專利名稱：帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及換熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力
換熱器。
背景技術(shù)：
換熱器是國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備，在各種類型的 換熱器中，管殼式換熱器因結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、制造方便等優(yōu)點而獲得廣泛應(yīng)用，其中尤 以固定管板式換熱器的使用為最廣，但固定管板式換熱器的最大弱點是當(dāng)管程與殼程的壓 差較大和溫差較大時，或者當(dāng)列管與殼體材質(zhì)不同而導(dǎo)致管子與殼體線膨脹系數(shù)不一致 時，往往會引起管子與殼體的變形不一致，造成管子在管板上被拉脫或發(fā)生泄漏。這種由 壓差和溫差引起的應(yīng)力常造成設(shè)備破壞，壓差和溫差越大，這種破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。傳統(tǒng)上 降低管殼間應(yīng)力水平的方法主要是設(shè)置膨脹節(jié)，膨脹節(jié)采用浮頭式、U形管式等，但其結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、制造成本也高。為了解決這方面的問題，在專利申請?zhí)枮?6116870. 6的專利申請 中公開了一種管殼式預(yù)應(yīng)力換熱器的制造方法，該方法是在換熱器殼體上預(yù)留一條環(huán)焊 縫，待向換熱列管施加預(yù)應(yīng)力后再將環(huán)焊縫焊封，施加應(yīng)力是通過向換熱列管中通入熱介 質(zhì)來實現(xiàn)，施加預(yù)應(yīng)力的大小則通過控制焊封前熱交換介質(zhì)之間的溫差值來實現(xiàn)，但這種 方法僅僅控制溫差應(yīng)力的大小，沒有提及對于其他載荷作用的預(yù)應(yīng)力補償問題，由于溫差 應(yīng)力一般比較小，也較難控制，因而在生產(chǎn)中適用的場合不廣。除此之外，在專利申請?zhí)枮?00114032.9的專利申請中公開了一種預(yù)應(yīng)力管殼式換熱器及其制造方法，以及在專利申 請?zhí)枮?00720078809. 1的專利申請中公開了一種固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，這兩中換熱 器都是利用機械加載施加預(yù)應(yīng)力；專利申請?zhí)枮?011403209的專利申請中其制造方法也 是在換熱器殼體上預(yù)留一條環(huán)焊縫，對管板采用機械或液壓方式及對換熱管采用電加熱方 式加載使換熱器產(chǎn)生整體預(yù)應(yīng)力，然后再將環(huán)焊縫焊封；而專利申請?zhí)枮?00720078809. 1 的專利申請中，其方法也是在換熱器筒體上留有一條環(huán)焊縫，通過連接在管板上的加載環(huán) 給管束組件整體施加軸向預(yù)應(yīng)力，然后再將環(huán)焊縫焊封。以上三個專利中都存在一個共同 的特點，就是需要在殼體上預(yù)留一條環(huán)焊縫，這不僅使制造工藝復(fù)雜，而且在焊接完環(huán)焊縫 后，殼體會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，以致可能完全抵消原來的預(yù)應(yīng)力。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式
預(yù)應(yīng)力換熱器，該換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能有效減小壓差和溫差對設(shè)備的破壞性。
本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱
器，包括殼體、設(shè)于殼體兩端的管板及管箱、連接殼體兩端管板的換熱管、設(shè)于殼體內(nèi)部的
折流組件和用于支撐換熱器的支座，殼體兩端的管箱分別設(shè)于管板的外側(cè)，其中所述殼體
至少帶有一個經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理的外導(dǎo)流筒，所述外導(dǎo)流筒設(shè)于換熱器殼程的進(jìn)口端或出口
丄山順。[0005] 所述外導(dǎo)流筒為兩側(cè)分別設(shè)有正環(huán)殼和負(fù)環(huán)殼的圓筒結(jié)構(gòu)，正環(huán)殼與負(fù)環(huán)殼相連 接，負(fù)環(huán)殼與所述殼體連接。 為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述正環(huán)殼和負(fù)環(huán)殼之間還可以通過錐殼或環(huán)板連 接。 所述錐殼的錐角為45 90。。 所述折流組件包括多個折流板及用于支撐固定折流板的多個拉桿，折流板一端固 定于殼體的殼壁上，拉桿一端固定于殼體一端的管板上。 所述管板帶有法蘭結(jié)構(gòu)，法蘭結(jié)構(gòu)上設(shè)有用于與管箱連接或者用于連接鋼絲繩的 螺栓孔。 本實用新型用于上述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器的處理方法，包括以 下步驟 (1)成型帶有外導(dǎo)流筒的殼體后，將折流組件安裝于換熱器的殼體內(nèi)部，將換熱管 一端焊接在殼體一端的管板上，然后將殼體兩端的管板分別焊緊在殼體上； (2)分別在殼體兩端管板的法蘭結(jié)構(gòu)上連接多束鋼絲繩，鋼絲繩的另一端分別與 巻揚機連接； (3)同時啟動殼體兩端的巻揚機，鋼絲繩拉動殼體兩端的法蘭結(jié)構(gòu)，殼體帶動外導(dǎo) 流筒向兩側(cè)拉伸或壓縮，直至外導(dǎo)流筒產(chǎn)生的預(yù)變形達(dá)到預(yù)定值； (4)在保持預(yù)變形的狀態(tài)下，將換熱管的另一端分別焊在殼體另一端的管板上； (5)待換熱管與管板全部焊完并冷卻后，撤去殼體兩端的巻揚機及鋼絲繩，在殼體 兩端的管板外側(cè)分別安裝上管箱，至此完成對換熱器的預(yù)應(yīng)力處理。 步驟(1)中所述帶外導(dǎo)流筒的殼體成型時，先將外導(dǎo)流筒的各部分結(jié)構(gòu)焊接，再 分別將外導(dǎo)流筒兩側(cè)的負(fù)環(huán)殼與殼體焊接，形成帶外導(dǎo)流筒的殼體；所述外導(dǎo)流筒的各部 分結(jié)構(gòu)包括依次連接的外導(dǎo)流筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼、負(fù)環(huán)殼，或者依次連接的外導(dǎo)流 筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼、錐殼或環(huán)板、負(fù)環(huán)殼。 所述步驟(3)中當(dāng)殼體帶動外導(dǎo)流筒向兩側(cè)拉伸時，外導(dǎo)流筒產(chǎn)生預(yù)變形的預(yù) 定值為換熱器正常工作時其溫差應(yīng)力的50 100% ;當(dāng)殼體帶動外導(dǎo)流筒向兩側(cè)壓縮時， 外導(dǎo)流筒產(chǎn)生預(yù)變形的預(yù)定值為換熱器正常工作時其殼體與換熱管伸長量之差的50 80%。 本實用新型的帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器使用時，其工作原理為當(dāng) 殼體上的外導(dǎo)流筒經(jīng)過拉伸的預(yù)應(yīng)力處理，在殼程內(nèi)通入高溫?zé)峤橘|(zhì)，在管程內(nèi)通入低溫 熱介質(zhì)后，相對于受熱膨脹的換熱管，殼體的伸長量較大，此相對變形量與換熱器制造時產(chǎn) 生的預(yù)變形相互抵消，從而改善了換熱器工作時的應(yīng)力狀態(tài)；當(dāng)殼體上的外導(dǎo)流筒經(jīng)過壓 縮的預(yù)應(yīng)力處理，在殼程內(nèi)通入低溫?zé)峤橘|(zhì)，在管程內(nèi)通入高溫?zé)峤橘|(zhì)后，相對于受熱膨脹 的換熱管，殼體的伸長量較小，此相對變形量與換熱器制造時產(chǎn)生的預(yù)變形相互抵消，從而 改善了換熱器工作時的應(yīng)力狀態(tài)。 與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果 1、本實用新型的換熱器殼體設(shè)有外導(dǎo)流筒，能增大設(shè)備的處理能力，并且可以防 止入口處熱介質(zhì)對殼體內(nèi)換熱管束的沖擊，而且可以使殼程的流體分布均勻，并且使殼程 進(jìn)口段換熱管束的傳熱面得到充分利用，減少傳熱死區(qū)，以及防止殼程進(jìn)口段可能會出現(xiàn)的流體振動；同時還具有一定的壓差和溫差的補償作用。 2、本實用新型的換熱器經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理，使換熱器工作時由于壓差和溫差產(chǎn)生的 應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力相抵消，從而改善了換熱器工作時的受力狀態(tài)，降低壓差和溫差應(yīng)力，使得換 熱器工作可靠性大幅提高。 3、本實用新型的換熱器殼體上設(shè)置的外導(dǎo)流筒，使得換熱器的預(yù)應(yīng)力處理過程更 易實施和控制，且操作簡單方便。 4、本實用新型的預(yù)應(yīng)力處理方法是對殼體上的外導(dǎo)流筒施加預(yù)載荷，在制造時殼 體上不需預(yù)留一條環(huán)焊縫，因此不僅徹底消除了由環(huán)焊縫引起的殘余應(yīng)力，同時提高換熱 器工作時的可靠性。
圖1為本實用新型的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實用新型的換熱器中正負(fù)環(huán)殼之間設(shè)有錐殼的外導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為圖2所示錐殼的錐度為90。(即正負(fù)環(huán)之間設(shè)有環(huán)板)時外導(dǎo)流筒一側(cè)的 結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實用新型的換熱器中通過正負(fù)環(huán)殼與殼體連接的外導(dǎo)流筒一側(cè)的結(jié)構(gòu) 示意圖。 圖5為實施例1的預(yù)應(yīng)力處理方法的示意圖。 圖6為實施例2的預(yù)應(yīng)力處理方法的示意圖。 圖7為本實用新型的換熱器經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理后，其外導(dǎo)流筒一側(cè)的預(yù)變形狀態(tài)示 意圖。 圖8為圖2的A局部放大圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實用新型的實
施方式不限于此。 實施例1 本實施例一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括 殼體5、設(shè)于殼體兩端的管板1及管箱6、連接殼體5兩端管板1的換熱管3、設(shè)于殼體5內(nèi) 部的折流組件和用于支撐換熱器的支座7，殼體5兩端的管箱6分別設(shè)于管板1的外側(cè)，其 中殼體5至少帶有一個經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理的外導(dǎo)流筒2，外導(dǎo)流筒2設(shè)于換熱器殼程的進(jìn)口端 9或出口端10。 外導(dǎo)流筒2為兩側(cè)分別設(shè)有正環(huán)殼11和負(fù)環(huán)殼12的圓筒結(jié)構(gòu)，如圖4所示，正環(huán) 殼11與負(fù)環(huán)殼12相連接，負(fù)環(huán)殼12與殼體5連接。 為了更好地實現(xiàn)本實施例，如圖2和圖8所示，正環(huán)殼11和負(fù)環(huán)殼12之間還可以 通過錐殼13或環(huán)板19連接；其中錐殼的錐角可為45 90。，當(dāng)錐角為90。時，外導(dǎo)流筒 2 —側(cè)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，正環(huán)殼11和負(fù)環(huán)殼12之間為環(huán)板。 如圖1所示，折流組件包括多個折流板8及用于支撐固定折流板的多個拉桿4，折 流板8 —端固定于殼體5的殼壁上，拉桿4 一端固定于殼體5 —端的管板1上；管板1帶有法蘭結(jié)構(gòu)，法蘭結(jié)構(gòu)上設(shè)有用于與管箱連接或者用于連接鋼絲繩的螺栓孔14 本實施例用于上述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器的處理方法，包括以下
步驟 (1)成型帶有外導(dǎo)流筒2的殼體5后，將折流組件安裝于換熱器的殼體5內(nèi)部，將 換熱管3 —端焊接在殼體5 —端的管板1上，然后將殼體5兩端的管板1分別焊緊在殼體 5上； (2)如圖5所示，分別在殼體5兩端管板1的法蘭結(jié)構(gòu)上連接多束鋼絲繩15，鋼絲 繩15的另一端分別與巻揚機16連接； (3)同時啟動殼體5兩端的巻揚機16，鋼絲繩15拉動殼體5兩端的法蘭結(jié)構(gòu)，殼 體5帶動外導(dǎo)流筒2向兩側(cè)拉伸，直至外導(dǎo)流筒產(chǎn)生的預(yù)變形達(dá)到預(yù)定值，其預(yù)變形狀態(tài)如 圖7的虛線17所示； (4)在保持預(yù)變形的狀態(tài)下，將換熱管3的另一端分別焊在殼體5另一端的管板1 上； (5)待換熱管3與管板1全部焊完并冷卻后，撤去殼體5兩端的巻揚機16及鋼絲 繩15，在殼體5兩端的管板1外側(cè)分別安裝上管箱6，至此完成對換熱器的預(yù)應(yīng)力處理。 步驟(1)中帶外導(dǎo)流筒2的殼體5成型時，先將外導(dǎo)流筒2的各部分結(jié)構(gòu)焊接，再 分別將外導(dǎo)流筒2兩側(cè)的負(fù)環(huán)殼12與殼體5焊接，形成帶外導(dǎo)流筒2的殼體5 ;外導(dǎo)流筒 2的各部分結(jié)構(gòu)包括依次連接的外導(dǎo)流筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼11、負(fù)環(huán)殼12，或者依次 連接的外導(dǎo)流筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼11、錐殼13或環(huán)板19、負(fù)環(huán)殼12。 步驟(3)中當(dāng)殼體5帶動外導(dǎo)流筒2向兩側(cè)拉伸時，外導(dǎo)流筒2產(chǎn)生預(yù)變形的預(yù) 定值為換熱器正常工作時其溫差應(yīng)力的50 100%。 本實施例的帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器使用時，其工作原理為當(dāng)殼 體5上的外導(dǎo)流筒2經(jīng)過拉伸的預(yù)應(yīng)力處理，在殼程內(nèi)通入高溫?zé)峤橘|(zhì)，在管程內(nèi)通入低溫 熱介質(zhì)后，相對于受熱膨脹的換熱管3，殼體5的伸長量較大，此相對變形量與換熱器制造 時產(chǎn)生的預(yù)變形相互抵消，從而改善了換熱器工作時的應(yīng)力狀態(tài)。 實施例2 本實施例一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其結(jié)構(gòu)與實施例1相同。 本實施例用于上述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器的處理方法，包括以下 步驟 (1)成型帶有外導(dǎo)流筒2的殼體5后，將折流組件安裝于換熱器的殼體5內(nèi)部，將 換熱管3 —端焊接在殼體5 —端的管板1上，然后將殼體5兩端的管板1分別焊緊在殼體 5上； (2)如圖5所示，分別在殼體5兩端管板1的法蘭結(jié)構(gòu)上連接多束鋼絲繩15，鋼絲 繩15的另一端分別交叉與位于殼體5另一端的巻揚機16連接； (3)同時啟動殼體5兩端的巻揚機16，鋼絲繩15拉動殼體5兩端的管板1，殼體5 帶動外導(dǎo)流筒2向兩側(cè)壓縮，直至外導(dǎo)流筒2產(chǎn)生的預(yù)變形達(dá)到預(yù)定值，其預(yù)變形狀態(tài)如圖 7的虛線18所示； (4)在保持預(yù)變形的狀態(tài)下，將換熱管3的另一端分別焊在殼體5另一端的管板1 上；[0054] (5)待換熱管3與管板1全部焊完并冷卻后，撤去殼體5兩端的巻揚機16及鋼絲 繩15，在殼體5兩端的管板1外側(cè)分別安裝上管箱6，至此完成對換熱器的預(yù)應(yīng)力處理。 步驟(1)中帶外導(dǎo)流筒2的殼體5成型時，先將外導(dǎo)流筒2的各部分結(jié)構(gòu)焊接，再 分別將外導(dǎo)流筒2兩側(cè)的負(fù)環(huán)殼12與殼體5焊接，形成帶外導(dǎo)流筒2的殼體5 ;外導(dǎo)流筒 2的各部分結(jié)構(gòu)包括依次連接的外導(dǎo)流筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼11、負(fù)環(huán)殼12，或者依次 連接的外導(dǎo)流筒中部的圓筒結(jié)構(gòu)、正環(huán)殼11、錐殼13或環(huán)板19、負(fù)環(huán)殼12。 步驟(3)中當(dāng)殼體5帶動外導(dǎo)流筒2向兩側(cè)拉伸時，外導(dǎo)流筒2產(chǎn)生預(yù)變形的預(yù) 定值為換熱器正常工作時其殼體5與換熱管3伸長量之差的50 80% 。 本實施例的帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器使用時，其工作原理為當(dāng)殼 體5上的外導(dǎo)流筒2經(jīng)過壓縮的預(yù)應(yīng)力處理，在殼程內(nèi)通入低溫?zé)峤橘|(zhì)，在管程內(nèi)通入高溫 熱介質(zhì)后，相對于受熱膨脹的換熱管3，殼體5的伸長量較小，此相對變形量與換熱器制造 時產(chǎn)生的預(yù)變形相互抵消，從而改善了換熱器工作時的應(yīng)力狀態(tài)。 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施 例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內(nèi)容所作的均等變化與修飾， 都為本實用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，包括殼體、設(shè)于殼體兩端的管板及管箱、連接殼體兩端管板的換熱管、設(shè)于殼體內(nèi)部的折流組件和用于支撐換熱器的支座，殼體兩端的管箱分別設(shè)于管板的外側(cè)，其特征在于，所述殼體至少帶有一個經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理的外導(dǎo)流筒，所述外導(dǎo)流筒設(shè)于換熱器殼程的進(jìn)口端或出口端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其特征在于，所述外導(dǎo)流筒為兩側(cè)分別設(shè)有正環(huán)殼和負(fù)環(huán)殼的圓筒結(jié)構(gòu)，正環(huán)殼與負(fù)環(huán)殼相連接，負(fù)環(huán)殼與所述殼體連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其特征在于，所述正環(huán)殼和負(fù)環(huán)殼之間通過錐殼或環(huán)板連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其特征在于，所述錐殼的錐角為45 90。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其特征在于，所述折流組件包括多個折流板及用于支撐固定折流板的多個拉桿，折流板一端固定于殼體的殼壁上，拉桿一端固定于殼體一端的管板上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，其特征在于，所述管板帶有法蘭結(jié)構(gòu)，法蘭結(jié)構(gòu)上設(shè)有用于與管箱連接或者用于連接鋼絲繩的螺栓孔。
專利摘要本實用新型提供一種帶外導(dǎo)流筒的固定管板式預(yù)應(yīng)力換熱器，換熱器包括殼體、殼體兩端的管板及管箱、連接兩端管板的換熱管、殼體內(nèi)的折流組件和支撐換熱器的支座，殼體兩端管箱設(shè)于管板外側(cè)，殼體至少帶有一個經(jīng)過預(yù)應(yīng)力處理的外導(dǎo)流筒，外導(dǎo)流筒設(shè)于換熱器殼程的進(jìn)口端或出口端。本實用新型的外導(dǎo)流筒能增大換熱器的處理能力，防止入口處流體對換熱管的沖擊，使流體分布均勻；外導(dǎo)流筒方便預(yù)應(yīng)力的處理，使換熱器在操作工況下壓差和溫差應(yīng)力減小，可靠性提高。
文檔編號F28F9/22GK201449190SQ20092006100
公開日2010年5月5日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者喬競, 馮毅, 江楠 申請人:華南理工大學(xué)