CN102636051A

CN102636051A - 一种针翅套管型强化传热元件

Info

Publication number: CN102636051A
Application number: CN201210134727XA
Authority: CN
Inventors: 阎昌琪; 石帅; 丁铭; 王佳卓; 陈哲雨
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明的目的在于提供一种针翅套管型强化传热元件，包括双通路接头、凹槽套管、针翅管，双通路接头包括两个、分别连接针翅管的两端，针翅管具有内部通道，双通路接头上与针翅管的连接部分插入针翅管内部通道，凹槽套管套在针翅管的外面；所述的双通路接头包括第一通道和第二通道，第一通道连通由针翅管和凹槽套管组成的环隙，第二通道连通针翅管的内部通道。本发明传热性能优越、结构合理、无旁通漏流、安全可靠、使用寿命长。

Description

一种针翅套管型强化传热元件

技术领域

本发明涉及的是一种强化传热技术领域的传热元件。

背景技术

强化传热主要有三种方法：增大平均温差以强化传热、增加单位体积内传热面积以强化传热和提高对流换热系数以强化传热。其中增大平均温差的方法主要通过改变冷热流体进口温度与流体流动方式实现，但这种方法通常由于生产要求及经济性的限制而不易实现，所以增加单位体积内传热面积与提高对流换热系数为强化传热的主要研究方向。国内外学者对强化传热技术做了大量研究，发明了很多强化传热元件，对热工技术做出了很大贡献，名称为“一种针翅管”的专利文件(专利申请号：96209163.4)中，提供了一种针翅管，其基管外有许多长、短圆杆状针翅，等间距地沿周向和纵向交错或顺序排列，且呈倾斜角或垂直地焊于基管上，对流体能起强烈的扰动作用，增加流体的湍流度，但是此种强化传热元件上的针翅与基管之间存在接触热阻，对传热产生不利影响。专利号为00220040.6的专利申请文献提供了一种“针翅管热交换器”，其中提到的新型针翅管，是由光管经过切削加工制成的，消除了针翅与基管之间的焊接接触热阻，但制成换热器时，存在安装不便、流量分配不均等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供传热系数高、单位体积内传热面积大、结构简单、无流动死区的一种针翅套管型强化传热元件。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：包括双通路接头、凹槽套管、针翅管，双通路接头包括两个、分别连接针翅管的两端，针翅管具有内部通道，双通路接头上与针翅管的连接部分插入针翅管内部通道，凹槽套管套在针翅管的外面；所述的双通路接头包括第一通道和第二通道，第一通道连通由针翅管和凹槽套管组成的环隙，第二通道连通针翅管的内部通道。

本发明还可以包括：

1、所述的针翅管上的针翅呈断续式。

2、凹槽套管上设置凹槽，所述的凹槽位置与针翅管的无针翅区对应。

3、所述的凹槽的个数为8个。

4、所述的凹槽套管两端为斜面形状、分别套在两个双通路接头外面。

本发明的优势在于：

1、传热性能优越。针翅管的二次扩展表面大大增加了针翅套管型强化传热元件单位体积内的传热面积，其针翅可以有效破坏流体的边界层，增加流体的湍流度，大大提高针翅侧的换热系数；凹槽套管可以将流体限制在其与针翅管之间的环隙内流动，对内外流体起扰动作用，有利于传热的强化；采用具有特殊构造的双通路接头，可以实现对凹槽套管与针翅管之间环隙内流体的双面换热，大大提高换热效果。

2、结构合理、无旁通漏流。凹槽套管与针翅管之间的环隙结构可以更加合理的分配介质的流动，限制流体的流动范围，使针翅对流体进行充分的扰动，无旁通漏流，大大减小了传热与流动死区，使换热更加均匀有效。

3、安全可靠、使用寿命长。凹槽套管上巧妙的凹槽设计，能固定其内部的针翅管，防止流体流动时引发针翅管振动，避免针翅管撞击凹槽套管内壁而造成针翅损坏。

4、在应用于换热器的制造时，这种针翅套管型强化传热元件具有以下优点：

a.由于采用了特殊构造的双通路接头，针翅套管型强化传热元件与管板相连处的直径可根据设计要求进行改变，实现传热管密集排布的同时又能使管板的开孔间距满足要求，使制成的换热器结构紧凑、单位体积内的传热面积大；

b.这种针翅套管型强化传热元件可以通过双通路接头使一种流体同时流入针翅管内部与凹槽套管外部，实现对凹槽套管与针翅管之间环隙内流体的双面换热，大大提高了换热效果，这与其他换热器在实现相同功能时相比，节省了法兰接管等结构部件，使换热器的制造与安装更加简单，经济效益提高；

c.在凹槽套管的外侧凹槽处可以添加拉筋或支撑条等结构，实现针翅套管型强化传热元件的支撑与定位，使这种强化传热元件不易因运行时产生的振动而导致损坏，延长换热器的使用寿命；

d.安装方便，针翅套管型强化传热元件外侧无突起，各传热元件安装无阻碍，便于换热器的整体安装，经济效益高，非常适用于实际生产应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A方向剖面图；

图3是图2I处双通路接头与针翅管连接的局部放大图；

图4是双通路接头与凹槽套管连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，一种针翅套管型强化传热元件，由针翅管、双通路接头及凹槽套管组成。针翅管被加工成断续式放置在外套管内部，两端由双通路接头对针翅管与外套管进行连接，针翅管、外套管与双通路接头焊接后，外套管在针翅管无针翅的位置处轧制出半圆形凹槽。

所述的针翅管为断续式针翅管，针翅在基管上直接切削加工而成，针翅与基管之间无接触热阻，其无针翅区位置与外套管压制凹槽位置相对应。

所述的凹槽套管初始状态为一光滑套管，其凹槽是在其他部件焊接安装完成后才进行轧制的，凹槽位置与针翅管无针翅区位置相对应，凹槽对针翅管起固定作用，并实现流体在此处绕流，凹槽套管两端呈斜面形状分别与双通路接头的侧面焊接。

所述的双通路接头一端与针翅管定位焊接，侧面与凹槽套管的斜面焊接，双通路接头内部形成两条独立的流道，一条流道与凹槽套管和针翅管之间的环隙相连通，另一条流道与针翅管内部以及凹槽套管外部通道相连通。

所述的针翅套管型强化传热元件，由于采用了特殊构造的双通路接头，使这种强化传热元件两端的直径可以适应不同的设计要求，在用这种针翅套管型强化传热元件制造换热器时，可以实现传热管的密集排布，大大增加了换热器单位体积内传热管的面积，解决换热器由于管板强度限制产生的结构紧凑度差的问题。

所述的针翅套管型强化传热元件，在利用其进行换热器的制造时，通过双通路接头使一种流体同时流入针翅管内部与凹槽套管外部，实现对凹槽套管与针翅管之间环隙内流体的双面换热；另外，在凹槽套管的外侧凹槽处可以添加拉筋等支撑结构，防止管束振动，延长换热器的使用寿命。

结合图1与图2，针翅套管型强化传热元件的组成包括双通路接头1、3、凹槽套管2和针翅管6，针翅管6被加工成断续式，其外侧由凹槽套管2包围，针翅管6的无针翅区与凹槽套管2的凹槽5一一对应，凹槽套管2与针翅管6的两端通过双通路接头1、3进行连接。同时结合图3与图4，双通路接头1、3与针翅管6相连接的一端可以部分插入针翅管6内部，这样可以实现双通路接头1、3与针翅管6之间的定位焊接，保证焊接之后使双通路接头1、3与针翅管6的轴心在同一条直线上。双通路接头1、3的侧面与凹槽套管2斜口焊接，焊接后保证这样的效果：双通路接头1、3的通道8、11、被包容在凹槽套管2内部，通道4、10要暴露在凹槽套管2的外部，这样就使得通道8、11与凹槽套管2和针翅管6之间的环隙7相通，通道4、10与针翅管内部通道9相通，而两条通道之间相互封闭(图中B处代表各焊接处)。通过这种方法，使这种针翅套管型强化传热元件具有双侧强化传热的效果。凹槽套管2上的凹槽5是在各部件定位焊接之后，在凹槽套管2上轧制的，起到固定针翅管6的作用，可以有效防止针翅管6与凹槽套管2之间的碰撞，延长传热元件的使用寿命。在应用这种针翅套管型强化传热元件进行换热器的制造时，在凹槽5外侧还可以安装支撑条等固定装置，可以有效减小换热器管束的振动。此外，凹槽5还能对其内外两侧的流体起到扰动作用，使流体在此处产生绕流，有利于换热。

结合图2，针翅套管型强化传热元件中的介质是这样流动的：一种介质由双通路接头1(3)的通道8(11)进入，通过凹槽套管2与针翅管6之间的环隙7流过，再由双通路接头3(1)的通道11(8)流出；另一种介质由双通路接头3(1)的通道10(4)进入，通过针翅管内部通道9后再由双通路接头1(3)的通道4(10)流出。凹槽套管2与针翅管6之间的环隙7特别适合于润滑油等高粘度流体的强化传热，可以强烈的破坏流体的黏性底层，增加流体的湍流度，消除流动与换热死区。当凹槽套管2外侧有流体通过时，可以与针翅管内部通道9中的流体一起对环隙7内的流体进行双侧换热，大大提高针翅套管型强化传热元件的传热效率。

针翅套管型强化传热元件的具体安装实施过程如下：根据设计要求加工双通路接头1、3、针翅管6与光滑套管，首先对双通路接头1、3与针翅管6进行定位焊接，确保双通路接头1、3的轴心与针翅管6的轴心在同一条直线上，然后根据针翅管6的尺寸，在光滑套管上做好标记，标记位置与针翅管6的无针翅区位置相对应，接着将双通路接头1、3与针翅管6焊接后的组合体放进光滑套管内部，对双通路接头1、3与光滑套管的斜口进行焊接，焊接后确保双通路接头1、3的通道8、11被光滑套管包容，通道4、10暴露在光滑套管外部。待焊接完成后，在光滑套管外部的标记处按要求轧制若干凹槽5，此时光滑套管就变成了凹槽套管2，凹槽5的位置与针翅管6的无针翅区位置相对应，最后检查确认焊接处无泄漏后，最终形成一种针翅套管型强化传热元件。

Claims

1.一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：包括双通路接头、凹槽套管、针翅管，双通路接头包括两个、分别连接针翅管的两端，针翅管具有内部通道，双通路接头上与针翅管的连接部分插入针翅管内部通道，凹槽套管套在针翅管的外面；所述的双通路接头包括第一通道和第二通道，第一通道连通由针翅管和凹槽套管组成的环隙，第二通道连通针翅管的内部通道。

2.根据权利要求1所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：所述的针翅管上的针翅呈断续式。

3.根据权利要求1或2所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：凹槽套管上设置凹槽，所述的凹槽位置与针翅管的无针翅区对应。

4.根据权利要求3所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：所述的凹槽的个数为8个。

5.根据权利要求1或2所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：所述的凹槽套管两端为斜面形状、分别套在两个双通路接头外面。

6.根据权利要求3所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：所述的凹槽套管两端为斜面形状、分别套在两个双通路接头外面。

7.根据权利要求4所述的一种针翅套管型强化传热元件，其特征是：所述的凹槽套管两端为斜面形状、分别套在两个双通路接头外面。