CN210108114U - 内微肋丁胞复合强化换热管及采用该换热管的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内微肋丁胞复合强化换热管及采用该换热管的设备，换热管包括基体圆管，基体圆管的管壁的内表面上设有若干条旋向相同的圆柱螺旋形微肋；基体圆管的管壁的外表面上设置有若干球凹，对应于球凹在基体圆管的管壁的内表面形成有球凸，球凸上的微肋部分也发生对应的随形变形；所有的球凹布置在若干条圆柱螺旋线上，圆柱螺旋形微肋的旋向与球凹布置所在圆柱螺旋线的旋向相反。本换热管的圆柱螺旋形微肋可以增大内壁换热面积，球凹可进一步提高热交换效果，并且球凹选择布置在圆柱螺旋线上且球凹布置所在圆柱螺旋线与圆柱螺旋形微肋的旋向相反，可以更好地加强对管内流体的边界层扰动、破坏层流底层的作用，从而进一步提高换热系数。

Description

内微肋丁胞复合强化换热管及采用该换热管的设备

技术领域

本实用新型属于通用热交换或传热设备的管件技术领域，具体涉及一种内微肋丁胞复合强化换热管及采用该换热管的设备。

背景技术

换热管作为一种常用的换热零部件，用于管内外两种介质之间的热量交换，广泛应用于电力、石化、冶金、食品、制冷等领域的换热设备中。为提高换热管的性能，其中最主要是热交换性能、提高换热效率，目前使用的换热管形式较多，有传统的光管和翅片管，也有在管壁上设置各种形式的凹坑（球凹）的换热管。传统的光管和翅片管存在一些缺陷，比如光管的热交换性能不足、翅片管容易积灰、易破坏等，目前换热管的性能提升研究多朝着在管壁设置凹坑的方向发展，通过在管壁设置凹坑来提高换热效果，但换热沿程的流动阻力有一定增大，不同的凹坑设置形式对应的可加工性也存在差异，本申请也是在这个方向上的进一步改进。现有技术中：

如CN200989745Y，其管子截面上上下各设置一组凹坑（对称），每组凹坑在轴向上呈直线均匀间隔设置；流阻有一定增高但换热效果更好，其加工应该是上下同时冲压，轴向送进之后再次冲压；

如CN101281005A，其管子截面上周向均布多组丁胞（球凸），每组丁胞在轴向上呈直线均匀间隔设置，周向上相邻的两组丁胞也可以选择在轴向上错开（插排）；换热性能增强的同时阻力增长较小；

如CN101566445A，其管子截面上周向均布多组椭球丁胞（球凹），每组丁胞在轴向上呈直线均匀间隔设置；取得了流体阻力增加较小，换热增强比例大于阻力增加比例从而提高综合换热性能的效果，其加工应该是沿轴向的多个冲头一次冲压出一排丁胞，管子周向转动后再冲；

如CN204694139U，其管子外壁设置的凹坑沿螺线均匀布置，若以布置在一条螺线上的凹坑为一组，其周向上可以有一组或多组；流阻与光管相当，换热效果更好，其加工应该是沿逐条螺线依次冲压；

如CN206540456U和CN206540452U，其管子截面上周向均布1～10组凹坑，每组凹坑在轴向上呈直线均匀间隔设置或沿螺旋分布；换热效果更好，并且管内不易因结垢而影响换热，管内流体压力损失小；

如CN106197119A，其管子截面上周向均布多组凹坑，每组凹坑在轴向上呈直线均匀间隔设置，轴向上相邻两凹坑布置截面上的凹坑错开一定周向角度布置；换热效果更好，管内不易因结垢而影响换热；还有如CN107906999A中形式比较特殊的丁胞传热管。

另外还有如CN2689161Y、CN1267692C、CN101382400A在管子的内壁设置微肋的形式，通过增加内表面换热接触面积，来提高换热系数。

基于现有技术存在的问题，本申请的研究对象为管内为流体介质与管外为气体介质进行热交换场景中的换热管，通过改进，希望可以进一步提高热交换性能，可以更好地降低管外流阻，可以进一步简化球凹的加工，提高可加工性进而降低成本。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种内微肋丁胞复合强化换热管及采用该换热管的设备，取得进一步提高热交换性能的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

内微肋丁胞复合强化换热管，包括基体圆管，所述基体圆管的管壁的内表面上设有若干条旋向相同的圆柱螺旋形微肋；所述基体圆管的管壁的外表面上设置有若干球凹，对应于所述球凹在所述基体圆管的管壁的内表面形成有球凸，所述球凸上的微肋部分也发生对应的随形的变形；所有的球凹布置在若干条圆柱螺旋线上，所述若干条圆柱螺旋线的直径与基体圆管的外径相同并在基体圆管的周向上等分均布，导程、旋向相同，所述圆柱螺旋形微肋的旋向与球凹布置所在圆柱螺旋线的旋向相反。

本实用新型的换热管，在内壁设有圆柱螺旋形微肋，在外壁设有凹入的球凹，球凹在内壁上形成对应的球凸，但并不是现有技术的简单叠加，圆柱螺旋形微肋可以增大内壁换热面积，本换热管还布置了球凹来进一步提高热交换效果，并且球凹选择布置在圆柱螺旋线上，对应的球凸在内壁也呈圆柱螺旋线形布置，而球凹布置所在圆柱螺旋线与圆柱螺旋形微肋的旋向相反，可以更好地加强对管内流体的边界层扰动、破坏层流底层的作用，从而再进一步地提高换热系数，使换热效率更高。

进一步完善上述技术方案，所有的球凹均匀间隔布置在一条圆柱螺旋线上。

这样，便于加工，可以简单地利用曲柄滑块工作原理，进行电机带动式机械冲压，结合基体圆管的轴向匀速送进和周向匀速转动，可以一次均匀地加工出所有的球凹，成型规则，加工效率高，不需要控制转动角度等工艺控制过程，相较目前采用的多冲头、液压动力加工球凹的形式，可以简化工艺装备，电机带动式机械冲压的频次相较液压挤压要高得多。

进一步地，所述圆柱螺旋线的升角为5°～25°，一个导程长度内设有24～200个球凹；

所有球凹占其布置所在管段的外表面80%～90%的表面积。实施时，所述基体圆管的外径可选择10～89。

这样，是为了更好地降低管外气体流阻，针对不同管径的管子，只要满足了这样的高密度球凹布置形式和表面占比（间接体现深度），就可以使管外气体流阻比光管的更小，其减阻机理是利用弧形外壁的高密度球凹结构使弧面气流附面层分离点延后，从而减小后部尾流区，降低弧面前后压差阻力，从而达到比光管的管外气体流阻更小的效果。

进一步地，所述若干条圆柱螺旋形微肋在基体圆管的周向上等分均布，数量为12～120条，凸起高度为0.15～1.5，螺旋升角为30°～85°。

这样，可以与球凹的加工相结合，球凸上的微肋部分的随形变形过渡自然，不会影响基体圆管的强度；可有效保证内壁换热面积增大和加强对管内流体扰动的效果。

进一步地，所述基体圆管为无缝钢管。

这样，强度好，承压性能更高。

本实用新型还涉及一种燃煤电厂锅炉省煤器，其包括上述的内微肋丁胞复合强化换热管。

本实用新型还涉及一种燃煤电厂锅炉过热器，其包括上述的内微肋丁胞复合强化换热管。

本实用新型还涉及一种燃煤电厂锅炉再热器，其包括上述的内微肋丁胞复合强化换热管。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型换热管的圆柱螺旋形微肋可以增大内壁换热面积，球凹可进一步提高热交换效果，并且球凹选择布置在圆柱螺旋线上，对应的球凸在内壁也呈圆柱螺旋线形布置，而球凹布置所在圆柱螺旋线与圆柱螺旋形微肋的旋向相反，可以更好地加强对管内流体的边界层扰动、破坏层流底层的作用，从而再进一步地提高换热系数，使换热效率更高。

2、本实用新型的球凹加工方便，可以简单地利用曲柄工作原理，进行电机带动式机械冲压，结合基体圆管的轴向匀速送进和周向匀速转动，可以一次均匀地加工出所有的球凹，成型规则，加工效率高，不需要控制转动角度等较复杂的工艺控制过程；可加工性好从而可降低制造成本。

3、本实用新型换热管的管外气体流阻低，在提高热交换性能的同时达到比光管的管外气体流阻更小的效果，是目前的其它换热管不能达到的；其减阻机理类似高尔夫球飞行时的球面减阻原理。

4、本实用新型换热管设置了球凹和微肋的管段的承压能力也要高于光管，所以，本换热管在综合性能上都有质的提升，应用于换热设备上时，特别是上述的燃煤电厂锅炉省煤器、过热器、再热器，可对应减少管用量，减小设备体积，部分大型设备可以由现场组装转变为较小体积的成品设备出厂，提高质量。

附图说明

图1-本实用新型的内微肋丁胞复合强化换热管的结构示意图；

图2-图1中A-A剖面的示意图；

图3-本实用新型的内微肋丁胞复合强化换热管的加工步骤中的示意图；

其中，基体圆管1，圆柱螺旋形微肋2，球凹3，球凸4，圆柱螺旋线5。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例一

参见图1、图2，实施例一的内微肋丁胞复合强化换热管，包括基体圆管1，所述基体圆管1选用无缝钢管，所述基体圆管1的管壁的内表面上设有若干条旋向相同的圆柱螺旋形微肋2，所述若干条圆柱螺旋形微肋2在基体圆管1的周向上等分均布；所述基体圆管1的管壁的外表面上设置有若干球凹3，对应于所述球凹3在所述基体圆管1的管壁的内表面形成有因挤压加工球凹3而自然形成的球凸4，这样也保证管壁厚度的均匀性，所述球凸4上的圆柱螺旋形微肋2部分也发生对应于球凸4随球凹3挤压加工成型时的内壁形态变化的变形，且为塑性变形；所有的球凹3均匀间隔布置在一条圆柱螺旋线5上，即类似螺纹加工中的单头螺旋形式，以便于球凹3的加工，所述圆柱螺旋形微肋2的旋向与球凹3布置所在圆柱螺旋线5的旋向相反，具体圆柱螺旋形微肋2为右旋，球凹3布置所在圆柱螺旋线5为左旋，见图1中基体圆管1右端斜向剖开以便观察内壁情况。

具体地，所述基体圆管1的外径为10，所述圆柱螺旋线5的升角为10°，一个导程长度内设有36个球凹3；

所有球凹3占其布置所在管段的外表面90%的表面积。

所述圆柱螺旋形微肋2的数量为14条，凸起高度为0.2，螺旋升角为85°。

实施例一换热管的圆柱螺旋形微肋2可以增大内壁换热面积，球凹3可进一步提高热交换效果，并且球凹3选择布置在圆柱螺旋线5上，对应的球凸4在内壁也呈圆柱螺旋线5形布置，而球凹3布置所在圆柱螺旋线5与圆柱螺旋形微肋2的旋向相反，可以更好地加强对管内流体的边界层扰动、破坏层流底层的作用，从而再进一步地提高换热系数，使换热效率更高；并通过高密度的球凹3在提高热交换性能的同时达到比光管的管外气体流阻更小的效果。

参见图3，实施例一换热管的加工过程为先在基体圆管1内壁挤压或拉拔制出圆柱螺旋形微肋2，再利用曲柄工作原理，进行电机带动式机械冲压，结合基体圆管1的轴向匀速送进和周向匀速转动，一次性均匀地加工出所有的球凹3，成型规则，加工效率高。

本换热管在综合性能上有质的提升，应用于换热设备上时，可以降低低设备能耗，可减少管外积灰从而保证换热性能和降低设备停机维护维修频次，可对应减少设备上的管用量，减小设备体积，部分大型设备可以由现场组装转变为较小体积的成品设备出厂，提高质量。

实施例二

实施例二的内微肋丁胞复合强化换热管，构造形式相同；

其基体圆管1的外径为40，其圆柱螺旋线5的升角为15°，一个导程长度内设有130个球凹3；

所有球凹3在其布置所在管段的外表面上占85%的表面积。

其圆柱螺旋形微肋2的数量为90条，凸起高度为0.4，螺旋升角为45°。

实施例三

实施例三的内微肋丁胞复合强化换热管，构造形式相同；

其基体圆管1的外径为84，其圆柱螺旋线5的升角为20°，一个导程长度内设有190个球凹3；

所有球凹3在其布置所在管段的外表面上占82%的表面积。

其圆柱螺旋形微肋2的数量为112条，凸起高度为1，螺旋升角为35°。

本实用新型还提供一种燃煤电厂锅炉省煤器，其采用了上述的任一种内微肋丁胞复合强化换热管。

本实用新型还提供一种燃煤电厂锅炉过热器，其采用了上述的任一种内微肋丁胞复合强化换热管。

本实用新型还提供一种燃煤电厂锅炉再热器，其采用了上述的任一种内微肋丁胞复合强化换热管。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.内微肋丁胞复合强化换热管，包括基体圆管（1），所述基体圆管（1）的管壁的内表面上设有若干条旋向相同的圆柱螺旋形微肋（2）；其特征在于：所述基体圆管（1）的管壁的外表面上设置有若干球凹（3），对应于所述球凹（3）在所述基体圆管（1）的管壁的内表面形成有球凸（4），所述球凸（4）上的微肋部分也发生对应的随形变形；所有的球凹（3）布置在若干条圆柱螺旋线（5）上，所述圆柱螺旋形微肋（2）的旋向与球凹（3）布置所在圆柱螺旋线（5）的旋向相反。

2.根据权利要求1所述内微肋丁胞复合强化换热管，其特征在于：所有的球凹（3）均匀间隔布置在一条圆柱螺旋线（5）上。

3.根据权利要求2所述内微肋丁胞复合强化换热管，其特征在于：所述圆柱螺旋线（5）的升角为5°～25°，一个导程长度内设有24～200个球凹（3）；

所有球凹（3）占其布置所在管段外表面80%～90%的表面积。

4.根据权利要求1所述内微肋丁胞复合强化换热管，其特征在于：所述若干条圆柱螺旋形微肋（2）在基体圆管（1）的周向上等分均布，数量为12～120条，凸起高度为0.15～1.5，螺旋升角为30°～85°。

5.根据权利要求1-4任一项所述内微肋丁胞复合强化换热管，其特征在于：所述基体圆管（1）为无缝钢管。

6.一种设备，所述设备为燃煤电厂锅炉省煤器，其特征在于：所述燃煤电厂锅炉省煤器包括如权利要求1-5中任一项所述的内微肋丁胞复合强化换热管。

7.一种设备，所述设备为燃煤电厂锅炉过热器，其特征在于：所述燃煤电厂锅炉过热器包括如权利要求1-5中任一项所述的内微肋丁胞复合强化换热管。

8.一种设备，所述设备为燃煤电厂锅炉再热器，其特征在于：所述燃煤电厂锅炉再热器包括如权利要求1-5中任一项所述的内微肋丁胞复合强化换热管。

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