CN105806127A - 一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管 - Google Patents

一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，包括管体，及沿管体内壁轴向呈螺旋状布置的肋片，所述肋片的截面形状为流线型。所述呈螺旋状布置的肋片等间距分布，头数控制在4～8头范围内；其螺旋方向与横截面夹角控制在30～60°范围内；其肋片周向底宽控制在4～10mm范围内；其肋片最高点高度控制在0.5～1.5mm范围内，肋片最高点的位置在1/3肋片底宽处。该新型的锅炉水冷壁内螺纹管，利用流线型内肋避免或减小肋片背流侧的涡流，从而有效地提高管内壁面的传热能力，降低肋片背流侧肋根附近的温度水平。因此，该管型可以进一步强化锅炉水冷壁内螺纹管的传热性能。

Description

一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管
技术领域
本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管。
背景技术
随着电力工业的蓬勃发展，大容量、高参数、高效率、低排放逐渐成为火电设备发展的主流。炉膛水冷壁是布置在锅炉炉膛四周的受热面，是锅炉中最重要的部件之一。在锅炉水冷壁等蒸发受热面中采用一定形式的内螺纹管可以在比光管低得多的质量流速和高得多的蒸汽干度条件下依然维持核态沸腾，内螺纹结构可以有效抑制或推迟膜态沸腾。
传统的锅炉水冷壁内螺纹管的肋片截面形状为矩型或梯形。沿管内工质流动方向，肋片背流侧存在流动的涡流区，涡流区不利于局部传热，造成内螺纹管内壁面的肋顶与肋根部分出现明显的温度差异，甚至引起肋片背流侧肋根附近出现局部高温，诱发传热管损坏，影响内螺纹管安全使用。为此，研发出一种能够降低或避免肋片背流侧肋根附近局部高温、具有更高传热性能的新型锅炉水冷壁管型是十分必要的。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种新型锅炉水冷壁内螺纹管，能够在同等工作条件下进一步提高管壁换热能力，降低金属壁面的整体温度水平，有效地消除或减轻局部高温，提高内螺纹管的传热性能。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，包括管体，及沿管体内壁轴向呈螺旋状布置的肋片，所述肋片的截面形状为流线型。
对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案：
作为优化，所述流线型肋片上表面与前表面为凸弧形面，后表面为凹弧形面，且凹弧形面为弧形渐缩面，凸弧形面的长度小于弧形渐缩面的长度。
进一步，所述流线型肋片凸弧形面的顶点到肋片前表面起始端的轴向距离为肋片轴向底宽w的1/3。
进一步，所述流线型肋片凸弧形面的顶点高度e为0.5～1.5mm。
进一步，所述流线型肋片弧形渐缩面的终止端与管体内壁平滑相接。
作为优化，所述流线型肋片沿管体内壁轴向等间距分布，肋片的螺纹头数为4～8头。
作为优化，所述流线型内肋螺旋方向与管体径向夹角α为30～60°。
作为优化，所述流线型内肋肋片周向底宽s为4～10mm。
由以上所给出的技术方案可以明确，由于流线型内肋，避免或减小肋片背流侧的涡流，提高肋片及周围区域的整体换热强度，降低肋片背流侧肋根附近的局部温度，从而有效提高本发明的传热性能，实现降低壁面温度水平、进一步强化传热的目的。
上述技术方案的目的，主要在于进一步提高管内旋流的合理分布与作用，从而进一步强化管内传热。
本发明的有益效果是：
所涉及的新型锅炉水冷壁内螺纹管，在利用流线型螺旋结构增大换热表面积、强迫流体旋转、破坏管内近壁区的流动与热边界层、增大传热量、达到强化传热目的的同时，流线型内肋进一步改善了流体的流动形态，避免或减小肋片背流侧的涡流，从而有效地提高了管壁的整体传热性能、降低肋片背流侧肋根附近的局部高温。因而，该管型可以进一步强化内螺纹管的传热性能，提高管壁传热的效率及安全性。
附图说明
图1为本发明锅炉水冷壁内螺纹管的结构示意图；
图2为流线型肋片结构示意图；
图3为本发明锅炉水冷壁内螺纹管截面示意图；其中，图3(a)为本发明内螺纹管的横截面示意图，图3(b)为图3(a)的A-A轴向截面示意图；
图4为锅炉水冷壁内螺纹管中呈螺旋状布置的肋片结构示意图；其中，图4(a)为本发明内螺纹管的流线型肋片结构示意图，图4(b)为传统内螺纹管的矩形截面肋片结构示意图，图4(c)为传统内螺纹管的梯形截面肋片结构示意图；
图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例和现有技术内螺纹管的壁面温度及传热系数特性曲线的对比图。
图中，1为肋片；1-1、凸弧形面；1-2、凹弧形面；2为管体；e为流线型肋片凸弧形面的顶点高度；s为肋片周向底宽；α为肋片螺旋方向与横截面的夹角；w为肋片的轴向底宽；δ为内螺纹管的固体壁面厚度；din,max为内螺纹管的最大内径；β为传统内螺纹管梯形肋的侧边角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
如图1所示，一种锅炉水冷壁内螺纹管，包括管体2，及沿管体2内壁轴向呈螺旋状布置的肋片1，肋片1的截面形状为流线型。
如图2所示，本发明肋片的截面形状为流线型，流线型肋片上表面与前表面为凸弧形面1-1，后表面为凹弧形面1-2，且凹弧形面1-2为弧形渐缩面；凸弧形面1-1的长度小于凹弧形面1-2(弧形渐缩面)的长度。流线型肋片弧形渐缩面的终止端与管体2内壁平滑相接。
如图3(a)、3(b)所示，内螺纹管的呈螺旋状布置的肋片等间距分布，头数控制在4～8头范围内；其流线型肋片凸弧形面的顶点高度e(最高点高度)控制在0.5～1.5mm范围内；其肋片周向底宽s控制在4～10mm范围内；其肋片螺旋方向与横截面的夹角α控制在30～60°范围内。其中，δ为内螺纹管的固体壁面厚度，din,max为内螺纹管的最大内径。
如图4(a)-4(c)所示，本发明内螺纹管的呈流线型的肋片不同于传统锅炉水冷壁内螺纹管肋片的矩形(图4(b))或梯形(图4(c))截面，其中，β为传统内螺纹管梯形肋的侧边角。流线型肋片凸弧形面的顶点到肋片前表面起始端的轴向距离为肋片轴向底宽w的1/3。
实施例
本实施例管长取为2000mm，取螺纹头数为六头，管外径为33.4mm，最大内径为20.62mm，最小内径为18.12mm，螺纹升角为50度，螺纹周向底宽为5.68mm，螺纹肋最高点高度1.25mm，肋片最高点的位置在1/3轴向底宽处；内壁热负荷暂取为350kW/m2，在此条件下对换热管进行加热。该实施例的新型换热管的换热性能曲线如图5(a)和图5(b)所示。由图5(a)和图5(b)中曲线可看出：相同计算条件下的同位置横截面上，本新型具有流线型截面内肋的内螺纹管的内壁面温度明显低于肋片截面形状为矩形和等腰梯形的常规内螺纹管的内壁面温度，特别是本新型内螺纹管的周向内壁面平均温度比梯形肋内螺纹管的周向内壁面平均温度约降低9度，比矩形肋内螺纹管的周向内壁面平均温度约降低13度；而且，本新型内螺纹管的背风面肋根的局部最高温度比梯形肋内螺纹管约降低10度，比矩形肋内螺纹管约降低21度。另一方面，本新型具有流线型截面内肋的内螺纹管表面传热系数明显高于肋片截面形状为矩形和等腰梯形的常规内螺纹管的表面传热系数，特别是本新型内螺纹管的表面传热系数比梯形肋内螺纹管的表面传热系数约提高13～26％，比矩形肋内螺纹管的表面传热系数约提高12～24％。
上述结果表明，本发明与已有传统矩形肋、梯形肋内螺纹管相比，本发明由于采用流线型截面形状的螺旋内肋，改善了内螺纹管内近壁区流体的流动形态，有效减小了肋片背流侧的涡流，使得该新型内螺纹管的内壁面平均温度明显降低，且背风面肋根的局部最高温度也明显降低，传热性能得到明显提升。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：包括管体，及沿管体内壁轴向呈螺旋状布置的肋片，所述肋片的截面形状为流线型。
2.根据权利要求1所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型肋片上表面与前表面为凸弧形面，后表面为凹弧形面，且凹弧形面为弧形渐缩面，凸弧形面的长度小于弧形渐缩面的长度。
3.根据权利要求2所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型肋片凸弧形面的顶点到肋片前表面起始端的轴向距离为肋片轴向底宽w的1/3。
4.根据权利要求2所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型肋片凸弧形面的顶点高度e为0.5～1.5mm。
5.根据权利要求2所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型肋片弧形渐缩面的终止端与管体内壁平滑相接。
6.根据权利要求1所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型肋片沿管体内壁轴向等间距分布，肋片的螺纹头数为4～8头。
7.根据权利要求1所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型内肋螺旋方向与管体径向的夹角α为30～60°。
8.根据权利要求1所述的具有流线型截面内肋的锅炉水冷壁内螺纹管，其特征在于：所述流线型内肋肋片周向底宽s为4～10mm。
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