CN1914337A - 将湍流器插入件固定在管道内的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种尤其在高炉冷却系统中用于将湍流器插入件(10)固定在管道(20)内的方法。该方法包括以下步骤：设置管道(20)；设置适于插入到管道(20)中的湍流器插入件(10)；以及将湍流器插入件(10)插入到一管道(20)区域，以便形成包括管道(20)和湍流器插入件(10)的工作组件。根据本发明的一个重要方面，该方法包括另一步骤，即通过在包括湍流器插入件(10)的区域使工作组件弯曲将湍流器插入件(10)固定在管道(20)内。

Description

将湍流器插入件固定在管道内的方法

技术领域

本发明涉及将湍流器插入件固定在管道内的方法。该湍流器可特别用于在高炉(blast furnace)冷却系统中使冷却介质形成漩涡，并且尤其用在这种冷却系统的冷却壁(cooling stave)中。

背景技术

热交换设备使用至少一种流动介质(液体或气体或二者的混合物)流经管道。传热效率部分地取决于介质的相对速度。提高效率的一种方法是增大介质的轴向速度。为了增大轴向速度，必须增大介质的排出速率，这是通常所不期望的。提高效率的另一种方法是在介质中附加横向速度部件。由于这种横向速度部件，在管道壁附近的介质流速增大，从而提高了热传递。考虑到所期望的热传递，通过优化横向速度，能够显著减少介质的总排出速率。通常将湍流器插入件用作无源元件(passive elements)，以便热交换设备附加或增加介质的横向速度部件，或者换句话说，使介质形成涡流或形成漩涡以便从上述效率的提高受益。

已知这种湍流器插入件的各种不同的实施方式。EP-B-0181711披露了一种由单个平板制成的用于废气的湍流器插入件，松散地插入到管道中并通过末端部分的偏压效应(biasing effect)保持。FR-A-2320520披露了一种由单个平板制成的湍流器插入件，通过偏离直线并与孔(cavity)啮合的末端部分来保持。US-B-6530422披露了一种用于石油化学设备的热交换器管，具有直接铸到管上的湍流器，或者至少其部分铸到管上。

在流动介质的密度与高轴向流动速度一起对湍流器插入件施加不可忽视的(相当大的)牵引力的设备中，要求牢固的固定。

将湍流器插入件牢固地固定在管道(例如，管(tube)或导管(pipe))内的常用的解决方法是在管道上合适的位置设置至少一个开口、或者切口。然后，在使管道复位(restore)之前，可以通过低温焊接或焊接将湍流器插入件牢固地固定在管道内。另一个解决方法是在管道壁上形成至少一个凹槽，以便使管道的内壁变形。然后，通过与管道内壁具有很小径向间隙的固定环或类似的支撑结构，湍流器插入件能够啮合这种变形。

尽管这些已知实施方式具有增加传热效率并适于插入到热交换器管道中的优点，但是它们还具有与固定到热交换器管道中的方法相关的缺点。湍流器已知的紧固或固定方法或者较为简单但是不能提供足够的牢固度，或者它们提供足够的牢固度但是需要较为精细复杂的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于将湍流器插入件牢固地固定在管道内的简化的方法。这个目的通过如权利要求1所述的方法实现。

为了克服上述问题，本发明提出一种用于尤其是在高炉冷却系统中将湍流器插入件固定在管道内的方法。该方法包括以下步骤：提供管道；提供适于插入到管道中的湍流器插入件；以及将湍流器插入件插入到管道区域，以便形成包括管道和湍流器插入件的工作组件(work assembly)。根据本发明的一个重要方面，该方法包括另一步骤，即通过使工作组件在包括湍流器插入件的区域弯曲，将湍流器插入件固定在管道内。

将湍流器插入件简单地插入到管道里并通过弯曲固定在其中。一旦将管道弯曲，湍流器插入件就被限制(trap)在其中。特别是当与其它方法(如焊接)相比，弯曲管道是将湍流器插入件固定(fix)到管道中的一种简易而有效的方法。更重要的是，通过湍流器插入件和管道二者的弯曲，将湍流器插入件牢固地固定在管道中。即使冷却介质将相当大的力施加到湍流器插入件上，也能防止湍流器插入件在管道里移动。因此，通过上述方法提供了一种用于将湍流器插入件安装到管道里的特别简易、快速和牢固的方法。

优选将湍流器插入件的基本直的部分插入到管道的基本直的部分，以便湍流器插入件能够容易地插入到管道中。

有利地预先确定要被弯曲的管道区域。通过将湍流器插入件插入到例如被转变(或变形)为肘形弯管或管状弯头的管道区域，同时可以将湍流器插入件固定。不再需要将湍流器插入件固定到管道中的单独的步骤。从而，通过节省制造步骤，能够降低制造时间和成本。

优选地，湍流器插入件包括湍流部分和延伸部分。通过为湍流器设置湍流部分和延伸部分，仅需要湍流器插入件的延伸部分适合于在管道中弯曲。另一方面，湍流部分可以位于管道的非弯曲部分，从而不会损害湍流器插入件对冷却介质的湍动效果。另外，根据相对于弯曲部的要获得湍动效果的位置，湍流部分可以在冷却介质流动方向上的延伸部分的上游或下游。

根据本发明的具体实施方式，提供湍流器插入件的步骤包括以下步骤：

-提供平板，该平板具有上表面和相对的下表面、下游边缘和相对的上游边缘、第一侧边和相对的第二侧边；

-在板上制作至少一个切口；

-在切口处使板的部分变形(或转变)，以便在板的上表面形成叶片；以及

-通过使第一侧边接近第二侧边，将板变形(transformation)为基本上呈圆柱体，其中，叶片形成于湍流器插入件的湍流部分中。

这种方法提供了一种制造湍流器插入件的简单、快速和低成本的方法，其中，将叶片设置为使介质进行涡流运动，而没有过多的流动限制或阻力。

优选地，例如，切口在板上限定出开放式轮廓(open contour)，该开放式轮廓由基线加以补充(complement)，以便确定叶片区。基线提供了叶片区与板之间的连接。

叶片区的基线可以朝向板的上游边缘。叶片区的基线也可以直接朝向板的侧边的其中之一。可选地，可以将叶片的基线相对于介质的流动方向以一角度排列，从而使介质进行涡流运动。

有利地，切口从下游边缘延伸至平板内，并沿着基本上朝向上游边缘的方向延伸。切口一般垂直于下游边缘。从平板的下游边缘设置切口尤其容易和快速，从而进一步简化了制造方法。但是，这并不排除在板的其它部分设置切口。

叶片可以具有第一自由角和第二自由角，第一自由角从它的初始位置的位移比第二自由角大。这种叶片本身具有使介质进行涡流运动的表面。

为了使介质进行涡流运动以及改善湍流，优选在平板上设置多个叶片，以便使介质的流动方向发生偏移。

根据本发明的另一个具体实施方式，通过将延伸部分连接到湍流部分来设置湍流器插入件。湍流器插入件的湍流部分可以是例如在市场上容易购得的湍流器。根据本发明通过在这种湍流器上附加(complement)延伸部分，这种湍流器也能够固定在管道中。

延伸部分优选基本为圆柱形。当其在管道内弯曲时，基本圆柱形的延伸部分尤其适合于提供良好的固定方式。这种基本圆柱形的延伸部分还使得流动限制最小化。

该方法还包括在仅包括湍流器插入件延伸部分的区域使工作组件弯曲。只要湍流器插入件的延伸部分适于弯曲，就不用考虑湍流部分是否适合。

管道和湍流器插入件均可以由金属或塑性材料制成。应当理解，应该根据预期的用途选择材料。例如，材料可以是钢，优选不锈钢，或者铜。也可以使用具有抗热疲劳、耐腐蚀、可加工、可导热并且具有足够强度的任何适合的材料。

将管道在包括湍流器插入件的区域弯曲之后，可以将管道安装在高炉冷却系统的冷却壁中。因此，本发明还涉及包括冷却管道的冷却壁，其具有根据上文所述的方法固定在其中的湍流器插入件。

附图说明

通过下面结合附图对非限制性的具体实施方式的描述，本发明将会更加清楚，其中

图1为根据本发明适于固定在管道内的根据第一具体实施例的湍流器插入件的纵剖视图；

图2为同轴地插入到管道中的图1的湍流器插入件的纵剖视图；

图3为通过根据本发明的弯曲方法固定在管道内的图1的湍流器插入件的纵剖视图；

图4A为制造图1的湍流器插入件的第一步骤的透视图；

图4B为制造图1的湍流器插入件的第二步骤的透视图；

图4C为制造图1的湍流器插入件的第三步骤的透视图；

图4D为制造可选湍流器插入件的第一步骤的透视图；

图4E为制造可选湍流器插入件的第二步骤的透视图；

图4F为制造可选湍流器插入件的第三步骤的透视图；

图4G为制造另一个可选湍流器插入件的第一步骤的透视图；

图4H为制造另一个可选湍流器插入件的第二步骤的透视图；

图4I为制造另一个可选湍流器插入件的第三步骤的透视图；

图5为包括固定了的图1的湍流器插入件的高炉冷却系统的冷却壁的纵剖视图；

图6为根据本发明适于固定在管道内的可选湍流器插入件的纵剖视图；

图7为同轴地插入到管道中的图6的湍流器插入件的纵剖视图；

图8为通过根据本发明的弯曲方法固定在管道内的图6的湍流器插入件的纵剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一具体实施例的适于插入到管道中、基本为圆柱形的湍流器插入件10。湍流器插入件10包括：湍流部分12，其包括湍流装置；以及圆柱形或管状的延伸部分14。相对于热交换介质的流动方向，湍流部分12在湍流器插入件的下游侧16上。延伸部分14在湍流器插入件10的上游侧18上。

图2示出同轴地插入到管道20的直的区域中的湍流器插入件10。该区域的管道20和插入其中的湍流器插入件10形成工作组件，该工作组件随后被弯曲为管状弯头或肘形弯管。将湍流器插入件10的外径选择为不同于该区域的管道20的内径，以便只设置对于插入到该区域的管道20所必要的径向间隙的最小需要量。

图3示出在将工作组件的原本直部分转变为管状弯头或肘形弯管20′之后的湍流器插入件10。转变(transformation)操作通过使工作组件弯曲来进行，例如，使用通用的弯管设备。通过转变操作，湍流器插入件10的原本直的延伸部分14在管道20′的周围区域呈现(adopt)弓形形状。包括湍流装置的湍流部分12位于使介质湍流的优选位置。通过转变，湍流部分12并未发生实质的变形(deformation)。

优选地选择在加工过程中能避免从管道内部在湍流器插入件延伸部分14形成褶皱以及使延伸部分14外部松弛的转变方法。这些方法通常采用放入到工作组件的内腔中并能够承受压力的粒状材料，如沙子。这些方法通常还采用已知用于使套管或复合管弯曲的典型的加热和弯曲方案。

作为所述方法的结果，湍流器插入件10被永久地、牢固地紧固或固定在管道20′内，而无需另外的步骤，如管道20或20′的切割或焊接。应该理解，在插入湍流器插入件10之后，如果包括湍流器插入件10的管道20的区域被预先确定要进行弯曲，则将湍流器插入件牢固地固定所要求的额外步骤就不需要了。例如，如果在湍流器插入件10的延伸部分14的区域需要一管道的肘形弯管，就属于这种情况。

图4A、图4B、图4C示出根据本发明的第一具体实施方式的湍流器插入件10的制造步骤。在图4A中，设置平坦的、通常为矩形的板30。这个板30具有上表面32、相对的下表面34、下游边缘36和相对的上游边缘38、第一侧边40和相对的第二侧边42。板30由钢(优选不锈钢)、或铜制成。也可以使用任何其它适合的材料，例如塑性材料，其具有抗热疲劳、耐腐蚀、可加工、导热的性能并且具有足够强度。

在图4B中，平板30通过例如切割或冲压方法设置切口44、44′、44″。这些切口44、44′、44″基本上是直线的，垂直于并起始于板30的下游边缘36。

例如，切口44、44′、44″在板上限定(勾画)出开放式轮廓，该开放式轮廓由基线46、46′、46″、46加以补充(complement)，以便在板30上形成叶片区48、48′、48″、48。然后将叶片区48、48′、48″、48转变(通常通过弯曲)为叶片50、50′、50″、50。例如，这可以通过仅将叶片区48、48′、48″、48的一个角(相对于上表面32和下表面34)向上弯曲来实现。选择板30的厚度使得叶片50、50′、50″、50能够承受湍流器插入件的操作压力而不变形。

在图4C中，示出所有的叶片区48、48′、48″、48转变为叶片50、50′、50″、50的平板30。然后，将板30转变(例如通过弯曲或卷曲，如箭头52所示)成基本圆柱形物体，其中，第一侧边40和第二侧边42相连。为了保持湍流器插入件的形状，可以将第一侧边40焊接到第二侧边42上。

图4D、图4E、图4F示出可选湍流器插入件的制造步骤。应该注意到，相同的参考标号表示相对于图4A、图4B、图4C的相似或相同的部分。

在图4E中，平板30设置有切口44、44′、44″，例如通过切割或冲压方法。在这种可选湍流器插入件中，切口44、44′、44″基本上是U-形的，并在板上勾画出开放式(敞口式)轮廓，该开放式轮廓由基线46、46′、46″加以补充，以便在板30上形成叶片区48、48′、48″。然后通常通过弯曲将叶片区48、48′、48″转变为叶片50、50′、50″。相对于介质的流动方向，以一定角度设置基线46、46′、46″。另外，切口44、44′、44″在介质流动方向上偏移。这些措施确保使介质进行涡流运动。

图4G、图4H、图4I示出另一个可选湍流器插入件的制造步骤。应该注意到，相同的参考标号表示相对于图4A、图4B和图4C的相似或相同的部分。

在图4H中，平板30设置有切口44、44′、44″，例如通过切割或冲压方法。在这种可选湍流器插入件中，这些切口44、44′、44″基本上是梯形的，并在板上限定出开放式轮廓，该开放式轮廓由基线46、46′、46″加以补充，以便在板30上形成叶片区48、48′、48″。基线46、46′、46″是梯形的较长底边。然后通常通过弯曲将叶片区48、48′、48″转变为叶片50、50′、50″。相对于介质的流动方向，以一定角度设置基线46、46′、46″。这些措施确保使介质进行涡流运动。

图5示出高炉冷却系统的冷却壁60，其包括冷却板62和其中具有湍流器插入件10的管道20″。制造冷却壁60，同时利用根据本发明用于使湍流器插入件10固定的方法。

应该理解，该固定方法虽然优选但并不限于用于根据上述方法所制造的湍流器插入件10。

图6示出适于根据本发明的方法进行固定的可选湍流器插入件10′。湍流器插入件10′包括具有湍流装置的下游湍流部分12′以及管状的上游延伸部分14′。湍流装置包括连附到支撑结构的螺旋外形，该支撑结构又牢固地连接在上游延伸部分14′上。

图7示出插入到管道20的直的区域中的可选湍流器插入件10′。湍流器插入件10′和包括湍流器插入件10′的管道区域形成工作组件，该工作组件随后被变形。

图8示出根据本发明通过将工作组件转变为永久弯曲形而固定在管道20′内的可选湍流器插入件10′。

应该理解，如果连接到适于弯曲的延伸部分，上述方法可以固定不适于弯曲的湍流器部件。

Claims (17)

1.一种用于将湍流器插入件固定在管道内的方法，尤其在高炉冷却系统中，所述方法包括以下步骤：

-提供管道；

-提供适于插入到所述管道中的湍流器插入件；

-将所述湍流器插入件插入到所述管道的一个区域，以形成包括所述管道和所述湍流器插入件的工作组件；

其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：

-在包括所述湍流器插入件的所述区域通过弯曲所述工作组件将所述湍流器插入件固定在所述管道内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述湍流器插入件的直的部分插入到所述管道的直的部分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述管道的所述区域预先确定为要弯曲。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述湍流器插入件包括湍流部分和延伸部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述提供湍流器插入件的步骤包括以下步骤：

-提供平板，所述平板具有上表面和相对的下表面、下游边缘和相对的上游边缘、第一侧边和相对的第二侧边；

-在所述板上制作至少一个切口；

-在所述切口处使所述板的部分变形，以便在所述板的所述上表面形成叶片；以及

-通过使所述第一侧边接近所述第二侧边，将所述板变形为基本圆柱形的物体，其中，所述叶片是在所述湍流器插入件的所述湍流部分上形成的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个切口在所述板上限定出开放式轮廓，所述开放式轮廓由基线加以补充，以便形成叶片区，所述基线提供了所述叶片区与所述板之间的连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基线朝向所述板的所述上游边缘或者朝向所述板的侧边。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述叶片的所述基线相对介质的流动方向成一角度。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个切口从所述下游边缘延伸至所述平板内，并且沿着基本上朝向所述上游边缘且垂直于所述下游边缘的方向。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，所述叶片具有第一自由角和第二自由角，所述第一自由角从其初始位置的位移比所述第二自由角大。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其中，提供多个叶片，并且所述多个叶片偏离所述介质的流动方向。

12.根据权利要求4所述的方法，其中，通过将延伸部分连接到湍流部分来提供所述湍流器插入件。

13.根据权利要求4至12中任一项所述的方法，其中，所述延伸部分基本上为圆柱形。

14.根据权利要求4至13中任一项所述的方法，其中，所述方法包括在仅包括所述湍流器插入件的所述延伸部分的区域使所述工作组件弯曲。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述管道和所述湍流器插入件均由金属或塑性材料制成。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述管道安装到高炉冷却系统的冷却壁中。

17.一种用于高炉冷却系统的包括冷却管道的冷却壁，所述冷却管道具有根据前述任一权利要求被固定的湍流器插入件。

Images