變截面換熱管及管殼式換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于化工機(jī)械領(lǐng)域，具體的說，涉及了一種變截面換熱管和一種管殼式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]石油、化工、食品等諸多工業(yè)過程中都涉及高粘度流體的加熱和冷卻。由于流體粘度較高，他們的流動大都處于層流狀態(tài)；而層流流態(tài)下流體主要以導(dǎo)熱方式傳熱，對流換熱能力差，傳熱系數(shù)較低，對工藝工程的進(jìn)行和設(shè)備效率的提高是不利的。現(xiàn)有的傳熱強(qiáng)化理論認(rèn)為，對于管內(nèi)充分發(fā)展的層流換熱情況下，只要在管內(nèi)徑向產(chǎn)生較小的速度，即產(chǎn)生異于主流方向的二次流，即可對管內(nèi)層流換熱產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。
[0003]管內(nèi)軸截面的二次流主要有旋轉(zhuǎn)流、徑向流、渦流等形式，其中渦流流動方式可使流體在溫度梯度較大的徑向產(chǎn)生強(qiáng)烈的混合，促使主流區(qū)的流體
[0004]溫度均勻化和壁面處的溫度梯度增大，從而可實(shí)現(xiàn)較大程度的傳熱強(qiáng)化。目前現(xiàn)有的縱向渦流強(qiáng)化換熱設(shè)備主要是在換熱器表面增設(shè)渦流發(fā)生器即二次表面，雖能獲得顯著的換熱效果，但相應(yīng)流動阻力增加遠(yuǎn)大于換熱的增強(qiáng)，很難再工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用。
[0005]為了解決上述問題，尋求一種換熱能力強(qiáng)，流動阻力小且適用于高黏度流體換熱器，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種換熱能力強(qiáng)，傳熱系數(shù)較高的換熱管和管殼式換熱器。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種變截面換熱管，是在橫截面為圓形的基管上間隔乳制有異形管段的換熱管，兩個相鄰的所述異形管段之間為橫截面為圓形的基管管段，所述基管管段設(shè)置有兩個相對的弧形過渡端部，所述異形管段的橫截面為三角形。
[0008]基于上述，相鄰所述異形管段繞所述基管管段的軸線相對旋轉(zhuǎn)一定的角度。
[0009]基于上述，所述異形管段的棱角處為弧形過渡。
[0010]—種管殼式換熱器，包括殼體、管板和所述變截面換熱管。
[0011 ] 基于上述，它還包括若干桿式支撐柵，所述變截面換熱管架設(shè)在所述桿式支撐柵上，所述桿式支撐柵沿所述殼體的軸向間隔設(shè)置。
[0012]基于上述，所述桿式支撐柵包括定位圈和設(shè)置在所述定位圈內(nèi)的支撐桿，所述定位圈上設(shè)置拉桿孔，拉桿依次穿過各個所述桿式支撐柵的拉桿孔，所述拉桿在相鄰兩個桿式支撐柵之間的套設(shè)有定距管。
[0013]基于上述，所述桿式支撐柵包括定位圈和設(shè)置在所述定位圈內(nèi)的支撐桿，所述支撐桿上設(shè)置拉桿孔，拉桿依次穿過各個所述桿式支撐柵的拉桿孔，所述拉桿在相鄰兩個桿式支撐柵之間的套設(shè)有定距管。
[0014]基于上述，相鄰的兩個所述桿式支撐柵繞所述殼體的軸線相對旋轉(zhuǎn)90度。
[0015]基于上述，所述變截面換熱管通過所述基管管段架設(shè)在所述桿式支撐柵上。
[0016]基于上述，所述換熱管的兩端是所述基管管段。
[0017]本實(shí)用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，具體的說，所述換熱管上乳制有橫截面為三角形的異形管段，利用三角形截面自身的交錯變化使流體在管截面誘導(dǎo)出多縱向渦，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，并且本實(shí)用新型在換熱表面即一次表面產(chǎn)生多縱向渦流，流動阻力較小。進(jìn)一步說，每根所述換熱管相鄰所述異形管段相對旋轉(zhuǎn)一定角度，其誘導(dǎo)產(chǎn)生多縱向渦流的周期最短，進(jìn)一步強(qiáng)化了傳熱。再一步說，所述管殼式換熱器采用桿式支撐柵代替折流板使殼程流體由橫向流動變?yōu)槠叫辛鲃?，不僅大大減少了傳熱死區(qū)，而且大幅度減少了流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降。其具有換熱能力強(qiáng)和流動阻力小的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是變截面換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是相鄰四個異型管段繞基管管段的軸線相對旋轉(zhuǎn)120度時的相對位置示意圖。
[0020]圖3是管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是變截面換熱管架設(shè)在桿式支撐柵上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中，1.殼體，2.管板，3.異形管段，4.基管管段，41.過渡端部，5.桿式支撐柵，51，定位圈，52.支撐桿，6.基管管段的軸線，7.拉桿，8.定距管。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過【具體實(shí)施方式】，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例1
[0025]如圖1所示，一種變截面換熱管，是在橫截面為圓形的基管上間隔乳制有異形管段3的換熱管，兩個相鄰的所述異形管段3之間為橫截面為圓形的基管管段4，所述基管管段4設(shè)置有兩個相對的弧形過渡端部41，所述異形管段3的橫截面為三角形。本實(shí)用新型利用橫截面為三角形的異型管段3管徑變化使流體在管截面內(nèi)誘導(dǎo)出多個縱向渦，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，同時三角形為最穩(wěn)定的多邊形，所述異型管段3在受熱脹冷縮的作用下不易變形。并且本實(shí)用新型在換熱表面即一次表面產(chǎn)生多縱向渦流，相較于增設(shè)渦流發(fā)生器即在二次表面上產(chǎn)生多縱向渦流，其流動阻力較小，適于工業(yè)應(yīng)用，所述過渡端部41為弧形既較小流動阻力，又能防止流體在截面急劇變化管段的管壁處滯流。
[0026]如圖2所示，相鄰所述異形管段3繞所述基管管段的軸線6相對旋轉(zhuǎn)一定的角度，在本實(shí)施例中所述異形管段3相對旋轉(zhuǎn)120度，這種設(shè)置使得本實(shí)用新型自身具有變化周期，使得主流區(qū)邊界的流體均能受到所述異形管段3的擾動，強(qiáng)化換熱。
[0027]所述異形管段3的棱角處為弧形過渡，使得管內(nèi)主流流體及二次流體對棱角處流體擾動加大，減少所述異形管段3棱角處的壁面邊界層的厚度，強(qiáng)化傳熱，并防止換熱管在棱角處結(jié)垢。
[0028]實(shí)施例2
[0029]如圖3所示一種管殼式換熱器，包括殼體1、管板2和多個變截面換熱管，所述變截面換熱管的兩端安裝在管板2上。本實(shí)用新型利用異形管段的特殊形狀，可以對殼程流體產(chǎn)生擾動，從而強(qiáng)化殼程換熱。利用本實(shí)用新型既可以強(qiáng)化管程換熱又可以強(qiáng)化殼程換熱，換熱系數(shù)較高，適用于黏度較大的流體。
[0030]在本實(shí)施例中所述管殼式換熱器，還包括若干桿式支撐柵5，所述桿式支撐柵5設(shè)置在所述殼體1的內(nèi)部，所述變截面換熱管架設(shè)在所述桿式支撐柵上5，所述桿式支撐柵5沿所述殼體1的軸向等間隔設(shè)置。本實(shí)用新型用折流桿組成的桿式支撐柵5取代折流板作管間支撐物，使殼程流體由橫向流動變?yōu)槠叫辛鲃樱粌H大大減少了傳熱死區(qū)，而且大幅度減少了流體因多次反復(fù)折流而損失的殼程壓降。
[0031]如圖4所示，在本實(shí)施例中所述桿式支撐柵5包括定位圈51和設(shè)置在所述定位圈51內(nèi)的支撐桿52，所述定位圈51上設(shè)置拉桿孔，拉桿7依次穿過各個所述桿式支撐柵5的拉桿孔，所述拉桿7在相鄰兩個桿式支撐柵5之間的套設(shè)有定距管8，可以定位兩個相鄰所述桿式支撐柵5之間的距離。在其他實(shí)施例中也可在所述支撐桿上設(shè)置拉桿孔，同樣起到加強(qiáng)和定位支撐柵的作用。
[0032]在具體實(shí)施中，相鄰的兩個所述桿式支撐柵可繞所述殼體的軸線相對旋轉(zhuǎn)90度，這種設(shè)置，減少了殼程流體的傳熱死區(qū)，并且對換熱管上下左右四個方向均設(shè)立了支撐，增強(qiáng)了對換熱管的支撐力。
[0033]所述異形管段3為乳制而成相比于基管管段4，承受力強(qiáng)度下降，為了增大支撐強(qiáng)度，增大了接觸面，減小受力強(qiáng)度，所述變截面換熱管通過所述基管管段4架設(shè)在所述桿式支撐柵5上。
[0034]所述變截面換熱管的兩端是所述基管管段4，既便于所述管板2的加工制造，使得所述變截面換熱管與所述管板2的接觸點(diǎn)個數(shù)增多，增大了所述管板2對所述變截面換熱管的加固作用。
[0035]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變截面換熱管，是在橫截面為圓形的基管上間隔乳制有異形管段的換熱管，其特征在于:兩個相鄰的所述異形管段之間為橫截面為圓形的基管管段，所述基管管段設(shè)置有兩個相對的弧形過渡端部，所述異形管段的橫截面為三角形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面換熱管，其特征在于:相鄰所述異形管段繞所述基管管段的軸線相對旋轉(zhuǎn)一定的角度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變截面換熱管，其特征在于:所述異形管段的棱角處為弧形過渡。4.一種管殼式換熱器，其特征在于:它包括殼體、管板和若干個權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的變截面換熱管。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管殼式換熱器，其特征在于:它還包括若干桿式支撐柵，所述變截面換熱管架設(shè)在所述桿式支撐柵上，所述桿式支撐柵沿所述殼體的軸向間隔設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管殼式換熱器，其特征在于:所述桿式支撐柵包括定位圈和設(shè)置在所述定位圈內(nèi)的支撐桿，所述定位圈上設(shè)置拉桿孔，拉桿依次穿過各個所述桿式支撐柵的拉桿孔，所述拉桿在相鄰兩個桿式支撐柵之間的套設(shè)有定距管。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管殼式換熱器，其特征在于:所述桿式支撐柵包括定位圈和設(shè)置在所述定位圈內(nèi)的支撐桿，所述支撐桿上設(shè)置拉桿孔，拉桿依次穿過各個所述桿式支撐柵的拉桿孔，所述拉桿在相鄰兩個桿式支撐柵之間的套設(shè)有定距管。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管殼式換熱器，其特征在于:相鄰的兩個所述桿式支撐柵繞所述殼體的軸線相對旋轉(zhuǎn)90度。9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的管殼式換熱器，其特征在于:所述變截面換熱管通過所述基管管段架設(shè)在所述桿式支撐柵上。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的管殼式換熱器，其特征在于:所述變截面換熱管的兩端是所述基管管段。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種變截面換熱管及管殼式換熱器，其中的變截面換熱管是在橫截面為圓形的基管上間隔軋制有異形管段的換熱管，兩個相鄰的所述異形管段之間為橫截面為圓形的基管管段，所述基管管段設(shè)置有兩個相對的弧形過渡端部，所述異形管段的橫截面為三角形。其中的管殼式換熱器，包括殼體、管板、換熱管支撐和多個變截面換熱管，其具有換熱能力強(qiáng)，傳熱系數(shù)較高，適用于高黏度流體的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F28F1/08, F28F9/013
【公開號】CN205002648
【申請?zhí)枴緾N201520619243
【發(fā)明人】王珂, 劉遵超, 許偉峰, 曹侃, 王永慶, 劉敏珊
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年8月18日