CN212378571U - 一种半螺旋管型超导热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半螺旋管型超导热管，沿轴向依次密封接设液体介质换热段和空气介质换热段；所述的液体介质换热段至少为螺旋管式结构；所述的空气介质换热段至少为带有翅片的管式结构。本实用新型采用对热管的热、冷段不同的扩展面积方式，特别是针对不同的换热介质，使得可针对不同换热介质和不同流态方式下，灵活设计换热器产品，用于热工领域精细化设计换热装置使用。

Description

一种半螺旋管型超导热管

技术领域

本实用新型属于热动力类工业旋转机械(工业透平机组、汽轮机组等)的轴承润滑油冷却换热领域，具体为一种半螺旋管型超导热管。

背景技术

超导热管作为一种传导热能(能量)的管状原件，具有单位截面积传热热流密度大，传热快速，传热温差小，长距离传热等的点，其工作原理被广泛应用于工业生产当中，尤其是针对气-气介质换热，具有两边均可增加扩展面积的特点，中间连接段可以延伸加长的特点使其在设计应用中可根据空间进行变化，增大了空间布置的灵活性。现有的超导热管根据工作原理分为加热段和冷却段，中间是连接段，所谓外部结构形式的变化和组合主要是指加热段和冷却段的变化。

热管元件的工作原理优异性，使其应用极其广泛，除冶金工业、化工等领域有应用外，电子产品中也有使用(电脑芯片散热用热管非常小，但工作原理相同)的超导热管；热管的应用场景不同，导致其结构形式非常多样化。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种半螺旋管型超导热管元件，用于油类介质换热的应用前景，可有效扩大换热面积，运行时与介质之间可相互扰动，自由振动，增大换热效果；螺旋管式结构易加工生产，容易装配，另一端可以是光管，翅片管等形式，根据需要灵活设计。

为达到上述目的，本公开采取的技术方案包括：

一种半螺旋管型超导热管，沿轴向依次密封接设液体介质换热段和空气介质换热段；所述的液体介质换热段至少为螺旋管式结构；所述的空气介质换热段至少为带有翅片的管式结构。

可选的，还在所述的螺旋管式结构上设置翅片。

可选的，所述的液体介质换热段至少设置螺旋换热管，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。

可选的，螺旋换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。

可选的，螺旋型换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍。

可选的，所述的空气介质换热段设置换热管本体，换热管本体外设置翅片。

可选的，所述的空气介质换热段的翅化比＝6～10。

可选的，所述的空气介质换热段为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。

可选的，所述的螺旋管式结构采用表面光滑的管体经螺旋加工变形后形成或表面带有螺纹凹槽的管体经螺旋变形后形成。

可选的，所述的密封通过轴向套设的密封套垫和压紧盖实现。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用对热管的热、冷端不同的扩展面积方式，特别是针对不同的换热介质，使得可在不同换热介质和不同流态方式下，灵活设计换热器产品，用于热工领域精细化设计换热装置使用。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本公开的半螺旋管型超导热管结构示意图；

图2为图1的设计尺寸图；

图中各标号表示为：

1-液体介质换热段、11-螺旋换热管、12-连接过渡管、2-空气介质换热段、21-翅片、22-换热管本体、3-密封套垫、4-压紧盖；

L1-液体介质换热段长度、L2-空气介质换热段长度、H-螺旋换热管管长、h-螺旋间距、D-螺旋换热管直径、α-螺旋升角、φ-螺旋换热管管体直径。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本公开的技术方案作进一步详细地说明。

在现有的工业热动力类旋转机械类(工业透平机组、汽轮机组等)轴承润滑油冷却换热领域，尚未有采用超导热管换热的应用案例，一般采用列管式换热器或者板式换热器，使用工业循环水降温，把冷却油从65℃降低至45℃以下，进入供油系统，用于轴承将和润滑，确保选装机械连续稳定高速运转。在工业透平机组(运行系统中，轴承润滑油从回流至油箱到冷却降温，再供送至进油口的过程，构成油站系统，该系统是保证系统长期稳定运行的重要系统，其运营用电是主要动力消耗。良好的冷却降温装置，使油站系统管理简化，安装使用维护更简便，降低运营动力消耗。

热管技术应用于气-液换热、气-气换热和远距离传输换热等领域已经非常成熟，发挥了其高效、大功率、换热介质有效隔离、空间布置灵活等优势，在烘干、化工、工业气体余热回收等领域已经有较多应用。但是在热动力类工业旋转机械(工业透平机组、汽轮机组等)的轴承润滑油冷却换热工艺中，尚未有应用。本实用新型就是针对该领域的使用特征，设计一种实用新型结构，实现热动力类工业旋转机械长周期运行中的可靠冷却润滑油，并能降低供油系统电耗，实现节能降本目的。

结合图1和2，本实用新型的半螺旋管型超导热管，沿轴向依次密封接设液体介质换热段1和空气介质换热段2；液体介质换热段1至少为螺旋管式结构；空气介质换热段2至少为带有翅片21的管式结构。本实用新型就是结合工业透平机组润换油降温的特定使用场场景下所设计的热管。超导热管通常使用无缝钢管(光管)制作，外部结构特征采用全光管或者光管带翅片(一段或者两段都带翅片)；或者光管压制螺纹槽形式的螺纹管；还可以有螺纹管带翅片(一段或者两段都带翅片)等形式；主要用于解决工业润滑油站中的油—气换热问题，现有技术在该工艺中一般使用的是油-水换热，其缺点是换热系统管路复杂，占用空间大，供油电机功耗大；一般的润滑油回来在60～65℃进入油箱，通过供油泵升压至0.15～0.25MPa送出，先经列管换热器或者板式换热器，用循环冷却水降温至42±3℃即可符合轴承运行所需要润滑要求，此时循环水从32℃升至36～38℃，返回循环回水主管，回到室外冷却塔降温，向空气中释放热量。

在本公开的实施例中，还在螺旋管式结构上设置翅片21。或者螺旋管式结构还可以使用螺纹式的管体螺旋型成，上述结构的设置都是为了增大换热面积，在液体介质、特别是油介质热交换时，能快速的进行热量交换，同时不影响液体介质或油性介质的流动性。

在本公开的实施例中，液体介质换热段1至少设置螺旋换热管11，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。常见的超导热管用于液-气相换热一般采用光管、半翅片光管、螺纹光管和半翅片螺纹管等形式，在有效换热长度范围内的液相没有面积扩展，或者面积扩展率极小(螺纹光管的面积扩展率不足20％)，对于液相为水介质的换热场景，使用是满足传热需要的，但对于油类液相介质，其在热管表面的换热系数小(与水比较，约为水介质的1/5～1/3)，因此，热管用于油类导热时，在油侧有必要对面积扩展，在有效换热长度范围内增大热管与介质的接触面积，但如果使用常规(现有技术)的翅片形式，由于液体介质的粘稠特性，在翅片之间流动性很差，甚至容易卡塞异物，反而影响传热，本实用新型就是针对油类粘稠介质，与热管壁面换热系数小的特征，设计出螺旋管式热管元件，其在单位长度上的面积扩展率可达8～12倍。

在本公开的实施例中，螺旋型换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ10～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管(锅炉压力容器用)为螺旋换热管的管体，螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍(D＝3φ～6φ,面积扩展率与D不相关，只与螺旋升角α相关)，螺旋升角α一般不小于15°(α≥13°)，螺旋间距h不小于1.15φ，则螺旋换热管管长H范围内长度方向比直管的表面积扩展率为8～12倍；

在本公开的实施例中，螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍。本实用新型应用于液-气换热的场所，其中换热介质的液相空间大，流动阻力小，降低液相介质流动阻力消耗，节约运营动力成本；螺旋型热管具有自身弹性特点，防止换热面积垢，并在换热过程中受介质流动影响适度振动，实现介质与换热面之间的双向扰动，增强换热效果。

在本公开的实施例中，空气介质换热段2设置换热管本体22，换热管本体22外设置翅片21。这是本实用新型的空气介质换热段2的一种具体实现形式，翅片21的结构在空气介质中换热快，结构简单。

在本公开的实施例中，气体介质换热段2的翅化比＝8～12。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ15～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管(锅炉压力容器用)，翅片管段采用常规翅片结构，用于空气换热，设计翅化比达到8～12，翅片段管长L2根据使用场景，结合使用当地环境气候条件(工程设计用常年温度、湿度等)，通过计算确定；

在本公开的实施例中，空气介质换热段2为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。空气介质换热段2按照常见的换热管方式扩展换热面，也可以用本实用新型的液体介质侧相同的螺旋管式结构，可灵活设计。

在本公开的实施例中，螺旋管式结构超导热管为表面光滑的管体螺旋变形后形成、表面带有螺纹凹槽的管体螺旋变形后形成。本公开的技术方案可以根据实际应用的情况进行灵活的设置，以便适应不同的换热介质，不同的换热要求。

在本公开的实施例中，密封通过轴向套设的密封套垫3和压紧盖4实现。根据使用场景需要，结构上使用直径为φ10～φ32规格的碳钢、不锈钢(SUS304/316)无缝钢管(锅炉压力容器用)，液体介质换热段长度L1与螺旋换热管管长H之差(L1-H)为连接过渡管12，连接过渡管12长度根据使用场景需要确定任意长度；在连接过渡管12上设计有密封套垫3和压紧盖4，用于组合式热管元件的安装和拆卸方便，有一定的密封性能；

在本实用新型应用场景的工业透平机组冷却油系统中，可加装于透平机组的回油管路中，对润滑油及时降温，提高润滑油使用寿命，减少现有的润换油冷却系统的管路复杂，运营成本耗电较高的问题；

可设计用于撬装式工业透平润滑油站机组，使油站系统出厂简捷，现场安装调试方面便，尤其在北方寒冷地区，减少了使用循环水冷却需要长距离布置和防冻等问题。

本实用新型还可用于一般液相为大口径管道、容器等结构形式的介质加热或降温应用；本实用新型采用对热管的热、冷段不同的扩展面积方式，使得可针对不同换热介质和不同流态方式下，灵活设计换热器产品，用于热工领域精细化设计换热装置使用；

根据工业透平机组润换油系统冷却负荷和系统流态特征，本实用新型设计了一端为螺旋管型、另一端可以是光管(或螺纹光管)、翅片管(光管翅片管或螺纹翅片管)的螺旋管等灵活多样形式的超导热管，中间有密封套垫。

采用此螺旋管型超导热管作为基本传热元件，可设计出配套工业透平机组的单元式润滑油箱模块，单个模块可适配透平机组轴功率在0.5～5MW，多模块组合可满足透平机组功率3～50MW范围的常用机组，安装系统管路简捷，运行节能。

采用本公开中的螺旋管型超导热管作为基本传热元件，可设计油-气相换热器具有单个换热管拆装方便的特点，实现不停机更换个别失效换热管。采用本公开中的半螺旋管型超导热管基本相同的设计思路，可制作更细小(如管体直径φ＝5-10mm以下)的热管用于其它场景下。采用本公开中的半螺旋管型超导热管基本相同的设计思路，还可以制作成全螺旋型热管或称为两端螺旋型热管(不含中间连接段)，用于其它介质换热。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种半螺旋管型超导热管，其特征在于，沿轴向依次密封接设液体介质换热段(1)和空气介质换热段(2)；

所述的液体介质换热段(1)至少为螺旋管式结构；

所述的空气介质换热段(2)至少为带有翅片(21)的管式结构。

2.根据权利要求1所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，还在所述的螺旋管式结构上设置翅片(21)。

3.根据权利要求1或2所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的液体介质换热段(1)至少设置螺旋换热管(11)，螺旋换热管管长H沿长度方向的表面积扩展率为8～12倍。

4.根据权利要求1或2所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，螺旋型换热管的螺旋升角α＝15～45°，螺旋间距h＝1.15～6φ，螺旋换热管管体直径φ＝10～32mm。

5.根据权利要求4所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，螺旋换热管直径D是螺旋换热管管体直径φ的3～6倍。

6.根据权利要求1或2所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的空气介质换热段(2)设置换热管本体(22)，换热管本体(22)外设置翅片(21)。

7.根据权利要求1或2所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的空气介质换热段(2)的翅化比＝8～12。

8.根据权利要求1所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的空气介质换热段(2)为光管式结构、螺纹管式结构、翅片光管式结构或翅片螺纹管式结构。

9.根据权利要求1所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的螺旋管式结构采用表面光滑的管体经螺旋加工变形后形成或表面带有螺纹凹槽的管体经螺旋变形后形成。

10.根据权利要求1、2、8或9所述的半螺旋管型超导热管，其特征在于，所述的密封通过轴向套设的密封套垫(3)和压紧盖(4)实现。

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