本發明涉及管殼式換熱器領域，具體涉及一種使用螺旋槽紋管的螺旋折流板管殼式換熱器。

背景技術

換熱器是實現冷熱流體熱量交換的一種重要過程設備，廣泛應用于化工、石油、冶金、食品、動力、醫藥、制冷等行業，在熱量回收和綜合利用等方面起到不容忽視的作用。其中，管殼式換熱器的應用為廣泛，管程和殼程的流體通過管壁實現熱量交換，出于安全性考慮，國內許多管殼式換熱器內仍采用光滑傳熱管，這方面有很大的節能進步空間。

螺旋折流板換熱器內殼程流體在螺旋折流板的作用下呈螺旋狀流動，可以在一定的沿程壓降下提高換熱效率，螺旋折流板的形狀和位置很大程度上影響著換熱器的使用效果。二～四等分的螺旋折流板在實際工程中由于安裝方便、折流板數量可控等原因，應用較多。六等分螺旋折流板則適合正三角形布管，傳熱系數也相對更高，但相應地加工和裝配難度更大。

螺旋折流板的結構設計主要是為了優化殼程流體的流動路徑，避免流動死區的形成，使流體更接近于柱塞狀流動，從而提高換熱效果。實際工作時，在離心力的作用下靠近中間區域的流體流速較慢，導致了這部分管子的換熱效率降低，同時在某些部位還會發生泄露現象，使整體的綜合性能受到影響。

發明內容

本發明針對螺旋折流板換熱器內中間區域的換熱管換熱效率較低的問題，提供了一種使用變螺距螺旋槽紋管的螺旋折流板換熱器結構，可以緩解漏流問題，提高換熱器的綜合性能。

本發明采用如下的技術方案：

一種具有變螺距螺旋槽紋管的螺旋折流板換熱器，其包括筒體、螺旋折流板、光滑換熱管和螺旋槽紋管；光滑換熱管和螺旋槽紋管均用于通入換熱流體；

筒體作為換熱器的外殼，其側壁的一端設有進口和出口；筒體內設有若干螺旋折流板，螺旋折流板為扇環形；多塊螺旋折流板在筒體中順次搭接，形成與筒體同軸的螺旋式導流結構；所述螺旋式導流結構中安裝有若干光滑換熱管，所述光滑換熱管與筒體軸線平行布置并貫穿螺旋折流板上的換熱管安裝孔；

所述螺旋式導流結構和筒體圍成的外螺旋通道作為換熱器的外殼程；所述螺旋槽紋管有多條，沿軸向布置于螺旋式導流結構內部的中空通道中，使中空通道在螺旋槽紋管的外螺紋導向下形成內螺旋通道，作為換熱器的內殼程；殼程流體由所述進口進入外殼程做螺旋流動，流體完成外殼程流動后換向進入內殼程在螺旋槽紋管外部繼續流動，直至從出口流出；

每條所述螺旋槽紋管分為強化段、正常段和換向段，正常段的螺距與所述螺旋式導流結構的螺距相等，正常段、強化段和換向段的螺距遞減，其中強化段為螺旋槽紋管位于換熱器內流體入口段的部分，換向段為螺旋槽紋管位于換熱器內的殼程流體換向段的部分，正常段為強化段和換向段之間的部分。

作為優選，所述的螺旋折流板上還開設有拉桿安裝孔，所述螺旋式導流結構通過多條貫穿螺旋折流板的拉桿固定于筒體兩側的管板上。

作為優選，所述螺旋式導流結構中，相鄰兩塊螺旋折流板的板體搭接位置夾有壓緊彈性材料，兩塊螺旋折流板的搭接端分別通過擰緊螺釘固定于壓緊彈性材料上，實現連續搭接。

作為優選，所述螺旋式導流結構中，螺旋折流板呈周期性，若干連續搭接的螺旋折流板為一個螺旋周期，一個螺旋周期內的所有螺旋折流板沿螺旋式導流結構軸向的投影為完整環形，且滿足0.5≤r/R≤0.72，其中R為螺旋折流板的扇環外徑，r為螺旋折流板的扇環內徑。

進一步的，所述擾流件為相對螺旋折流板表面凸出或凹陷的半球體，半球體的半徑為a，(R-r)是a的15～45倍。

作為優選，所述螺旋式導流結構中，螺旋折流板在搭接端附近設有若干擾流件，用于順著流體的流動方向形成繞流，避免出現流動滯止死區。

作為優選，所述螺旋式導流結構中穿過的光滑換熱管和中空通道中布設的螺旋槽紋管數量相同，且外螺旋通道和內螺旋通道的流體流動面積相等。

作為優選，所述螺旋式導流結構中，光滑換熱管和螺旋槽紋管均采用正三角形布管方式，管程數大于等于1。

作為優選，所述拉桿通過螺紋連接或焊接的方式固定在所述管板上。

進一步的，所述螺旋式導流結構的螺距s計算公式為:

其中，α為螺旋折流板的搭接程度，0≤α≤1，n為一個所述螺旋周期內螺旋折流板的塊數，d s為筒體內徑；β為螺旋折流板的螺旋角；

所述正常段的螺距p 2＝s；

所述強化段的長度占螺旋槽紋管管長的10％～15％，螺距p 1＝0.9p 2；

所述換向段的長度占螺旋槽紋管管長的25％～40％，螺距p 3＝0.75p 2。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：

(1)本發明所述的螺旋折流板換熱器中，螺旋折流板形成的中間區域使用螺旋槽紋管代替光滑換熱管，和兩兩連接在一起的螺旋折流板形成螺旋通道，提高中間部分流體的流動速度，減薄溫度邊界層，提高換熱效率，相比全部使用光滑管的螺旋折流板換熱器，換熱系數提高20.1％；同時螺旋折流板的螺距s與螺旋槽紋管正常流動段的螺距p 2相等，使流體在內螺旋通道流動時有序地形成規律的螺旋狀流動，促進了管內和管外流體的換熱，相比螺旋折流板螺距s和螺旋槽紋管正常流動段的螺距p 2不相等的情況，換熱系數提高8.2％。

(2)本發明所述的螺旋折流板換熱器中，通過旋轉擰緊螺釘從而壓緊夾在兩塊螺旋折流板之間的彈性材料，使螺旋折流板兩兩固定在一起的同時，避免了在搭接位置處發生的漏流現象，使殼程流體都在螺旋通道內流動。

(3)本發明所述的螺旋折流板換熱器中，螺旋折流板連接區域附近的凹坑和凸起尺寸依據流動情況而定，流體流過這部分形成擾流，使邊界層得到充分分離，進一步提高中間區域的流動速度，同時有效緩解漏流現象。

(4)本發明所述的螺旋折流板換熱器中，筒體和螺旋折流板圍成了外殼程流道，螺旋折流板中間挖空的部分形成了內殼程流道，螺旋折流板上穿過的光滑換熱管和中間區域插入的螺旋槽紋管數量相同，內外殼程流體的流動面積盡可能相等，流體換向時流速基本保持不變，提高流動的流暢性，避免引起管束顫動；相比單殼程結構，在流量不變、管程數相同的情況下，雙殼程結構換熱器換熱效率更高。(關鍵詞：管殼式換熱器，螺旋折流板換熱器)