一种花瓣型螺旋缠绕换热管的制作方法

本实用新型涉及强化换热技术领域，具体涉及一种花瓣型螺旋缠绕换热管。

背景技术：

换热器在国民经济的各行各业有着广泛的应用，是能源、石油、化工、冶金、动力、轻工业、食品乃至航空航天行业中最常见的设备之一，它是开发二次能源，实现热回收节约能源耗散的重要设备；目前，管壳式换热器由于其流量大、压降损失小以及操作压力高而被广泛应用；工程应用中的管壳式换热器的换热管都使用光管，工作流体在光管内的湍流效果差，造成换热效果不明显，换热效率不高的缺点；管壳式换热器一般运行周期较长，流体内杂质等污垢沉积，容易堵塞，影响设备的效率，尤其是大型的管壳式换热器的换热管道结垢，会形成堵塞，这不但影响换热效果，而且影响整个工艺流程的运行；螺旋绕管式换热器具有单位容积的传热面积大，占地面积小，传热系数高，传热温差小，传热效率高，耐高压，热膨胀自行补偿，不易结垢，易实现大型化等特点，也具有实现多种介质同时传热的功能。螺旋绕管式换热器主要应用于空气分离、液化天然气等行业。近年来，随着石油化工、煤化工、液化天然气装置的大型化发展，螺旋绕管式换热器以其传热效率高、结构紧凑等优点得到了大量的使用。如，大型炼油装置的加氢反应器、px装置的重整反应器后部的高压物料换热器、煤制甲醇装置中甲醇洗换热器、煤制乙二醇装置中反应器后换热器，均采用螺旋绕管式换热器以代替传统折流板式换热器、螺纹锁紧环式换热器、以及板壳式换热器，实现了耐高压、零泄漏的操作运行。螺旋绕管式换热器在石油化工、煤化工等行业有着广泛的市场前景。普通螺旋缠绕管中，由于向心力的作用，缠绕管内产生了向缠绕管内侧运动的二次流，随着流动形态逐渐稳定，形成缠绕管内侧流体工质的温度低，缠绕管外侧流体工质的温度高的温度分布。

技术实现要素：

针对以上所述问题，本实用新型提供了一种花瓣型螺旋缠绕换热管，管内工作介质在管内流动换热时湍流程度高、换热系数高、不易结垢。

本实用新型的技术方案是，一种花瓣型螺旋缠绕换热管，包括换热管管体，所述管体具有中空的内腔，所述管体外壁开有凹槽，所述管体外壁和凹槽设有呈一定螺旋角的螺纹结构；所述缠绕换热管管体截面为花瓣型，所述凹槽之间的多个弧形首尾相接围绕一圈组成花瓣型结构；

所述管体包括依次连接的进口段，进口过渡段，螺旋缠绕段，出口过渡段和出口段；所述进口段和出口段呈直段布置；所述螺旋缠绕段部分，管体螺旋缠绕成圆形或者接近圆形的截面。

缠绕换热管管体截面为花瓣型，多个弧形首尾相接围绕一圈组成花瓣型结构，也可以说，将管壁内压出弧形凹槽压痕，凹槽和凹槽之间相对凸起的弧形，连接形成花瓣型截面。

其中，优选的是，所述弧形的大小、形状相同。

其中，优选的是，所述进口段管体外壁的螺纹，螺旋角相同。

其中，优选的是，所述出口段管体外壁的螺纹，螺旋角相同。

其中，优选的是，所述管体外壁螺纹方向与所述螺旋缠绕段部分中的管体缠绕旋转方向相反。

即，若管体外壁螺纹螺旋缠绕方向为顺时针，则螺旋缠绕段部分中，管体截面扭曲旋转方向为逆时针；若管体外壁螺纹螺旋缠绕方向为逆时针，则螺旋缠绕段部分中，管体截面扭曲旋转方向为顺时针。

其中，优选的是，所述管体外壁的螺距相等。

其中，优选的是，所述花瓣型结构中的凹槽的缠绕方向与管体外壁螺纹缠绕方向相适应。即直管时，同方向扭曲，管体外壁的凹槽和整个管体外壁同方向扭曲，所形成的缠绕角或者螺旋角也相同。

其中，优选的是，管体截面的弧形数量为2-10条。

有益效果：

该花瓣型螺旋缠绕换热管，换热管外壁有弧形凹槽，截面呈花瓣型结构。螺旋扭曲后，凹槽呈一定螺旋角，有利于提高换热效率。

本实用新型涉及一种新型花瓣型螺旋缠绕换热管，该花瓣型螺旋缠绕换热管螺旋缠绕变形的缠绕角(即外壁的螺旋角)、缠绕直径、扭曲旋转角度、沿缠绕方向的扭曲旋转角度等由实际工况热载荷计算确定。该新型缠绕换热管，管内工作介质在管内流动换热时湍流程度高、换热系数高、不易结垢。

附图说明

图1为花瓣型螺旋缠绕换热管的结构示意图；

图2为花瓣型螺旋缠绕换热管中螺旋缠绕段的截面图。

图3为新型花瓣型螺旋缠绕换热管的四叶型花瓣截面的结构示意图；

图4为新型花瓣型螺旋缠绕换热管的五叶型花瓣截面的结构示意图；

图5为新型花瓣型螺旋缠绕换热管的六叶型花瓣截面的结构示意图；

图中：1-进口段，2-进口过渡段，3-螺旋缠绕段，4-出口过渡段，5-出口段，21-四叶型花瓣截面的外表面基圆，22-四叶型花瓣截面的花瓣，23-四叶型花瓣截面的过渡段，24-四叶型花瓣截面的内表面基圆，31-五叶型花瓣截面的外表面基圆，32-五叶型花瓣截面的花瓣，33-五叶型花瓣截面的过渡段，34-五叶型花瓣截面的内表面基圆，41-六叶型花瓣截面的外表面基圆，42-六叶型花瓣截面的花瓣，43-六叶型花瓣截面的过渡段，44-六叶型花瓣截面的内表面基圆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细描述。

如图1所示，一种花瓣型螺旋缠绕换热管，包括换热管管体，所述管体具有中空的内腔，所述管体外壁开有凹槽，所述管体外壁和凹槽设有呈一定螺旋角的螺纹结构；所述缠绕换热管管体截面为花瓣型，所述凹槽之间的多个弧形首尾相接围绕一圈组成花瓣型结构；

所述管体包括依次连接的进口段1，进口过渡段2，螺旋缠绕段3，出口过渡段4和出口段5；所述进口段1和出口段5呈直段布置；所述螺旋缠绕段部分，管体螺旋缠绕成圆形或者接近圆形的截面。(见图2)。

花瓣型螺旋缠绕换热管，管体截面为花瓣型。优选的实施方式中，可以为四叶型，五叶型，六叶型花瓣，见图3-图5所示。四叶形花瓣截面包括四叶型花瓣截面的外表面基圆21，四叶型花瓣截面的花22，四叶型花瓣截面的过渡段23，四叶型花瓣截面的内表面基圆24。五叶型花瓣截面包括五叶型花瓣截面的外表面基圆31，五叶型花瓣截面的花瓣32，五叶型花瓣截面的过渡段33，五叶型花瓣截面的内表面基圆34。图5中，六叶型花瓣截面包括六叶型花瓣截面的外表面基圆41，六叶型花瓣截面的花瓣42，六叶型花瓣截面的过渡段43，六叶型花瓣截面的内表面基圆44。

该花瓣型螺旋缠绕换热管是由直管压制成花瓣型直管，沿管轴线扭曲旋转加工，以及绕着缠绕轴线进行螺旋缠绕变形加工而成。所述凹槽的缠绕方向与外壁螺纹缠绕方向相适应，管体外壁的凹槽和整个管体外壁同方向扭曲，所形成的缠绕角或者螺旋角也相同。

本实用新型的实施方式具体如下：流体工质由进口段1进入该新型花瓣型螺旋缠绕换热管，经过进口过渡段2之后，流入螺旋缠绕段3；流体工质在螺旋缠绕段3中存在两种流动强化：向心力的二次流和沿花瓣导流方向的流动，这两种流动的叠加促进了螺旋缠绕段3的湍流程度；最终，流体工质由出口过渡段4和出口段5流出该新型花瓣型螺旋缠绕换热管。

一种新型花瓣型螺旋缠绕换热管具有管内和管外都强化的强化传热技术；其中，管内存在两种强化换热技术；第一种强化换热技术为：螺旋缠绕管特有的离心力产生二次流，由于螺旋缠绕段3的特殊结构，流动过程中产生垂直于缠绕管管壁内侧的向心力，从而产生垂直于管壁内侧的二次流动，强化了缠绕管内侧的流体流动状态，增加了流动的湍流效应；第二种强化换热技术为：沿花瓣导流方向的流动，花瓣22沿着螺旋缠绕路径进行了扭曲旋转，其方向与螺旋缠绕变形的方向相反，流体工质沿花瓣22导流方向进行旋转流动，将缠绕管外侧流体工质与内侧流体工质的不断交替变换位置，客观上形成了相切于管壁的旋转二次流动，有效促进边界层的破坏，打破了缠绕管内侧流体工质的温度低，缠绕管外侧流体工质的温度高的温度分布现象，强化了缠绕管管内流体工质的流动形态的变化。

一种新型花瓣型螺旋缠绕换热管的截面形状为花瓣状，沿着螺旋缠绕路径进行了扭曲旋转，客观上管外表面变得凹凸相间的周期性变化，流体工质，流经该新型花瓣型螺旋缠绕换热管的外侧表面时，管外侧的凹凸相间的周期性变化的形状起到破坏流动边界层的作用，促使管外的湍流效应进一步增强。

一种新型花瓣型螺旋缠绕换热管中，多种强化换热技术进行了叠加，这对流体壁面边界层和污垢层产生很强的破坏作用，使换热系数提高而且不易结垢；该新型花瓣型螺旋缠绕换热管具有传热效率高、结构紧凑、承压能力强等优点，有较好的发展前景和广泛的实际应用价值。