[發(fā)明專利]一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610424562.8
• 申請(qǐng)日: 2016-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN105928392B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王斯民;簡(jiǎn)冠平;文鍵;顧昕;王聲文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D7/02
• 分類號(hào): F28D7/02;F28F13/06
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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。

技術(shù)背景

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(shí)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(duì)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(duì)緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補(bǔ)償。目前國(guó)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。

研究發(fā)現(xiàn)纏繞管換熱器的殼側(cè)流動(dòng)十分復(fù)雜，流體在繞管和殼體的間隙中不斷地分離會(huì)合，使得殼側(cè)流動(dòng)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(cuò)流動(dòng)時(shí)會(huì)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(dòng)死區(qū)和產(chǎn)生渦旋。另外，由于換熱管的螺旋纏繞安裝，會(huì)對(duì)殼側(cè)流動(dòng)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(dòng)形式為斜掠流。所存在的這兩個(gè)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

為克服上述技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器，能有效的提高現(xiàn)有纏繞管式換熱器的傳熱效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器，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-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P_l，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。

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,i進(jìn)行安裝，P_p,i的計(jì)算公式如下，取第i層：

式中，R_i-1和R_i，分別為第i-1和i層換熱管的纏繞半徑；P_tube,i為第i層換熱換纏繞的螺距。

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P_t，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σ，σ計(jì)算公式如下：

所述的第i層螺旋型異形墊條4的俯視能圍城一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓。

所述的一種螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式：對(duì)于第i層，在計(jì)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(jì)算所得的墊條螺距P_p,i，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。

本發(fā)明的有益效果為：

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(gè)換熱管束的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止換熱器正常工作時(shí)的振動(dòng)。

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)鳠嵝阅堋Ｓ弥眽|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(dòng)，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(duì)原來的低流速區(qū)域--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(dòng)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