一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管的製作方法

2023-09-17 06:21:05 2

專利名稱：一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種換熱管的強化傳熱裝置，具體涉及一種帶有自驅動周期刷的強化傳 熱管。
背景技術：
管殼式換熱器在化工、煉油、輕工、冶金等過程工業系統中起著重要的作用。據統計,在 現代石油化工生產中，尤其是大型電站的輔助設備中管殼式換熱器以及換熱管道的投資約佔 總投資的15% 30%。然而通常用的管殼式換熱器與各種新型高效換熱器相比，換熱效率較 低。因此，隨著能源日益緊張，本著節約能耗、物耗的思想，應用強化傳熱技術減少換熱器 中換熱管數量，增強換熱管的換熱性能，是每一個工程設計人員追求的目標。幾十年來，換 熱管的傳熱強化、開發與研究是一個始終倍受關注的課題。
根據換熱管的停用場合不同，其強化的重點也有所區別。根據熱阻的主要來源，強化方 法主要分為管外強化和管內強化兩種。管外強化主要有管外翅片增加二次換熱面積、改變管 束排列方式(叉排或順排)以及加入折流板或折流杆等改變流動狀態和換熱條件等方法實現； 而對於應用眾多的管外相變凝結作用的換熱管(例如電廠凝汽器等)，其熱阻主要來源於管 內換熱，因此管內強化是研究的重點。對於換熱管內的強化，基於強化機理，目前主要有如 下強化方法
1) 採用管內插入物來強化管內傳熱包括金屬絲製元件、金屬螺旋圈、盤狀構件、麻花 鐵、翼形物等；
2) 採用傳熱性能優良的傳熱管(異型管)如橫紋管、螺紋槽管、翅片管、單(雙)面縱 槽管，多孔金屬層管。
綜觀上述目前現有的管內強化換熱方法，其基本上都是通過結構改變或者設置其他擾動 裝置，目的是儘量增加流體的擾動，從而提高流體的湍動度、儘量減薄流體熱和流動邊界層 的方法實現傳熱強化，尚不存在專門地、主動地破壞流動和熱邊界層，從而從本質上提高傳 熱性能的強化方法，因此提高傳熱效果有限。

實用新型內容
本實用新型公開了一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其目的在於克服現有換熱管內 的強化方法不能從本質上提高傳熱性能，傳熱效果較差等弊端。本實用新型強化傳熱裝置是 在普通換熱管內設置一個帶渦輪自驅動裝置的邊界層刷，由於邊界層刷的轉動使得管內的流體得以擾動而強化傳熱，管內的邊界層不斷被破壞，可大大提高強化效果；邊界層刷採用葉
輪流體自驅動的方式，旋轉不需要額外動力，能夠在有限的阻力增加的條件下，實現自驅動
的傳熱強化效果。本實用新型抓住了邊界層導熱熱阻這一限制對流換熱的最根本因素，不是
僅僅局限於減薄邊界層的有限強化，而是設置專門的邊界層破壞裝置，主動地實現邊界層的
完全破裂，從而從本質上提高對流換熱效果。
一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特徵在於在光滑換熱管或直管段的兩端各設
置一個葉輪，所述的兩個葉輪外端面分別與法蘭固定，所述的兩個葉輪內端面位於光滑換熱
管或直管段的中心軸線位置，脹接或者螺旋連接不鏽鋼金屬軸，金屬軸上間隔錯落連接周期
邊界層刷，所述的各周期邊界層刷與不鏽鋼金屬軸垂直。
所述的周期邊界層刷可以是焊接在金屬軸上的短金屬針棒或有機塑料短棒或打孔金屬片。
所述的周期邊界層刷的長度每個周期邊界層刷的末端距離換熱管內壁面為1/5 1/7半徑 的距離。
所述的金屬軸上間隔錯落連接的各周期邊界層刷依次成90。排列，每四個一組，每組正好 旋轉360°。
本實用新型與普通的強化管相比，具有以下特點
1) 本實用新型裝置的強化方式屬於傳熱的主動強化；不僅邊界層刷的自身轉動使得管內 的流體得以擾動而強化傳熱，還能通過邊界層刷對管內壁邊界層的不斷破壞，進一步提高強 化效果；
2) 邊界層刷的旋轉不需要依靠外在驅動力，釆用葉輪流體自驅動的方式，由流體帶動葉 輪使邊界層刷轉動；
3) 由於在邊界層刷旋轉過程中，換熱管內壁面會產生一個橫向流動作用，使得硬水中的 粒子很難沉積下來，相當於對換熱管壁面起到一個清掃的作用。所以這種強化傳熱裝置能很 好的避免內部管壁結垢。


圖1是本實用新型一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管結構示意圖； 圖2是換熱管截面示意圖。
1 .換熱管；2 .前葉輪及固定法蘭；3 .後葉輪及固定法蘭；4 .不鏽鋼金屬軸；5 .周期 邊界層刷。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但本實施例並不用f限制本實 用新型，凡是採用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型的保護範圍。
一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，如圖1所示。在光滑換熱管l (或直管段)的兩端 各設置一個葉輪，所述的兩個葉輪外端面分別與法蘭固定，即組合成前葉輪及固定法蘭2和 後葉輪及固定法蘭3，所述的兩個葉輪內端面位於光滑換熱管1 (或直管段)的中心軸線位置， 脹接或者螺旋連接有不鏽鋼金屬軸4,不鏽鋼金屬軸4上間隔錯落連接周期邊界層刷5，所述 的各周期邊界層刷5與不鏽鋼金屬軸4垂直。周期邊界層刷5可以是焊接在金屬軸上的短金 屬針棒或有機塑料短棒或打孔金屬片。每個周期邊界層刷5的末端距離換熱管內壁面為 1/5-1/7半徑的距離。如圖2所示本實施例不鏽鋼金屬軸4上間隔錯落連接的周期邊界層刷 5依次成卯。排列，每四個一組，每組正好旋轉360。。
當流體流過換熱管1時，前後葉輪在流體流動作用下將自行旋轉，其轉動速度由流體的 速度及轉動阻力(組件前葉輪及固定法蘭2、後葉輪及固定法蘭3、不鏽鋼金屬軸4、周期邊 界層刷5總的轉動阻力)決定。前、後葉輪的旋轉進一步帶動不鏽鋼金屬軸4及固定其上的 周期邊界層刷旋轉。
在上述旋轉作用下，流體在流動方向上將產生雙重作用，其一是流體將被周期性地擾動 和摻混，增強喘動度，從而提高強化效果；其二則是由於周期邊界層刷5的端部靠近換熱管1 的內壁面，在旋轉流的作用下，內壁面的流動和傳熱邊界層都將遭到周期性的破壞，從而最 大程度地提高強化換熱效果，因為邊界層內的換熱熱阻是對流傳熱阻力的根本來源。
本實用新型可廣泛應用於化工、石油、大型電站凝汽設備等需要強化傳熱的場合。具體 設備主要針對於管式換熱器。
權利要求1.一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特徵在於在光滑換熱管或直管段的兩端各設置一個葉輪，所述的兩個葉輪外端面分別與法蘭固定，所述的兩個葉輪內端面位於光滑換熱管或直管段的中心軸線位置，脹接或者螺旋連接不鏽鋼金屬軸，金屬軸上間隔錯落連接周期邊界層刷，所述的各周期邊界層刷與不鏽鋼金屬軸垂直；各周期邊界層刷之間依次成90°排列。
2. 根據權利要求1所述的一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特徵在於所述的周 期邊界層刷可以是焊接在金屬軸上的短金屬針棒或有機塑料短棒或打孔金屬片。
3. 根據權利要求1所述的一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特徵在於所述的周 期邊界層刷的長度每個周期邊界層刷的末端距離換熱管內壁面為1/5-1/7半徑的距離。
專利摘要一種帶有自驅動周期刷的強化傳熱管，其特點是在光滑換熱管或直管段的兩端各設置一個葉輪，所述的兩個葉輪外端面分別與法蘭固定，內端面位於光滑換熱管或直管段的中心軸線位置，脹接或者螺旋連接不鏽鋼金屬軸，金屬軸上間隔錯落連接周期邊界層刷；各周期邊界層刷與不鏽鋼金屬軸垂直；各周期邊界層刷之間依次成90°排列；可以是焊接在金屬軸上的短金屬針棒或有機塑料短棒或打孔金屬片。每個周期邊界層刷的末端距離換熱管內壁面為1/5～1/7半徑的距離。本實用新型採用葉輪流體自驅動方式，由流體帶動葉輪使邊界層刷轉動，無需外部動力；邊界層刷的轉動使管內流體得以擾動而強化傳熱，管內壁邊界層被不斷破壞，進一步提高強化效果；還可避免內部管壁結垢。
文檔編號F28F13/02GK201397078SQ20092007045
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者呂巖巖, 慧 姜, 濤 姜, 崔國民, 瑜 李, 郭春雨 申請人:上海理工大學