CN104501639A - 非中心对称h型翅片管及其翅片管换热管束 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非中心对称H型翅片管及其翅片管换热管束，翅片管包括基管部和翅片部，基管部包括至少一根基管，翅片部包含若干沿基管轴向以预定间距焊接在基管的外壁上的翅片组，每个翅片组包含两片位于至少一根基管两侧的四边形翅片，每片翅片通过内侧的凹槽与基管外壁相连接，两片翅片处于同一平面上，相互之间留有大于或等于零的间隙，或呈连接状态；四边形翅片位于迎风侧部分面积大于位于背风侧部分面积；由于翅片位于迎风侧的换热性能优于背风侧的换热性能，且迎风侧部分比背风侧部分更不容易产生气流分离、涡流和积灰现象；故本发明整体换热性能得到提高，迎风侧不会产生积灰现象，且背风侧的积灰总量减少，不仅适合于燃油燃气的烟气强化换热，更适合于含灰气流烟气的强化换热。

Description

非中心对称H型翅片管及其翅片管换热管束
技术领域
本发明涉及一种H型翅片管，具体涉及一种非中心对称H型翅片管及其翅片管换热管束，适用于能源、石油、化工、冶炼等行业的各种类型的换热设备及加热设备中。
背景技术
能源是经济和社会进步的重要基础，随着我国能源消耗的持续攀升，诸多社会和环境问题日益凸显，节能减排已经成为我国经济和社会发展的一项长远方针和战略决策，也是一项极为紧迫的任务。
换热器是锅炉等动力设备的重要组成部件。解决换热器的强化换热、积灰磨损等问题，对于提高能源的利用效率、换热器的使用寿命至关重要。
采用翅片以增加换热面积，是强化换热的有效方法之一。由此，人们开发出H型翅片管。
H型翅片管，亦称H型鳍片管，在方形翅片管的基础上发展而来的，是把两片中间带有圆弧的矩形钢片对称地与光管焊接在一起形成的翅片管，因其正面形状与字母“H”相似，故称为H型翅片管。H型翅片管的翅化系数较高，传热性能较好，且具有较强的自清灰能力，因此可以有效的减小换热设备的结构，减少积灰磨损，减小流动阻力，提高换热能力，被广泛应用于余热锅炉、电站锅炉及各种工业换热器中。
在传统的H型翅片管中，每个翅片组关于与其连接的基管轴线中心对称，翅片位于迎风侧和背风侧的形状和面积均相同。
实际生产实践中，进入换热器的烟气中往往携带了大量细小的固体颗粒物，称为飞灰。当烟气在H型翅片管束中流动时，会在翅片管背风侧出现明显的气流分离和回流区。迎风侧烟气流和基管及翅片的接触面积大于背风侧，而易发生气流分离的背风侧翅片换热性能较低，容易产生积灰现象。由于积灰的导热系数很低，随着积灰程度的增加，翅片管的换热性能进一步恶化，换热器的运行经济性大幅降低，甚至还会出现换热设备堵塞等严重后果。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种非中心对称H型翅片管及其翅片管换热管束，提高H型翅片管的传热性能，减轻H型翅片管的积灰现象，减少换热设备的材料消耗。
为了达到上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种非中心对称H型翅片管，包括基管部1和翅片部2，所述基管部1包含至少一根基管，所述翅片部2为若干沿基管轴向以预定间距连接在基管的外壁上的翅片组，其中每个翅片组包含两片位于至少一根基管两侧的四边形翅片，每片翅片内侧设置有与基管的外壁相吻合的凹槽，翅片通过凹槽与基管外壁相连接，两片翅片处于与基管轴线垂直的同一平面上，相互之间留有大于或等于零的间隙，或呈连接状态；所述翅片组与基管组成的整体沿基管径向断面呈H型；当基管数量为一根时，取通过与翅片组相连接的基管轴线，且垂直于烟气来流方向的平面为分界面，将四边形翅片分为迎风侧部分和背风侧部分；当基管数量为两根及以上时，取一条与各基管轴线平行且与首尾两基管轴线距离相等的直线为辅助线，过该辅助线取垂直于烟气来流方向的平面为分界面，将四边形翅片分为迎风侧部分和背风侧部分；所述迎风侧部分的翅片面积大于背风侧部分的翅片面积。
所述基管形状呈圆状，椭圆状和扁管状中的任意一种。
所述每相邻两翅片组之间相互平行。
所述翅片组包含的两片翅片之间的间隙小于基管外径。
所述翅片的形状为矩形、平行四边形、梯形或不规则四边形，其中平行四边形、梯形或不规则四边形翅片金属分布更趋近于基管，翅片效率更高，当翅片形状为平行四边形、梯形或不规则四边形时，翅片短边与烟气来流方向在45°～90°范围变化。
所述翅片组与基管之间的连接方式为闪光对接焊或钎焊。
所述与每个翅片组相连的基管数目为2时表现为非中心对称双H型翅片管的形式。
所述每组翅片的迎风侧部分的翅片面积与背风侧部分的翅片面积之比n的范围为：1<n<2。
一种翅片管换热管束，由上述所述的多根非中心对称H型翅片管组成，所述多根非中心对称H型翅片管的排列方式为顺列布置，错列布置，以及不等间距布置中的任意一种。
和现有技术相比较，本发明具有如下优势：
本发明所提供的非中心对称H型翅片管中，翅片在迎风侧部分的面积大于其在背风侧部分的面积。当烟气在H型翅片管束中流动时，会在翅片管背风侧出现明显的气流分离和回流区。迎风侧烟气流和基管及翅片的接触面积大于背风侧，而易发生气流分离的背风侧翅片换热性能较低，容易产生积灰现象。由于本发明所提供的非中心对称H型翅片管中，翅片在迎风侧部分的面积大于其在背风侧部分的面积。故在翅片面积相同并使用同样基管束的情况下，本发明提供的非中心对称H型翅片管，相对于传统的中心对称的H型翅片管，有更大的翅片面积位于换热性能好且不易产生积灰的迎风侧。使换热器总体的换热性能得到提高，且积灰量减少。
对于总换热量固定的换热设备，采用本发明提供的非中心对称H型翅片管代替传统H型翅片管，可以大大减少设备的体积和钢材消耗，而非中心对称的新型H型翅片管的制造工艺难度和传统H型翅片管相仿，故换热设备的制造总成本也相应下降。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例一的主视图。
图3为本发明实施例一的俯视图。
图4为本发明实施例一的左视图。
图5为本发明实施例二的结构示意图。
图6为本发明实施例二的主视图。
图7为本发明实施例三的结构示意图。
图8为本发明实施例三的主视图。
图9为本发明实施例四的结构示意图。
图10为本发明实施例四的主视图。
图11为本发明实施例五的结构示意图。
图12为本发明实施例五的主视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
图1为本发明实施例一的结构示意图，翅片的形状为矩形，基管数量为一根。
如图1所示，非中心对称H型翅片管包括基管部1和翅片部2。基管部1内有流动的换热工质。翅片部2包含多个由左四边形翅片2a和右四边形翅片2b组成的翅片组，翅片组相互平行并以一定间距沿基管部1的轴向布置在基管部1的外壁上。
图2为本发明实施例一的主视图。
取通过基管1轴线，且垂直于烟气来流方向的平面Ω为分界面，将左四边形翅片2a分为左迎风侧部分2aa和左背风侧部分2ab，右四边形翅片2b分为右迎风侧部分2ba和右背风侧部分2bb，其中左迎风侧部分2aa的面积大于左背风侧部分2ab的面积，右迎风侧部分2ba的面积大于右背风侧部分2bb的面积。左迎风侧部分2aa与右迎风侧部分2ba的面积之和记作Sa，左背风侧部分2ab与右迎风侧部分2bb的面积之和记作Sb，则Sa与Sb之比n的范围为：1<n<2。
图3为本发明实施例一的俯视图。
图4为本发明实施例一的左视图，可见翅片在迎风侧部分的长度长于背风侧部分的长度。
本发明所涉及的非中心对称H型翅片管并不仅仅限定于实施例一中翅片为矩形的情况，翅片形状还可以是梯形、平行四边形等任意四边形，但翅片在迎风侧部分的面积仍应大于其位于背风侧部分的面积。如图5、6中所示的本发明实施例二，图7、8中所示的本发明实施例三，图9、10中所示的本发明实施例四。
实施例二
图5为本发明实施例二的结构示意图，翅片形状为梯形，图6为本发明实施例二的主视图。翅片短边与烟气来流方向在45°～90°范围变化。
实施例三
图7为本发明实施例三的结构示意图，翅片形状为直角梯形，图8为本发明实施例三的主视图。翅片位于迎风侧短边与烟气来流方向在45°～90°范围变化。
实施例四
图9为本发明实施例四的结构示意图，翅片形状为平行四边形，图10为本发明实施例四的主视图。翅片短边与烟气来流方向在45°～90°范围变化。
实施例五
本发明所涉及的非中心对称H型翅片管中，与每组翅片相连的基管数目还可以大于1，当为两根时，表现为双H型翅片管的形式。图11即为本发明实施例五中非中心对称双H型翅片管的结构示意图。
如图11所示，非中心对称双H型翅片管包括基管部1和翅片部2。基管部1包括第一基管1a和第二基管1b，第一基管1a和第二基管1b内有流动的换热工质。翅片部2包含多个由左四边形翅片2a和右四边形翅片2b组成的翅片组，翅片组相互平行并以一定间距沿基管部1的轴向布置在基管部1的外壁上。
图12为本发明实施例五的主视图。
取与基管第一1a轴线和第二基管1b轴线平行，且与第一基管1a轴线和第二基管1b轴线距离相等的直线α。过直线α取垂直于烟气来流方向的平面Ω为分界面，将左四边形翅片2a分为左迎风侧部分2aa和左背风侧部分2ab，右四边形翅片2b分为右迎风侧部分2ba和右背风侧部分2bb，其中左迎风侧部分2aa的面积大于左背风侧部分2ab的面积，右迎风侧部分2ba的面积大于右背风侧部分2bb的面积。右迎风侧部分2ba的面积与右背风侧部分2bb的面积之比n的范围为：1<n<2。
同样，非中心对称双H型翅片管的翅片形状也可以是梯形、平行四边形或不规则四边形，四边形翅片短边和烟气来流方向在45°～90°范围变化。

Claims (9)

1.一种非中心对称H型翅片管，其特征在于：包括基管部(1)和翅片部(2)，所述基管部(1)包含至少一根基管，所述翅片部(2)为若干沿基管轴向以预定间距连接在基管的外壁上的翅片组，其中每个翅片组包含两片位于至少一根基管两侧的四边形翅片，每片翅片内侧设置有与基管的外壁相吻合的凹槽，翅片通过凹槽与基管外壁相连接，两片翅片处于与基管轴线垂直的同一平面上，相互之间留有大于或等于零的间隙，或呈连接状态；所述翅片组与基管组成的整体沿基管径向断面呈H型；当基管数量为一根时，取通过与翅片组相连接的基管轴线，且垂直于烟气来流方向的平面为分界面，将四边形翅片分为迎风侧部分和背风侧部分；当基管数量为两根及以上时，取一条与各基管轴线平行且与首尾两基管轴线距离相等的直线为辅助线，过该辅助线取垂直于烟气来流方向的平面为分界面，将四边形翅片分为迎风侧部分和背风侧部分；所述迎风侧部分的翅片面积大于背风侧部分的翅片面积。
2.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述基管形状呈圆状，椭圆状和扁管状中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述每相邻两翅片组之间相互平行。
4.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述翅片组包含的两片翅片之间的间隙小于基管外径。
5.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述翅片的形状为矩形、平行四边形、梯形或不规则四边形，其中平行四边形、梯形或不规则四边形翅片金属分布更趋近于基管，翅片效率更高，当翅片形状为平行四边形、梯形或不规则四边形时，翅片短边与烟气来流方向在45°～90°范围变化。
6.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述翅片组与基管之间的连接方式为闪光对接焊或钎焊。
7.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述与每个翅片组相连的基管数目为2时表现为非中心对称双H型翅片管的形式。
8.根据权利要求1所述的非中心对称H型翅片管，其特征在于：所述每组翅片的迎风侧部分的翅片面积与背风侧部分的翅片面积之比n的范围为：1<n<2。
9.一种翅片管换热管束，其特征在于：由权利要求1至8任一项所述的多根非中心对称H型翅片管多根组成，所述多根非中心对称H型翅片管的排列方式为顺列布置，错列布置，以及不等间距布置中的任意一种。
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