專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干式蒸發(fā)器，特別是一種管束無(wú)支撐的交變曲面管干式蒸發(fā)器。
背景技術(shù)：
在大中型的冷水機(jī)組中，最主要的換熱器形式是殼管式換熱器。殼管式換熱器主 要有干式和滿(mǎn)溢式兩種。滿(mǎn)溢式換熱器由于具有較高的換熱器性能，越來(lái)越受到歡迎，但是 其致命的缺點(diǎn)是機(jī)組的回油問(wèn)題，一方面增加了機(jī)組的成本，另一方面降低了機(jī)組的可靠 性。而干式蒸發(fā)器較滿(mǎn)溢式來(lái)說(shuō)技術(shù)則成熟很多。傳統(tǒng)的干式蒸發(fā)器依然是目前工業(yè)上應(yīng) 用較為廣泛的換熱器，其一個(gè)重要特征是殼程設(shè)折流擋板，以支撐換熱管和強(qiáng)化殼程流體 擾動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、清洗、能夠適應(yīng)高溫高壓等特點(diǎn)。但這種管殼式換熱器也存 在一些不足之處，主要是第一，換熱管采用圓管，在管內(nèi)流速較低的條件下，邊界層熱阻較 大，傳熱系數(shù)低；而在流速較高的條件下，管內(nèi)流動(dòng)阻力較大。第二，傳統(tǒng)的單弓形折流板換 熱器在折流板與殼體結(jié)合處存在流動(dòng)死區(qū)，容易造成流體打旋，增加了流動(dòng)阻力，并且容易 引起結(jié)垢，降低了換熱效率。第三，傳統(tǒng)的單弓形折流板與非圓形的強(qiáng)化傳熱管難以配合， 極大地限制了強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)的干式蒸發(fā)器的傳熱效率， 為了提高其效率，人們不斷對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，但結(jié)果尚不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)的干式蒸發(fā)器存在的不足和缺點(diǎn)，采用新型交變曲面 換熱管，在不改變殼管式蒸發(fā)器外形整體結(jié)構(gòu)的前提下，強(qiáng)化管程和殼程流體傳熱，消除流 動(dòng)死區(qū)和誘導(dǎo)振動(dòng)，提高傳熱效率，降低成本，節(jié)約能源。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn) 本換熱器包括有殼體、裝在殼體里的管束、固定管板、封頭、捆扎鋼帶、隔板。交變 曲面換熱管依次接觸排列，形成點(diǎn)接觸自支撐結(jié)構(gòu)，不需要在管束中設(shè)置折流板，沿管束每 隔固定距離設(shè)置捆扎鋼帶來(lái)固定交變曲面換熱管，其間距根據(jù)換熱管數(shù)量和長(zhǎng)度來(lái)確定， 交變曲面換熱管兩端保持圓管形式，以方便和固定管板焊接固定。管束與殼體緊密接觸，無(wú) 間隙。 工作時(shí)，冷媒從管束入口進(jìn)入管束，在管束內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，產(chǎn)生復(fù)雜的以旋轉(zhuǎn)和周期
性的物流分離與混合為主要特點(diǎn)的強(qiáng)擾動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱，經(jīng)管束出口流出，冷凍水從殼程入
口進(jìn)入殼體，順著管束螺旋流道流動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)縱向擾流，強(qiáng)化了傳熱。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)采用交變曲面管，具有雙面強(qiáng)化傳熱的特點(diǎn)； (2)由于在交變曲面管中，流體沿管壁流動(dòng)方向不斷發(fā)生改變，因此管內(nèi)流體傳熱 邊界層被破壞，大幅度降低了管內(nèi)流體的傳熱阻力； (3)由于交變曲面管的扭曲面是連續(xù)平滑的，相對(duì)于其它型式的強(qiáng)化傳熱管，流動(dòng) 阻力較低；
(4)殼程螺旋流大大增強(qiáng)了殼程的湍流度，強(qiáng)化了殼程傳熱； (5)殼程無(wú)折流板，實(shí)現(xiàn)了縱向流，使得殼程壓降大大降低；同時(shí)由于分布均勻， 沒(méi)有流動(dòng)死區(qū)，有效傳熱面積大大增加； (6)流動(dòng)分布和流速比較均勻，消除了換熱管振動(dòng)問(wèn)題；
(7)不易結(jié)垢，從而延長(zhǎng)了維修周期，降低了維修費(fèi)用。


圖1是一種無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖示意圖； 圖2是圖1中交變曲面的換熱管多點(diǎn)自支撐結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖a為換熱管在橢 圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度0。的支撐點(diǎn)；圖b為換熱管在橢圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度60。的支撐點(diǎn)；C為換熱 管在橢圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度120°的支撐點(diǎn)； 圖3是圖1中管束采用本發(fā)明的無(wú)支撐交變曲面管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3中無(wú)支撐交變曲面管的A-A截面示意圖；
圖5是圖3中無(wú)支撐交變曲面管的B-B截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，需要說(shuō)明的是，具體 實(shí)施方式并不對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)的范圍構(gòu)成限制。 參照?qǐng)Dl，一種無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器包括冷媒入口 1、冷媒出口 2、冷凍水 入口 3、冷凍水出口4、第一封頭5、第二封頭12、第一管板6、第二管板11、殼體7、隔板8、換 熱管9和捆扎鋼帶10 ;冷凍水入口3、冷凍水出口4設(shè)在殼體7上，殼體7兩端分別為第一管 板6和第二管板ll，第一管板6和第二管板11分別與第一封頭5、第二封頭12連接形成空 腔；冷媒入口 l和冷媒出口 2都設(shè)在第一封頭5上，通過(guò)隔板8分隔。如圖3所示，換熱管 9為交變曲面管，交變曲面管是以圓管為基管，經(jīng)壓扁后扭曲而成，其橫截面是橢圓形，如圖 4、5所示。如圖3所示，交變曲面管的扭程與當(dāng)量直徑之比(S/de)為6 12，其中S為交 變曲面管的扭程。扭程S是指交變曲面管橫截面沿交變曲面管旋轉(zhuǎn)一周時(shí)交變曲面管的長(zhǎng) 度，de為交變曲面管的當(dāng)量直徑。換熱管9橫截面橢圓的短軸與長(zhǎng)軸之比(B/A)為0.5 0. 7，如圖4，圖5所示，其中B為交變曲面管橫截面橢圓的短軸長(zhǎng)度，A為交變曲面管橫截面 橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度。如圖2所示，交變曲面換熱管9依次接觸排列，依靠交變曲面管各接觸點(diǎn) 自支撐形成管束，管束中沒(méi)有折流板的存在，殼程內(nèi)無(wú)流動(dòng)死區(qū)，與傳統(tǒng)的弓形折流板換熱 器相比，不僅流動(dòng)阻力有所減小，抗結(jié)垢的性能有很大提高，而且能夠克服誘導(dǎo)振動(dòng)，可靠 性也有所提高；橢圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度是指交變曲面管的橫截面中橢圓長(zhǎng)軸沿交變曲面管的旋 轉(zhuǎn)角度，其中圖a為換熱管在橢圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度O。的支撐點(diǎn)；圖b為換熱管在橢圓長(zhǎng)軸扭 轉(zhuǎn)角度60°的支撐點(diǎn)；c為換熱管在橢圓長(zhǎng)軸扭轉(zhuǎn)角度120。的支撐點(diǎn)；換熱管9兩端分別 通過(guò)第一管板6和第二管板11固定；換熱管9排列形成的管束中不需要設(shè)置折流板，管束 每隔5個(gè)扭程設(shè)捆扎鋼帶10來(lái)捆扎管束，防止管束中交變曲面管散開(kāi)。交變曲面管兩端保 持為一定長(zhǎng)度的圓管形式，便于和第一管板6和第二管板11匹配焊接固定。第一管板6和 第一封頭5之間的空腔以及殼體7內(nèi)設(shè)有隔板8，將兩個(gè)腔.體分隔。 當(dāng)流體流速較高時(shí)，無(wú)論是交變曲面管還是光管，流體的湍流程度都會(huì)加劇而使傳熱邊界層減薄，而無(wú)支撐交變曲面管的優(yōu)勢(shì)就在于減薄邊界層，因此，與光管相比，當(dāng)殼 程或管程的流體流速較大時(shí)，無(wú)支撐交變曲面管的優(yōu)勢(shì)就無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，無(wú)支 撐交變曲面管干式蒸發(fā)器的適宜使用范圍管程雷諾數(shù)Re《4500，殼程雷諾數(shù)Re《8000。
在管內(nèi)，由于交變曲面管結(jié)構(gòu)的影響，流體進(jìn)入交變曲面管后的流動(dòng)呈現(xiàn)出比較 明顯的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，正是這種流動(dòng)方式，使得管內(nèi)的流體得以充分混合，產(chǎn)生復(fù)雜的以旋轉(zhuǎn)和 周期性的物流分離與混合為主要特點(diǎn)的強(qiáng)擾動(dòng)，使得管內(nèi)流體邊界層減薄，強(qiáng)化了傳熱。在 管外，交變曲面管的依次排列在管間形成了規(guī)則的、流動(dòng)方向不斷變化的狹窄螺旋形流道， 螺旋流道可以看作是多組連續(xù)的短區(qū)，在這些區(qū)之間所建立的穩(wěn)定的速度分布被流體連續(xù) 不斷地變化打斷，這些擾動(dòng)過(guò)程使得流體取得較好的橫向混合，殼程螺旋流大大增強(qiáng)了殼 程的湍流度，即使殼程為高粘度流體或流速較低時(shí)，也會(huì)獲得很高的湍流度，從而強(qiáng)化了殼 程傳熱。
權(quán)利要求
一種無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器，包括冷媒入口、冷媒出口、冷凍水入口、冷凍水出口、第一封頭、第二封頭、第一管板、第二管板、殼體、隔板、換熱管和捆扎鋼帶；冷凍水入口、冷凍水出口分別設(shè)在殼體上，殼體兩端分別為第一管板和第二管板，第一管板和第二管板分別與第一封頭、第二封頭連接形成空腔；冷媒入口和冷媒出口都設(shè)在第一封頭上，通過(guò)隔板分隔；換熱管兩端分別通過(guò)第一管板和第二管板固定；其特征在于所述換熱管為交變曲面管，換熱管的扭程與當(dāng)量直徑之比為6～12；換熱管橫截面的短軸與長(zhǎng)軸之比為0.5～0.7；交變曲面的換熱管依次接觸排列，依靠交變曲面管各接觸點(diǎn)自支撐形成管束。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器，其特征在于所述換熱管排 列形成的管束每隔5個(gè)扭程設(shè)捆扎鋼帶，捆扎管束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器，其特征在于所述換熱管兩 端為圓管，用于分別和第一管板和第二管板焊接固定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)支撐交變曲面管干式蒸發(fā)器，包括冷媒入口、冷媒出口、冷凍水入口、冷凍水出口、第一封頭、第二封頭、第一管板、第二管板、殼體、隔板、換熱管和捆扎鋼帶；換熱管為交變曲面管，換熱管的扭程與當(dāng)量直徑之比為6～12；換熱管9橫截面的短軸與長(zhǎng)軸之比為0.5～0.7；交變曲面的換熱管依次接觸排列，依靠交變曲面管各接觸點(diǎn)自支撐形成管束。本發(fā)明強(qiáng)化了管內(nèi)流體湍流程度，使得管內(nèi)的流體得以充分混合，并使得邊界層減薄，強(qiáng)化了傳熱。且殼程不設(shè)折流板，依靠交變曲面管相互接觸實(shí)現(xiàn)自支撐，管間流體流動(dòng)均勻，消除流動(dòng)死區(qū)，減少殼程污垢沉積，提高傳熱效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)F28F1/08GK101762115SQ20091021456
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉慶亮, 徐瓊輝, 朱冬生, 楊蕾 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)