CN103983136A - 换热管以及插入件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热管以及插入件。插入件包括纽带以及环绕设置在所述纽带外的螺旋线圈。所述螺旋线圈与所述纽带相焊接固定。所述纽带沿一轴线方向扭曲，所述螺旋线圈的螺旋中心与所述轴线相重合。所述纽带由钢板扭曲而成，所述纽带的扭曲比为3-10。所述螺旋线圈的节距比为5-50。采用该种插入件的换热管包括管体、容置于所述管体内的插入件，所述螺旋线圈的外缘位于所述管体的内壁与纽带之间，所述管体与所述纽带相固定连接。本发明采用以上结构，具有以下优点：本发明中的插入件以及采用该插入件的换热管具有安装容易、使用寿命长、换热效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及了一种管式换热领域，尤其涉及了一种换热管以及插入件。
背景技术
管式换热器是一种通过换热管进行换热的设备。管式换热器的工作原理一般为在换热管内、外分别有一种换热流体流动，而换热管的壁面即为传热面。
根据对流理论，在换热管内的对流换热过程中有70～90％的传热热阻集中于换热管内靠近换热管内壁的流体的层流底层中，因此破坏流体的层流底层能够有效的减小热阻和增大换热管的传热能力。因此为了提高换热管的换热效率，本领域技术人员通常的做法是在换热管内设置插入件。插入件在流体运动过程中可以起到一定的阻挡作用，即能够对层流底层进行一定程度的破坏。
但是现有技术中，传统的插入件仍然存在安装不易、使用寿命短、换热效率低等问题。
发明内容
目前工业上常用的插入件有纽带式插入件和螺旋线圈插入件，两者各有适用范围和优缺点。纽带式插入件制作简单，安装方便，使用寿命较长，但其换热效率较低，仅能比光管的换热效率提高不到20％。螺旋线圈插入件换热效率较高，但其使用寿命不能保证。螺旋线圈仅能通过两端固定在换热管端头，管内的螺旋丝没有固定，由于螺旋丝直径较小，在高流速流体的冲击下极易断裂，同时，活动的螺旋线圈加剧了其在换热管内的磨损，令其使用寿命大大降低。
换热流体在低雷诺数(低流速)时，纽带式插入件的换热效果比较明显，高雷诺数(高流速)时，螺旋线圈插入件换热效果比较明显。而换热器在工业上的应用要适用于各种高、低产量的工况，既要在高流速的换热流体条件下达到最佳换热效果，也要在低流速的换热流体条件下达到最佳换热效果。因此，这两种插入件的各自最佳换热状态对应的流体流速范围均较窄，无法适应各种复杂、频繁更换工况条件下的最佳换热的要求。
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种换热管，其具有安装容易、使用寿命长、换热效率高的优点。
本发明的具体技术方案是：
一种换热管，其特征在于：所述换热管包括管体、容置于所述管体内的插入件，所述插入件包括纽带以及环绕设置在所述纽带外的螺旋线圈，所述螺旋线圈的外缘位于所述管体的内壁与纽带之间，所述管体与所述纽带相固定连接。
优选地，所述管体的端部固设有挡条，所述挡条与所述纽带相固定连接，所述挡条在垂直于所述管体中心轴的截面呈十字形。
优选地，所述管体的中心轴、所述螺旋线圈的螺旋中心以及所述纽带的扭转轴相重合。
优选地，所述螺旋线圈与所述纽带相焊接固定。
优选地，所述纽带由多个纽带单元连接形成，L为每个纽带单元经过360°扭曲后的扭曲长度，所述螺旋线圈由多个线圈连接形成，h为螺旋线圈中相邻两个线圈之间的距离，L/h为5-50。
优选地，所述纽带由钢板扭曲而成，所述纽带的扭曲比为3-10。
优选地，所述螺旋线圈的节距比为5-50。
一种插入件，其特征在于：它包括螺旋纽带以及环绕设置在所述螺旋纽带外的螺旋线圈。
优选地，所述纽带呈螺旋状。
本发明采用以上结构，具有以下优点：
本发明中换热管以及插入件具有安装容易、使用寿命长、换热效率高等优点。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1显示了本发明中插入件的结构示意图。
图2显示了本发明中换热管的结构示意图。
图3显示了图2中A向的结构示意图。
图4为图2的B-B剖视结构。
以上附图的附图标记：1、插入件；2、螺旋线圈；3、纽带；4、挡条；5、管体。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
参照图1至图2所示，本发明公开了一种插入件1，它包括纽带3以及环绕设置在纽带3外的螺旋线圈2。
参照图3和图4所示，本发明还公开了一种换热管，换热管包括管体5、容置于所述管体5内插入件1，所述螺旋线圈2的外缘与所述管体5的内壁相临近，所述管体5与所述纽带3相固定连接。
在换热管内壁面形成的层流附壁层被临近于管体5内壁的螺旋线圈2破坏，而被螺旋线圈2破坏的流体通过纽带3旋流到内部，并与换热管中心位置的流体迅速混合换热产生汇合。
螺旋线圈2通过焊接贴附在纽带3的外表面上，纽带3对螺旋线圈2一方面起到支撑作用，另外一方面，还起到与螺旋线圈2的破坏传热热阻极大的层流附壁层的作用相配合的作用，将螺旋线圈2破坏层流附壁层的作用引导到换热管中心位置，此种组合式插入件可以在螺旋线圈将管内壁层流底层的低温流体扰动起来之后，通过纽带将低温流体迅速导流到管中心，使其与管中心的高温流体充分换热，同时，纽带还增加了管内的换热面积，充分的提高了插入件的整体换热效果。
相对于换热管中只有螺旋线圈的结构，本发明不仅能够将换热管的层流附壁层由层流变为紊流，而且能够将换热管的内壁面处的紊流进一步引导，将紊流导向换热管中心位置，使得换热管的内壁面与换热管之外能够得到较好的换热效果，还使得换热管的内壁面与换热管中心位置之间能够得到较好的换热、导流效果，能够达到换热管中只有螺旋线圈所不能达到的效果，换热效率比只有螺旋线圈的换热管能够提高10％至20％，相对于只有纽带的换热管，换热效率能够提高25％至50％。
当流体进入换热管后，在换热管的内壁面形成的层流附壁层被螺旋线圈2破坏，而被螺旋线圈2破坏的流体通过纽带3旋流到内部，并与换热管中心位置的流体迅速混合换热产生汇合。由于螺旋线圈2以及纽带3连续布置，可以使换热管内壁面形成的层流附壁层一直处于破坏、汇合，再破坏、再汇合的过程，从而使得换热管靠近中心位置的低温流体在整个换热管内流动时，附壁层处的流体始终一直处于被破坏而不能聚积的状态。因此采用本发明的插入件1可以达到最好的换热效果。
进一步的，螺旋线圈2与所述纽带3相焊接固定，以保证插入件1的整体强度，延长插入件1的使用寿命。
进一步的，纽带3沿一轴线方向扭曲，所述螺旋线圈2的螺旋中心与所述轴线相重合。即螺旋线圈2绕纽带3的中心对称设置。采用该种结构，流体在纽带3的轴向上的分布较为平均，不会产生应力集中的问题。
进一步的，纽带3也称纽片，由钢板扭曲而成，形状例如为螺旋形，例如，纽带3由矩形钢板扭曲而成，纽带3的边缘上各点距离纽带的中线距离相同。螺旋线圈2焊接在纽带上，使得螺旋线圈2上的各点与换热管中心线的距离相同，因而能够使得换热效果均匀。纽带3的扭曲比为3-10。如图1所示，L为纽带3经过360°扭曲后的单个扭曲长度，或者说，所述纽带由多个纽带单元连接形成，L为每个纽带单元经过360°扭曲后的扭曲长度，D为纽带3的宽度。所述纽带3的扭曲比为L/D。
进一步的，螺旋线圈2的节距比为5-50。螺旋线圈2可采用冷绕弹簧工艺制作，其节距比为h/d，例如，所述螺旋线圈由多个线圈连接形成，h为螺旋线圈中相邻两个线圈之间的距离，如图1所示，h为螺旋线圈2经过360°缠绕后的连续两个线圈之间的距离，d为螺旋丝的直径。其中，L/h为5～50，阻力增加一倍左右、换热效率提升10％～50％。，以使得纽带对螺旋线圈2有较好的导流效果。
管体5的端部(一端或两端)可通过搭接固设有挡条4，所述挡条4与所述纽带3通过焊接相固定连接，所述挡条4在垂直于所述管体5中心轴的截面呈十字形。纽带3通过挡条4与管体5相固定连接，由于纽带3与螺旋线圈2相固定连接，即螺旋线圈2也固定在管体5上。当有高速流体的冲击时，由于螺旋线圈2较为固定，因此螺旋线圈2不易发生磨损，不易断裂，由于螺旋线圈2是通过多个焊点连接在纽带上，即使螺旋线圈2局部发生断裂，也不会影响其他位置的螺旋线圈的正常工作，仍然能够使换热工作不受影响。也就是增加了螺旋线圈2的使用寿命。
进一步的，管体5的中心轴、所述螺旋线圈2的螺旋中心以及所述纽带3的扭转轴相重合。采用该种结构，流体在换热管的轴向上的分布较为平均，不会产生应力集中的问题。
管体5可以为光管、波纹管或翅片管或其他换热管的管体。
本发明中的插入件1可以与众多种类的管体5组成高效的换热管，当插入件1插入管体5后，可使其换热能力提高50％～80％以上。在相同的换热量条件下本发明中的插入件1可以节省金属用量30％～50％。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种换热管，其特征在于：所述换热管包括管体、容置于所述管体内的插入件，所述插入件包括纽带以及环绕设置在所述纽带外的螺旋线圈，所述螺旋线圈的外缘位于所述管体的内壁与纽带之间，所述管体与所述纽带相固定连接。
2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述管体的端部固设有挡条，所述挡条与所述纽带相固定连接，所述挡条在垂直于所述管体中心轴的截面呈十字形。
3.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述管体的中心轴、所述螺旋线圈的螺旋中心以及所述纽带的扭转轴相重合。
4.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述螺旋线圈与所述纽带相焊接固定。
5.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述纽带由多个纽带单元连接形成，L为每个纽带单元经过360°扭曲后的扭曲长度，所述螺旋线圈由多个线圈连接形成，h为螺旋线圈中相邻两个线圈之间的距离，L/h为5-50。
6.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述纽带由钢板扭曲而成，所述纽带的扭曲比为3-10。
7.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于：所述螺旋线圈的节距比为5-50。
8.一种插入件，其特征在于：它包括螺旋纽带以及环绕设置在所述螺旋纽带外的螺旋线圈。
9.根据权利要求8所述的插入件，其特征在于：所述纽带呈螺旋状。
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