一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，包括螺旋型平墊條和螺旋型異形墊條，螺旋型墊條安裝應(yīng)使得層與層之間、墊條與墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式是對于第i層，計算出第i層螺旋型平墊條、第i層螺旋型異形墊條的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第i層螺旋型異形墊條和第i層螺旋型平墊條的根數(shù)；將第i層螺旋型平墊條平整的一面貼著第i?1層換熱管的上表面沿周向均勻分布安裝；安裝完成后，反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復(fù)始直至最外層，本實用新型傳熱性能好、阻力降小。
【專利說明】
一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及纏繞管式換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種螺旋墊條型纏繞管式換 熱器結(jié)構(gòu)。 技術(shù)背景
[0002] 纏繞管式換熱器由于其結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積換熱面積大、耐高壓、傳熱效率高、可 以實現(xiàn)多股流換熱、具有良好的熱補(bǔ)償能力等優(yōu)點(diǎn)。纏繞管式換熱器是在芯筒與外筒之間 的空間內(nèi)，將換熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成，相鄰兩層螺旋狀換熱管的螺旋方向相反， 層間采用一定形狀的墊條隔開使之保持一定的間距。由于其傳熱元件為圓管，纏繞管式換 熱器對不同介質(zhì)之間的壓差和溫差限制要求較小，降低了生產(chǎn)裝置的操作難度，提高了設(shè) 備的安全性。且其結(jié)構(gòu)相對緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補(bǔ)償。目前國內(nèi)工業(yè)應(yīng) 用的纏繞管換熱器的換熱管多為光管，墊條為直平形墊條或者直異形墊條。
[0003] 研究發(fā)現(xiàn)纏繞管換熱器的殼側(cè)流動十分復(fù)雜，流體在繞管和殼體的間隙中不斷地 分離會合，使得殼側(cè)流動湍流旺盛。但流體在同層繞管軸向相鄰的上下管外壁間交錯流動 時會出現(xiàn)一些流速較低的滯留區(qū)域和渦旋，尤其是在墊條與換熱管之間的狹小區(qū)域更易造 成流動死區(qū)和產(chǎn)生渦旋。另外，由于換熱管的螺旋纏繞安裝，會對殼側(cè)流動的流體產(chǎn)生一定 的引導(dǎo)，使得殼側(cè)流體在同層局部區(qū)域的流動形式為斜掠流。所存在的這兩個現(xiàn)象都使得 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式的纏繞管式換熱器不能將小溫差高效傳熱的特點(diǎn)充分發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種螺旋墊條型纏繞管式換 熱器結(jié)構(gòu)，能有效的提高現(xiàn)有纏繞管式換熱器的傳熱效率。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，包括第i層換熱管1和第i-1層換熱管2,第i 層換熱管1和第i_l層換熱管2之間設(shè)有第i層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4,第i 層螺旋型平墊條3控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層螺旋型異形墊條4控制同層換 熱管之間的管間距Pt，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得換熱管層與層之 間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得 墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。
[0007] 所述的第i層螺旋平墊條3墊條和第i層螺旋異形墊條4應(yīng)按照螺距Pp>1進(jìn)行安裝， Pp>1的計算公式如下，取第i層：
[0008]
[0009] 式中，Ki-1和Ki，分別為弟i-1和i層狹熱営的纏繞半徑；Ptube,i為第i層換熱換纏繞 的螺距。
[0010] 所述的第i層螺旋型異形墊條4上還要切割出相應(yīng)的定位槽，其形狀為圓柱形且直 徑為換熱管外徑d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第i層螺旋型異形墊條4 上切割的定位槽有一定的傾斜角計算公式如下：
[0011]
[0012] 所述的第i層螺旋型異形墊條4的俯視能圍城一個標(biāo)準(zhǔn)的圓。
[0013] 所述的一種螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式:對于第i層，在計算出第i層螺旋 型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第 i層螺旋型異形墊條4和第i層螺旋型平墊條3的根數(shù);按照計算所得的墊條螺距P p>1，將第i 層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4平整的一面貼著第i-1層換熱管的上表面沿周 向均勻分布安裝;墊條安裝完成后，再反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復(fù)始，直至最外層。 [0014]本實用新型的有益效果為：
[0015] 1、結(jié)構(gòu)方面:螺旋墊條型纏繞管式換熱器由于墊條(第i層螺旋型平墊條3和螺旋 型異形墊條4)的安裝形式使得同層換熱管間形成的流道垂直于換熱管，易于增強(qiáng)換熱;第i 層螺旋型平墊條3和螺旋型異形墊條4也加強(qiáng)了整個換熱管束的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止換熱器正常 工作時的振動。
[0016] 2、綜合傳熱性能方面:螺旋型墊條纏繞管式換熱器層與層之間形成的垂直于換熱 管的流道使流體的切向速度增大，部分流體流向同一層繞管軸向上下相鄰的兩根換熱管的 外壁面間隙，從而使此處流體流速增加，進(jìn)而強(qiáng)化了此處管表面?zhèn)鳠嵝阅?。用直墊條組裝的 管束，流體主要沖刷換熱器殼側(cè)徑向相鄰的兩層換熱管外壁面之間的區(qū)域。而用螺旋墊條 替代直墊條之后，迫使換熱器殼側(cè)的主流體沿著換熱器螺旋向下流動，除了向下沖刷徑向 相鄰的兩層換熱管外壁面之間的區(qū)域，對原來的低流速區(qū)域一同層繞管軸向上下相鄰的兩 根換熱管外壁面之間的區(qū)域也進(jìn)行了沖刷，有效地減薄了換熱管外壁的流動邊界層和熱邊 界層，從而有效地提高了纏繞管換熱器殼側(cè)的傳熱性能。
【附圖說明】

[0017] 圖1為本實用新型螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為第i層纏繞層中單根換熱管和螺旋墊條結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖3-1為第i層螺旋型異形墊條4的局部細(xì)節(jié)圖。
[0020] 圖3-2為第i層螺旋型異形墊條4(部分)俯視圖。
[0021] 圖4為本實用新型螺旋墊條型纏繞管式換熱器相較于傳統(tǒng)纏繞管式換熱器在各工 況下的PEC準(zhǔn)則數(shù)。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做詳細(xì)描述。
[0023] 參照圖1和圖2,一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，包括第i層換熱管1和第i_l 層換熱管2,第i層換熱管1和第i-1層換熱管2之間設(shè)有第i層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型 異形墊條4,第i層螺旋型平墊條3控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層螺旋型異形墊 條4控制同層換熱管之間的管間距Pt，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得換 熱管層與層之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異 形墊條4使得墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。
[0024]所述的第i層螺旋平墊條3墊條和第i層螺旋異形墊條4應(yīng)按照螺距Pp>1進(jìn)行安裝， PP>1的計算公式如下，取第i層：
[0025]
[0026] 式中，Ri-jPRi，分別為第i-1和i層換熱管的纏繞半徑;Ptub(5,i為第i層換熱換纏繞 的螺距。
[0027] 參照圖3-1和圖3-2,所述的第i層螺旋型異形墊條4上還要切割出相應(yīng)的定位槽， 其形狀為圓柱形且直徑為換熱管外徑d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第 i層螺旋型異形墊條4上切割的定位槽有一定的傾斜角計算公式如下：
[0028]
v..... I- y
[0029] 所述的第i層螺旋型異形墊條4的俯視能圍城一個標(biāo)準(zhǔn)的圓。
[0030] 所述的一種螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式:對于第i層，在計算出第i層螺旋 型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第 i層螺旋型異形墊條4和第i層螺旋型平墊條3的根數(shù);按照計算所得的墊條螺距P p>1，將第i 層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4平整的一面貼著第i-1層換熱管的上表面沿周 向均勻分布安裝;墊條安裝完成后，再反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復(fù)始，直至最外層。
[0031] 參照圖4,以數(shù)值模擬為手段，對比螺旋墊條型纏繞管式換熱器與傳統(tǒng)纏繞管式換 熱器的綜合傳熱性能，并以PEC準(zhǔn)則
作為綜合性能評價指標(biāo)，從結(jié)果可以得出， 螺旋墊條型纏繞管式換熱器的綜合傳熱性能提升顯著。
【主權(quán)項】
1. 一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，包括第i層換熱管（1)和第i-1層換熱管（2)， 其特征在于:第i層換熱管（1)和第i-1層換熱管（2)之間設(shè)有第i層螺旋型平墊條(3)和第i 層螺旋型異形墊條(4)，第i層螺旋型平墊條(3)控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層 螺旋型異形墊條(4)控制同層換熱管之間的管間距P t，第i層螺旋型平墊條(3)、第i層螺旋 型異形墊條(4)使得換熱管層與層之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平 墊條(3)、第i層螺旋型異形墊條(4)使得墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的第 i層螺旋平墊條(3)墊條和第i層螺旋異形墊條(4)應(yīng)按照螺距P p>1進(jìn)行安裝，Pp>1的計算公式 如下?取笛i盡.式中，Ri-jPRi，分別為第i-1和i層換熱管的纏繞半徑;Ptube3,i為第i層換熱換纏繞的螺 距。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的第 i層螺旋型異形墊條(4)上還要切割出相應(yīng)的定位槽，其形狀為圓柱形且直徑為換熱管外徑 d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第i層螺旋型異形墊條(4)上切割的定位 槽有一宙的傾斜#〇 ,〇i+笪公忒加下；4. 根據(jù)儀利妥求1所還的一柙螺旋墊條型纏繞管式換熱器結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的第 i層螺旋型異形墊條(4)的俯視能圍城一個標(biāo)準(zhǔn)的圓。
【文檔編號】F28F13/06GK205718576SQ201620582231
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】王斯民, 簡冠平, 文鍵, 顧昕, 王聲文
【申請人】西安交通大學(xué)