。 [0015] 3.由于三叶及四叶结构的比表面积较传统圆管大，增大管侧接触面积，增强换热能力。 [0016] 4.由于其自支撑能力以及螺旋结构的搅混能力，避免使用折流板、支撑板等结构，减小壳侧压降，避免出现换热死角，同时减小局部的腐蚀沉积，使换热器可靠性增加，便于维护清理，降低换热管失效概率，显著提高换热器运行安全性。附图说明 [0017] 图1为本发明三叶螺旋扭转换热管横截面示意图。 [0018] 图2为本发明三叶螺旋扭转换热管纵向示意图。 [0019] 图3为本发明三叶螺旋扭转换热管排布方式示意图。 [0020] 图4为本发明四叶螺旋扭转换热管横截面示意图。 [0021] 图5为本发明四叶螺旋扭转换热管纵向示意图。 [0022] 图6为本发明四叶螺旋扭转换热管排布方式示意图。具体实施方式 [0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0024] 如图1所示，本发明三叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管横截面包括三个互为120°夹角的三叶半圆A以及三叶半圆之间所夹的三叶圆弧形过渡区域B。管壁厚度为1mm，壁厚变薄使得换热热阻减小，在非稳态换热过程中，时间常数变小，整体的速度和温度分布更为均匀，流动换热能更快进入稳定。三叶半圆A区域的材料适当增厚，比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性，等效应力更小，结构强度更高。 [0025] 如图2所示，本发明三叶螺旋扭转换热管管束轴向上包括出入口部分的三叶直管段D以及中间的三叶螺旋段C，三叶直管段D插入管板中起固定及定位作用。 [0026] 如图3所示，本发明三叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有三次达到正排列，即相邻螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以三角形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 [0027] 如图4所示，本发明四叶螺旋扭转换热管管束中每个换热管的横截面包括四个互为90°夹角的四叶半圆E以及四叶半圆之间所夹的四叶圆弧形过渡区域F，管壁厚度为1mm。四叶半圆E区域的材料适当增厚，比换热管其他地方厚度厚10％‑20％，增强在接触时的耐磨性，等效应力更小，结构强度更高。 [0028] 如图5所示，本发明四叶螺旋扭转换热管管束轴向上包括出入口部分的四叶直管段G以及中间的四叶螺旋段H，四叶直管段G插入管板中起固定及定位作用。 [0029] 如图6所示，本发明四叶螺旋扭转换热管管束在轴向上发生扭转，每个螺距内有四次达到正排列，即螺旋管之间相互接触，相互对正，达到正排列时多个换热管以正方形排列，能够自支撑，无需折流板，支撑板。 [0030] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

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