專利名稱：螺旋扭曲橢形截面換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種強化傳熱換熱管，特別是一種非圓截面換熱管。
目前，管殼式換熱器廣泛應用于煉油、化工、動力等需要換熱的過程工業(yè)領(lǐng)域，尤其在煉油和化工系統(tǒng)裝置中占有較大比重，約占石化行業(yè)工藝設(shè)備總重的30％-40％。為了降低換熱設(shè)備的重量，減少換熱設(shè)備的體積，應力求強化傳熱過程。強化傳熱大都是通過對流體的擾動來實現(xiàn)的，其擾動的效果決定了換熱性能提高的程度。近年來已研制出多種強化傳熱元件并部分得到應用，如螺紋管、螺旋槽管、管內(nèi)插入物(扭曲帶、彈簧等)、波紋管、波節(jié)管等，但同時這些強化傳熱途徑均不同程度存在某些不足，如增大流阻、結(jié)焦結(jié)垢甚至堵塞、安全性降低以及加工費用增加等，在實際推廣應用中受到一定的局限。
本實用新型的目的是要提供一種使換熱介質(zhì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動的螺旋扭曲橢形截面強化傳熱換熱管，它具有強化傳熱效果好、流阻小、對換熱介質(zhì)適應性強、不易結(jié)焦結(jié)垢及不易堵塞和安全性好的特點。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的(1)使用若干對中心距可調(diào)且兩軸線異面交叉的軋輥，將圓形截面換熱管軋制成橢形(具有長徑和短徑的軸對稱或近似軸對稱圖形，如橢圓形、近似橢圓形和長圓形)截面，橢形截面沿換熱管軸心線形成螺旋扭曲狀。當換熱介質(zhì)在這種具有螺旋通道的換熱管中流動時將產(chǎn)生較強的旋轉(zhuǎn)擾動，從而強化傳熱。這種結(jié)構(gòu)是集螺旋槽(通過軋制成型的管壁對流體產(chǎn)生擾流)和管內(nèi)插扭曲帶(形成的螺旋通道使流體產(chǎn)生強制旋流)對流體擾動的思想于一體，具有比螺旋槽管和管內(nèi)插扭曲帶對流體擾動更好的效果。螺旋扭曲橢形截面換熱管的軋制基管可以為圓形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管，因此軋制成型的螺旋扭曲橢形截面換熱管也可以為光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管，而且還可以通過軋制成型使換熱管形成凹凸的管壁面，進一步的提高強化傳熱的效果。
(2)考慮到與管板的連接方式，管兩端仍保持其圓形截面。這種結(jié)構(gòu)的另一作用是換熱時使管外流體易于從橫向流變?yōu)榭v向流，減少流體流動阻力。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點。
(1)由于螺旋扭曲橢形截面換熱管的管內(nèi)和管外均使換熱介質(zhì)產(chǎn)生強制旋流，強化了傳熱過程，特別是對于一些難于傳熱的粘性介質(zhì)、易于結(jié)焦(除螺紋管外)結(jié)垢的介質(zhì)和不潔凈介質(zhì)的傳熱具有明顯的強化傳熱效果，如石油煉制工業(yè)等，一般傳熱系數(shù)可提高40％以上。螺旋扭曲橢形截面螺紋管適用于管外總熱阻為控制熱阻的傳熱場合，或管外結(jié)垢比較嚴重的場合，不適用于固體粉塵含量較高或易于結(jié)焦的場合。
(2)由于強制旋流充分沖刷管壁，破壞了結(jié)焦結(jié)垢的條件，因而在實際運行過程中始終能保持較好的強化傳熱效果。換熱管的螺旋扭曲管壁使流體產(chǎn)生旋流的作用，也使換熱介質(zhì)流動通暢，流阻較小。
(3)由于螺旋扭曲橢形截面換熱管采用圓形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管通過扎制成型，扎制變形小，內(nèi)應力小，具有易于成型和成本低的特點，更重要的是仍保持了原圓形截面管可承受高溫高壓和可靠的安全性的特點，適合于GB151《鋼制管殼式換熱器》中對換熱管的承壓等要求和相應換熱器設(shè)計制造的技術(shù)條件及結(jié)構(gòu)參數(shù)要求，因而應用廣泛，也易于推廣。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖給出。


圖1是螺旋扭曲橢形截面換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是螺旋扭曲橢形截面換熱管的扭曲段縱剖截面示例。圖中，(a)為標準橢圓形截面，(b)為四相切圓弧形截面，(c)為近似橢圓形截面，(d)為長圓形截面。其中(c)和(d)為(b)的特殊形式，當四相切圓弧與標準橢圓廓形相接近(擬合)時即為近似橢圓形截面，當四相切圓弧中的r=B/2時即為長圓形截面。
見
圖1、圖2，本實用新型的具體結(jié)構(gòu)如下螺旋扭曲橢形截面換熱管由橢形截面螺旋扭曲段和兩端圓形截面直段組成。螺旋扭曲的旋向可以為右旋，也可以為左旋。
螺旋扭曲的橢形截面可以是橢圓形、四相切圓弧形、近似橢圓形和長圓形等具有長徑和短徑的軸對稱或近似軸對稱截面，其中以橢圓形或近似橢圓形截面為首選橢形截面。
橢形截面可以為等截面，也可以為均勻變化的變截面，其螺旋節(jié)距可以為等節(jié)距也可以為不等節(jié)距，其中以等節(jié)距和等截面易于成型和簡化相應換熱設(shè)備制造工藝而首選。
橢形截面的長短軸徑之比為A/B=1.1-2，其中A/B=1.4-1.6為優(yōu)選值；螺旋節(jié)距S與換熱管外周長πd之比為S/πd=2-30，其中S/πd=4-8為優(yōu)選值；管兩端圓形截面直段長度L0=50-1000mm，其中L0=200-400mm為優(yōu)選值。
螺旋扭曲橢形截面換熱管的軋制基管可以為圓形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管；軋制成型的螺旋扭曲橢形截面換熱管也可以為螺旋扭曲橢形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管，而且還可以通過軋制成型使換熱管形成凹凸的管壁面，進一步的提高強化傳熱的效果。
圖3是螺旋扭曲橢形截面換熱管的扎制方法原理圖。螺旋扭曲橢形截面換熱管的制造方法是使用若干對中心距可調(diào)且兩軸線異面交叉的軋輥將圓形截面基管軋制成型。軋輥的數(shù)量可以是一對，也可以是多對，其中優(yōu)選1至2對。每對軋輥的軸線異面夾角β=4°-55°，其優(yōu)選值為β=10°-28°。
權(quán)利要求1螺旋扭曲橢形截面換熱管，是由軋制成型的橢形截面螺旋扭曲段和管兩端圓形截面直段組成，其特征在于橢形截面的長短軸徑之比為A/B=1.1-2，其中A/B=1.4-1.6為優(yōu)選值；螺旋節(jié)距S與換熱管外周長πd之比為S/πd=2-30，其中S/πd=4-8為優(yōu)選值；管兩端圓形截面直段長度L0=50-1000mm，其中L0=200-400mm為優(yōu)選值。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱管，特征基螺旋扭曲的橢形截面可以是橢圓形、四相切圓弧形、近似橢圓形和長圓形等具有長徑和短徑的軸對稱或近似軸對稱截面，其中以橢圓形或近似橢圓形截面為首選橢形截面。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱管、特征是橢形截面可以為等截面，也可以為均勻變化的變截面，其螺旋節(jié)距可以為等節(jié)距也可以為不等節(jié)距，其中首選等節(jié)距和等截面。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱管，特征是螺旋扭曲橢形截面換熱管的軋制基管可以為圓形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管；軋制成型的螺旋扭曲橢形截面換熱管也可以為螺旋扭曲橢形光滑截面管、螺紋管和螺旋槽管，而且還可以通過軋制成型使換熱管形成凹凸的管壁面。
專利摘要螺旋扭曲橢形截面換熱管,是由軋制成型的橢形截面螺旋扭曲段和管兩端圓形截面直段組成。其優(yōu)點是螺旋扭曲橢形截面換熱管使管內(nèi)外換熱介質(zhì)均產(chǎn)生強制旋流,換熱系數(shù)高,特別是對于一些難于傳熱的粘性、易于結(jié)焦結(jié)垢和不潔凈的介質(zhì)的傳熱具有更明顯的強化傳熱效果,而且流阻小,不易結(jié)焦結(jié)垢,安全可靠性好,制造簡便,成本低,應用廣泛,易于推廣。
文檔編號F28F1/02GK2335113SQ97221659
公開日1999年8月25日 申請日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月18日
發(fā)明者孟繼安 申請人:孟繼安