内置多级喷流管式翅片换热管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的内置多级喷流管式翅片换热管，包括翅片管及安装在翅片管内的多级喷流管。多级喷流管包括至少两个同轴心串接的子级喷流管，各子级喷流管的一端敞口，并在敞口端的外壁上焊接环形封盖，另一端焊接底盖，各子级喷流管敞口端朝向一致，并与冷流体流向相反；相邻两子级喷流管之间留有一定间距，并通过一个拉杆固定串接为多级喷流管；各子级喷流管的管壁上开有喷孔。本实用新型在管内采用多级喷流管强化对流换热、管外采用焊接翅片增加换热面积的方式进行强化传热，显著提高总的换热效率。可根据生产工艺需要，将本实用新型的换热管采用并联方式，灵活设计成大、中、小型换热器。
【专利说明】内置多级喷流管式翅片换热管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化工、冶金及节能环保等多个领域的换热设备，尤其涉及一种内置多级喷流管式翅片换热管。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的迅速发展，世界各国普遍面临着能量短缺问题，开发新能源以及如何高效利用现有能源得到了世界各国的普遍关注。由于换热设备在工业生产中的广泛应用，提高换热器效率，研究强化换热的新技术成为人们日益关注的传热学新课题。强化传热技术的应用不但节能环保，而且节约了投资和运营成本。
[0003]据统计，在热电厂中，若将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占整个电厂总投资的70%左右。在现代石油化工企业中，换热器的投资约占装置建设总投资的30%~40%。世界各国不断地从事着对新型高效换热设备的研究，以期提高热能利用率，不断降低天然能源的消耗，因此换热器在减少企业的建设投资和提高企业的经济效益方面具有不可忽视的重要影响。
[0004]1、强化传热的目的
[0005](1)减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；
[0006](2)提闻现有换热器的换热能力；
[0007]( 3 )使换热器能在较低温差下工作；
[0008](4)减少换热器阻力，以减少换热器的动力消耗。
[0009]2、表面式换热器的强化传热途径
[0010]换热器稳定传热时的传热量可用传热学中的传热方程表不为:
[0011]Q=kA Δ T(1)
[0012]式中，Q—传热量，W ;
[0013]K一传热系数，ff/ (m2.K)；
[0014]A一换热面积，m2 ;
[0015]Δ T一冷热流体的平均传热温差，K。
[0016]式(1)表明，要使换热器中传热过程强化，可通过三种途径实现，即:增大平均传热温差、增加换热面积及提高换热系数。
[0017]根据流体流动状态的不同，单相流体在管内流动的强化传热手段也不同。对于强化层流流动的换热，应以改变流体的流动状态为主要手段，使流体变为湍流流动。对于强化湍流流动的换热，主要原则应是减薄层流底层的厚度。采用喷流换热是强化管内换热的最有效途径之一。
[0018]喷流换热的工作原理是:热流体流经换热器，将热量传给换热管的外管，冷流体经冷风箱流至喷流管，再从喷孔高速垂直喷向外管的内表面，在气流的冲击作用下，冷流体与外管内表面之间的层流边界层紊流化，因而强化了对流传热，提高了换热器的效率。
[0019]在目前工业生产中，常采用1986年冶金出版社《工业炉用热交换装置》所述的喷流换热器，其结构是由三层同心套管以及烟气和热空气引出箱组成。内管为空气喷流管，夕卜管为烟气喷流管，中间套管为热交换管。空气从内管侧壁的喷流孔垂直喷向热交换管的内表面,烟气从外管侧壁的喷孔垂直喷向热交换管的外表面进行加热空气,被加热后的空气沿内管与热交换管之间的环隙内垂直向上流动。由于采用一次喷流，热空气流层必然影响喷流换热的效果。难以提高空气的预热温度。同时外管烟气喷流需配耐热风机来升高烟气压力也存在一定的技术难度，也影响耐热风机的使用寿命。
[0020]专利申请号为201110143926.2《换热管进出口同温差喷流式空气预热器》、专利申请号为91205751.3《单管插入式棒形换热器》、专利申请号为87208214.8《一种喷流式管状换热器》等项专利均为在换热管内采取喷流方式进行强化换热，而在换热管外未采取强化换热措施，因此无法大幅提高综合换热系数。
[0021]专利申请号为201210226605.3《三行程空气预热辐射管烧嘴换热器》、专利申请号为201210226661.7《双行程空气预热辐射管烧嘴换热器》、专利申请号为201210267069.1《空煤气双预热二次喷射式辐射管烧嘴换热器及换热方法》、专利申请号为201210268147.X《空煤气双预热翅片管式辐射管烧嘴换热器及换热方法》、专利申请号为201220373278.X《带有翅片管的辐射管烧嘴换热器》等项专利均为超小型烧嘴换热器，结构复杂，并均需采用数控精加工，制造成本昂贵。因此，对于应用在工业生产中的大中型换热器来说，无实际应用价值。
[0022]专利申请号为201110003743.0《用于蒸发器的换热管及其组成的蒸发器》是用于制冷设备中的蒸发器，管外未采取强化换热措施，无法大幅提高综合换热系数，因此无法应用于工业生产中进行余热回收的大中型换热器。
【发明内容】
[0023]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种内置多级喷流管式翅片换热管，在管内设置了多级喷流管，提高了管内的对流换热系数，强化了管内换热；在外管的外壁加装翅片，增加了换热面积，强化了管外换热，即传热方程中在平均传热温差不变的情况下，既提高了综合换热系数，又增加了换热面积，提高了换热管的综合换热性能。
[0024]本实用新型所提供的内置多级喷流管式翅片换热管，包括翅片管及安装在翅片管内的喷流管，其特征在于:所述喷流管为多级喷流管，包括至少两个同轴心串接的子级喷流管。
[0025]进一步地，各子级喷流管的一端敞口，另一端设有底盖封闭，各子级喷流管敞口端朝向一致，并与冷流体的流向相反；相邻两子级喷流管之间留有一定间距，并通过一个拉杆固定串接为一体；各子级喷流管靠近其敞口端处的外壁上设有环形封盖，该环形封盖与翅片管内壁周向接触；各子级喷流管的喷孔的开孔区域限于所述环形封盖与底盖之间的管壁上。
[0026]进一步地，设置于冷流体入口端的第一级子级喷流管，其环形封盖与所述翅片管管端面齐平进行焊接，其余子级喷流管的环形封盖与所述翅片管不进行焊接。冷流体流经换热管时，直接从第一级子级喷流管的敞口端进入，并通过喷孔喷向翅片管的内壁面，进行高效换热，并通过圆环形夹缝流入下一级子级喷流管的敞口端，如此逐级重复进行上述的强化换热过程。[0027]进一步地，各子级喷流管与所述翅片管同轴安装；所述拉杆设置于各子级喷流管底盖轴心位置并进行焊接。
[0028]进一步地，所述喷孔的孔径为I?IOmm ;所述各子级喷流管的喷孔的开孔率为10%?30% (注:开孔率指该子级喷流管上所开设的喷孔面积和与该子级喷流管表面积的比值)。
[0029]进一步地，所述翅片管与子级喷流管之间的圆环形横截面积?每级子级喷流管的内横截面积?每级子级喷流管开设喷孔的面积和?相邻子级喷流管之间假想存在的与子级喷流管等直径的圆管的表面积。
[0030]进一步地，所述翅片管的外壁面上所焊接的翅片为高频焊螺旋翅片或套片。翅片管可水平、垂直或倾斜布置。翅片的高为5?30mm,螺距为5?25mm,厚度为0.5?5mm。
[0031]本实用新型所述的内置多级喷流管式翅片换热管的制造工艺，包括以下步骤:
[0032](I)翅片管的制作:按生产工艺要求制作所需规格的翅片管；
[0033](2)各子级喷流管的制作:在子级喷流管的一端焊接底盖，底盖开中心孔，另一端敞口 ；再将环形封盖焊接于所述子级喷流管敞口端的外壁上，并在所述底盖与环形封盖之间的子级喷流管的管壁上开设喷孔；
[0034](3)多级喷流管的组焊:将拉杆穿过各子级喷流管底盖的中心孔，确保各子级喷流管敞口端朝向一致，再将拉杆与各子级喷流管的底盖逐级进行焊接，串接为一体，成为多级喷流管；相邻子级喷流管之间留有一定间距；
[0035](4)内置多级喷流管式翅片换热管的组装:将多级喷流管插入翅片管的内部，确保各子级喷流管的敞口端与冷流体的流向相反；第一级子级喷流管置于冷流体入口端，其环形封盖与所述翅片管管端面齐平并进行焊接，其余各子级喷流管的环形封盖与翅片管内表面均不焊接。
[0036]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点:
[0037]1、换热管内采用多级喷流管，冷流体从翅片换热管的入口端进入第一级喷流管，再从喷孔垂直喷向翅片管的内表面进行高效换热，并依次逐级流过各级喷流管，与横掠翅片管外表面的热流体进行热交换后从翅片换热管的另一端流出，冷流体与翅片管内表面之间的层流边界层紊流化，因而强化了对流传热，提高了换热效率。
[0038]2、换热管外表面采用扩展表面法构成翅片管，扩大了换热面的换热面积，并促进热流体的扰动而减小传热热阻，有效地增大了传热系数，从而增加传热量，强化传热。
[0039]3、本实用新型所提供的内置多级喷流管式翅片换热管，作为一种高效传热元件，可根据需要采用并联方式，灵活设计成大、中、小型换热器，应用于所需的生产环节。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本实用新型所述的内置多级喷流管式翅片换热管结构示意图；
[0041]图2为本实用新型所述多级喷流管结构示意图。
[0042]图中:1-翅片管；2_翅片；3_多级喷流管；4_喷孔；5_底盖；6_拉杆；7_环形封盖；8-第一级子级喷流管。
【具体实施方式】[0043]如图1、2所示，本实用新型所提供的内置多级喷流管式翅片换热管，包括翅片管1，在翅片管的内部安装有多级喷流管3，多级喷流管3包括至少两个同轴心串接的子级喷流管；各子级喷流管的一端敞口，并在敞口端处的外壁上焊接环形封盖7，另一端焊接开有中心孔的底盖5，各子级喷流管敞口端朝向一致，与冷流体的流向相反；将拉杆6穿过各子级喷流管底盖5的中心孔，确保相邻两子级喷流管之间留有一定间距，再将拉杆6与各子级喷流管的底盖5逐级进行焊接，串接为一体，成为多级喷流管3。各子级喷流管的环形封盖7与底盖5之间的管壁上开设有喷孔4。喷孔4的孔径可以为I?10mm，各子级喷流管的喷孔的开孔率为10%?30%，即该子级喷流管上所开设的喷孔面积和与该子级喷流管表面积的比值为10%-30%。
[0044]设置于冷流体入口端的第一级子级喷流管8的环形封盖7，与所述翅片管I的管端面齐平并进行焊接，其余各子级喷流管的环形封盖7与翅片管I的内表面均不焊接。
[0045]翅片管I的外壁面上所焊接的翅片2为高频焊螺旋翅片或套片，翅片的高为5?30mm,螺距为5?25mm,厚度为0.5?5mm。翅片管I可水平、垂直或倾斜布置。
[0046]本实用新型中的多级喷流管3的级数根据冷、热流体的流量以及换热系统的阻力降来确定。若冷、热流体的流量较大，且阻力降允许较大时，级数可适当增加。所述翅片管I与子级喷流管之间(即，与多级喷流管3之间)的圆环形横截面积?每级子级喷流管的内横截面积?每级子级喷流管开设喷孔的面积和?相邻子级喷流管之间假想存在的与子级喷流管等直径的圆管的表面积(详见附图2中虚线A所示的圆管的表面积)。通常某一级子级喷流管上开设有多个喷孔，所谓每级子级喷流管开设喷孔的面积和，是指该子级喷流管上的多个喷孔的面积之和。
[0047]本实用新型所提供的内置多级喷流管式翅片换热管的制造工艺，包括以下步骤:
[0048](I)翅片管I的制作:按生产工艺要求制作所需规格的翅片管I ;
[0049](2)各子级喷流管的制作:在子级喷流管的一端焊接底盖5，底盖5开中心孔，另一端敞口 ；再将环形封盖7焊接于所述子级喷流管敞口端的外壁上，并在所述底盖5与环形封盖7之间的子级喷流管的管壁上开设喷孔4 ；
[0050](3)多级喷流管3的组焊:将拉杆6穿过各子级喷流管底盖5的中心孔，确保各子级喷流管敞口端朝向一致，再将拉杆6与各子级喷流管的底盖5逐级进行焊接，串接为一体，成为多级喷流管3。相邻两子级喷流管之间留有一定间距；
[0051](4)内置多级喷流管式翅片换热管及其制造工艺的组装:将多级喷流管3插入翅片管I的内部，确保各子级喷流管的敞口端与冷流体的流向相反。第一级子级喷流管8置于冷流体入口端，其环形封盖7与所述翅片管I管端面齐平并进行焊接，其余各子级喷流管的环形封盖7与翅片管I内表面均不焊接。
[0052]本实用新型具体工作方式为:冷流体直接进入第一级子级喷流管8的敞口端，再从喷孔4垂直喷向翅片管I的内表面进行高效换热，并依次逐级流过各子级喷流管，与横掠翅片管I外表面的热流体进行热交换后，再从翅片换热管的另一端流出。冷流体与翅片管I内表面之间的层流边界层紊流化，因而强化了对流传热，提高了换热效率。
[0053]换热管外表面采用扩展表面法构成翅片管I，扩大了管外的换热面积，并促进热流体的扰动而减小传热热阻，有效地增大了传热系数，从而增加传热量，强化传热。
[0054]本实用新型在管内、管外均进行了强化传热，总的换热效率得以显著的提高。
【权利要求】
1.一种内置多级喷流管式翅片换热管，包括翅片管及安装在翅片管内的喷流管，其特征在于:所述喷流管为多级喷流管，包括至少两个同轴心串接的子级喷流管。
2.如权利要求1所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:所述各子级喷流管的一端敞口，另一端用底盖封闭，各子级喷流管敞口端的朝向一致，并与冷流体的流向相反；相邻子级喷流管之间留有间隙，并通过一个拉杆固定串接为一体；各子级喷流管敞口端处的外壁上设有环形封盖，该环形封盖与翅片管内壁周向接触；各子级喷流管的喷孔的开孔区域限于所述环形封盖与底盖之间的管壁上。
3.如权利要求2所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:设置于冷流体入口端的第一级子级喷流管，其环形封盖与所述翅片管的管端面齐平并进行焊接，其余子级喷流管的环形封盖与所述翅片管不进行焊接。
4.如权利要求2或3所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:各子级喷流管与所述翅片管同轴安装；所述拉杆设置于各子级喷流管底盖轴心位置并进行焊接。
5.如权利要求2或3所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:所述喷孔的孔径为I?IOmm ;所述各子级喷流管的喷孔的开孔率为10%?30%。
6.如权利要求1、2或3所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:所述翅片管与子级喷流管之间的圆环形横截面积?每级子级喷流管的内横截面积?每级子级喷流管开设喷孔的面积和?相邻子级喷流管之间假想存在的与子级喷流管等直径的圆管的表面积。
7.如权利要求1、2或3所述的内置多级喷流管式翅片换热管，其特征在于:所述翅片管的外壁面上所焊接的翅片为高频焊螺旋翅片或套片，翅片的高为5?30mm，螺距为5?25mm,厚度为0.5?5mm。
【文档编号】F28F1/42GK203687731SQ201420055046
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】郭宏新, 詹岳, 陈兴元, 杨峻 申请人:南京圣诺热管有限公司