CN204939005U - 一种海水淡化用高效钛合金蒸发管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海水淡化用高效钛合金蒸发管，属于机械技术领域。该蒸发管外壁设有翅片，内壁设有均匀排布的内筋，两个轴向相邻翅片间形成倒“Ω”形的蒸发槽；翅片沿蒸发管周向有均匀排布的联通通道；蒸发槽底部设有呈凹形的汽化核点。本实用新型钛合金蒸发管具有较小的米克重和较大的传热面积，从而提高传热效率、增加了耐压性；表面设置多个气孔蒸发核点，提高了单位时间产生的蒸发淡水量；在换热器具有高的传热效率的同时具有较小的体积、较轻的重量、较强的刚性以及极好的耐腐蚀性能。

Description

一种海水淡化用高效钛合金蒸发管

技术领域

本实用新型涉及一种海水淡化用高效钛合金蒸发管，属于机械技术领域。

背景技术

地球上，淡水约占总水量的3％，并且在世界各地分布很不均匀，许多地区缺水比较严重，尤其是有些沿海地区，缺水更加严重，虽然濒临大海，却为无足够淡水使用发愁，比如中东地区海湾国家和一些发达岛国，甚至出现水比油贵的现象。要想获得足够淡水，通过海水淡化获得水资源将是今后长期的一个趋势，现今世界上海水淡化主要有两种方法，一是蒸发法，二是渗透法，其中应用最多日产量最大的还是蒸发法，多采用多级闪蒸方法，即加热到温度在90～120℃的海水在压力突然降低情况下，海水急剧蒸发，经冷却形成淡水，多级海水闪蒸方法一般都和火电站联合建设，利用火电站凝汽器冷却水的温度加热海水，降低能源消耗，提高传热效率，适宜大型及超大型海水淡化装置。

海水中各种盐的含量很多，腐蚀性很强，即使被称为海军黄铜的HSn7-1，在海水的冲刷腐蚀下，也脱锌很严重，很快造成报废，其他金属，如白铜、不锈钢等都不能抵抗海水的强大腐蚀，而钛及其合金材料因其比强度高、超级耐腐蚀、焊接性能优异、易于加工而逐渐在海水淡化、化工制碱、石油开采等耐腐蚀领域的应用越来越广泛。钛合金的导热性和不锈钢差不多，但远远不如铜的导热率高，但钛优良的不可比拟的耐腐蚀性能在海水中能够寿命达到20年左右，虽然钛金属价格高于铜3-4倍，随着我国钛产业的发展和产量大幅提升，从长远看，3-5年后，使用钛合金的综合优势还是高于白铜等金属，消除了更换设备的各种投入；同时钛产业的扩大和发展，钛的成本得到了极大的降低。因此，以钛翅片管代替黄铜管、白铜光管及其翅片管、不锈钢光管、钛光管等已成为必然的趋势。在使用钛光管的热交换领域，若能以钛翅片管来替代，则在不改变耐腐蚀性的同时，可以提高强度，更可以弥补光管换热系数低的差距。

实用新型内容

本实用新型提供了一种海水淡化用高效钛合金蒸发管，该蒸发管耐腐蚀能力强，传热面积大，传热效率高，表面设置多个气孔蒸发核点，单位时间蒸水量高。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：一种海水淡化用高效钛合金蒸发管，该蒸发管内壁设有均匀排布的内筋4，蒸发管外壁设有翅片1，两个轴向相邻的翅片1间形成倒“Ω”形的蒸发槽2；所述翅片1沿蒸发管周向有均匀排布的联通通道5；所述蒸发槽2底部设有呈凹形的汽化核点3。

优选地，所述翅片1，沿蒸发管外壁呈环形或螺旋形排布。

优选地，所述翅片1，为钛合金翅片。翅片1形状近似“T”型。

优选地，所述翅片1，高度为0.5mm-0.6mm，厚度为0.3mm-0.4mm，螺距为0.9mm-1.15mm。

优选地，所述蒸发槽2，宽度为0.5mm-0.85mm，顶部蒸发缝隙的间隙宽度为0.15mm-0.2mm。

优选地，所述汽化核点3，深度为0.05mm-0.1mm。

优选地，所述内筋4，沿蒸发管轴向呈螺旋形均匀排布；所述内筋4，数量为20-30条。

优选地，所述蒸发管，成品外径为15mm-26mm，未进行加工的前后两端光管壁厚为1.0mm，底壁厚度为0.5mm。

优选地，所述蒸发槽2，每螺距周向设置70-85个。

优选地，所述联通通道5，每周设置70-85个。

本实用新型所述蒸发管光端是指，蒸发管两端没有经过加工的光管部分。

本实用新型所述翅片螺距是指两相邻翅片对应点之间的轴向距离。

本实用新型所述翅片根部是指翅片底端与蒸发管根径管壁接触之处。

本实用新型所述翅片高度是指从翅片最高点到翅片根部的距离。

本实用新型所述顶部蒸发缝隙间隙宽度是指相邻两组翅片相邻翅尖的距离，即倒Ω的出口处间隙宽度。

本实用新型所述翅片底端管壁厚度是指翅根到管材内壁的距离。

本实用新型所述周向指蒸发管圆周方向，周向、轴向和径向均指蒸发管的周向、轴向和径向。

本实用新型母体材料选用质轻、塑性高、适宜冷加工、尤其是耐蚀性能好的TA系列钛合金，材料成型用工装模具采用新型材料的硬质合金内芯头和刀片组合加工而成，在轧制成型机设备上加工完成。

本实用新型蒸发管具有以下特征：

1.由耐腐蚀材质钛(合金)制成；钛合金是至今为止发现的在海水中最耐腐蚀的金属。2.本实用新型蒸发管外径(D)为φ15-φ26mm，光端壁厚T为1.0mm，翅片段工作部分底部壁厚(h2)为0.5mm，也可以和现有海水淡化装置使用的光管壁厚一致。3.本蒸发管外表面沿周向、轴向具有一定螺距的翅，每个翅片都独立带孔，能够增加汽化核心使海水迅速蒸发，螺距0.9mm-1.15mm，更适合近海不很纯净的海水使用翅片根部齿形采用倒Ω形且前后联通成通道，在倒Ω型的底部，有一深度在h3＝0.05-0.1mm的汽化核点，该核点产生的微小气泡进入倒Ω型腔后，被扩大形成大气泡，因浮力增大而迅速被周围的液体海水排出，在本孔蒸发气泡形成上升后，其他位置液体能够马上补充进来，这样就形成连续气泡，改善蒸发效果，有效降低管外的热阻损失。管外翅片高度(h1)为0.5mm-0.6mm，底壁厚度h2为0.50mm，同规格管本高效管的外表面积是同规格光管外表面积的3-5倍，设计同样的换热面积时，节省了原材料；4.由于管外增加表面积，提高了热交换效率，相应的为减少管内热交换热量的不足，管材内表面采用内筋方式，内孔径向圆周内筋数量20-30条，使管内水流变为紊流，强化热量交换，能够充分利用较低品味热液体流介质热量，节省能源；5.钛合金蒸发管根据使用要求，采用双面强化，有效的增大了换热面积，提高抗疲劳强度，减薄了温度边界层，提高了传热效率。

传统模式都采用光管，如果在不改变管壁厚情况下，保证产品的强度以及使用寿命，由光管变为本实用新型的表面蒸发管，则换热外表面积增大了3-5倍，管材的传热效率相应大大提高；本实用新型在管的表面形成多个气孔蒸发核点，海水因吸收更多的热量，温度会更高，在降低一定压力下，水的沸点降低，蒸发核点能够形成更多气泡，蒸发沸腾也更为加强，提高单位时间产生的蒸发淡水量；由于管材增大了传热面积，增大了传热效率，吸收了管内冷却水的更多热量，流回火电站凝汽器的冷却水的进水温度相应降低，这对提高火电站的发电效率又是有利的，由于海水的强大腐蚀特性，因此，采用钛翅片蒸发管代替钛光管，能够一举两得，提高效率，节省能源，非常符合国家发展高效环保产品的政策。

本实用新型的有益效果：

本实用新型钛合金蒸发管具有较小的米克重和较大的传热面积，从而提高传热效率、增加了耐压性；表面设置多个气孔蒸发核点，提高了单位时间产生的蒸发淡水量；在换热器具有高的传热效率的同时具有较小的体积、较轻的重量、较强的刚性以及极好的耐腐蚀性能。本实用新型以钛翅片管替代黄铜、白铜管、不锈钢管及其钛光管在海水淡化及在各种耐腐蚀环境下热交换器的应用，意义重大，是极具前瞻性的。

附图说明

图1为本实用新型立体示意图；

图2为本实用新型局部剖开立体示意图；

图3为本实用新型局部放大示意图；

图4为设计加工开发蒸发管示意图；

(1，翅片；2，蒸发槽；3，汽化核点；4，内筋；5，联通通道；h1，翅片高度；h2，底壁厚度；h3，汽化核点高度；S，蒸发槽宽度；t，顶部间隙宽度；D，蒸发管外径；T，光端壁厚；T1，翅片厚度；T2，翅片螺距)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

结合图1-4说明本实施方式，本实施方式的一种海水淡化用高效钛合金Ω型翅片蒸发管，该蒸发管外壁设有翅片1，蒸发管内壁设有均匀排布的内筋4，两个轴向相邻的翅片1间形成倒“Ω”形的蒸发槽2；所述翅片1沿蒸发管周向有均匀排布的联通通道5；所述蒸发槽2底部设有呈凹形的汽化核点3。

翅片1，沿蒸发管外壁呈环形或螺旋形排布。

翅片1，为钛合金翅片。翅片1形状近似“T”型。

翅片1，高度(h1)为0.5mm-0.6mm，厚度(T1)为0.3mm-0.4mm，螺距(T2)为0.9mm-1.15mm。

蒸发槽2，宽度(S)为0.5mm-0.85mm，顶部蒸发缝隙的间隙宽度(t)为0.15mm-0.2mm。

汽化核点3，深度(h3)为0.05mm-0.1mm。

内筋4，沿蒸发管轴向呈螺旋形均匀排布；内筋4，数量为20-30条。

蒸发管，成品外径(D)为15mm-26mm，未进行加工的前后两端光管壁厚(T)为1.0mm，底壁厚度(h2)为0.5mm。

所述蒸发槽2，每螺距周向设置70-85个。蒸发槽相互连通。

联通通道5，每周设置70-85个。母体材料选用质轻、塑性高、适宜冷加工、尤其是耐蚀性能好的TA系列钛合金，材料成型用工装模具采用新型材料的硬质合金内芯头和刀片组合加工而成，在轧制成型机设备上加工完成。具有以下特征：

1.由耐腐蚀材质钛(合金)制成；钛合金是至今为止发现的在海水中最耐腐蚀的金属。2.本实用新型蒸发管外径(D)为φ15mm-φ26mm，光端壁厚T为1.0mm，翅片段工作部分底壁厚度(h2)为0.5mm，也可以和现有海水淡化装置使用的光管壁厚一致。3.本蒸发管外表面沿周向、轴向具有一定螺距的翅，每个翅片都独立带孔，能够增加汽化核心使海水迅速蒸发，螺距(T2)0.9-1.15mm，平均螺距1.1mm，顶部蒸发缝隙的间隙宽度为0.15mm-0.2mm。更适合近海不很纯净的海水使用，翅片厚度(T1)0.3-0.4mm，翅片根部齿形采用倒Ω形且前后联通成通道，在倒Ω型的底部，有一深度在h3＝0.05-0.1mm的汽化核点，该核点产生的微小气泡进入倒Ω型腔后，被扩大形成大气泡，因浮力增大而迅速被周围的液体海水排出，在本孔蒸发气泡形成上升后，其他位置液体能够马上补充进来，这样就形成连续气泡，改善蒸发效果，有效降低管外的热阻损失。管外翅片高度(h1)为0.5mm-0.6mm，底壁厚度h2为0.50mm，同规格管本高效管的外表面积是同规格光管外表面积的3-5倍，设计同样的换热面积时，节省了原材料；4.由于管外增加表面积，提高了热交换效率，相应的为减少管内热交换热量的不足，管材内表面采用内筋方式，内孔径向圆周内筋数量20-30条，使管内水流变为紊流，强化热量交换，能够充分利用较低品味热液体流介质热量，节省能源；5.钛合金蒸发管根据使用要求，采用双面强化，有效的增大了换热面积，提高抗疲劳强度，减薄了温度边界层，提高了传热效率。

外翅片的形成方法如下：

钛合金管壁经过在一内部的芯头和一组制翅片刀组之间的组合滚轧加工成型，形成翅片。在制造中采用刀具、工装、模具，制造出外翅螺距(FPI)每英寸为23个，翅片高度(h1)为0.5mm-0.6mm，底壁厚度h2为0.50mm，每螺距周向有独立且互相连通的蒸发气孔70-85个，汽化核点高度h3＝0.05-0.1mm，表面蒸发缝隙间隙宽度t＝0.15-0.2mm，蒸发槽2的宽度达到s＝0.5～0.85mm之间，这样设计的钛合金蒸发管适宜使用在海水淡化装置上，有利于提高换热器换热效率，减小换热器的体积，减轻换热器的重量，提高换热器的抗疲劳性能，增强换热器的耐腐蚀性，也极大地提高了换热器的使用寿命。

利用钛的耐腐蚀性能和塑性加工性能及良好的焊接性能，该管内部有多条螺旋来复线加强筋，增加水流扰动，同时其强度得以加强，管的外表面来看，形成的周向外翅片增强其换热的外表面积，外表面积达到0.256m²/m(φ19mm管)，外表面与内表面之比值(肋化比)达2.6-3.0，使得其换热性能得以加强，以外径φ19光管为例，加工成φ19外翅片蒸发管后，其外表面积达到原光管面积的4倍以上，内表面积增加了65％-75％。

以上所述仅为本实用新型示意性具体实施方案，并非用以限制本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种海水淡化用高效钛合金蒸发管，其特征在于，蒸发管内壁设有均匀排布的内筋(4)，蒸发管外壁设有翅片(1)，两个轴向相邻的翅片(1)间形成倒“Ω”形的蒸发槽(2)；所述翅片(1)沿蒸发管周向有均匀排布的联通通道(5)；所述蒸发槽(2)底部设有呈凹形的汽化核点(3)。

2.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述翅片(1)，沿蒸发管外壁呈环形或螺旋形排布。

3.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述翅片(1)，为钛合金翅片。

4.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述翅片(1)，高度为0.5mm-0.6mm，厚度为0.3mm-0.4mm，螺距为0.9mm-1.15mm。

5.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述蒸发槽(2)，宽度为0.5mm-0.85mm，顶部蒸发缝隙的间隙宽度为0.15mm-0.2mm。

6.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述汽化核点(3)，深度为0.05mm-0.1mm。

7.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述内筋(4)，沿蒸发管轴向呈螺旋形均匀排布；所述内筋(4)，数量为20-30条。

8.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述蒸发管，成品外径为15mm-26mm，未进行加工的前后两端光管壁厚为1.0mm，底壁厚度为0.5mm。

9.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述蒸发槽(2)，每螺距周向设置70-85个。

10.权利要求1所述蒸发管，其特征在于，所述联通通道(5)，每周设置70-85个。