一種高性能倒齒鰭片管及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高性能的倒齒鰭片管及其加工方法，在鰭片的圓周方向上，按一定規(guī)律折彎一定比例的開齒鰭片，使折彎后的鰭片與鰭片原所在的圓周面成一定夾角，這樣折彎后的鰭片對煙氣起了較強的擾流作用，該方法不但提高了開齒鰭片側面與煙氣接觸面之間的流動速率，使煙氣流動達到更強的擾流狀態(tài)；同時保持在原來位置的開齒鰭片，由于折彎鰭片的存在，也使煙氣更容易達到湍流狀態(tài)，這樣就有效減薄了煙氣邊界層厚度。用上述方法制造出來的高性能倒齒鰭片管在實驗裝置上對其進行性能測試，相關數(shù)據(jù)表明，該方法可以提高煙氣的對流換熱系數(shù)約30%。對于煙氣流速相對較低的受熱面而言，傳熱效果的改善更為顯著。
【專利說明】 一種高性能倒齒鰭片管及其加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能倒齒鰭片管及其加工方法，屬于工業(yè)余熱利用、節(jié)能減排領域。
【背景技術】
[0002]相關資料表明:我國的單位生產(chǎn)值能耗約為世界平均水平的2倍左右，這其中固然有產(chǎn)業(yè)結構比例的影響，但更深層次的原因是我國的能源利用效率、能源利用水平低于世界先進水平；工業(yè)能耗的高占比現(xiàn)狀一方面與產(chǎn)業(yè)技術水平、工藝流程等因素相關，同時也與工業(yè)余熱利用的水平及規(guī)模聯(lián)系密切。據(jù)統(tǒng)計，我國有接近50%的工業(yè)能耗沒有被利用，而是以各種形式的余熱直接排放掉，我國余熱資源平均回收利用率落后于國際先進水平近20個百分點。
[0003]鰭片管技術在余熱利用中具有特殊的重要地位，由于余熱介質的溫度通常不高，決定了在余熱利用過程中高低溫熱源之間的溫差相對較低，在換熱系數(shù)難以大幅提升的前提下，要實現(xiàn)預期的換熱效果通常只有提升換熱面積，而這樣的選擇會受到場地空間及設備成本的限制。鰭片管技術在很大程度上解決了上述矛盾，它在增加換熱面積、提升換熱功率的同時，并使占用空間及成本可以控制在一個合理的范圍內，因此該技術被廣泛應用于余熱利用領域。
[0004]如果在工業(yè)余熱利用中，通過新技術的改進以提高鰭片管的換熱性能，那么就可以有效減少余熱利用裝置的換熱面積，從而達到降低成本、增加余熱利用效率等目的。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題:在傳統(tǒng)開齒鰭片的基礎上，提供一種高性能倒齒鰭片管及其加工方法，該技術提供一種新型鰭片管結構，其通過改變部分開齒鰭片的折彎度，以達到增加流體擾流、提高換熱系數(shù)、減少余熱利用面積等目的。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:一種高性能的倒齒鰭片管的加工方法，該倒齒鰭片管的加工方法利用管子、開齒扁鋼和錐形齒輪加工出正常鰭片和折彎鰭片，折彎鰭片即倒齒鰭片，通過特殊的工藝流程方法，使倒齒鰭片與正常鰭片實現(xiàn)間隔排列；所述的特殊的工藝流程方法具體如下:開齒扁鋼為用來加工鰭片的材料，在開齒扁鋼的一側開有不同深度、不同間距的縫隙，形成一定寬度和高度的齒片，以滿足不同的倒齒鰭片管需求，錐形齒輪用來實現(xiàn)倒齒功能，它帶有一定的錐度以適應倒齒鰭片的加工需求；錐形齒輪上每個齒的寬度通常小于開齒扁鋼上鰭片的開齒寬度，同時錐形齒輪齒間距必須與開齒扁鋼上的開齒寬度成倍數(shù)關系，當錐形齒輪上的兩齒中心距離等于開齒扁鋼鰭片上齒間距的二倍時，在錐形齒輪與開齒扁鋼壓觸的過程中就會形成間歇性倒齒的加工效果，然后再把加工后的開齒扁鋼直立繞制在管子的表面，并且使相鄰兩圈鰭片之間的間距滿足設計要求；在上述繞制的過程中，加工后的開齒扁鋼根部與管子通過特殊工藝焊接在一起，這樣就加工成了高性能倒齒鰭片管。[0007]其中，根據(jù)工藝流程的不同，也可以先把未倒齒的開齒扁鋼按照設計的要求焊接在管子上，制成傳統(tǒng)的螺旋翅片管，然后再用錐度齒輪按前述工藝對齒片進行間歇性倒齒的操作，不論上述哪種流程，最終都能達到制造高性能倒齒鰭片管的最終目標。
[0008]本發(fā)明另外提供一種高性能的倒齒鰭片管，該倒齒鰭片管是利用上述的一種高性能的倒齒鰭片管的加工方法加工出來的。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0010](I)、本發(fā)明通過特殊工藝方法使傳統(tǒng)開齒鰭片形成間歇性倒齒的效果，增強鰭片與煙氣之間的擾流，減薄流動邊界層，從而達到增強傳熱效果的目標。相關的理論模擬及試驗結果表明，該方法可以提高開齒鰭片管的傳熱系數(shù)約30%;因此采用高性能倒齒鰭片管可以大量節(jié)省余熱利用裝置的換熱面積；
[0011](2)、基于上述發(fā)明思想，設計出特殊的高性能倒齒鰭片管加工工藝:該工藝以現(xiàn)有的鰭片管加工工藝為基礎，以特殊的錐形齒輪為工具，通過流程控制等方法形成間歇型倒齒的效果；該工藝流程具有加工工藝改動少、加工效率高等顯著優(yōu)點，可以滿足高性能倒齒鰭片管規(guī)?；?、工業(yè)化應用的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為傳統(tǒng)開齒鰭片管；
[0013]圖2為一種高性能倒齒鰭片管；
[0014]圖3為倒齒鰭片加工示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發(fā)明。
[0016]在余熱利用領域，對于傳統(tǒng)的環(huán)形開齒鰭片或螺旋開齒鰭片，沿管壁一周的鰭片基本在同一個平面內(雖然螺旋鰭片在沿管長方向上的有所改變，但變化的幅度很小)；由于流動邊界層的存在，使煙氣等余熱介質對鰭片的沖刷不充分，從而影響到整個系統(tǒng)的換熱效果。本發(fā)明通過工藝創(chuàng)新，使鰭片的部分開齒在垂直于煙氣的流動方向上規(guī)律性地發(fā)生折彎，這樣可以增加煙氣的擾動，減薄邊界層，達到增加換熱系數(shù)的目的。
[0017]本發(fā)明的原理在于:以開齒鰭片管在煙氣中的換熱過程為例，對高性能倒齒鰭片管的工作原理進行詳細描述如下:為了達到最好的換熱效果，開齒鰭片管通常布置在煙氣流的垂直平面上，由于開齒鰭片是沿管子的周向并垂直于管子焊接，這就使同一圈鰭片所在的圓周面幾乎平行于煙氣流動方向。當煙氣流經(jīng)管束時，在開齒鰭片的表面兩側會形成邊界層，在邊界層內部，煙氣流動為有規(guī)律的層流，熱量的傳遞主要靠煙氣的導熱來實現(xiàn)，這樣就會降低開齒鰭片的傳熱性能。根據(jù)煙氣流速、組份等因素的不同，煙氣流動可以主要分為層流和湍流兩種狀態(tài)，對于湍流，邊界層相對較薄，煙氣對鰭片的換熱效果相對較好，而對于層流區(qū)，由于邊界層較厚，煙氣對鰭片的換熱存在較高熱阻。由有上述分析可以看出:對于傳統(tǒng)型的開齒鰭片，由于鰭片沿圓周方向與煙氣流動方向幾乎平行，因此在鰭片表面存在較厚的邊界層，由此會降低鰭片的傳熱性能。
[0018]為了改變鰭片的上述傳熱特性，本發(fā)明提供一種高性能的倒齒鰭片管:也即在鰭片的圓周方向上，按一定規(guī)律折彎一定比例的開齒鰭片，使折彎后的鰭片與鰭片原所在的圓周面成一定夾角。這樣折彎后的鰭片對煙氣起了較強的擾流作用，該方法不但提高了開齒鰭片側面與煙氣接觸面之間的流動速率，使煙氣流動達到更強的擾流狀態(tài)；同時保持在原來位置的開齒鰭片，由于折彎鰭片的存在，也使煙氣更容易達到湍流狀態(tài)，這樣就有效減薄了煙氣的邊界層厚度。用上述方法制造出來的高性能倒齒鰭片管在實驗裝置上對其進行性能測試，相關數(shù)據(jù)表明，該方法可以提高煙氣的對流換熱系數(shù)約30%。對于煙氣流速相對較低的受熱面而言，傳熱效果的改善更為顯著。
[0019]根據(jù)鰭片高度、鰭片間距、開齒寬度等參數(shù)的不同，倒齒鰭片的折彎角可以有不同的選擇；同樣不同的彎齒間隔(隔一個齒折彎一個齒、隔多個齒折彎一個齒、或隔多個齒折彎多個齒等)也同樣會影響到倒齒鰭片管最終的換熱特性。在該技術應用于工程實踐時，需要根據(jù)換熱及流動特性的要求、在試驗的基礎上進行上述參數(shù)的選擇與設計。
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括管子1、正常鰭片2、折彎鰭片3、開齒扁鋼4、錐形齒輪5等。圖1為正常的開齒鰭片管，圖2為本發(fā)明一種高性能倒齒鰭片管，在本示例中通過特殊的工藝方法，使倒齒鰭片與正常鰭片實現(xiàn)間隔排列。
[0021]以上述倒齒鰭片管為基礎，對其加工流程進行如下描述(見圖3)。圖3中的扁鋼4為用來加工鰭片的材料，在扁鋼4的一側開有不同深度、不同間距的縫隙，形成一定寬度和高度的齒片，以滿足不同的鰭片管需求。齒輪5是用來實現(xiàn)倒齒功能的一種特殊工具，它帶有一定的錐度以適應倒齒鰭片的加工需求。錐度齒輪5上每個齒的寬度通常小于扁鋼上鰭片的開齒寬度，同時齒間距必須與扁鋼4上的開齒寬度成倍數(shù)關系。當錐度齒輪5上的兩齒中心距離等于扁鋼鰭片上齒間距的二倍時，在齒輪5與開齒扁鋼4壓觸的過程中就會形成間歇性倒齒的加工效果。然后再把加工后的扁鋼4直立繞制在管子I的表面，并且使相鄰兩圈鰭片之間的間距滿足設計要求；在上述繞制的過程中，加工后的開齒扁鋼4根部與管子I通過特殊工藝焊接在一起，這樣就加工成了高性能倒齒鰭片管。
[0022]根據(jù)工藝流程的不同，也可以先把未倒齒的開齒扁鋼4按照設計的要求焊接在管子上，制成傳統(tǒng)的螺旋翅片管，然后再用錐度齒輪5按前述工藝對齒片進行間歇性倒齒的操作。不論上述哪種流程，最終都能達到制造高性能倒齒鰭片管的最終目標。
[0023]高性能倒齒鰭片管在用于余熱回收設備時，彎齒部分不但增加了與煙氣介質的接觸流速，還對煙氣形成了較強的擾流。從而達到減小鰭片及管子表面煙氣邊界層厚度、增強傳熱效果等目的。
[0024]相關的實驗結果表明，相同結構、相同面積的高性能倒齒鰭片管比傳統(tǒng)的開齒鰭片管，傳熱系數(shù)提高接近30%。高性能倒齒鰭片應用于余熱利用的工程設計時，可以節(jié)省換熱設備材料，達到降低成本、增加熱回收率等目的。并且該技術可以通過對傳統(tǒng)鰭片制造工藝的改裝快速實現(xiàn)；近年來，在我國逐步重視余熱回收、節(jié)能減排的社會大背景下，該技術應用前景非常光明。
[0025]與上述結構類似的鰭片管結構，比如折彎角度不同、折彎的形狀改變、彎齒的間隔改變、帶有一定扭轉度的折彎等，都屬于本發(fā)明專利的保護范疇，都認為是對本專利的侵權。
【權利要求】
1.一種高性能的倒齒鰭片管的加工方法，其特征在于，該倒齒鰭片管的加工方法利用管子(I)、開齒扁鋼(4)和錐形齒輪(5)加工出正常鰭片(2)和折彎鰭片(3)，折彎鰭片(3)即倒齒鰭片，通過特殊的工藝流程方法，使倒齒鰭片與正常鰭片實現(xiàn)間隔排列，所述的特殊的工藝流程方法具體如下:開齒扁鋼(4)為用來加工鰭片的材料，在開齒扁鋼(4)的一側開有不同深度、不同間距的縫隙，形成一定寬度和高度的齒片，以滿足不同的倒齒鰭片管需求，錐形齒輪(5)用來實現(xiàn)倒齒功能，它帶有一定的錐度以適應倒齒鰭片的加工需求，錐形齒輪(5)上每個齒的寬度通常小于開齒扁鋼(4)上鰭片的開齒寬度，同時錐形齒輪(5)齒間距必須與開齒扁鋼(4)上的開齒寬度成倍數(shù)關系，當錐形齒輪(5)上的兩齒中心距離等于開齒扁鋼(4)鰭片上齒間距的二倍時，在錐形齒輪(5)與開齒扁鋼(4)壓觸的過程中就會形成間歇性倒齒的加工效果，然后再把加工后的開齒扁鋼(4)直立繞制在管子(I)的表面，并且使相鄰兩圈鰭片之間的間距滿足設計要求；在上述繞制的過程中，加工后的開齒扁鋼(4)根部與管子(I)通過特殊工藝焊接在一起，這樣就加工成了高性能倒齒鰭片管。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高性能的倒齒鰭片管的加工方法，其特征在于，根據(jù)工藝流程的不同，也可以先把未倒齒的開齒扁鋼(4)按照設計的要求焊接在管子上，制成傳統(tǒng)的螺旋翅片管，然后再用錐度齒輪(5)按前述工藝對齒片進行間歇性倒齒的操作，不論上述哪種流程，最終都能達到制造高性能倒齒鰭片管的最終目標。
3.一種高性能的倒齒鰭片管，其特征在于，該倒齒鰭片管是利用權利要求1或2所述的一種高性能的倒齒鰭片管的加工方法加工出來的。
【文檔編號】B21D53/06GK103528416SQ201310483551
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】何偉校, 廖丹陽, 謝際明, 侯曉東, 應國華, 趙劍云, 陳偉, 俞苗, 夏蘋, 沈佳, 周樟華, 劉可亮 申請人:杭州鍋爐集團股份有限公司