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冷卻器管束支撑结构

  改變流道截面是強化傳熱的一個重要途徑。波紋管冷卻器是这一强化传热途径的代表产品。它不仅可以强化管内传热,还对强化管外传热有很好的效果,是目前应用比较广泛、有良好推广前景的新型冷卻器。
  2波纹管冷卻器的发展及特点21波纹管冷卻器的发展撑板)的最小间距一般不小于圆筒内直径的1/5,且节对于横纹管和空心环的组合结构,中有详细的介该M结构可使壳番阻减%镰iShi成了/-扁潘“复珂构,弥补了圆杆比较低,在满足流速要求的前提下尽量缩短折流板的间距可以提高振动的固有频率。
  由于波紋管管壁較薄,所以選用折流板時要注意:折流板的材料硬度要低于波紋管,同時折流板的厚度應適當加大,孔的兩面應有倒角,以防波紋管受損。
  如果折流板厚度取值偏小,可能会出现两种情况:一种是波纹管刚度较好,此处悬空,此时会因管子与折流板管孔之间间隙过大而出现管子振颤现象;另一种是波纹管刚度较差,折流板卡在波谷段,出现管孔另一侧漏流短路,影响换热效果,管子还易被折流板磨破。这两种情况都可能导致波纹管冷卻器失效。
  在波纹管冷卻器中采用折流板作为支撑,除因壳程流体横向冲刷管束造成较大的振动和流体阻力、容易产生传热死区外,还会因折流板厚度较大使得重量较大。
  3.2折流杆式支撑波纹管冷卻器折流杆结构与常用的折流杆结构基本相同。在这种结构中,支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙,管束中每根波纹管的上下左右都得到了可靠的支撑,壳程流体的流动方向为纵向流动,可以有效的防止波纹管的振动破坏,提高冷卻器的使用寿命。
  由于波纹管各处管径不同,在波纹管冷卻器中采用折流杆结构时,波纹管的波节距须基本相同,安装时每根波纹管的波峰、波谷纵向对齐,折流杆均安装于波谷位置。
  對波鼓形、縮放管以及波節管來說,采用折流杆式支撐時,圓杆與管子的接觸方式爲點接觸,對管子振動的抑制作用較弱,且容易對管子構成磨損。梯形波紋管采用折流杆式支撐時,圓杆與管子的接觸方式是線接觸,對管子的振動抑制效果較好。
  3.3空心環支撐3空心環支承是另一種新型支承結構,該支承結構將直徑較小的鋼管截成短節,均勻分布在換熱管之間的同一截面上(爲一組),呈線性接觚如所示。
  目前采用空心環支撐的波紋管管型主要有橫紋管和縮放管。
  空心环支撑空心环缩放管管壳式冷卻器是由华南理工大学化工研究所研究开发的。有还提到了空心环网板支撑,这种结构的壳程周向流道空隙率非常大,故形体阻力非常小,机械支承强度上也可保证安全。
  对波纹管冷卻器来说,在保证支撑环宽度的前提下,所有的管型皆可以采用空心环支撑,目前应用比较广泛的是空心环加缩放管的组合结构。
  3.4扁钢条支撑扁钢条厚度相当于管间间隙,管子被扁钢条紧紧夹住,扁钢条与管子的接触方式为线接触,对管子振动的抑制作用较强,而且基本上保持了折流杆冷卻器优良的热力学性能。
  扁鋼條支撐適用于各種形狀的波紋管。
  事实上,就传统折流杆式冷卻器而言,其壳程进出口区域是管子受横向流作用而容易发生振动破坏的薄弱区域。因此,在这些区域采用扁钢条支撑,在远离进出口的区域,仍采用折流杆结构。这样即构式支撑存在的抗振缺陷。
  3.5管子自支撑自支撑结构通过采用自支撑管,如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管来简化管束支撑,提高冷卻器的紧凑度。各种波纹管也具有周期性变化的截面,因此可以采用自支撑结构,如所示。
  根據管型尺寸和介質性質,換熱管布局可設計成兩種組合類型。下面以梯形波紋管爲例對這兩種組合類型進行說明。
  0換熱管布局類型I型:波紋管的管峰在殼體的同一橫截面上對齊(見0a),此時,殼程流通面積也像管內那樣,沿軸向不斷出現擴大與縮小的周期性變化,不僅能起到優于折流板的強化作用,還可使流動阻力降低並消除流通死區,這一類型適用于殼程流體流量不大、粘度較低的工況。
  鄰管的管谷相對(見0b)此時,殼程流通面積沿軸向變化不大,但介質的流道卻是曲折的,因此可得到較大的換熱系數。這一類型適用于殼程介質流量偏大、粘度稍高的工況。
  利用波纹管的自身特点实现自支撑,有以下特点:(1)冷卻器的整体换热面积显著增加,在换热量本;由于制造工艺简单,使冷卻器更安全耐用;管与管的自支撑使得管子的被支撑点增加,而且是同一种材料接触,是一种软接触,所以磨损和振动大大减小;由于管子的束缚小,波纹管自身的补偿量可充分发挥作用,因此抗热冲击和抗结垢能力很强,提高了管子的寿命;壳程流体与管程流体流动完全逆流,增大了有效温差,波纹管使流体产生强烈的湍流,大大提高了传热系数。
  4總結從折流板支撐、圓鋼杆式支撐、扁鋼條支撐到管子自支撐,支撐結構逐漸趨于合理化,但是對于波紋管冷卻器來說,殼程流體流動非常複雜,對其殼程支撐結構的理論研究還很欠缺,實驗研究也很不全面。
  利用目前广泛采用的计算流体力学(FD)方法对波纹管冷卻器在各种支撑结构及管型下的壳程流体流动状况进行模拟,得出支撑结构与各种波纹管管型的最优组合,无疑为研究波纹管冷卻器管束支撑结构提供了一条方便快捷的途径。

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