CN201242374Y - 纵向螺旋内翅片管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纵向螺旋内翅片管，包括同心穿套的外管和芯管以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片，其内翅片与外管和芯管间采用钎焊连接，内翅片由波纹内翅片板弯曲而成且在外管和芯管间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，该纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道；波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；波纹的波纹形状为连续周期函数，其纵向幅高H与外管和芯管间的间距相等；内翅片中所流通的介质黏性越大，波纹越稀疏，波纹的波长λ越大，纵向螺旋式流通通道数量越少，α越大；反之亦然。本实用新型结构简单且加工制作简便，在有效增加管内传热面积的同时，能有效降低管内流动阻力。

Description

纵向螺旋内翅片管

技术领域

本实用新型涉及一种在炼油、化工、环保、能源、电力等工业的换热设备中使用的强化传热元件，尤其是涉及一种纵向螺旋内翅片管。

背景技术

换热器是炼油、化工、环保、能源、电力等工业中一种重要的单元设备，通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10-20％；尤其在炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35-40％，其中管壳式换热器占世界换热器市场总额的37％。在管壳式换热器中，如何实现换热器的高效节能问题主要集中在如何开发出新型高效的强化传热元件并进一步强化壳侧传热性能。而强化传热元件的研究是新型高效换热设备设计制造的基础，近年来推出的多种强化传热元件的研究成果，为化工、石油化工、动力、制冷、轻工、冶金、电子等行业提供了多种新型高效的换热设备，对现有换热系统能量的综合利用、换热设备的技术改造与新能源、新设备的开发创造了条件。

在强化传热技术中，翅片管由于其大大增加了传热面积并能够有效地减少热阻，从而得到广泛的应用，通过在管外侧加翅片是强化管外换热的最普遍方式之一。相对而言，利用内翅片管强化换热的研究工作开展得比较得少，尤其是带内插芯管的波纹内翅片管。

波纹内翅片管换热器通过在换热器管内壁采用高肋的方式来扩展传热表面，强化管内传热效率，以达到提高换热器性能的目的。由于在换热管内装有波纹型内展翅片，使表面传热系数较低的一侧换热面积显著地增大(管内内翅化比高达7.4)，增加了总的传热系数，提高了传热效率，解决了因两种流体换热系数不同而产生的热交换不平衡这一基本问题。波纹内翅片管除了换热效率高、节能效果显著外，还有以下主要优点：①能够承受高温、高压，适应性广，内翅片管换热器的管材可以是碳钢或不锈钢。对于碳钢内翅片管换热器而言，它可以长期在壁温600℃下工作。可作为电厂空气预热器、炼钢厂加热炉的空气或煤气预热器以及炼油厂加热炉的空气预热器等应用。②管壁温度低，使用寿命长。实践表明，当烟气温度达到800℃时，内翅片管换热器的平均管壁温度为420℃，而相同工况下管状换热器的管壁平均温度为570℃。由于内翅片管换热器管壁温度降低，防止了腐蚀，换热器使用寿命得到延长。③换热器体积小、占地面积小。内翅片管换热器通过在换热器内加内翅片增加换热面积。在增强换热的同时减少光管换热面积，使得整台设备体积大大减少，一般相对于常规换热器体积小50％～75％，占地面积一般为常规换热器的25％～50％。因此，在许多存在大量热交换两侧间介质的对流换热系数相差很大的情况下，如炼油、动力、化工、制冷等许多行业，波纹内翅片管得到了广泛的应用。

综合分析对波纹内翅片管的研究，发现其研究重点多集中在如何有效地增加翅片传热面积或增加流体纵向流动的扰动，虽然最终增加了翅片管的传热特性，但同时流动阻力也显著增加。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种纵向螺旋内翅片管，其结构简单且加工制作简便，在有效增加管内传热面积的同时，能够有效地降低管内流动阻力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种纵向螺旋内翅片管，包括同心穿套的外管和芯管以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片，所述内翅片与外管和芯管之间采用钎焊进行连接，其特征在于：所述内翅片由波纹内翅片板弯曲而成且在外管和芯管之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道；

所述波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹的波纹形状为连续周期函数，其纵向幅高H与外管和芯管之间的间距相等；

所述内翅片中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大。

所述波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。

所述波纹内翅片板上连续开有多个孔或多条缝。

所述孔为圆形或多边形。

所述波纹内翅片板为铜、钢或铝金属板。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、不仅结构简单，加工制作简便，而且使用操作方便；2、采用纵向螺旋式流通通道，有效增加管内流体换热面积；3、使得管内介质流动方向为纵向螺旋状旋转运动，从而加强了流动边界层的扰动，并促进边界层流体和主流流体的混合，强化对流换热；4、螺旋通道内高速旋转运动的流体能够有效抑制管内结垢，更适用于黏度较大介质换热；5、通过在波纹内翅片板上连续开孔或缝，实现油类高黏度流体流动边界层及温度边界层的有效破坏，增强扰动，从而有效强化管内对流换热。总之，本实用新型在有效增加管内传热面积的同时，能够有效地降低管内流动阻力，其不仅增加了波纹内翅片管的传热特性，而且增加了管内部介质流动的流通性。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型波纹内翅片板波纹的结构示意图。

图2为本实用新型波纹内翅片板的整体结构示意图。

图3为本实用新型的整体结构示意图。

附图标记说明：

1—外管；       2—芯管；        3—内翅片。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括同心穿套的外管1和芯管2以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片3，所述内翅片3与外管1和芯管2之间采用钎焊进行连接。其中，所述内翅片3由波纹内翅片板弯曲而成且在外管1和芯管2之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道。并且波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向的夹角为α，其中15°≤α≤85°。并且波纹内翅片板的波纹形状为连续周期函数，其波纹的纵向幅高H与外管1和芯管2之间的间距相等。所述内翅片中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大；反之亦然，即当所流通的介质黏性越小，所述波纹内翅片板的波纹越密集，所述波纹的波长λ越小，所述纵向螺旋式流通通道的数量越多，α越小。

而波纹内翅片板的波纹为锯齿形、矩形或正弦波形，并且波纹内翅片板可以为铜、钢或铝等金属板。本具体实施例中，其波纹为正弦波形。实际加工制作过程中，采用机械压扎工艺将金属薄板加工成为波纹形状的波纹内翅片板，具体是根据以所要制作的纵向螺旋内翅片管的外管1和芯管2之间的间距相应确定波纹内翅片板波纹的纵向幅高H，即正弦波的振幅；之后，根据内翅片3中所流通介质的黏性程度相应确定内翅片板波纹的波长λ，具体是当流通介质的黏性越大时，波纹内翅片板的波纹越稀疏，其波纹的波长λ越大；反之亦然，即当流通介质的黏性越小时，波纹内翅片板的波纹越密集，其波纹的波长λ越小。在确定好正弦波波纹的振幅和波长λ之后，再根据所制作纵向螺旋内翅片管的管长以及外管1和芯管2的管径等相应确定所要加工制作波纹内翅片板的板长和板宽。同时，在加工制作过程中，要使得波纹纹路与水平方向的夹角为α，其中15°≤α≤85°。同样，根据内翅片3中所流通介质的黏性程度相应确定α角度的大小，具体是当流通介质的黏性越大时，α越大；反之亦然，即当所流通介质的黏性越小时，α越小。在波纹内翅片板的加工制作过程中，可以在波纹内翅片板上连续开有多个孔或多条缝，本实施例中，其孔可以为圆形或其他多边形。所开的多个孔或缝在不破坏介质流通性的同时，能够实现油类等高黏度流体流动边界层及温度边界层的有效破坏，增强扰动，从而有效强化管内对流换热。之后，将所加工制成的波纹内翅片板沿板纵向边缘进行机械弯曲，从而最终使其自行围成一个圆柱形状，则与水平向即板横向边缘成一定角度走向的波纹内翅片板则形成了一个在纵向上有一定螺旋角度走向的纵向螺旋内翅片圆柱。最后，将外管1、波纹内翅片板所形成的纵向螺旋内翅片圆柱及芯管2通过钎焊进行组合焊接安装在一起即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种纵向螺旋内翅片管，包括同心穿套的外管(1)和芯管(2)以及在二者间绕管芯环绕嵌设的内翅片(3)，所述内翅片(3)与外管(1)和芯管(2)之间采用钎焊进行连接，其特征在于：所述内翅片(3)由波纹内翅片板弯曲而成且在外管(1)和芯管(2)之间形成一个圆柱状的纵向螺旋式内翅片管，所述纵向螺旋式内翅片管上分布有多个纵向螺旋式流通通道；

所述波纹内翅片板波纹的纹路与水平方向间的夹角为α，其中15°≤α≤85°；所述波纹的波纹形状为连续周期函数，其纵向幅高H与外管(1)和芯管(2)之间的间距相等；

所述内翅片(3)中所流通的介质黏性越大，所述波纹内翅片板的波纹越稀疏，所述波纹的波长λ越大，所述纵向螺旋式流通通道的数量越少，α越大。

2.按照权利要求1所述的纵向螺旋内翅片管，其特征在于：所述波纹为锯齿形、矩形或正弦波形。

3.按照权利要求1或2所述的纵向螺旋内翅片管，其特征在于：所述波纹内翅片板上连续开有多个孔或多条缝。

4.按照权利要求3所述的纵向螺旋内翅片管，其特征在于：所述孔为圆形或多边形。

5.按照权利要求1或2所述的纵向螺旋内翅片管，其特征在于：所述波纹内翅片板为铜、钢或铝金属板。

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