專利名稱：縱向螺旋內(nèi)翅片管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在煉油、化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)的換熱設(shè)備 中使用的強化傳熱元件，尤其是涉及一種縱向螺旋內(nèi)翅片管。
背景技術(shù)：
換熱器是煉油、化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)中一種重要的單元設(shè)備，通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10-20%;尤其在煉油 廠中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的35 - 40%,其中管殼式換熱器占世 界換熱器巿場總額的37%。在管殼式換熱器中，如何實現(xiàn)換熱器的高效節(jié) 能問題主要集中在如何開發(fā)出新型高效的強化傳熱元件并進(jìn)一步強化殼 側(cè)傳熱性能。而強化傳熱元件的研究是新型高效換熱設(shè)備設(shè)計制造的基 礎(chǔ)，近年來推出的多種強化傳熱元件的研究成果，為化工、石油化工、動 力、制冷、輕工、冶金、電子等行業(yè)提供了多種新型高效的換熱設(shè)備，對 現(xiàn)有換熱系統(tǒng)能量的綜合利用、換熱設(shè)備的技術(shù)改造與新能源、新設(shè)備的 開發(fā)創(chuàng)造了條件。在強化傳熱技術(shù)中，翅片管由于其大大增加了傳熱面積并能夠有效地 減少熱阻，從而得到廣泛的應(yīng)用，通過在管外側(cè)加翅片是強化管外換熱的 最普遍方式之一。相對而言，利用內(nèi)翅片管強化換熱的研究工作開展得比 較得少，尤其是帶內(nèi)插芯管的波紋內(nèi)翅片管。波紋內(nèi)翅片管換熱器通過在換熱器管內(nèi)壁采用高肋的方式來擴展傳 熱表面，強化管內(nèi)傳熱效率，以達(dá)到提高換熱器性能的目的。由于在換熱 管內(nèi)裝有波紋型內(nèi)展翅片，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較低的一側(cè)換熱面積顯著地增 大(管內(nèi)內(nèi)翅化比高達(dá)7.4),增加了總的傳熱系數(shù)，提高了傳熱效率，解 決了因兩種流體換熱系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱交換不平衡這一基本問題。波紋內(nèi)翅片管除了換熱效率高、節(jié)能效果顯著外，還有以下主要優(yōu)點①能夠 承受高溫、高壓，適應(yīng)性廣，內(nèi)翅片管換熱器的管材可以是碳鋼或不銹鋼。對于碳鋼內(nèi)翅片管換熱器而言，它可以長期在壁溫60(TC下工作?？勺鳛殡姀S空氣預(yù)熱器、煉鋼廠加熱爐的空氣或煤氣預(yù)熱器以及煉油廠加熱爐的 空氣預(yù)熱器等應(yīng)用。②管壁溫度低，使用壽命長。實踐表明，當(dāng)煙氣溫度達(dá)到80(TC時，內(nèi)翅片管換熱器的平均管壁溫度為420°C，而相同工況下 管狀換熱器的管壁平均溫度為570°C。由于內(nèi)翅片管換熱器管壁溫度降低， 防止了腐蝕，換熱器使用壽命得到延長。③換熱器體積小、占地面積小。 內(nèi)翅片管換熱器通過在換熱器內(nèi)加內(nèi)翅片增加換熱面積。在增強換熱的同 時減少光管換熱面積，使得整臺設(shè)備體積大大減少， 一般相對于常規(guī)換熱 器體積小50%~75%，占地面積一般為常規(guī)換熱器的25% ~50%。因此，在許多存在大量熱交換兩側(cè)間介質(zhì)的對流換熱系數(shù)相差很大的情況下，如 煉油、動力、化工、制冷等許多行業(yè)，波紋內(nèi)翅片管得到了廣泛的應(yīng)用。綜合分析對波紋內(nèi)翅片管的研究，發(fā)現(xiàn)其研究重點多集中在如何有效 地增加翅片傳熱面積或增加流體縱向流動的擾動，雖然最終增加了翅片管 的傳熱特性，但同時流動阻力也顯著增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一 種縱向螺旋內(nèi)翅片管，其結(jié)構(gòu)簡單且加工制作簡便，在有效增加管內(nèi)傳熱 面積的同時，能夠有效地降低管內(nèi)流動阻力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種縱向螺旋內(nèi)翅片 管，包括同心穿套的外管和芯管以及在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片， 所述內(nèi)翅片與外管和芯管之間采用釬焊進(jìn)行連接，其特征在于所述內(nèi)翅 片由波紋內(nèi)翅片板彎曲而成且在外管和芯管之間形成一個圓柱狀的縱向 螺旋式內(nèi)翅片管，所述縱向螺旋式內(nèi)翅片管上分布有多個縱向螺旋式流通通道；所述波紋內(nèi)翅片板波紋的紋路與水平方向間的夾角為OC,其中15° <cc《85';所述波紋的波紋形狀為連續(xù)周期函數(shù)，其縱向幅高H與外管和 芯管之間的間距相等；所述內(nèi)翅片中所流通的介質(zhì)黏性越大，所述波紋內(nèi)翅片板的波紋越稀 疏，所述波紋的波長入越大，所述縱向螺旋式流通通道的數(shù)量越少，a越 大。所述波紋為鋸齒形、矩形或正弦波形。 所述波紋內(nèi)翅片板上連續(xù)開有多個孔或多條縫。 所述孔為圓形或多邊形。 所述波紋內(nèi)翅片板為銅、鋼或鋁金屬板。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點，1、不僅結(jié)構(gòu)簡單，加工制作 簡便，而且使用操作方便；2、釆用縱向螺旋式流通通道，有效增加管內(nèi) 流體換熱面積；3、使得管內(nèi)介質(zhì)流動方向為縱向螺旋狀旋轉(zhuǎn)運動，從而 加強了流動邊界層的擾動，并促進(jìn)邊界層流體和主流流體的混合，強化對 流換熱；4、螺旋通道內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)運動的流體能夠有效抑制管內(nèi)結(jié)紫，更 適用于黏度較大介質(zhì)換熱；5、通過在波紋內(nèi)翅片板上連續(xù)開孔或縫，實 現(xiàn)油類高黏度流體流動邊界層及溫度邊界層的有效破壞，增強擾動，從而 有效強化管內(nèi)對流換熱?？傊景l(fā)明在有效增加管內(nèi)傳熱面積的同時， 能夠有效地降低管內(nèi)流動阻力，其不僅增加了波紋內(nèi)翅片管的傳熱特性， 而且增加了管內(nèi)部介質(zhì)流動的流通性。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明波紋內(nèi)翅片板波紋的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明波紋內(nèi)翅片板的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記說明l一外管； 2 —芯管； 3—內(nèi)翅片。
具體實施方式
如圖1、圖2及圖3所示，本發(fā)明包括同心穿套的外管1和芯管2以及 在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片3,所述內(nèi)翅片3與外管l和芯管2之 間釆用釬焊進(jìn)行連接。其中，所述內(nèi)翅片3由波紋內(nèi)翅片板彎曲而成且在 外管l和芯管2之間形成一個圓柱狀的縱向螺旋式內(nèi)翅片管，所述縱向螺 旋式內(nèi)翅片管上分布有多個縱向螺旋式流通通道。并且波紋內(nèi)翅片板波紋 的紋路與水平方向的夾角為oc，其中15°《oc《85° 。并且波紋內(nèi)翅片板的 波紋形狀為連續(xù)周期函數(shù)，其波紋的縱向幅高H與外管l和芯管2之間的 間距相等。所述內(nèi)翅片中所流通的介質(zhì)黏性越大，所述波紋內(nèi)翅片板的波 紋越稀疏，所述波紋的波長A越大，所述縱向螺旋式流通通道的數(shù)量越少， a越大；反之亦然，即當(dāng)所流通的介質(zhì)黏性越小，所述波紋內(nèi)翅片板的波 紋越密集，所述波紋的波長入越小，所述縱向螺旋式流通通道的數(shù)量越多， oc越小。而波紋內(nèi)翅片板的波紋為鋸齒形、矩形或正弦波形，并且波紋內(nèi)翅片 板可以為銅、鋼或鋁等金屬板。本具體實施例中，其波紋為正弦波形。實 際加工制作過程中，釆用機械壓扎工藝將金屬薄板加工成為波紋形狀的波 紋內(nèi)翅片板，具體是根據(jù)以所要制作的縱向螺旋內(nèi)翅片管的外管l和芯管 2之間的間距相應(yīng)確定波紋內(nèi)翅片板波紋的縱向幅高H，即正弦波的振幅； 之后，根據(jù)內(nèi)翅片3中所流通介質(zhì)的黏性程度相應(yīng)確定內(nèi)翅片板波紋的波 長入，具體是當(dāng)流通介質(zhì)的黏性越大時，波紋內(nèi)翅片板的波紋越稀疏，其 波紋的波長入越大；反之亦然，即當(dāng)流通介質(zhì)的黏性越小時，波紋內(nèi)翅片 板的波紋越密集，其波紋的波長入越小。在確定好正弦波波紋的振幅和波 長入之后，再根據(jù)所制作縱向螺旋內(nèi)翅片管的管長以及外管1和芯管2的 管徑等相應(yīng)確定所要加工制作波紋內(nèi)翅片板的板長和板寬。同時，在加工制作過程中，要使得波紋紋路與水平方向的夾角為cc,其中15°《oc<85 。。同樣，根據(jù)內(nèi)翅片3中所流通介質(zhì)的黏性程度相應(yīng)確定oc角度的大小， 具體是當(dāng)流通介質(zhì)的黏性越大時，ot越大；反之亦然，即當(dāng)所流通介質(zhì)的黏 性越小時，cx越小。在波紋內(nèi)翅片板的加工制作過程中，可以在波紋內(nèi)翅 片板上連續(xù)開有多個孔或多條縫，本實施例中，其孔可以為圓形或其他多 邊形。所開的多個孔或縫在不破壞介質(zhì)流通性的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)油類等高 黏度流體流動邊界層及溫度邊界層的有效破壞，增強擾動，從而有效強化 管內(nèi)對流換熱。之后，將所加工制成的波紋內(nèi)翅片板沿板縱向邊緣進(jìn)行機 械彎曲，從而最終使其自行圍成一個圓柱形狀，則與水平向即板橫向邊緣 成一定角度走向的波紋內(nèi)翅片板則形成了一個在縱向上有一定螺旋角度 走向的縱向螺旋內(nèi)翅片圓柱。最后，將外管1、波紋內(nèi)翅片板所形成的縱 向螺旋內(nèi)翅片圓柱及芯管2通過釬焊進(jìn)行組合焊接安裝在一起即可。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu) 變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種縱向螺旋內(nèi)翅片管，包括同心穿套的外管(1)和芯管(2)以及在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片(3)，所述內(nèi)翅片(3)與外管(1)和芯管(2)之間采用釬焊進(jìn)行連接，其特征在于所述內(nèi)翅片(3)由波紋內(nèi)翅片板彎曲而成且在外管(1)和芯管(2)之間形成一個圓柱狀的縱向螺旋式內(nèi)翅片管，所述縱向螺旋式內(nèi)翅片管上分布有多個縱向螺旋式流通通道；所述波紋內(nèi)翅片板波紋的紋路與水平方向間的夾角為α，其中15°≤α≤85°；所述波紋的波紋形狀為連續(xù)周期函數(shù)，其縱向幅高H與外管(1)和芯管(2)之間的間距相等；所述內(nèi)翅片(3)中所流通的介質(zhì)黏性越大，所述波紋內(nèi)翅片板的波紋越稀疏，所述波紋的波長λ越大，所述縱向螺旋式流通通道的數(shù)量越少，α越大。
2. 按照權(quán)利要求l所述的縱向螺旋內(nèi)翅片管，其特征在于所述波紋 為鋸齒形、矩形或正弦波形。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的縱向螺旋內(nèi)翅片管，其特征在于所述波紋內(nèi)翅片板上連續(xù)開有多個孔或多條縫。
4. 按照權(quán)利要求3所述的縱向螺旋內(nèi)翅片管，其特征在于所述孔為 圓形或多邊形。
5. 按照權(quán)利要求1或2所述的縱向螺旋內(nèi)翅片管，其特征在于所述 波紋內(nèi)翅片板為銅、鋼或鋁金屬板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縱向螺旋內(nèi)翅片管，包括同心穿套的外管和芯管以及在二者間繞管芯環(huán)繞嵌設(shè)的內(nèi)翅片，其內(nèi)翅片與外管和芯管間采用釬焊連接，內(nèi)翅片由波紋內(nèi)翅片板彎曲而成且在外管和芯管間形成一個圓柱狀的縱向螺旋式內(nèi)翅片管，該縱向螺旋式內(nèi)翅片管上分布有多個縱向螺旋式流通通道；波紋內(nèi)翅片板波紋的紋路與水平方向間的夾角為α，其中15°≤α≤85°；波紋的波紋形狀為連續(xù)周期函數(shù)，其縱向幅高H與外管和芯管間的間距相等；內(nèi)翅片中所流通的介質(zhì)黏性越大，波紋越稀疏，波紋的波長λ越大，縱向螺旋式流通通道數(shù)量越少，α越大；反之亦然。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且加工制作簡便，在有效增加管內(nèi)傳熱面積的同時，能有效降低管內(nèi)流動阻力。
文檔編號F28F1/40GK101334248SQ200810150348
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者峰 吳 申請人:西安石油大學(xué)