CN105066764A - 内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在光管内的螺旋翅片组成，翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。螺旋翅片可使螺旋槽管段扰流大大增强，并减小流动阻力。与螺旋槽管配合时，换热系数比螺旋槽管高出3％-10％，流动阻力减小16％-30％。内插螺旋翅片换热管的内插翅片管段为单独加工、长度较小、清洗方便、用料少也节省空间，可与多种不同形式的管段进行配合，对进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。

Description

内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管

技术领域

本发明涉及强化换热及换热管领域，尤其涉及一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管。

背景技术

管壳式换热器是换热器的一种，广泛应用于石油、化工、轻纺、冶金、电子、电讯等工业部门。本发明涉及的水冷却器属于管壳式换热器，微型指管侧流量小于20kg/min，适用于汽车领域的废气再循环系统、涡轮增压系统中的换热器，如EGR冷却器、中冷器等。圆截面光管是管壳式换热器通常采用的换热管，但光管存在体积大、耗材多、且难以满足高换热性能需要等不足。近40年来，换热管得到长足发展，基于壁面扰流强化换热思路开发出了横槽管、螺旋槽管等一系列强化换热元件。尤其是螺旋槽管，在工程中已经得到较为普遍的应用，但随着行业的发展及节能减排的提出，螺旋槽管的换热性能有待进一步提高，且其流动阻力是限值其进一步开发的瓶颈。

发明内容

本发明的针对现有螺旋槽换热管提升换热却增大流动阻力的弊端，提供一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在光管内的螺旋翅片组成，翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。

进一步地，所述螺旋翅片的厚度为光管管壁厚度的0.6-1倍。

进一步地，螺旋翅片管的长度为占强化换热管的总长的0.1-0.2。

进一步地，所述螺旋槽管的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。

进一步地，所述螺旋槽管的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。

本发明与现有技术相比，具有强化传热作用显著、流动阻力较小且能与多种管配合、适用范围广等优点。通过螺旋翅片管和螺旋槽管的配合，内插螺旋翅片使得在管内的介质流动形成螺旋流，并在非螺旋翅片管依然持续螺旋流动，增加了平均温度驱动力，增强了扰流，所以能强化换热，而螺旋翅片产生的螺旋流与螺旋槽管段的流体流动形式相似，所以在一定程度上能减小流动阻力，扰流大大增强。与光管配合时，传热系数增大了14％。与螺旋槽管配合时，换热系数在螺旋槽管的基础上又提升了3％-10％，且流动阻力下降了16％-30％。且内插螺旋翅片管段为单独加工、清洗方便、长度较小、用料少也节省空间，对于进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的结构示意图；

图2是本发明安装于EGR冷却器的结构示意图；

图3是螺旋翅片管的结构简图；

图4是螺旋翅片管的截面图；

图中，1为冷却介质入口、2为换热管的布管板、3为被冷却介质的入口、4为预留光管、5为冷却介质出口、6为被冷却介质出口、螺旋槽管7、螺旋翅片管8。

具体实施方式

如图1所示，本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管包括依次连接的预留光管4、螺旋翅片管8和螺旋槽管7，连接处密封。预留光管4用于将强化换热管安装于EGR冷却器等冷却设备上，与冷却设备的被冷却介质的入口3相通；螺旋翅片管8和螺旋槽管7均用于增强扰流，强化换热；本发明在螺旋槽管7的基础上，通过引入螺旋翅片管8，减小的流动阻力，增强了扰流效果。

作为本领域常用的技术手段，螺旋槽管7的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。外壁面也可以由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。

图2为本发明安装于EGR冷却器的结构示意图，即将本发明的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管替换了现有技术中常用的单一的螺旋槽管7。其中，预留光管4与布管板2固定连接，使得预留光管4与被冷却介质的入口3相通。被冷却介质从预留光管4流向螺旋槽管7，形成持续的螺旋流，最后从被冷却介质出口6排出；冷却介质从入口1进入，从出口5排出；被冷却介质与冷却介质在EGR冷却器的腔体内换热。

附图3中标出的L为螺旋翅片的长度，其长度根据换热要求进行设计。螺距长度L_p为螺旋线垂直于管轴线方向旋转360度沿轴向延伸的长度，计算公式如下：

$L_p=\sqrt{l^2-{\left({\mathrm{\πd}}_i\right)}^2},$

L＝n·L_p

其中l为螺旋线的总长，d_i为换热圆管的内径，n为选取螺距的个数，根据单因素试验，得到n与换热效果的关系如下表所示：

附图4中的δ为螺旋翅片的厚度，其值为0.5-1倍的换热圆管厚度。d₀可以间接表示螺旋翅片的宽度b，其值为换热圆管内半径与螺旋翅片宽度b之差：

$d_0=\frac{d_i}{2}-b$

根据单因素试验，得到d₀与换热效果的关系如下表所示：

d0/mm	被冷却介质的出口温度/℃
		1.6	260.38
2	257.373
		2.4	257.1
2.8	258.88
		3.2	257.79
3.6	264.26

由上可知，为保证扰流效果，减少螺旋翅片管8的流动阻力，提高换热效率，翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。同时，为保证结构强度，螺旋翅片的厚度一般为光管管壁厚度的0.6-1倍。

内插螺旋翅片的最佳实施方式为胎具冷压成形法。胎具冷压成形发是将预先初步加工成带螺旋状的坯料放入胎具中，在压机上冷压成形。加工专用的冷压成形胎具后可批量生产，生产效率高，螺旋翅片成形质量稳定，外观质量好。由于螺旋翅片加工完成后还需安装到光管中，故而对螺旋线的精度要求较高，此时胎具的导程应该等于翅片导程加上坯料冷压后的导程反弹量。当采用不同材质加工螺旋翅片时，需要对螺旋翅片的坯料进行试验来确定坯料的导程。

内插螺旋翅片管段为光管。根据内插翅片在光管上的安装位置描出相贯线，采用激光切割切出相贯断面，光管被螺旋断面分为两部分。再通过激光-电弧复合焊将光管两部分分别与螺旋翅片焊接。当螺旋翅片厚度较小或者光管厚度较小时，应采用适合薄板焊接的激光与钨极惰性气体保护焊，激光功率不大于500W。

Claims (5)

1.一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，包括依次连接的预留光管(4)、螺旋翅片管(8)和螺旋槽管(7)；所述螺旋翅片管(8)由光管和焊接在光管内的螺旋翅片组成；翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。

2.根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋翅片的厚度为光管管壁厚度的0.6-1倍。

3.根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，螺旋翅片管(8)的长度为占强化换热管的总长的0.1-0.2。

4.根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋槽管(7)的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋槽管(7)的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。