一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置

1.本发明涉及换热器技术领域，特别是一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置。


背景技术：

2.据统计，在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30％，在炼油厂中占全部工艺设备的40％左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的，在国内外市场的调查表明，虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但是管壳式换热器仍占主导地位，占比约为64％。在我国石油化工行业中，管壳式换热器式换热设备中使用量最大的设备，其中80％以上的管壳式换热器仍采用弓形折流板结构。
3.近年来，国内外学者相继对管壳式换热器防冲板进行研究，丰艳春在《换热器防冲板失效问题的探讨》中提出添加防冲板可以避免壳程进口工质直接冲击换热管以及避免换热管振动；吴建平在《乙烯换热器泄漏失效分析及对策》中指出防冲板设计不合理将直接导致壳体内流体产生漩涡和旁流，从而导致冲蚀和振动；朱永红在《关于波纹管换热器几个问题的探讨》文中指出对于波纹管换热器，其管壁较薄，刚性差，为防止介质对它的直接冲刷，介质进口处必须设备防冲板；张成在《钛制换热器结构的分析和设计优化》中指出壳程防冲板失效的原因主要有防冲板面积过大，导致流体较大的冲击力，直接造成了防冲板与壳体焊缝的断裂，壳程流体流速不稳定，防冲板受到交变载荷作用导致焊缝失效；祁东彬在《立式管壳式换热器封头内部气相数值模拟研究》中通过数值模拟的方法得出：封头压力最大区域在防冲板上部中心，封头压力最小区在防冲板下部靠近封头器壁处，上下较大的压差形成一个环形漩涡流场，使气流在流动中加大能量损耗，导致压降增大；刘晓玲在《管壳式换热器壳程入口防冲板设置的振动分析》文中对添加与不添加防冲进行横流速度和管束振动频率核算，得出添加防冲板可对入口处管束起到一定保护作用，但是降低了入口处流体的有效流通面积，使得此处流体横流速度增大，可能诱发漩涡脱落激振以及流体弹性不稳定；王建明在《船用管壳式冷凝器入口流场均匀化性能研究》文中通过数值模拟的方法，得出在高雷诺数下，防冲板的添加有益于强化换热。
4.目前，尽管大量学者对管壳式换热器壳程进口防冲板做了大量研究，但大多是通过改变防冲板的形状和大小，来解决流体对防冲板的冲击力以及振动问题，但是仅仅只是通过防冲板来缓解冲击和振动的效果不佳，基于此，我们提出一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述和/或现有的管壳式换热器设计中存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明其中的一个目的是提供一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置，
其采用通过缓冲组件可以降低流体在入口管进口处的压力损失，减缓流体对换热管的冲击，避免弧形防冲板上下两侧压差过大，形成漩涡流场，加大能量损耗.
8.为达到上述效果，本发明提供如下技术方案：一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置，包括筒体、缓冲组件以及调节组件，筒体上设有入口管，缓冲组件包括位于所述筒体内部的防冲板、位于所述防冲板上部的扇叶以及与所述防冲板连接的第一支撑柱，所述防冲板通过第一支撑柱与筒体固定连接，所述扇叶中部固定套设有转动轴，所述转动轴与防冲板转动连接，调节组件通过缓冲组件与筒体连接。
9.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述转动轴一端延伸至防冲板下部连接有铸铁轮，所述铸铁轮外部套设有铁环，所述铁环通过第二支撑柱与防冲板固定连接，所述铁环内侧设有磁铁，所述磁铁与铸铁轮之间设有间隙，所述磁铁产生的磁场反作用于铸铁轮的转动，所述转动轴穿过铁环与调节组件连接，所述铁环下部设有换热管。
10.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述磁铁设有若干组，所述磁铁呈圆周等距分布，相邻两组所述磁铁之间n极与s极首尾相接。
11.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述扇叶与防冲板之间设有弹簧，所述铸铁轮的上表面高于铁环的上表面。
12.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述防冲板呈弧形，所述防冲板开设有槽孔。
13.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述调节组件包括与所述转动轴固定连接的第一连接板、与所述第一连接板固定连接的第二连接板以及与所述第二连接板滑动连接的阀体，所述第二连接板延伸至筒体外部，所述阀体设于入口管上。
14.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述阀体包括套设于入口管的外壳、位于所述外壳内部的转盘以及位于所述转盘上部的阀片，所述外壳内部设有容置腔，所述容置腔与入口管内部连通，所述转盘与外壳转动连接，所述转盘呈环状，所述转盘开设有第一滑槽，所述第一滑槽呈多边形，所述外壳顶部开设有第二滑槽，所述阀片底部通过第一滑块与第一滑槽滑动连接，所述阀片顶部通过第二滑块与第二滑槽滑动连接，所述转盘与第二连接板滑动连接。
15.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述滑槽设有若干组，若干组所述滑槽呈圆周分布，所述第一滑块呈矩形，所述第二滑块呈圆柱形。
16.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述外壳侧壁开设于槽口，所述转盘外侧设有连接杆，所述连接杆一侧设有第三滑块，所述第二连接杆开设有第三滑槽，所述连接杆通过第三滑块与第三滑槽滑动连接。
17.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述第三滑槽倾斜设置。
18.本发明的有益效果：本发明通过缓冲组件可以降低流体在入口管进口处的压力损失，减缓流体对换热管的冲击，避免弧形防冲板上下两侧压差过大，形成漩涡流场，加大能量损耗，可以使流体均匀进入换热管的管束区，从而减少设备振动，提高其抗冲击能力，确保装置的稳定运行。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用
的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
20.图1为本发明整体的外部结构图。
21.图2为本发明缓冲组件的结构示意图。
22.图3为本发明缓冲组件的正视图。
23.图4为本发明缓冲组件的剖面图。
24.图5为本发明调节组件的爆炸图。
25.图6为本发明铸铁轮收到磁铁的磁感线示意图。
26.图7为本发明铸铁轮受力分析示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
29.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
30.实施例1
31.参照图1、2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种管壳式换热器壳程进口防冲防振装置，包括筒体100、缓冲组件200以及调节组件300。
32.筒体100内部安装有若干个换热管102，缓冲组件200用于减少流体对换热管102的冲击，提高换热管102的使用寿命，调节组件300使得入口管101内部的横截面积可调，调节组件300用于调节流体流量，当进入到筒体100内部的流量过大时，利用调节组件300减少流体流量，在利用缓冲组件200降低对换热管102缓冲的同时，结合调节组件300对整个流量进行把控，给缓冲组件200一个过度缓冲期，可以更好保证缓冲组件200的使用性能以及能更好地保护换热管102。
33.筒体100上部设有入口管101，缓冲组件200包括位于筒体100内部的防冲板201、位于防冲板201上部的扇叶202以及与防冲板201连接的第一支撑柱203，防冲板201通过第一支撑柱203与筒体100固定连接，扇叶202中部固定套设有转动轴204，转动轴204与防冲板201转动连接，调节组件300，其通过缓冲组件200与筒体100连接。
34.入口管101用于进流体，流体经入口管101、调节组件300、缓冲组件200至换热管102的位置，防冲板201和扇叶202可以降低壳程进口流体对换热管102的冲击，从而降低换热管102的冲刷腐蚀，提高换热管102的使用寿命。扇叶202为阻力型扇叶202，利用扇叶202可以改变壳程进口流体的流动方向，减缓因流动面积突然变大、流体流速不均匀，有效地避免了涡流和庞流的产生。
35.实施例2
36.参照图1～4、6、7，为本发明第二个实施例，该实施例居于上一个实施例。
37.转动轴204一端延伸至防冲板201下部连接有铸铁轮205，铸铁轮205外部套设有铁环206，铁环206通过第二支撑柱207与防冲板201固定连接，铁环206内侧设有磁铁208，磁铁208与铸铁轮205之间设有间隙，磁铁208产生的磁场反作用于铸铁轮205的转动，转动轴204穿过铁环206与调节组件300连接，铁环206下部设有换热管102。
38.磁铁208用于产生磁场，扇叶202转动，通过转动轴204带动铸铁轮205转动，铸铁轮205此时是在磁场中转动，转动时切割磁场线，如图6，对于一块磁铁208产生的磁场作用于铸铁轮205，磁铁208左边是n极，右边是s极，磁铁208产生的磁场从左端出来，穿过铸铁轮205左端，然后绕至铸铁轮205右端，最后至磁铁208右端，此为磁铁208的一个闭合磁场线回路，在铸铁轮205左端受到右下方的磁场，取向下的分量，同理在铸铁轮205右端取向上的磁场分量，如图7，磁场方向用叉进点出来规定，从俯视方向看，铸铁轮205左端的磁场为点，右端为叉，若铸铁轮205转动方向为顺时针，此时取切线的运动方向为向右，根据右手定则判断电流方向，此时铸铁轮205左端电流方向为向下，根据左手定则判断安培力方向，判断出来安培力方向为向左，同理可得铸铁轮205右端的安培力方向，此为磁铁208产生的磁场反作用于铸铁轮205的转动，铸铁轮205顺时针转动，那么安培力方向则为逆时针，阻碍铸铁轮205的转动。
39.当流体流量过大时，扇叶202转动速度加快，铸铁轮205转动速度加快，通过磁场减慢扇叶202的转速，使得流量稳定缓慢的流动至换热管102。
40.磁铁208设有若干组，磁铁208呈圆周等距分布，相邻两组磁铁208之间n极与s极首尾相接，铸铁轮205为圆形，本实施例采用8个磁铁208，用于围绕铸铁轮205产生稳定的磁场。
41.扇叶202与防冲板201之间设有弹簧，弹簧套设在转动轴外侧，铸铁轮205的上表面高于铁环206的上表面，弹簧用于使得铸铁轮205的上表面高于铁环206的上表面，同时，弹簧也用于缓冲扇叶202的下沉，减少因进口流体流速不稳定而使设备发生振动，当流体流速增大，流体对扇叶202的冲击变大，扇叶202向下移动，同时铸铁轮205也向下移动，铸铁轮205在磁场中的面积增大，受到磁场对铸铁轮205的反作用力也越大，进一步保证扇叶202的缓冲稳定性。
42.防冲板201呈弧形，防冲板201开设有槽孔，当流体从入口管101进入，由于阻力型扇叶202的阻碍，流体将推动扇叶202转动，流体经扇叶202改变其流动方向，一部分液体向四周流通，一部分流体通过槽孔流向下方，避免弧形防冲板201上下压差过大而产生压力损失。
43.实施例3
44.参照图1～5，为本发明第三个实施例，该实施例居于上一个实施例。
45.调节组件300包括与转动轴204固定连接的第一连接板301、与第一连接板301固定连接的第二连接板302以及与第二连接板302滑动连接的阀体400，第二连接板302延伸至筒体100外部，阀体400设于入口管101上。
46.第一连接板301在转动轴204与换热管102之间，水平设置，第二连接板302位于第一连接板301一端，竖直设置，第二连接板302通过矩形槽穿过筒体100，当扇叶202下移时，转动轴204下移，同时第一连接板301和第二连接板302也下移，第二连接板302下移使得阀
体400关闭一段流体流通面积，可以减少流体流量，结合扇叶202、防冲板201共同对换热管102实现减缓流体冲击的效果。
47.阀体400包括套设于入口管101的外壳401、位于外壳401内部的转盘402以及位于转盘402上部的阀片403，外壳401内部设有容置腔，容置腔与入口管101内部连通，转盘402与外壳401转动连接，转盘402呈环状，转盘402开设有第一滑槽402a，第一滑槽402a呈多边形，外壳401顶部开设有第二滑槽401a，阀片403底部通过第一滑块403a与第一滑槽402a滑动连接，阀片403顶部通过第二滑块403b与第二滑槽401a滑动连接，转盘402与第二连接板302滑动连接。
48.外壳401固定在入口管上，容置腔用于容纳转盘402和阀片403，本实施例中采用6个阀片403，阀片403下部是矩形，上部是等边三角形，阀片403上部下部一体成型，外壳401固定不动，转盘402可以在外壳401内部转动，环形转盘402的内径与入口管一致，外壁贴合外壳401内侧壁，第一滑槽402a和第二滑槽401a用于限制阀片403的移动，当转动转盘402时，6个阀片403此时可以进行开合，呈现顺时针转动或者逆时针转动，当流体流量过大，通过阀片403的闭合，来减少流体流至筒体100的流量。
49.第二滑槽401a设有若干组，若干组第二滑槽401a呈圆周分布，第一滑块403a呈矩形，第二滑块403b呈圆柱形，第二滑槽401a呈直线型，设有6个，第一滑槽402a呈六边形。
50.外壳401侧壁开设于槽口303，转盘402外侧设有连接杆304，连接杆304通过槽口303延伸至外壳401外部，连接杆304一侧设有第三滑块304a，第二连接板302开设有第三滑槽302a，连接杆304通过第三滑块304a与第三滑槽302a滑动连接，第三滑槽302a倾斜设置，当第二连接板302向下移动时，此时由于第三滑302a槽对第三滑块304a的限位，使得连接杆304发生移动，可以转动转盘402控制阀片403此时进行闭合，实现控制流体流量的作用。
51.工作原理：当流体从入口管101流入，由于阻力型扇叶202的阻碍，流体将推动扇叶202转动，流体经扇叶202改变其流通方向，以此扩散流体从而减少对换热管102的冲击，扇叶202转动带动下方的铸铁轮205转动，由于铸铁轮205在磁场中转动，铸铁轮205受到与其转动方向相反的力的作用，以此控制扇叶202的转速，当流体流速增大，流体对扇叶202的冲击变大，扇叶202向下移动，同时铸铁轮205也向下移动，铸铁轮205在磁场中的面积增大，受到磁场对铸铁轮205的反作用力也增大，以稳定流体对扇叶202的冲击，同时，当壳程进口流体流速不稳定时，扇叶202受到的冲击力也不稳定，弹簧对扇叶202进行环形，以降低整个装置的振动。
52.当流体流速增大，此时转动轴204下移，同时第二连接板302也下移，使得第三滑块304a在第三滑302a槽中滑动，此时可以通过连接杆304转动转盘402，由于第一滑槽402a和第二滑槽401a对阀片的限位，使得6个阀片403之间互相发生滑动，阀片403的初始位置可以是打开到最大至与入口管101内径一致，流体从阀片403围成的通道流走，阀片403发生滑动可以缩小阀片403的流通面积，此时实现对流体流量的控制。
53.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。