螺旋槽管反向纏繞式換熱器及變流量螺旋槽管冷卻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器，包括殼體和設(shè)在殼體內(nèi)部的兩端固定在管板上的螺旋槽管束，所述殼體上設(shè)置有管程進(jìn)口、管程出口、殼程進(jìn)口、殼程出口，所述螺旋槽管束由同心纏繞成螺旋狀的螺旋槽管組成，每層螺旋槽管采用多根螺旋槽管同向纏繞；其中所述螺旋槽管的槽設(shè)在螺旋槽管的外表面，其旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管的纏繞方向相反。本發(fā)明的有益效果為：所述螺旋槽管的槽旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管的纏繞方向相反，這種特殊結(jié)構(gòu)極大地改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)，管內(nèi)流體在前進(jìn)過程中不斷受迫改變方向，做離心運(yùn)動(dòng)，流體流速提高，形成強(qiáng)烈的湍流與二次流效果，這可以保證管內(nèi)的換熱強(qiáng)化。
【專利說明】螺旋槽管反向纏繞式換熱器及變流量螺旋槽管冷卻裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于對流傳熱、節(jié)能降耗的流體換熱【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)流量且螺旋管內(nèi)外對流換熱系數(shù)相差較小的變流量螺旋槽管冷卻裝置，以及一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的管殼式換熱器換熱管長度有限，單位體積內(nèi)布置的換熱面積較小；設(shè)備的安全運(yùn)行往往受限于換熱介質(zhì)的最高工作溫度，以及是否會(huì)出規(guī)流動(dòng)死角等流速劇降區(qū)，導(dǎo)致?lián)Q熱面因局部換熱不均而造成熱應(yīng)力損壞；設(shè)備長期運(yùn)行時(shí)，管束易結(jié)垢，且不易清洗。
[0003]螺旋纏繞管式換熱器可以一定程度上彌補(bǔ)上述不足，具有換熱性能好，工質(zhì)流動(dòng)均勻的優(yōu)點(diǎn)。但就現(xiàn)有的螺旋纏繞管式換熱器而言，一方面，換熱介質(zhì)的流量不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，無法適應(yīng)冷卻負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)冷卻負(fù)荷的實(shí)時(shí)區(qū)配；另一方面，已有的螺旋纏繞管式換熱器管束內(nèi)外流體的換熱性能差別較大，換熱面的總體換熱效果改善不明顯。因此，現(xiàn)有纏繞管式換熱器缺乏換熱負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)適性，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差，難以滿足節(jié)能降耗的更高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種能夠通過用螺旋槽管實(shí)現(xiàn)殼程強(qiáng)化傳熱的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，以提高管外流體的對流換熱效率。另外，提供一種變流量螺旋槽管冷卻裝置，以實(shí)現(xiàn)冷卻(或加熱)負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器，包括殼體和設(shè)在殼體內(nèi)部的兩端固定在管板上的螺旋槽管束，所述殼體上設(shè)置有管程進(jìn)口、管程出口、殼程進(jìn)口、殼程出口，所述螺旋槽管束由同心纏繞成螺旋狀的螺旋槽管組成，每層螺旋槽管采用多根螺旋槽管同向纏繞；其中所述螺旋槽管的槽設(shè)在螺旋槽管的外表面，其旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管的纏繞方向相反。
[0006]在所述螺旋槽管束的中心位置設(shè)有芯體，芯體至少一端固定在管板上，用于防止在殼體中流動(dòng)短路，從而提高冷卻效率，使冷卻更加充分。
[0007]所述螺旋槽管的奇數(shù)層與偶數(shù)層纏繞方向最好相反，使流體在該間隙內(nèi)形成湍流。
[0008]所述相鄰螺旋槽管之間安有折流板，折流板可改善殼程流體的流動(dòng)狀況，較好地解決管程殼程對流換熱系數(shù)相差較大的問題，確保纏繞管式換熱器的總體傳熱性能顯著提高；所述折流板優(yōu)選為扇形折流板，扇形折流板對殼程流體有擾動(dòng)作用，能有效地促進(jìn)湍流和強(qiáng)化殼程傳熱，傳熱效率高，流動(dòng)阻力小。
[0009]所述折流板采用扣接方式連接在相鄰螺旋槽管之間，具體為其安裝方式可以采用兩端焊接有半圓管狀扣板以及扣板兩側(cè)帶孔的凸緣，扣板卡扣在螺旋管外壁上并通過另一半半圓管狀扣板和凸緣上安裝的螺栓抱扣在螺旋管上。
[0010]所述殼體采用鑄鋁材料，減小冷卻設(shè)備重量，降低生產(chǎn)成本。
[0011 ] 所述螺旋槽管的槽等間距排列。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)對換熱負(fù)荷的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，本發(fā)明還提供一種采用前述螺旋纏繞管式換熱器的變流量螺旋管冷卻裝置，包括螺旋纏繞管式換熱器，還包括溫度傳感器、控制系統(tǒng)、變頻電機(jī)和被變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵，所述溫度傳感器設(shè)置于所述螺旋纏繞管式換熱器的管程出口管路上，所述溫度傳感器的輸出端與所述控制系統(tǒng)的輸入端連接，所述變頻電機(jī)的輸入端與所述控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述泵的出口與所述螺旋纏繞管式換熱器的殼程進(jìn)口連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
[0014]1、螺旋槽管束層間交替反向纏繞，形成強(qiáng)烈的湍流與二次流效果，不但可以促進(jìn)流體在流動(dòng)過程中不斷破壞邊界層，增強(qiáng)擾動(dòng)，流體介質(zhì)的湍流度加強(qiáng)，減少污垢的沉積幾率，降低螺旋槽管內(nèi)外流體在壁面附著的可能性及結(jié)垢傾向；而且螺旋管纏繞管束的長度可達(dá)到殼體長度的四至六倍，可大大增加冷熱介質(zhì)換熱面積，提高冷卻器的緊湊性。
[0015]2、螺旋槽管層與層之間反向纏繞，且與每層螺旋槽管槽的旋轉(zhuǎn)方向相反，這種特殊結(jié)構(gòu)極大地改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)，管內(nèi)流體在前進(jìn)過程中不斷受迫改變方向，做離心運(yùn)動(dòng)，流體流速提高，形成強(qiáng)烈的湍流與二次流效果，這可以保證管內(nèi)的換熱強(qiáng)化。
[0016]3、螺旋槽管外表面槽內(nèi)的流體在相鄰的換熱管之間不斷分離匯合，既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有縱向擾動(dòng)，使得介質(zhì)的湍流度加強(qiáng)，即可以強(qiáng)化換熱，可減少沉積幾率和結(jié)垢傾向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1的C-C向剖視圖。
[0019]圖3是螺旋槽管外表面的局部放大圖。
[0020]圖4是冷卻裝置的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖。
[0021]1.殼體；2.螺旋槽管；3.芯體；4.折流板；5.槽
[0022]1-1.管程進(jìn)口 ；1-2.管程出口 ；1-3.殼程進(jìn)口 ；1_4.殼程出口
【具體實(shí)施方式】
[0023]以不結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]圖1示出了本發(fā)明的一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，用于對潤滑油等流體進(jìn)行水冷卻。
[0026]如圖1所示，一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器，包括殼體I和設(shè)在殼體內(nèi)部的兩端固定在管板上的螺旋槽管束，所述殼體I上設(shè)置有管程進(jìn)口 1-1、管程出口 1-2、殼程進(jìn)口
1-3、殼程出口 1-4，結(jié)合圖2可以看出，螺旋槽管束由同心纏繞成螺旋狀的6層螺旋槽管2構(gòu)成，每層螺旋槽管2均采用多根螺旋槽管2同向纏繞所述螺旋槽管束由同心纏繞成螺旋狀的螺旋槽管2組成，每層螺旋槽管2采用多根螺旋槽管2同向纏繞；其中所述螺旋槽管2的槽5設(shè)在螺旋槽管2的外表面，其具體結(jié)構(gòu)可以參考圖3，其旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管2的纏繞方向相反，且在螺旋槽管外表面等間距排列，由于其旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管2的纏繞方向相反，流體在此處的流動(dòng)方向會(huì)受到擾動(dòng)，被迫再次改變流動(dòng)方向，形成更為強(qiáng)烈的湍流和二次流，管外壁流體邊界層被不斷減薄和破壞，最終達(dá)到增強(qiáng)對流傳熱的目的，從而提聞傳熱效率。
[0027]結(jié)合圖2可以看出，在該實(shí)施例中，每層螺旋槽管2從外到內(nèi)的數(shù)量為14、12、10、8、6、4 根。
[0028]每一組折流板的布置如圖2所示，在螺旋槽管2層與層之間安裝有多塊折流板4。圖2所示的實(shí)施例中，螺旋槽管從外到內(nèi)共6層，6層螺旋管之間形成5層環(huán)形管間間隙，因此折流板4從外到內(nèi)共5層，該實(shí)施例中每層折流板4有4塊，因此每組共有20塊折流板
4。這種折流板化整為零的分散布置方式解決了采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)折流板及其安裝方式不能應(yīng)用于螺旋纏繞管式換熱器的問題。
[0029]如果所有螺旋槽管纏繞方向相同，其導(dǎo)流作用會(huì)使得殼程流體流動(dòng)軌跡為螺旋形，其效果優(yōu)于傳統(tǒng)管殼換熱器折流板。本發(fā)明作為最佳實(shí)施方式，奇數(shù)層與偶數(shù)層螺旋槽管2的纏繞方向相反，例如奇數(shù)層左旋，偶數(shù)層右旋。這樣奇數(shù)層和偶數(shù)層對流體的導(dǎo)向方向相反，進(jìn)一步提高流體流動(dòng)的擾流效果，形成瑞流，管外壁流體邊界層被減薄和破壞，達(dá)到比同向纏繞更好的強(qiáng)化對流傳熱效果。
[0030]由于相鄰層螺旋槽管2纏繞方向相反，因此折流板兩端的扣板相互偏轉(zhuǎn)一定角度，對應(yīng)地折流板采用扭轉(zhuǎn)形成與螺旋槳一樣的扭曲形(與螺旋方向一致)扇面。這樣不但對殼程流體沿?fù)Q熱器長度方向產(chǎn)生擾流作用，還對徑向流產(chǎn)生擾流作用，擾動(dòng)更劇烈。
[0031]由于最內(nèi)層螺旋槽管2中部為一大體為圓形的孔洞，且由于加工問題最內(nèi)層螺旋管纏繞直徑不宜過小，中間形成的圓管狀流道不利于對流傳熱，因此如圖1-2、1-3所示，在所述螺旋管束中心位置設(shè)置有芯體3，芯體3 —端或兩端固定在管板上。芯體3防止在殼體I中流動(dòng)短路，從而提高冷卻效率，使冷卻更加充分。
[0032]對比例1:
[0033]將本發(fā)明與表面沒有槽的螺旋管在相同條件下對比，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的傳熱效率較沒有槽的螺旋管明顯提聞，提聞了 70% ;
[0034]對比例2:
[0035]將本發(fā)明與表面有槽的螺旋管槽在相同條件下對比，下同的是槽的旋轉(zhuǎn)方向與螺旋管槽的纏繞方向一致，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的傳熱效率較與槽旋轉(zhuǎn)方向一致的螺旋槽管提高，提聞 了 40 。
[0036]通過以上對比例I和2也充分證明了螺旋槽管的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較大程度上提高了傳熱效率，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。
[0037]實(shí)施例2變流量螺旋管反向纏繞式冷卻裝置
[0038]如圖4所示，是一種變流量螺旋槽管冷卻裝置，螺旋槽管換熱器采用實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)。
[0039]冷卻裝置包括螺旋管換熱器、溫度傳感器、控制系統(tǒng)、變頻電機(jī)和被變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵，溫度傳感器設(shè)置于所述螺旋纏繞管式換熱器的管程出口管路上，所述溫度傳感器的輸出端與所述控制系統(tǒng)的輸入端連接，所述變頻電機(jī)的輸入端與所述控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述泵的出口與所述螺旋纏繞管式換熱器的殼程進(jìn)口連接。[0040]纏繞管式換熱器管程出口的溫度由溫度傳感器測出，溫度傳感器將溫度測出后上傳至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻電機(jī)調(diào)節(jié)泵的輸出水量，使得纏繞管式換熱器的進(jìn)水量發(fā)生改變。這樣，能夠現(xiàn)場監(jiān)測流體的溫度，根據(jù)運(yùn)行過程中冷卻負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化，通過變頻調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對冷卻介質(zhì)流量的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)匹配冷卻介質(zhì)的流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，達(dá)到高效、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
[0041]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，舉凡熟悉此項(xiàng)技藝的專業(yè)人士。在了解本發(fā)明的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實(shí)際的需要，在本發(fā)明的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種螺旋槽管反向纏繞式換熱器,其特征在于:包括殼體和設(shè)在殼體內(nèi)部的兩端固定在管板上的螺旋槽管束，所述殼體上設(shè)置有管程進(jìn)口、管程出口、殼程進(jìn)口、殼程出口，所述螺旋槽管束由同心纏繞成螺旋狀的螺旋槽管組成，每層螺旋槽管采用多根螺旋槽管同向纏繞；其中所述螺旋槽管的槽設(shè)在螺旋槽管的外表面，其旋轉(zhuǎn)方向與相對應(yīng)的螺旋槽管的纏繞方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:在所述螺旋槽管束的中心位置設(shè)有芯體，芯體至少一端固定在管板上。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述螺旋槽管的奇數(shù)層與偶數(shù)層纏繞方向相反。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述相鄰螺旋槽管之間安有折流板。
5.如權(quán)利要求4所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述折流板為扇形折流板。
6.如權(quán)利要求5所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述折流板采用扣接方式連接在相鄰螺旋槽管之間。
7.如權(quán)利要求1所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述殼體采用鑄鋁材料。
8.如權(quán)利要求1所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器，其特征在于:所述螺旋槽管的槽等間距排列。
9.一種采用以上任意權(quán)利要求所述的螺旋槽管反向纏繞式換熱器的變流量螺旋槽管冷卻裝置，其特征在于，包括纏繞管式換熱器、溫度傳感器、控制系統(tǒng)、變頻電機(jī)、被變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵，所述溫度傳感器位于所述螺旋槽管反向纏繞式換熱器的管程出口管路上，所述溫度傳感器的輸出端與所述控制系統(tǒng)的輸入端相連，所屬變頻電機(jī)的輸入端與所述控制系統(tǒng)的輸出端連接，所述泵的出口與所述螺旋槽管反向纏繞式換熱器的殼程進(jìn)口連接。
【文檔編號】F28D7/00GK104019679SQ201410268850
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王迎慧, 王茹, 黃繼軍, 朱林林 申請人:海安天潤機(jī)械科技有限公司