CN201293588Y - 高压、高温热交换器的内齿片传热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压、高温热交换器的内齿片传热管，包括孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管，无缝钢管的内壁上设有用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片，所述独立翘起的内齿片的齿根与管壁相连，翘起的内齿片与管壁轴线之间的夹角为30～100°，每片独立翘起的内齿片高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm，若干独立翘起的内齿片分布在无缝钢管内壁，其中，沿无缝钢管轴向方向相邻的两片内齿片之间的轴向间隔距离为1～10mm，沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片内齿片的横向间隔距离为0～5mm。它既能够提高孔径小于15mm的高压、高温换热器的热交换效果，又能够降低内齿传热管的生产成本。

Description

高压、高温热交换器的内齿片传热管

技术领域

本实用新型涉及一种传热管，特别涉及一种高压、高温热交换器的内齿片传热管。

背景技术

在传热技术领域中，为提高传热管的换热系数，通常是采用将传热管光滑的内壁改为凹凸不平的内壁，以扩大管内壁的交换面积来提高传热管的换热系数，其凹凸不平的内壁主要是通过在管内设置螺纹或在管内设置凸出的翅片形成，其中又以在管内设置有凸出的翅片的传热管的热交换效果优于在管内设置螺纹的传热管。但是，由于传热管分为高压管和低压管，高压传热管必须采用无缝金属管，低压传热管可采用金属板卷制成型的焊管，而且由于传热管的内经有大有小，要在内径小于15mm的传热管内设置凸出的翅片就十分困难，故目前在管内设置凸出的翅片，通常是在内径等于或大于15mm的金属管上设置。制作内径等于或大于15mm的内翅片传热管的具体方法是先在硬度较低的有色金属板(如铜合金板)上通过加工制作出翅片，再将制作有翅片的有色金属板卷成筒状，然后将接缝焊接形成带内翅片的传热管。在有色金属板上制作翅片的方法主要有：1、在展开的有色金属板上先滚轧出多条斜向并排的凸肋，再将凸肋横向滚轧加工出断裂状沟槽，由此形成一个个如金字塔状的凸出的翅片，然后再将有色金属板卷制成凸出的翅片在筒内的圆筒状，最后将圆筒的卷制接缝焊接形成内翅传热管。由于并排的多条凸肋斜向排列在有色金属板上，经卷制成形后翅片形成多头螺旋状分布在管内。这种翅片因在有色金属板上滚轧形成，其翅片的高度通常都较低，一般在0.3mm以内，是一种低翅传热管。2、在展开的有色金属板上先铣削排列的凹槽，让凹槽与凹槽之间成为凸肋，再用切削工具从凸肋横向割切形成一个个翅片，然后再将有色金属板卷制成翅片在筒内的圆筒状，最后将圆筒的卷制接缝焊接形成内翅传热管。这种翅片由板上的凸肋横向割切形成翅片，其沿凸肋纵向排列的翅片一个个紧挨着，如果要使沿凸肋纵向排列的翅片的间隔距离加大，就必须切削掉纵向相邻的两个翅片之间的凸肋部分。这种采用铣削、割切加工出的翅片虽然高度比滚轧出的翅片稍高一些，但因凸肋的高度决定了翅片的基本高度，故翅片高度也相对较低，一般在0.3mm以内，即使在管径较大的管内也不超过0.5mm，也属于低翅传热管；而且制作这样翅片，铣削、割切造成的材料浪费较大，成本很高，制作的翅片高度越高，材料的浪费越大，制作的成本越高，所以通常都不采用这样的内翅片传热管。因上述两种传热管需要采用在金属板上采用滚轧或铣削的加工方法制作出凸肋，再在凸肋上采用滚轧或割切的加工方法加工出翅片，然后卷制成筒，再焊接接缝制作成管，因此只能用硬度较低的有色金属板制作，如铜合金板，才可以保证在有色金属板的凸肋上滚轧、割切出翅片，并卷制成内径等于或大于15mm的筒，焊接成管。因其需焊接接缝，由于焊缝的存在，故只能作为低压传热管用于低压的换热器，不能用于高压、高温的换热器。平且由于采用有色金属材料制作，材料成本都相对较高，加上生产过程的工序多，加工复杂，又导致加工成本高，使生产企业无法降低内翅传热管的生产成本。鉴于上述原因，目前高压、高热换热器所采用的孔径小于15mm的传热管仍然是采用光内壁传热管或内螺纹传热管，而且内螺纹的高度通常也是在0.5mm以内，就使有的通过拉轧工具在内螺纹上拉轧出槽，使螺纹形成齿状螺纹，其螺纹的高度也不超过0.5mm，同样属于低翅传热管。因上述设有螺纹或凸起的翅片的传热管都属于低翅传热管，由于螺纹或翅片的高度较低，螺纹或凸起的翅片占有的管内截面积相对较少，管内流体通过的平流层仍然较大，尤其是在有序排列的凸肋形成翅片，凸肋与凸肋之间的有序间隙较大，也加大了流体通过的平流层，致使换热系数提高较小，造成热交换效果尚不能得到大幅度提高的状况。如何进一步提高传热管的换热系数，通过强化传热来实现节约能源，尤其是怎样在高压、高热的热交换器实现孔径小于15mm的高压内翅传热管，同时降低高压、高热内翅传热管的成本，在能源紧张的社会现状中具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种高压、高温热交换器的内齿片传热管。它通过在孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管内设置若干用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的独立翘起的内齿片，使这种传热管能够用于高压、高温换热器的热交换，既能够提高孔径小于15mm的高压、高温换热器的热交换效果，又能够降低高压内齿传热管的生产成本。

本实用新型的目的是这样实现的：包括孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管，所述无缝钢管的内壁上，设有用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片，所述独立翘起的内齿片的齿根与管壁相连，翘起的内齿片与管壁轴线之间的夹角为30～100°，每片独立翘起的内齿片高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm，若干独立翘起的内齿片分布在无缝钢管内壁，其中，沿无缝钢管轴向方向相邻的两片内齿片之间的轴向间隔距离为1～10mm，沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片内齿片的横向间隔距离为0～5mm。

由于采用了上述方案，在孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的小孔径无缝钢管的内壁上设有用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片，由此增大小孔径无缝钢管管内的热交换面积，提高高压、高热换热器的热交换效果。所述独立翘起的内齿片的齿根与管壁相连，翘起的内齿片与管壁轴线之间的夹角为30～100°，每片独立翘起的内齿片高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm，使这些翘起的内齿片能够占有无缝钢管孔内截面积相对较大的比例，由于这些用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的独立翘起的内齿片的高度高于现有的在无缝钢管内壁设置的螺纹，以及在有色金属的卷制管设置的翅片，当流体介质通过传热管内，在经过这些独立翘起的高内齿片时，受阻形成较大的紊乱的流向，流体介质的流动方向发生变化，介质分子产生较大的不规则运动；同时因这些高齿片占有较大的管内截面积，使流体通过时的平流层减小，提高换热系数。由于这些若干内齿片分别为独立翘起的内齿片，其沿无缝钢管轴向方向相邻的两片内齿片之间的轴向间隔距离为1～10mm，沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片内齿片的横向间隔距离为0～5mm，这样若干独立翘起的内齿片可形成有序的间隔排列或无序的间隔排列，尤其是当若干独立翘起的内齿片呈无序的间隔排列分布时，通过的流体介质受内齿片的影响，会形成较大的紊乱流，从而使换热系数进一步提高。所述若干独立翘起的内齿片在无缝钢管的内壁一个个依次排列成螺旋状，其排列成螺旋状的螺旋升角自无缝钢管的横截面起为5～30°或30～85°，但是以螺旋升角5～30°的效果为佳。这种排列成螺旋状的内齿片还能够使通过的流体介质在管内形成螺旋旋转涡流运动方式，进一步提高热交换效果。尤其是由于内齿片排列成螺旋状形式，能够在制作内齿片时使独立翘起的内齿片沿螺旋方向相邻的两片局部重叠于钢管轴向，形成沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片之间的横向间隔距离为零间距，由此减少流体通过的直流间隙，能够增大对流体的阻碍，使流体介质沿由一个个独立翘起的高内齿片形成的螺旋通道流动，产生强大的螺旋涡流，使换热系数得到进一步提高。本结构的小孔径高压、高热传热管，其换热系数为现有的孔径为8～12mm的光壁传热管的5～8倍，为现有的孔径为8～12mm的螺纹传热管的2～3倍。由于本传热管的结构在小孔径的无缝不锈钢管或碳钢管实施，与有色金属的传热管相比较，可以使生产成本大大降低。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例的轴向剖面示意图；

图2为本实用新型的另一种实施例的轴向剖面示意图；

图3为本实用新型的管截面示意图。

具体实施方式

参见图1、图3，本实施例的高压、高温热交换器的内齿片传热管包括孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管1，所述无缝钢管为不锈钢管或碳素钢管。在无缝钢管1的内壁上，设有用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片2，每个独立翘起的内齿片2的齿根与管壁相连，翘起的内齿片2与管壁轴线之间的夹角为30～100°，每片独立翘起的内齿片高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm，若干独立翘起的内齿片分布在无缝钢管内壁，其中，沿无缝钢管轴向方向相邻的两片内齿片之间的轴向间隔距离为1～10mm，沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片内齿片的横向间隔距离为0～5mm。本实施例的所述若干独立翘起的内齿片在无缝钢管的内壁一个个依次排列成螺旋状。所述若干独立翘起的内齿片排列成螺旋状的螺旋升角自无缝钢管的横截面起为5～30°，这些排列成螺旋状的独立翘起的内齿片沿螺旋方向相邻的两片局部重叠于钢管轴向，形成沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片之间的横向间隔距离为零间距。或者，所述若干独立翘起的内齿片排列成螺旋状的螺旋升角自无缝钢管的横截面起为30～85°。

参见图2，本实施例的高压、高温热交换器的内齿片传热管，在孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管1内壁设有与上述实施例相同的若干独立翘起的内齿片2，其分布在管内壁的若干独立翘起的内齿片2呈矩阵布置在无缝钢管内壁面，沿无缝钢管横截面排列的内齿片形成排，沿无缝金属管轴向排列的内齿片形成列。排与排之间的间距为1～10mm，列与列之间的间距为1～5mm。

本实用新型高压、高温热交换器的内齿片传热管不仅仅局限于上述实施例，所述管内壁上用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片，也可以呈散乱状无序分布在无缝钢管内壁面。

同时，在上述各实施例传热管的基础上，传热管的外壁上设有若干独立翘起的内齿片。

所述的从无缝钢管内壁面轴向直接刨切出的若干独立翘起的内齿片的刨刀，是采用在空心刀杆上一体制作有2～6个对称地位于端部的刀头的专用刨刀。刨切内齿片时，把无缝钢管装夹固定在机床上，将专用刨刀伸进无缝钢管内，使空心刀杆内间隙配合的内芯的锥面静止于加工齿片的位置，内芯的动作由机床控制，刀头在机床动力的带动下向前做轴向进给，在无缝钢管的内壁面依次刨切出若干一端翘起的独立的内齿片。内齿片的厚度由刀头径向进给量决定，内齿片的宽度由刀头宽度决定，内齿片的高度由刨刀进给量决定，因此能够在孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管内加工出高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm的内齿片。当第一批内齿片形成后，将刨刀轴向后退，刀头沿着内芯锥面的大端向小端位移复位。随后，将无缝钢管绕轴心旋转一个角度，重复上述动作刨切出另外的内齿片，直至沿管孔圆周加工出沿无缝钢管内壁圆周相邻的两片内齿片的间隔距离为0～5mm的内齿片，然后将无缝钢管轴向位移，在重复上述动作刨切出沿无缝钢管轴向相邻的两片内齿片之间的间隔距离为1～10mm的内齿片，由此形成独立翘起的内齿片依次沿无缝钢管内壁圆周排列和沿无缝钢管轴向排列，或在无缝钢管内壁无序分布。如果要使独立翘起的内齿片在无缝钢管的内壁依次排列成螺旋状，在将无缝钢管绕轴心旋转一个角度的同时，并将无缝钢管向前沿一定角度的螺旋线升角轴向位移，定位后，重复上述动作刨切出另外的内齿片，如此反复，在就可在无缝钢管的内壁依次刨切出排列成螺旋状的若干独立翘起的内齿片。

当然，采用所述的刨刀和加工方法，同样也能在小孔径的有色金属管的内壁面加工出与上述相同的高内齿片，提高色金属管制作的传热管的热交换效率。

Claims (9)

1.一种高压、高温热交换器的内齿片传热管，包括孔径为8～12mm的、管壁厚度≥2mm的无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的内壁上，设有用刨刀在管内壁面直接从轴向刨切出的若干独立翘起的内齿片，所述独立翘起的内齿片的齿根与管壁相连，翘起的内齿片与管壁轴线之间的夹角为30～100°，每片独立翘起的内齿片高为1～5mm、宽为0.5～2mm、厚为0.5～1mm，若干独立翘起的内齿片分布在无缝钢管内壁，其中，沿无缝钢管轴向方向相邻的两片内齿片之间的轴向间隔距离为1～10mm，沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片内齿片的横向间隔距离为0～5mm。

2.根据权利要求1所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述若干独立翘起的内齿片在无缝钢管的内壁一个个依次排列成螺旋状。

3.根据权利要求2所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述若干独立翘起的内齿片排列成螺旋状的螺旋升角自无缝钢管的横截面起为5～30°。

4.根据权利要求2所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述若干独立翘起的内齿片排列成螺旋状的螺旋升角自无缝钢管的横截面起为30～85°。

5.根据权利要求2所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述排列成螺旋状的独立翘起的内齿片沿螺旋方向相邻的两片局部重叠于钢管轴向，形成沿无缝钢管内壁圆周方向相邻的两片之间的横向间隔距离为零间距。

6.根据权利要求1所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述若干独立翘起的内齿片呈矩阵布置在无缝钢管内壁面，沿无缝钢管横截面排列的内齿片形成排，沿无缝金属管轴向排列的内齿片形成列。

7.根据权利要求1所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述若干独立翘起的内齿片呈散乱状分布在无缝钢管内壁面。

8.根据权利要求1所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述无缝钢管为不锈钢管或碳素钢管。

9.根据权利要求1～8任一所述的高压、高温热交换器的内齿片传热管，其特征在于：所述传热管的外壁上设有若干独立翘起的内齿片。

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