CN104279912A - 一种螺旋纽带装置及其强化换热管 - Google Patents

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徐会金
黄善波
徐明海
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Abstract

一种螺旋纽带装置，包括螺旋纽带和支架，所述螺旋纽带可转动地安装在所述支架上，其特征在于，所述螺旋纽带由金属泡沫材料制成。本发明还提供了一种带有上述螺旋纽带装置的强化换热管，包括基管和所述螺旋纽带装置，所述螺旋纽带装置通过所述支架与所述基管固定连接。本发明将金属泡沫材料的特点与传统强化换热理论相结合，流体穿过多孔的金属泡沫纽带的孔隙，破坏了流体的边界层，增强了扰动和流体在管道内的二次流效应，大大提高了换热性能。同时，螺旋纽带在管内流体的带动下能自动旋转，其边缘两侧对管内壁污垢具有刮扫作用，从而达到清洗除垢、强化传热的双重目的。

Description

一种螺旋纽带装置及其强化换热管
技术领域
本发明涉及一种强化换热管的螺旋纽带装置，尤其涉及一种流体换热器或散热器中的金属泡沫螺旋纽带装置及其强化换热管。
背景技术
我国中小热电机组凝汽器大多采用管式换热器，由于管内结垢影响换热效率，从而导致汽侧真空度降低，机组振动增大，必须降低发电负荷或者加大循环冷却水量，因此难以达到最佳设计工况。在管式凝汽器管内加装螺旋纽带既能防垢除垢，同时还有强化换热的作用，有效减小传热端差，降低凝汽器内压力，可增加蒸汽在汽轮机内的可用比焓降，从而提高循环热效率。
至今有很多专利和文献对螺旋纽带进行了研究。专利CN2568324提出了一种在基管内加装螺旋纽带的装置；文献：螺旋纽带在凝汽器中强化换热及除垢的应用(毛琨，李连杰；节能，2007)研究了螺旋纽带在凝汽器中强化换热及除垢的应用；文献：卧式管内流体动力自动清洗螺旋纽带的结构关系研究(刘吉兆，刘志儒，俞秀民；机床与液压，2003)研究了螺旋纽带结构参数对纽带清洗能力、流体阻力及传热强化的关系。
金属泡沫是近年来发展起来的一类集高导热性、高通透性、高表面积密度、轻质、优良机械性能和较好流体混合能力等于一体的理想换热材料。由于金属泡沫是一种多孔介质，具有很强的流体扰动能力和导流能力，能极大增强流体湍动度。文献：多孔介质中流动换热特性的研究进展(闫晓，肖泽军；核动力工程，2006)研究了多孔介质中流动换热特性。
目前公开发表的文献中不存在采用金属泡沫作为螺旋纽带的应用或研究。因此，本发明人致力于开发一种采用金属泡沫材料制成的螺旋纽带装置及其主动强化换热管，以进一步提高螺旋纽带强化管的换热性能。
发明内容
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案为：一种螺旋纽带装置，包括螺旋纽带和支架，该螺旋纽带可转动地安装在支架上，其特征在于，该螺旋纽带由金属泡沫材料制成。
优选地，支架的个数为两个，分别设置于螺旋纽带的两端，该支架包括轴承和连接环，螺旋纽带通过连接环与轴承连接，轴承用于与换热管的基管固定连接。
优选地，金属泡沫材料为不锈钢等耐腐蚀金属材料。
优选地，该轴承和连接环采用具有高强度、耐磨损和耐腐蚀的化学合成材料加工而成。
优选地，该螺旋纽带装置还可以包括动力设备，可使螺旋纽带连续不断地旋转。
进一步地，本发明还提供一种带有上述螺旋纽带装置的强化换热管，包括基管和上述螺旋纽带装置，该螺旋纽带装置通过支架与基管固定连接。
优选地，螺旋纽带与基管的管壁之间无硬性接触，且螺旋纽带的外缘直径与管内径的比值在0.85～0.95之间。由于换热管的螺旋纽带与管壁无硬性接触，所以摩擦较小，从而所需的驱动力小，只要循环水流动，螺旋纽带就会连续不断地旋转，始终保持管内流体处于高湍动状态，当管内流体流动剧烈时则无须任何其它动力设备。
优选地，该带有螺旋纽带装置的强化换热管，其基管的流体入口端和出口端位于基管的侧面管壁处，流体入口和流体出口的方向设置为与基管轴线相垂直，轴承沿轴向固定于该基管的两端。
优选地，上述换热管基管的两端还设置有密封盖，密封盖的优选材料为不锈钢。
本发明将金属泡沫材料的特点与传统强化换热理论相结合，所提供的强化管是一种带有金属泡沫螺旋纽带的强化换热管。管内流体沿着螺旋纽带以螺旋状态在管内流动，使流体在紊流的状态以一定的角度直接冲到基管内壁。同时，规则流动的流体穿过多孔纽带的孔隙，破坏了流体的边界层，增强了扰动，大大提高了对流换热性能。此外，在强化管内安装自转螺旋纽带，在管内流体的带动下自动旋转，纽带旋转直径比管内径略小，其边缘两侧对管内壁污垢具有刮扫作用，从而达到清洗除垢、强化传热的双重目的。
附图说明
图1是本发明实施例1的沿轴向截面示意图；
图2是本发明实施例1的垂直轴向截面示意图；
图3是本发明实施例2的沿轴向截面示意图；
图4是本发明实施例3的沿轴向截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术原理做进一步说明。
实施例1
参见图1和图2，本发明涉及的一种螺旋纽带强化换热管包括：基管1、螺旋纽带2、密封盖3、轴承4、连接环5、流体入口6及流体出口7。螺旋纽带2是由金属泡沫材料制成的，与基管1之间有一定空隙，螺旋纽带2两端通过连接环5与两端转动的轴承4相连接，换热管两端通过密封盖3密封。此外，螺旋纽带2可以在转子的牵引下发生转动，也可以在管内工质的流动驱动下自动旋转，从而增强流体混合和扰动，进而增强换热。该换热管工作时，流体从流体入口6流入换热管，在管内螺旋纽带2的扰流和导流作用下发生复杂对流换热，将施加到管壁上的热量吸收，交换完热量后从流体出口7流出。
实施例2
参见图3，本发明的另一实施例包括：基管1、螺旋纽带2、轴承4、连接环5、流体入口6及流体出口7。螺旋纽带2是由金属泡沫材料制成的，与基管1之间有一定空隙，螺旋纽带2两端通过连接环5与轴承4相连接。此外，螺旋纽带2可以在管内工质的流动驱动下发生弹动而自动旋转，从而增强流体混合和扰动，进而增强换热。该换热管工作时，流体从流体入口6流入换热管，在管内螺旋纽带2的扰流和导流作用下发生复杂对流换热，将施加到管壁上的热量吸收，交换完热量后从流体出口7流出。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于实施例1中由轴承4和连接环5组成的支架有两个，而本实施例中的支架只有一个，设置于流体入口6一端。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺旋纽带装置，包括螺旋纽带和支架，所述螺旋纽带可转动地安装在所述支架上，其特征在于，所述螺旋纽带由金属泡沫材料制成。
2.根据权利要求1所述的螺旋纽带装置，其特征在于：所述支架的个数为两个，分别设置于所述螺旋纽带的两端，所述支架包括轴承和连接环，所述螺旋纽带通过所述连接环与所述轴承连接。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋纽带装置，其特征在于：所述金属泡沫材料为不锈钢。
4.根据权利要求1或2所述的螺旋纽带装置，其特征在于：所述轴承和所述连接环采用具有高强度、耐磨损和耐腐蚀的化学合成材料加工而成。
5.根据权利要求2所述的螺旋纽带装置，其特征在于，还包括动力转动装置。
6.一种带有根据权利要求2或5所述的螺旋纽带装置的强化换热管，包括基管和所述螺旋纽带装置，所述螺旋纽带装置通过所述支架与所述基管固定连接。
7.根据权利要求6所述的强化换热管，其特征在于，所述螺旋纽带与所述基管的管壁之间无硬性接触，且所述螺旋纽带的外缘直径与所述基管的内径之比在0.85～0.95之间。
8.根据权利要求6所述的强化换热管，其特征在于，所述基管的流体入口端和出口端位于基管的侧面管壁处，流体入口和流体出口的方向设置为与所述基管的轴线相垂直，所述轴承沿轴向固定于所述基管的两端。
9.根据权利要求8所述的换热管，其特征在于，所述基管的两端还设置有密封盖。
10.根据权利要求9所述的换热管，其特征在于，所述密封盖的材料为不锈钢。
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