CN103591832A - 一种斜翅片管换热器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种斜翅片管换热器，包括换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，管板侧分别设有管内介质进、出口，换热器壳体的两相对侧分别设有管外介质进、出口，斜翅片管自管外介质进口向管外介质出口倾斜设置和/或自管外介质出口向管外介质进口倾斜设置，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向倾斜相交；或者斜翅片管设为弯折翅片管结构，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向部分倾斜相交、部分垂直相交；或者管外介质的流动方向与水平面之间以及管内介质的流动方向与竖直面之间均设有倾斜角。与现有技术相比，本申请使用后，换热及防垢效果好，可减少或避免换热器停机吹扫翅片灰烬的操作维护，同时结构简单、能够延长翅片管使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及空调、化工、石油化工、电力能源、钢铁冶炼行业中换热设备技术领域，特别涉及一种斜翅片管换热器。
背景技术
传统的翅片管换热器包括各种加热炉、翅片管预热器和空冷器等，其结构主要由翅片炉管、连接翅片炉管的弯头或联箱、管板、炉墙或壳体、弯头箱或管箱等组成，这类热交换器应用广泛，其设计及制造工艺成熟，安全性高，在换热设备中是关键的节能设备。
(1) 传统翅片管换热器的结构功能。
对列管换热器类和空冷器类的翅片管换热器而言，数量不等的多根翅片管排在一起，其两端分别插进管板的管孔中并与之相焊，以组成一台管束。一种介质在管束的管内流过，另一种介质在管束的管外流过，管内介质与管外介质通过管壁发生热交换。
对加热炉和翅片管预热器类的翅片管换热器而言，数量不等的多根翅片管排在一起，其端部通过180°弯头焊接连通，组成一组蛇形的盘管(或称为管束)作为工业热交换器的主要部件。蛇形的盘管沿轴向由若干块支承板支持，其两侧由耐磨隔热墙围起，其两端由弯头箱盖住，形成一个长方体形的模块，多个模块上下叠在一起就构成一个热交换器的对流段。介质在蛇形的盘管的管内前后左右来回流动，烟气或空气在炉管之间从下往上流过，管内介质与管外烟气或空气通过管壁发生热交换。如果管内是冷介质，管外是强制对流的烟气，则组成一个加热炉，翅片起强化换热作用。如果管内是热介质，管外是强制对流的空气，则组成冷却器而不是加热炉，但翅片仍起强化换热作用。
翅片管是其中的核心零部件，目前，国内石油化工等装置热交换用螺旋翅片管都是直管，翅片管的翅片大多是通过高频电阻焊把钢片带缠绕焊到基管上的，要求翅片垂直于基管表面，标准SH/T3415－2005《高频电阻焊螺旋翅片管》中5.2.3条款规定，翅片的倾伏角应不大于10°，标准HG/T 3181-2009 《高频电阻焊螺旋翅片管》中5.4.5条款规定，翅片的倾伏角应不大于8°，否则，被视为不合格品。
(2) 传统翅片管热交换器存在的问题。
人们利用螺旋翅片管在换热器的强化换热方面取得了一定的效果，因此满足于已有成果，长期以来，螺旋翅片管的结构一直没有进一步地得到改进。
传统翅片管热交换器的翅片管一般都是横向水平安装使用的，随着装置工艺技术的发展，翅片管竖立安装使用的场合越来越多，例如，炉管内介质在受热过程中出现汽化的相变场合就需立式炉管，否则会使炉管周向受热不均，形成过烧高温失效，换言之，翅片管树立安装可用于产生气相(蒸汽)的场合。但是由于传统的翅片是基本垂直于基管表面安装，所以当翅片管换热器竖立安装时，原来基本垂直于基管表面的翅片平面就成了接近水平面的方向，这种结构在长期运行中，管外烟气中的灰尘或空气中的尘埃积聚在翅片的平面上，形成污垢，很难清除，在管内介质与管外烟气之间形成热阻，影响换热效率。上述问题出现在当翅片管换热器中的翅片管竖立安装时，如果传统的水平安装使用模式，则不存在上述问题，或上述问题很小，很容易通过吹灰器或射流水冲洗掉，然而，对于竖立安装使用模式则产生较大的问题亟需解决。
综上，上述翅片管换热器的翅片结构以及翅片管换热器的结构设计是避免灰尘积聚结垢的一个最重要、最关键的环节，如果不研发创新型的翅片结构以及翅片管换热器的结构以预防原有存在的技术问题，往往会导致换热器达不到设计效果。
发明内容
本申请的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种换热效果和防垢效果好，且结构简单、能够延翅片管使用功能的斜翅片管换热器。
本申请的目的通过以下技术方案实现：
提供了一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，所述斜翅片管自所述管外介质进口向所述管外介质出口倾斜设置和/或所述斜翅片管自所述管外介质出口向所述管外介质进口倾斜设置，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向倾斜相交。
其中，所述斜翅片管与竖直面之间的锐角设置为20度至80度。
还提供了一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，所述斜翅片管设置为弯折翅片管结构，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向部分倾斜相交、部分垂直相交。
其中，所述弯折翅片管结构包括直翅片管和倾斜翅片管。
还提供了一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，管外介质的流动方向与水平面之间以及管内介质的流动方向与竖直面之间均设置有倾斜角。
上述一种斜翅片管换热器中，所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括倾斜面以及设置于所述倾斜面内侧的翅片中心孔，所述翅片中心孔与所述基管的外壁面紧密连接，所述若干个翅片本体沿所述基管的轴向倾斜于基管的外壁面连续环绕设置或者间断环绕设置。
上述一种斜翅片管换热器中，所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括伞形体以及设置于所述伞形体中部的翅片中心孔，所述翅片本体通过所述翅片中心孔紧密套合于所述基管的外壁面。
上述一种斜翅片管换热器中，所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括倾斜环面翅片以及设置于所述倾斜环面翅片端部的折边，所述倾斜环面翅片通过其内环套设于所述基管的外壁面、并与所述基管的外壁面紧密连接。
上述一种斜翅片管换热器中，所述斜翅片管是弯管结构，所述弯管结构的弯管中心线为圆形、圆弧、变径圆弧和螺旋线形中的任一种。
上述一种斜翅片管换热器中，所述换热器壳体设置为钢材和隔热保温层的复合结构。
本申请的有益效果：
本申请的一种斜翅片管换热器，包括斜翅片管的倾斜结构以及翅片的倾斜结构两种独立的倾斜结构，以及由它们两者组合的双重倾斜结构，同时还包括换热器中心轴线的整体倾斜安装的结构。与现有技术相比，本申请使用后，烟气灰烬或空气尘埃会从斜翅片管上滑落而无法积聚，防垢效果好从而保持换热效果长期稳定有效，减少或避免换热器停机吹扫翅片灰烬的操作维护，同时还具有结构简单、能够延长翅片管使用寿命的特点，特别适用于低温烟气余热回收，以及适用于空调、化工、石油化工、电力能源、钢铁冶炼行业中的换热设备领域，同时还适用于上述技术领域中的气体、液体或蒸汽之间的换热或相变。
附图说明
利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本申请的一种斜翅片管换热器的实施例1的第一种结构示意图。
图2为本申请的一种斜翅片管换热器的实施例1的第二种结构示意图。
图3为本申请的一种斜翅片管换热器的实施例1的第三种结构示意图。
图4为本申请的一种斜翅片管换热器的实施例2的结构示意图。
图5为本申请的一种斜翅管换热器的实施例3的结构示意图。
图6为本申请的一种斜翅管换热器的实施例4的一种结构示意图。
图7为本申请的一种斜翅管换热器的实施例4的另一种结构示意图。
图8为本申请的一种斜翅管换热器的实施例5的结构示意图。
图9为本申请的一种斜翅管换热器的实施例6的一种结构示意图。
图10为本申请的一种斜翅管换热器的实施例6的另一种结构示意图。
在图1至图10中包括有：
斜翅片管1、直翅片管11、倾斜翅片管12、翅片本体101、基管102、定位块103、折边104、倾斜角、
换热器壳体2、上部管板3、下部管板4、人孔5、排灰口6、弯头9、吹灰口10、
管外介质进口A、管外介质出口B、管内介质进口C、管内介质出口D。
具体实施方式
结合以下实施例对本申请作进一步描述。
实施例1
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之一，参见图1所示，包括有换热器壳体2、上部管板3、下部管板4，以及穿过所述上部管板3和所述下部管板4的若干条斜翅片管1，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口C和管内介质出口D，所述换热器壳体2的两相对侧分别设置有管外介质进口A和管外介质出口B，所述斜翅片管1自所述管外介质进口A向所述管外介质出口B倾斜设置，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向倾斜相交。本结构使烟气灰烬或空气尘埃从斜翅片管1上滑落而无法积聚，其防垢效果好，积灰可以定期从换热器壳体2的底部排出，从而保持换热效果长期稳定有效。
组装前先制造好斜翅片管1和管板，把斜翅片管1的两端分别穿进管板上的管孔中，再把斜翅片管1的管头和管孔焊接牢固，形成管束，各斜翅片管1并联形成多个管内介质进出口管，集合各管内介质达到流量的扩大化，使其运行操作更具弹性；或者，参见图2所示，斜翅片管1的两端不是与管板相焊，而是与弯头9组焊，使得各个斜翅片管1串联形成蛇形盘管，从而延长管内介质流程，使其加热时间延长。然后再整个装进换热器壳体2内，换热器壳体2和管板之间的组装方式采用焊接或螺栓强制密封，最后在换热器壳体2上组装人孔5和排灰口6，从而围成密闭空间。
运行时，管外介质从管外介质进口A进入换热器壳体2，掠过密排的斜翅片管1后，从管外介质出口B离开换热器壳体2，管内介质从下部管板4的端面上的管孔处的管内介质进口C进入斜翅片管1，经过吸收斜翅片管1传来的热量后从上部管板3的端面上的管孔处的管内介质出口D离开换热器壳体2，换热器运行操作一定周期后，可以从人孔5进去把沉降在下部管板4上的积灰从排灰口6卸走。
具体的，所述斜翅片管1与竖直面之间的锐角设置为20度至80度。在全部斜翅片管1中，可以只是部分管的倾斜，也可以管的倾斜角各不相同，各管的倾斜方向也可各不相同，有利于挠动换热器壳体2内的气流，以便准确利用换热器壳体2不同部位的流速，进一步提高换热效果和换热效率，同时也充分利用换热器壳体2空间，使换热器结构紧凑。
参见图3所示，所述斜翅片管1中部分自所述管外介质进口A向所述管外介质出口B倾斜设置，部分自所述管外介质出口B向所述管外介质进口A倾斜设置。以便充分利用换热器壳体2内部的空间，使换热器结构紧凑。
实施例2
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之二，参见图4所示，包括有换热器壳体2、管板和若干条斜翅片管1，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口C和管内介质出口D，所述换热器壳体2的两相对侧分别设置有管外介质进口A和管外介质出口B，所述斜翅片管1设置为弯折翅片管结构，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向部分倾斜相交、部分垂直相交。本结构中的斜翅片管1是折弯的一条条管，可以折弯一折、两折或三折等。该弯折翅片管结构能够准确利用换热器壳体2内不同部位的介质流速，使换热器结构紧凑。如果整个长度的斜翅片管1都倾斜设置，管板空间距离需更大，所以该弯折翅片管结构更具实用性。同时本结构使烟气灰烬或空气尘埃从斜翅片管1上滑落而无法积聚，其防垢效果好，积灰可以定期从换热器壳体2的底部排出，从而保持换热效果长期稳定有效。
运行时，管外介质从管外介质进口A进入换热器壳体2，掠过密排的斜翅片管1后，从管外介质出口B离开换热器壳体2，管内介质从下部管板4的端面上的管孔处的管内介质进口C进入斜翅片管1，经过吸收斜翅片管1传来的热量后从上部管板3的端面上的管孔处的管内介质出口D离开换热器壳体2，换热器运行操作一定周期后，可以从人孔5进去把沉降在下部管板4上的积灰从排灰口6卸走。
具体的，所述弯折翅片管结构包括直翅片管11和倾斜翅片管12。根据换热器壳体2内的空间，本领域技术人员可以自由设置直翅片管11和倾斜翅片管12之间的夹角。
实施例3
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之三，参见图5所示，包括有换热器壳体2、管板和若干条斜翅片管1，其中，所述管板侧分别设置有管内介质进口C和管内介质出口D，所述换热器壳体2的两相对侧分别设置有管外介质进口A和管外介质出口B，管外介质的流动方向与水平面之间以及管内介质的流动方向与竖直面之间均设置有倾斜角。本结构也应用于直换热管直翅片的设置结构，即换热器整体中心轴线是倾斜的结构，即便如传统的换热器结构中翅片在基管102上不倾斜、换热管与两端管板平面也垂直，但是换热器整体的设备中心轴线是倾斜安装的，则其内部的翅片和炉管自然也是倾斜的。本结构使烟气灰烬或空气尘埃从斜翅片管1上滑落而无法积聚，其防垢效果好，积灰可以定期从换热器壳体2的底部排出，从而保持换热效果长期稳定有效。
运行时，管外介质从管外介质进口A进入换热器壳体2，掠过密排的斜翅片管1后，从管外介质出口B离开换热器壳体2，管内介质从下部管板4的端面上的管孔处的管内介质进口C进入斜翅片管1，经过吸收斜翅片管1传来的热量后从上部管板3的端面上的管孔处的管内介质出口D离开换热器壳体2，换热器运行操作一定周期后，可以从人孔5进去把沉降在下部管板4上的积灰从排灰口6卸走。
本结构中的换热器还增设有吹灰口10，更有利于灰尘的清除。
实施例4
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之四，参见图6和图7所示，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述斜翅片管1包括有基管102以及设置于所述基管102的若干个翅片本体101，所述翅片本体101包括倾斜面以及设置于所述倾斜面内侧的翅片中心孔，所述翅片中心孔与所述基管102的外壁面紧密连接，所述若干个翅片本体101沿所述基管102的轴向倾斜于基管102的外壁面连续环绕设置或者间断环绕设置。
另，所述倾斜面与所述基管102的径向之间的倾斜角设置为20度至60度。有利于烟气灰烬或空气尘埃的滑落。
另，所述倾斜面的形状为弧面，所述翅片中心孔设置于所述弧面的弦侧。该弧面可以是半圆形或者大于半圆的扇形，翅片中心孔紧密连接于基管102的外壁面。该弧面的倾斜面作为翅片本体101连续环绕设置或者间断设置均可形成紊流效应，从而更进一步地提高翅片管的换热效率。
实施例5
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之五，参见图8所示，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述斜翅片管1包括有基管102以及设置于所述基管102的若干个翅片本体101，所述翅片本体101包括伞形体以及设置于所述伞形体中部的翅片中心孔，所述翅片本体101通过所述翅片中心孔紧密套合于所述基管102的外壁面。
另，所述伞形体的伞面与伞底之间的倾斜角设置为20度至60度。有利于烟气灰烬或空气尘埃的滑落。
实施例6
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之六，参见图9和图10所示，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述斜翅片管1包括有基管102以及设置于所述基管102的若干个翅片本体101，所述翅片本体101包括倾斜环面翅片以及设置于所述倾斜环面翅片端部的折边104，所述倾斜环面翅片通过其内环套设于所述基管102的外壁面、并与所述基管102的外壁面紧密连接。折边104可以向上设置，也可以向下设置。该倾斜环面翅片环面形状可以为具有梯形截面的环形状，也可以为具有三角形截面的环形状，上述结构更利于烟气灰烬或空气尘埃的滑落。
另，所述基管102设置有具有倾斜面的定位块103。定位块103可以直接焊接于基管102的外壁面。
该倾斜环面翅片是一个个独立地从管端穿进基管102中，倾斜环面翅片端部的折边104具有当若干个倾斜环面翅片叠合在一起时能够相互顶住而起到保持间隙的作用，具有倾斜面的定位块103起到保持倾斜角的作用，使得该倾斜角能够在20度至60度之间，从而利于烟气灰烬或空气尘埃的滑落。
实施例7
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之七，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述斜翅片管1是弯管结构，所述弯管结构的弯管中心线为圆形、圆弧、变径圆弧和螺旋线形中的任一种。本实施例是对于斜翅片管1的基管102的改进。
实施例8
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之八，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述换热器壳体2设置为钢材和隔热保温层的复合结构。
实施例9
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之九，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述换热器壳体2的横截面是圆形结构，既可以是板壳结构，也可以是在钢架铺焊薄钢板或蒙皮的结构。
或者，所述换热器壳体2的横截面是矩形结构，既可以是板壳结构，也可以是钢架蒙皮结构。
实施例10
本申请的一种斜翅片管换热器的具体实施方式之十，本实施例的主要技术方案与实施例1至实施例3中任一种相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1至3中任一项中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1至实施例3中任一种的区别在于：所述斜翅片管1中的一块斜翅片可以与多条斜翅片管1中的基管102连接，例如，一块斜翅片与两条基管102连接，或一块斜翅片与三条基管102连接。便于组装加工。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其特征在于：所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，所述斜翅片管自所述管外介质进口向所述管外介质出口倾斜设置和/或所述斜翅片管自所述管外介质出口向所述管外介质进口倾斜设置，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向倾斜相交。
2. 根据权利要求1所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述斜翅片管与竖直面之间的锐角设置为20度至80度。
3.一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其特征在于：所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，所述斜翅片管设置为弯折翅片管结构，管外介质的流动方向与管内介质的流动方向部分倾斜相交、部分垂直相交。
4. 根据权利要求3所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述弯折翅片管结构包括直翅片管和倾斜翅片管。
5.一种斜翅片管换热器，包括有换热器壳体、管板和若干条斜翅片管，其特征在于：所述管板侧分别设置有管内介质进口和管内介质出口，所述换热器壳体的两相对侧分别设置有管外介质进口和管外介质出口，管外介质的流动方向与水平面之间以及管内介质的流动方向与竖直面之间均设置有倾斜角。
6. 根据权利要求1或3或5所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括倾斜面以及设置于所述倾斜面内侧的翅片中心孔，所述翅片中心孔与所述基管的外壁面紧密连接，所述若干个翅片本体沿所述基管的轴向倾斜于基管的外壁面连续环绕设置或者间断环绕设置。
7. 根据权利要求1或3或5所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括伞形体以及设置于所述伞形体中部的翅片中心孔，所述翅片本体通过所述翅片中心孔紧密套合于所述基管的外壁面。
8. 根据权利要求1或3或5所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述斜翅片管包括有基管以及设置于所述基管的若干个翅片本体，所述翅片本体包括倾斜环面翅片以及设置于所述倾斜环面翅片端部的折边，所述倾斜环面翅片通过其内环套设于所述基管的外壁面、并与所述基管的外壁面紧密连接。
9. 根据权利要求1或3或5所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述斜翅片管是弯管结构，所述弯管结构的弯管中心线为圆形、圆弧、变径圆弧和螺旋线形中的任一种。
10. 根据权利要求1或3或5所述的一种斜翅片管换热器，其特征在于：所述换热器壳体设置为钢材和隔热保温层的复合结构。
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