CN202442625U

CN202442625U - 一种洁能管

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Publication number: CN202442625U
Application number: CN2012200528080U
Authority: CN
Inventors: 董斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-18
Filing date: 2012-02-18
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-18

Abstract

一种洁能管，属于热交换领域。为解决换热面表面容易结垢的问题，本实用新型通过特殊的表面结构，使换热管具有自洁功能和免维护性能，洁能管外表面由左旋和右旋的间断的螺旋槽交叉呈网状，管内壁有与外壁间断的螺旋凹槽相对应的螺旋凸起。洁能管利用流体的冲蚀作用在管壁人为创造清除污垢的冲蚀点，让冲蚀作用由点扩展至面直至整个管壁，达到对既有污垢的清除；同时通过旋流结合三维粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的附面层进行有效清除，从源头防止污垢生成；间断的表面凹槽具有多孔表面的特性，能有效地破坏凝结水膜，增强凝结放热系数。洁能管应用于热力发电、核电、钢铁、石油、化工、矿冶等领域广泛使用的凝汽器等管式热交换器。

Description

一种洁能管

技术领域

本实用新型涉及一种洁能管，用于热力发电、钢铁、石油、化工领域广泛使用的汽轮机凝汽器等管式热交换器上，属于热交换领域。

背景技术

换热管的发展经历了以光管、光通道为代表的第一代换热技术, 以平面翅片、二维粗糙元、二维筋等为代表的第二代换热技术, 以三维粗糙元、三维微肋等为代表的第三代换热技术, 在强化换热的同时强化换热管的机械强度和抗振性能的第四代换热技术，换热现在需要的是更先进的强化技术或称第五代换热技术，即在达到强化换热效果的同时使换热面长期保持良好的换热效果的清洁状态，也就是使之具有自洁功能或称免维护性能，研究和发展第五代换热技术已成为强化换热领域的发展方向。汽轮机凝汽器等管式热交换器使用的换热管，除了对安全性、经济性、可靠性的要求外，还要考虑到运行维护的便利性，因此采用的换热管主要有普通光滑管、单向螺旋槽管，近年由于大型换热设备越来越多，除了前述要求外，对抗振性能要求更高，于是出现了能同时提升换热性能和抗振性能的双向螺旋槽管如多向扰流强化换热管【ZL03235487.8】；无论是普通光滑管还是螺旋槽管，都有一定的适应条件，对于不同的工况，换热管的换热性能和抗结垢能力差距很大；比如汽轮机凝汽器在低负荷或冬季运行时，由于冷却水的流量相对较小，因此管内流速偏低，管内壁容易附着污物形成污垢，这种情况对于没有配备在线胶球清洗装置的机组尤其严重，管壁污垢会极大地降低换热管换热性能，同时还会引起垢下腐蚀；所以换热管结垢后必须停机进行人工清除，既耗时耗力，又影响生产；因此如何保持换热管的清洁变得头等重要。我们知道，当管内流体流速较高时，管壁内的污垢由于受到高速水流的冲蚀，会产生自洁作用，而且高速水流会使水中污物不能附着于管壁，这得益于高速水流对附面层的破坏作用，我们可以利用流体的冲蚀产生的自洁作用和消除附面层的办法来保持良好的清洁状态，使管子保持高效的换热。采用螺旋槽换热管时，在低速时虽有旋流的作用，但由于螺旋凸起是连续的，不能形成对污垢产生冲蚀作用的剥离点，低速状态下的旋流对导致污物附着的层流底层（附面层）的消除也不彻底，不能解决低流速时污物附着的问题，因此螺旋槽管也不能满足我们对自洁效果的追求。对于具有三维粗糙元特性的棘突管，如球面形凹凸换热管【96235149.0】虽然具有砂粒型三元粗糙元的特性，如果用在凝汽器中，三维粗糙元高度太高的话会大幅增加流动阻力、增加清洗的难度，粗糙元有利于清洗的高度在流速较低的情况下，附面层的厚度将足以淹没粗糙元，达不到破坏附面层的目的，因而也不能产生自洁效果。诸如翅片管根本无法应用于凝汽器，且制造复杂，成本高，清洁困难，流动阻力太大；多向扰流强化换热管【ZL03235487.8】在具有螺旋槽管特性的基础上，对换热管的机械强度可以起到网状加强筋的效果，能够增强换热管的抗振性能，但依然没有三维粗糙元的特性。采用有源强化换热的螺旋纽带虽对污垢具有清除作用，但是由于是旋转部件，存在可靠性差、流动阻力异常的大、维护困难、成本高等弊端，难以推广。如何让凝汽器换热管具有高效的换热效果和良好的自洁功能呢？洁能管的发明就是为此而产生的。

实用新型内容

本实用新型为一种洁能管，其管体外表面由L条左旋的间断的螺旋槽和R条右旋的间断的螺旋槽沿管轴方向环绕管体交叉而呈网状，L与R可以相等，也可以不相等，网状格的四边由间断的螺旋凹槽构成；L条左旋的间断的螺旋槽可以沿换热管圆周均匀分布，也可以是非均匀的分布；R条右旋的间断的螺旋槽可以沿换热管圆周均匀分布，也可以是非均匀的分布；螺旋凹槽的横截面形状为U形、V形、倒梯形、方形、半圆形或半椭圆形。管内壁有与外壁间断的螺旋凹槽相对应的间断的螺旋凸起，螺旋凸起在管内壁呈网状分布，网状格的四边由间断的螺旋凸起构成。本实用新型洁能管将螺旋槽管的二维旋流特性、三维粗糙元的三维扰动特性和多孔表面的张力破坏特性有机地结合起来，充分利用流体的冲蚀作用，在换热管管壁人为创造有利于污垢清除的冲蚀点，让流体的冲蚀作用迅速由点扩展至面直至整个管壁，达到对既有污垢的清除；同时通过旋流结合三维粗糙元流动特性对造成污垢和影响换热的罪魁祸首——流体与管壁之间的附面层进行有效清除，从源头防止污垢生成；间断的表面凹槽具有多孔表面的特性，能有效地破坏影响凝结换热的凝结水膜，增强对流换热和凝结放热系数；管体上间断的网状凹槽和凸起具有网状加强筋的作用，能增强换热管的机械强度和抗振性能。洁能管是在换热管上采用左旋和右旋交叉的间断的螺旋凹槽以及对应的间断的螺旋凸起，使螺旋凹槽分布于管外壁，螺旋凸起分布于管内壁，使之既具有多向扰流强化换热管的网状加强筋特性，又有低流速时螺旋槽的旋流作用产生的强化换热，由于间断点的存在，同时还有三维粗糙元的特性，旋流结合三维粗糙元效果，使紊流能深入壁面附面层内部，彻底破坏流体与管壁之间的附面层，从源头消除导致污垢形成的先决条件，旋流在具有三维粗糙元特性的间断处产生强烈的冲蚀作用，由此在管壁上生成广泛的污垢冲蚀点，这种冲蚀点形成的冲蚀很容易扩展到整个壁面，从而形成对污垢的清除，产生自洁效果。洁能管除了独特的自洁效果外，还保留了多向扰流强化换热管的抗振特性和表面多孔管的换热特性，对管外的凝结换热和对流换热具有显著强化作用，因此具有高效换热、自洁除垢、防垢、抗振的特点。

附图说明

图1：洁能管间断螺旋槽立体透视图

图2：洁能管轴测图

图3：顶视图

图4：A-A剖视图（位置见图3）

图5：B-B剖视图（位置见图3）

图6：C-C剖切展开图（位置见图4）

图7：D-D剖切旋转视图（位置见图6）

图8：E-E剖视图（位置见图6）

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型说明如下：本实用新型洁能管采用多条左旋的具有间断14（如图6、图7所示，I为间断宽度）的螺旋凹槽3、5、7（如图1、图2、图5所示），和多条右旋的具有间断的螺旋凹槽2、4、6（如图1、图2、图5所示）环绕内径为d、管壁厚为t的管体，如图2、图3、图4、图5、图6所示，图1为螺旋槽的立体透视图；左旋的间断的螺旋凹槽3、5、7与右旋的间断的螺旋凹槽2、4、6在管体外壁交叉呈网状，如图2、图3和图6所示，螺旋槽的横断面见图5。左旋螺旋槽节距为P1，右旋螺旋槽节距为P2，左旋螺旋槽的升角为90°—α, 右旋螺旋槽的升角为90°—β，见图6；图6、图7中14所指为螺旋凹槽的间断，其宽度为I；螺旋槽深度为H、长度为M，如图6、图7所示；管体内壁具有与管体外壁间断的螺旋凹槽相对应的间断的螺旋凸起，图5中8、9、10、11、12、13为螺旋凸起在横断面上的视图；凸起8、10、12分别与右旋螺旋凹槽2、4、6对应，凸起为右旋；凸起9、11、13分别与左旋凹槽3、5、7对应，凸起为左旋；螺旋凹槽和凸起的纵断面如图7所示，单个螺旋凸起的长度为m，高度为h，单个的螺旋凹槽长度为M，深度为H；图7中14为螺旋凹槽的间断，其宽度为I，15为螺旋凸起的间断，其宽度为i；长度为M的单个螺旋凹槽和宽度为I的间断为间断螺旋凹槽的基本元素，长度为m的螺旋凸起和宽度为i的间断为间断螺旋凸起的基本元素，它们在三维空间组成间断的螺旋凹槽和螺旋凸起，左旋和右旋的间断的螺旋凹槽在管体外壁交叉构成网状凹槽，左旋和右旋的间断的螺旋凸起在管体内壁交叉构成网状凸起，网状格呈菱形或方形，如图6所示，管外表面的网状格的四边由间断的螺旋凹槽构成；管内壁网状格的四边由间断的螺旋凸起构成。如果间断的左旋螺旋槽条数用L表示，间断的右旋螺旋槽条数用R表示，则L、R为大于或等于1的整数，一般1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，13，14，15，16、17、18、19、20、21、22、23、24比较常用，L和R可以相等也可以不等，L条左旋与R条右旋的间断的螺旋槽一般沿管体圆周均匀分布，也可非均匀分布；如果用与管子轴线垂直的截面截取管子，当截面经过n个螺旋交叉点时，截面上凹槽或凸起的数量等于L+R-n；在L和R沿圆周均匀分布时，如果与管轴垂直的截面上有螺旋交叉点，则截面上螺旋交叉点的数量n与L或R中值小的数相等，例如L=2，R=4，则垂直截面经过螺旋交叉点时，截面上螺旋交叉点的数量n=L=2，如L=5，R=3，则n=R=3，当L=R=3时，n=3，以此类推。说明书附图上L=R=3，3条左旋的间断的螺旋槽和3条右旋的间断的螺旋槽沿管体圆周均匀分布，根据上述公式，经过螺旋交叉点的垂直截面A-A的上的螺旋交叉点数n=3，如图4所示；经过非螺旋交叉点的垂直截面B-B上的螺旋槽数=3+3-0=6，如图5所示；当L=R、α=β时，图6中的螺旋槽节距P1=P2，P1 =π(d+2t)/( L tgα), P2 =π(d+2t)/(R tgα), α、β的取值范围为10°~89°，45°左右比较常用，一般螺旋槽条数越多，α、β就越小，节距P1/h、P2/h的最佳范围为2~200，h/d的取值范围为0.006~0.3；螺旋凹槽的横断面形状可以是U形、V形、倒梯形、方形、半圆形或半椭圆形，但以U形、V形、方形和倒梯形为佳，凹槽的宽度K=0.2~10mm，凹槽间隙宽I根据管径d选取，范围为0.5~20mm；i≈I-2t，m≈M+2t，M可以小于P1或P2，也可以大于或等于P1、P2，视流体的性质而选择；如果M小于P1或P2，则单个网状格的任一边的螺旋凹槽或螺旋凸起有一个或多个间断；如果M等于P1或P2，则单个网状格的每一边的螺旋凹槽或螺旋凸起有一个间断；如果M大于P1或P2，则有间断边的网状格与没有间断边的网状格交错分布。如果忽略成型时管壁厚度的减薄量，则H≈h，一般h≤H，图6中S为管体两端留出的光管段长度，以便于洁能管的安装。洁能管的间断的螺旋凹槽采用带缺口的滚轮沿管体旋压而成，具有制造简单，生产效率高，成本低，性能可靠，运行维护成本低等特点。洁能管的间断的螺旋槽和间断的螺旋凸起构成的网状结构除了对换热管起机械加强作用外，还能使间断点处的三维粗糙元特性借助漩流的作用在流速低的情况下发挥作用，即在螺旋凹槽和螺旋凸起的间断处产生三维粗糙元特有的三维流动，与螺旋凹槽和螺旋凸起产生的旋流相互叠加，在间断点产生强烈的扰动，从间断处深入附面层，对附面层起剥离作用，消除影响传热和污垢赖以生成的条件，达到强化换热和保持管壁清洁的目的，间断点处的强烈扰动不仅有利于流体与管壁之间的换热，还有利于流体对污垢产生冲蚀作用，在管壁广泛分布的间断点处形成污垢冲蚀点，在流体的作用下，冲蚀作用很容易由点扩展到面，使整个管壁面污垢自动清除，达到自洁的效果。洁能管表面的间断的网状凹槽具有多孔表面的性质，对凝结换热和对流换热具有显著强化作用。

Claims

1.一种洁能管，其特征是管体外表面由L条左旋的间断的螺旋槽和R条右旋的间断的螺旋槽沿管轴方向环绕管体交叉而呈网状，网状格的四边由间断的螺旋凹槽构成；管体内壁有与外壁间断的螺旋凹槽相对应的间断的螺旋凸起，螺旋凸起在管内壁呈网状分布，网状格的四边由间断的螺旋凸起构成。

2.根据权利要求1所述的洁能管，其特征是L与R相等。

3.根据权利要求1所述的洁能管，其特征是L条左旋的间断的螺旋槽沿换热管圆周均匀分布。

4.根据权利要求1所述的洁能管，其特征是R条右旋的间断的螺旋槽沿换热管圆周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的洁能管，其特征是螺旋凹槽的横截面形状为U形、V形、倒梯形、方形、半圆形或半椭圆形。