[发明专利]“斜日字”单元环形布管的螺旋折流板电加热器

摘要

一种斜日字单元环形布管的螺旋折流板电加热器，其管束组件包括U型电加热管组、管板、环形支撑板、倾斜折流板组、拉杆组、单端倾斜套管组、双端倾斜套管组；U型电加热管组按照斜日字单元环形布管方案分圈布置在正三角形分布的网格点上；所述斜日字单元由占据“斜日字”6个网格点的2长1短3根U型电加热管组成；第1圈中心对称布置3组斜日字单元，第2圈至第7圈按六等分中心对称布置斜日字单元；第2圈有6组，以后每增大一圈就增加6组斜日字单元；所述倾斜折流板组以每个周期3块折流板周向重叠首尾相接，壳体内流体围绕U型电加热管束螺旋流动。本发明电加热器传热系数高、流动阻力低、结构紧凑，可节省材料、降低成本并延长使用寿命。

主权项

一种“斜日字”单元环形布管的螺旋折流板电加热器，包括管束组件(1)、壳体组件(2)、密封件(3)、紧固件组(4)、小铜排组(5)、罩壳(6)、螺钉组(7)和总线铜排组(8)；所述壳体组件(2)包括筒体(2‑1)、封头(2‑2)、壳体法兰(2‑3)、进口(2‑4)和出口(2‑5)，筒体(2‑1)的左端与封头(2‑2)焊接，右端与壳体法兰(2‑3)焊接，进口(2‑4)焊接在壳体下部靠近壳体法兰(2‑3)端，而出口(2‑5)焊接在封头(2‑2)上；所述管束组件(1)插入所述壳体(2)内，并通过紧固件组(4)将管束组件(1)的管板(1‑2)与密封件(3)和壳体(2)的壳体法兰(2‑3)连接并紧固成一体；所述小铜排组(5)的三眼小铜排(5‑1)和2眼小铜排(5‑2)用于管束组件(1)的U型电加热管组(1‑1)接线端的合并；所述罩壳(6)用于保护接线端，内部设有安装总线铜排组(8)的结构件；所述螺钉组(7)用于将罩壳固定在管束组件(1)的管板(1‑2)外侧；其特征在于：所述管束组件(1)包括U型电加热管组(1‑1)、管板(1‑2)、环形支撑板(1‑3)、倾斜折流板组(1‑4)、拉杆组(1‑5)、螺母组(1‑6)、单端倾斜套管组(1‑7)、双端倾斜套管组(1‑8)；所述管板(1‑2)、环形支撑板(1‑3)都是同心布置，倾斜折流板组(1‑4)的外侧投影圆也与之同心布置；所述管束组件(1)的布管方案如下：以管板(1‑2)的中心为原点，在管板(1‑2)的平面上建立一个由x坐标轴和逆时针转120°夹角的y坐标轴构成的平行四边形网格坐标系，且所述网格坐标系的2个坐标轴的刻度相同，均为网格间距；所述网格间距满足不小于2倍U型电加热管的外径；网格坐标以(x,y)表示，x和y均为0～17之间的整数，原点坐标为(0,0)；在所述网格坐标系中过各网格点添加与坐标轴呈60°夹角的平行线，可形成正三角形网格；所有U型电加热管组(1‑1)的每根电加热管之2条直管段都布置在由2个以网格间距为边长的共边正三角形组成之菱形网格之长对角上，管中心距均为倍网格间距；所述管束组件(1)的布管方案的管孔和拉杆孔均位于所述网格坐标系的网格点上；所述U型电加热管组(1‑1)以“斜日字”单元(1‑1‑0)环形排列，并根据电加热器所需的总功率选择合适的圈数，范围为1至7圈；所述“斜日字”单元(1‑1‑0)由2根长U型电加热管(1‑1‑1)和1根短U型电加热管(1‑1‑2)组成，长U型电加热管(1‑1‑1)与短U型电加热管(1‑1‑2)的直管段长度之差大约为1.5倍U型电加热管管径；所述“斜日字”单元占据斜日字形三横二竖6个网格点管位，其中2根长U型电加热管(1‑1‑1)平行布置，各占据“斜日字”单元(1‑1‑0)的一个锐角点管位和对边上的一个中间管位，1根短U型电加热管(1‑1‑2)占据“斜日字”单元(1‑1‑0)的2个钝角管位，并与其余2根长U型电加热管(1‑1‑1)成60°夹角；以下按“斜日字”单元(1‑1‑0)的2个锐角点的网格坐标来定义“斜日字”单元(1‑1‑0)的位置，写成[(x1,y1),(x2,y2)]；由内向外的第1圈“斜日字”单元有3组，其第一个“斜日字”单元在0°至120°的三分之一扇形上布置，其坐标为[(2,0),(1,2)]，然后以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环形布置；从第2圈开始均以原点为中心按照六等分中心对称阵列方式环形布置“斜日字”单元；所述“N等分中心对称阵列”是一种在CAD制图中采用的将所选目标围绕中心点在360°范围环形布置N等分的作图方式；以下在0°至60°的六分之一圆之扇形上给出所述网格坐标系中各“斜日字”单元的坐标：第2圈的1个“斜日字”单元的坐标为[(4,0),(3,2)]；第3圈的2个“斜日字”单元的坐标分别为[(6,0),(5,2)]和[(7,3),(5,4)]；第4圈的3个“斜日字”单元的坐标分别为[(8,0),(7,2)]、[(8,3),(9,6)]和[(6,5),(9,7)]；第5圈的4个“斜日字”单元的坐标分别为[(9,0),(11,3)]、[(9,2),(11,5)]、[(10,5),(12,8)]和[(10,7),(11,10)]；第6圈的5个“斜日字”单元的坐标分别为[(10,0),(13,2)]、[(13,2),(12,4)]、[(14,5),(12,6)]、[(14,7),(13,9)]和[(12,9),(13,12)]；第7圈的6个“斜日字”单元的坐标分别为[(14,1),(16,4)]、[(14,3),(16,6)]、[(15,6),(17,9)]、[(15,8),(16,11)]、[(14,10),(16,13)]和[(14,12),(15,15)]；将所选择的“斜日字”单元圈数范围内的0°至60°六分之一圆之扇形上给出的各“斜日字”单元的网格坐标，以原点为中心按照六等分中心对称阵列方式复制即可获得“斜日字”单元环形布置方案；布置1、2、3、4、5、6、7圈“斜日字”单元的U型电加热管总数分别为9、27、63、117、189、279、387；在电加热器的最外一圈按中心三等分对称阵列方式环形布置用于固定倾斜折流板组(1‑4)的6个拉杆，每块折流板上布置2个拉杆孔；布置2、3、4、5、6、7圈“斜日字”单元的电加热器在0°至120°区间的三分之一扇形折流板上的2根拉杆在上述网格坐标系中的坐标分别为(4,3)和(1,4)、(7,3)和(1,6)、(9,3)和(1,9)、(11,1)和(3,12)、(14,4)和(4,14)、(15,1)和(7,17)；然后将所选择的“斜日字”单元圈数对应的拉杆坐标以原点为中心按照三等分中心对称阵列方式环形布置；所述管板(1‑2)上设有与上述布管方案对应数量的管板管孔(1‑2‑1)和6个拉杆螺纹盲孔(1‑2‑2)；所述环形支撑板(1‑3)在管束组件(1)上位于与管板(1‑2)相对的另一端，其外形为圆板形，其外径略小于壳体组件(2)之筒体(2‑1)的内径，所述环形支撑板(1‑3)的内孔是与外径同心的正六边形，所述正六边形的各条边布置在管排间隙中，其正六边形的大小由环形支撑板(1‑3)的强度和通流截面两方面的考虑确定；环形支撑板(1‑3)上设有与布管方案的管孔和拉杆孔网格点位置相对应的支撑板管孔(1‑3‑1)和支撑板拉杆孔(1‑3‑2)；所述倾斜折流板组(1‑4)以每个周期3块折流板首尾周向重叠相接，倾斜布置在U型电加热管束上，使壳体内流体围绕U型电加热管束呈螺旋流动；每块折流板在电加热器横截面上的投影为拟扇面形，折流板的倾斜角(即折流板平面与电加热器横截面的夹角)根据传热系数和阻力压降的要求确定，所述折流板投影的外径略小于壳体组件(2)之筒体(2‑1)的内径，每块折流板在电加热器横截面上投影的夹角为120°，其2条直边均略宽于1/3圆的辐射线并位于管排之间的间隙中(约宽出0.5倍的以管孔中心距为边长之正三角形的高)，所述三条1/3圆的辐射线中的2条与上述布管方案的坐标轴重合；每块折流板上的折流板管孔(1‑4‑1)和折流板拉杆孔(1‑4‑2)在电加热器横截面上的投影与布管方案的管孔和拉杆孔网格点位置相对应；所述拉杆组(1‑5)的每根拉杆两端均有螺纹，其长度比U型电加热管(1‑1)的直管段长度稍长，所述拉杆组(1‑5)的每根拉杆一端旋入管板(1‑2)内侧对应的拉杆螺纹盲孔(1‑2‑2)；装配时，先将6根拉杆的一端旋入管板上的拉杆螺纹盲孔(1‑2‑2)内，然后按照规定的螺旋旋向依次套上一套6根长度逐渐增大的单端倾斜套管组(1‑7)，再依次重复套上3块倾斜折流板和6根双端倾斜套管，直至倾斜折流板组(1‑4)和双端倾斜套管组(1‑8)分别全部装完，双端倾斜套管组(1‑8)的螺旋周期数量比倾斜折流板组(1‑4)的螺旋周期数量少一个；再依次装上一套6根长度逐渐缩小的单端倾斜套管组(1‑7)和环形支撑板(1‑3)；伸出环形支撑板(1‑3)的所有拉杆之另一端螺纹上用螺母组(1‑6)紧固；由此完成了管束组件(1)支架的装配；然后按照布管方案的要求，将所有短U型电加热管(1‑1‑2)和长U型电加热管(1‑1‑1)先后依次从环形支撑板(1‑3)端，穿过环形支撑板(1‑3)、倾斜折流板组(1‑4)和管板(1‑2)的对应管孔插入，U型电加热管(1‑1)的管端从管板(1‑2)的管孔中少许伸出，在管板(1‑2)的外侧进行密封焊接；每个“斜日字”单元(1‑1‑0)的3根U型电加热管的接线端子侧用2条3眼小铜排(5‑1)连接成组，各相邻“斜日字”单元(1‑1‑0)相序相同的接线端子根据需要可用适当长度的2眼小铜排(5‑2)合并，再通过导线汇合到三相电三角形接线方式对应的总线铜排组(8)的端子上。