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1、108 化 工 机 械 2002年X换热器管束支撑结构对壳程性能的影响XX吴金星 刘敏珊 董其伍 魏新利(郑州大学)摘 要 综述了管束支撑结构的发展,并分析了各种支撑结构对壳程性能的影响,为管壳式换热器优化和实现壳程强化传热提供参考。关键词 管壳式换热器 支撑结构 流动形态 壳程性能中图分类号 TQ05115文献标识码 A文章编号 025426094(2002)0220108205 在品种繁多、结构各异的换热器中,管壳式换1 壳程流体流动形态及性能对比热器以其高度的可靠性和广泛的适用性,以及在换
2、热器的管束支撑结构不同,壳程流体流动长期应用中积累的丰富经验,产量和应用至今仍形态和性能也不同。管束支撑结构经过多年的研占主导地位。随着强化传热等技术的发展,管壳究、应用和发展,概括起来有3种类型:a.横流式式换热器的综合性能也不断提高。在管壳式换热支撑,如传统的弓形折流板,使壳程流体呈横向流器中,管束支撑结构的主要作用是:支撑管束,使动;b.纵流式支撑,如折流杆式等新型支撑,使壳壳程流体产生期望的流型和流速,阻止管子因流程流体呈纵向流动;c.螺旋流式支撑,如螺旋折流体诱导振动而发生失效。因此,管束支撑结构是板,使壳程流体呈螺旋流动。如图1
3、所示,随着流壳程内的关键部件,直接影响着换热器壳程的流体流动形态改变,换热器的性能发生显著变化。3体流动和传热等性能。种流动形态的性能对比见表1。图1 管壳式换热器壳程流体的流动形态示意图表13种流动形态的性能对比壳程有效传热流体阻力流体传热结垢重寿设备投资 性能形态流动状况温差效率(或压力降)诱导振动死区情况量命及操作费横向流横向冲刷管束,部分逆流小低大有有严重大短大纵向流纵向冲刷管束,完全逆流大高小无无很小小长小螺旋流螺旋冲刷管束,部分逆流较大高较小无无很小较小长大 由表1中可见,纵流式换热器具有传热效率动、抗结垢能力强、重量轻、
4、寿命长、设备投资及操高、流体流动阻力小、有效地消除了流体诱导振作费用低等优点,因此纵流式换热器与其他两类X本课题得到国家“九五”重点科技攻关项目资金资助(962A01201207)。XX吴金星,男,1968年生,讲师。河南省郑州市,450002。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第29卷 第2期 化 工 机 械 109换热器相比性能更优越。孔
5、,梅花孔)整圆形折流板,既能支撑管子,又能让[1]2 管束支撑的结构特点管间流体流过折流板。德国GRIMMA公司首次管壳式换热器的发展表现在两个方面:一是开发了一种网状整圆形折流板,其结构仍按普通新型高效传热管(如翅片管、螺旋槽管、波纹管、多折流板划线、钻孔,然后将折流板上的横排孔4个孔表面管等)的开发和应用,以强化管程传热,同为一组,将管桥处铣通,网状整圆形折流板结构如时对壳程也有强化作用;二是管束支撑结构的变图2所示,整圆形折流板共同缺点是结构复杂,加化,使壳程流体流动形态发生变化,主要是由横向工困难,制造成本高。[3,4]流转变为纵向
6、流或螺旋流,整个换热器传热效率2.2.2 杆环式支撑提高、流动阻力减小。管束支撑结构有以下3种美国菲利普公司为了解决振动问题首先开发类型。出杆式支撑结构———折流栅,每一个折流栅由若2.1横流式支撑干平行的折流杆焊接在一个折流圈上而成(图横流式支撑有单弓形、双弓形和三弓形折流3)。空心环支撑是由直径较小的钢管截成短节,板3种形式。弓形折流板结构简单,制造和安装均匀分布在换热管之间的同一截面上(为一组),简便。因此,目前大部分换热器仍采用弓形折流呈线性接触,在紧固装置螺栓力的作用下,使管束板,其结构众所熟知,不再赘述。相对紧密固定(图4)。2
7、.2纵流式支撑纵流式支撑有:整圆形折流板包括带小孔整圆形折流板、异形孔(矩形孔、梅花孔)折流板和网状折流板,折流杆(圆截面杆,矩形截面杆),空心环及管子自支撑等。壳程流体的纵向流动比横向流动具有更高的热力和水力效率。因此,纵流式支撑换热器正在受到人们的普遍关注,新型结构的研究和开发不断进行,在工业上的应用也愈来愈多。图3 折流杆支撑图2 网状折流板[2]2.2.1整圆形折流板折流板最古老的形式是“大管孔”整圆形折流板,板上不开缺口而钻有比管孔大的圆孔,既让管图4 空心环支撑子穿过,又留有足够的间隙让管间流体通过。该2.2.3管子自支撑[5,
8、6]结构缺乏对管子支撑作用,因而常造成换热管振目前已知的管子自支撑结构有刺孔膜片式、动破坏。为了改进该折流板,开发出了带小圆孔螺旋扁管式和变截面管式,如图5所示。刺孔膜的整圆形折
