具有突尖圆形凹槽的间接空冷换热管束的制作方法

1.本实用新型属于电站空冷技术领域，具体涉及一种具有突尖圆形凹槽的间接空冷塔换热管束。


背景技术：

2.电站空冷技术在我国北方地区应用十分广泛，主要包括机械通风直接空冷系统和自然通风间接空冷系统两大类。间接空冷系统通常由双曲线型自然通风间接空冷塔及塔外竖直布置或塔内水平布置的间接空冷散热器组成。
3.间接空冷散热器一般采用翅片管。由基管和焊接在管外的翅片组成，以多排或叉排形式布置。在长期的工业实践中，存在以下问题：
4.(1)翅片面积大、结构紧密，不仅流动阻力大，而且容易造成柳絮、灰尘、煤灰粉尘等物质的沉积，增大换热热阻，降低换热效率。特别在夏季高温时段，严重影响发电机组带负荷能力，不利于电网的稳定性。
5.(2)间接空冷换热管束的基管通常为圆管。实际运行中沿空气流动方向，管背面尾流区较大，换热面积利用不充分。
6.为了解决上述问题，有技术人员对类似换热管束进行结构优化。专利文献201821879426.9公开《一种空冷凝汽器及其换热管组件》，所述换热管组件包括基管，所述基管的周壁形成有两端开口的换热通道，所述周壁的迎风侧外表面为弧形面，所述周壁的被风侧的外表面为平面；该实用新型基管迎风侧采用弧形面有利于冷却空气进入换热组件，并且弧形面的表面积大于直线段表面积，进而增大接触面积，在降低基管气流阻力的前提下，提高换热效率；基管的被风侧外表面为平面有利于减小出口热空气的紊乱涡流，减少出气阻力。该实用新型的基管可适当消减带钢材料量，降低成本，并且提高换热组件的换热效率，进而提高能源利用率和设备利用率，降低发电耗煤，为空冷凝汽器的安全经济运行提供保障。
7.专利文献201110154427.3公开《一种伞形空冷区的双仿生树形管束式凝汽器》，由若干个换热管、端管板、中间管板、空冷挡汽板组件、抽空管道、壳体组件、水室等组成；凝汽器端管板上的换热管呈两个分隔开的仿生树形布置，构成双仿生树形管束；空冷挡汽板组件、两个渐缩空冷管束、空冷连通孔或管以及抽空管道构成“伞”字形空冷管束组件。该发明具有凝汽器管束汽流流场均匀无涡流、汽阻小、热负荷均匀、凝结水过冷度小、抽气无再热和抽空管比较短、凝汽器的传热系数较大的优点，凝汽器换热系数可比按hei计算值高10％以上，其机组节能效果明显。
8.专利文献202010370094.7公开《一种间接空冷散热器管束》，包括管板、换热管和翅片；所述换热管两端部横截面为圆形、其它部分横截面为椭圆形，材质为铝、铝合金或不锈钢；所述管板的管孔为圆形；所述翅片材质为铝或铝合金，管孔为椭圆形，其上开有多条强化换热的条缝；管板与传热管通过胀接联接，翅片与传热管也通过胀接联接。该发明一种间接空冷散热器管束，不仅提高了管束的换热效率，而且还减小了空气侧的阻力。
9.专利文献202010370149.4公开的《空冷凝汽器单排管》，包括基管和蛇形翅片，所述基管横截面为扁形的管，基管的横截面外形尺寸为长度为120
‑
175mm、宽度10
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15mm；所述基管横截面长边所在的两侧面外部各设置一条蛇形翅片，所述蛇形翅片的厚度为0.1
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0.22mm；所述蛇形翅片为间断型翅片或波纹型翅片。该发明增加基管的承压能力，翅片承受外压的应力大大减小，这样可降低翅片厚度，翅片可以开缝做成百叶窗式或桥片结构，也可以做成波浪型，以此来强化换热，从而提高单排管的换热性能。
10.上述专利文献利用换热器的扩展受热面提高换热效率，但是没有解决受热面容易沉积的问题。实际运行中，在春夏之际，必须得清洁受热面，以提高火电机组发电负荷。而清洗的受热面，并不能维持长时间的高负荷。同时对于尾流区的消除，也没有特别有效的措施。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有突尖圆形凹槽的间接空冷换热管束，旨在减少间接空冷换热管束的污垢沉积和提高空冷机组的换热能力。
12.这种具有突尖圆形凹槽的间接空冷换热管束，包括基管、具有突尖的圆形凹槽和换热器壳体组件；基管为圆管(即第一基管)或椭圆管(即第二基管)；圆形凹槽通过焊接固定在基管外侧的迎风侧和背风侧，同侧的两个圆形凹槽之间相交形成一个突尖；基管和具有突尖的圆形凹槽组成换热管，若干个换热管之间的排列方式为顺排或叉排，并通过换热器壳体组件固定。
13.作为优选：圆形凹槽的材质可以为铝或铝合金等金属。
14.作为优选：换热管两端呈弧形收缩闭合结构。
15.作为优选：圆形凹槽为圆弧形，并与基管外表面光滑相切形成外接触面，以保证圆形的吻合度。
16.作为优选：当基管为圆管时，圆形凹槽的直径与基管外径相同，圆形凹槽的圆弧长度为圆形基管外径对应的周长的1/6。
17.作为优选：当基管为椭圆管时，该椭圆可以采用公式x2/a2 y2/b2＝1(a>b>0)表式，椭圆存在左、右两个焦点，两个焦点之间的距离称为焦距，用2c表示，可以求出那么圆形凹槽的圆弧长度为π(a
‑
c)/3，即圆形凹槽的圆弧长度为椭圆长轴和焦距差的π/6倍。
18.作为优选：为保证传热效果，突尖的顶部截面越小越好，最好是一条直线。
19.作为优选：突尖在基管迎风侧和背风侧均布置一个，呈对称分布。
20.作为优选：基管与气流方向相互垂直。
21.作为优选：基管内为循环冷却水。基管的尺寸根据发电机组的容量大小有所变化，以保证机组的真空度为依据。
22.本实用新型的有益效果是：本实用新型的换热管设有带突尖的圆形凹槽，不仅可以降低间接空冷塔换热管束的污垢沉积、减少空气气流的流动阻力，同时还可以提高空冷机组的换热能力。
附图说明
23.图1为本实用新型基管为圆管的突尖圆形凹槽结构放大图；
24.图2为本实用新型基管为圆管的叉排布置方式俯视图；
25.图3为本实用新型基管为圆管的顺排布置方式俯视图；
26.图4为本实用新型基管为椭圆管的突尖圆形凹槽结构放大图；
27.图5为本实用新型基管为椭圆管的叉排布置方式俯视图；
28.图6为本实用新型基管为椭圆管的顺排布置方式俯视图。
29.附图标记说明：第一圆形凹槽1、第一基管2、第一外接触面3、第二圆形凹槽4、第二外接触面5、第三圆形凹槽6、第三外接触面7、第一突尖8、第四圆形凹槽9、第四外接触面10、第二突尖11、第五圆形凹槽21、第二基管22、第五外接触面23、第六圆形凹槽24、第六外接触面25、第七圆形凹槽26、第七外接触面27、第三突尖28、第八圆形凹槽29、第八外接触面30、第四突尖31。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
31.本实用新型的基管与气流方向相垂直。这是目前常见的间接空冷塔的布置结构。而专利文献201821879426.9和专利文献201320271735.9的基管与气流方向平行。
32.由于气流方向的特点，间接空冷塔的换热特性存在很多不同的特点。本实用新型以宁夏枣泉电厂为例，进行了数值模拟试验。发现在环境风速为0m/s时，间接空冷塔的换热性能最好。然后随着环境风速的增加，间接空冷塔的换热性能恶化。一直到环境风速大约为12m/s左右，间接空冷塔的换热性能最差。当环境风速超过12m/s时，随着环境风速的增大，间接空冷塔的换热性能又得以提高。
33.这个数值模拟试验结果和现场试验结果一致。并且该结果也在若干博士论文里面得到阐述。这个结果颠覆了经典传热理论。
34.通常认为：环境风速越大，间接空冷塔的换热性能越好。
35.但是产生这个现象的机理，并没有得到圆满的解释。只能遵循试验结果，尽可能降低近壁区的流速。
36.实施例一
37.为此本实用新型采用仿生学理论，借鉴贝壳的结构，设计圆形凹槽。圆形凹槽的直径尺寸与基管外径相同，均为完美的圆。圆形凹槽的圆弧长度为圆形基管的周长1/6。相当于1个与基管外径相同的圆，可以制作6个圆形凹槽。
38.圆形凹槽通过焊接固定在基管上。当基管为圆管时，如图1所示，第一圆形凹槽1焊接在第一基管2外侧的迎风侧，焊点位于第一圆形凹槽1与第一基管2组成的内角位置(即图1中第一外接触面3和第三外接触面7之间的圆弧段与第一圆形凹槽1之间的锐角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第一圆形凹槽1和第一基管2相切处的第一外接触面3，以保证圆形的吻合度。
39.按相同程序将第二圆形凹槽4焊接在第一基管2外侧的背风侧，焊点位于第二圆形凹槽4与第一基管2组成的内角位置(即图1中第二外接触面5和第四外接触面10之间的圆弧段与第二圆形凹槽4之间的锐角夹角)。焊接完成后，同样需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第二圆形凹槽4和第一基管2相切处的第二外接触面5，以保证圆形的吻合度。
40.然后将第三圆形凹槽6焊接在第一基管2外侧的迎风侧，焊点位于第三圆形凹槽6与第一基管2组成的外角位置(即图1中第三外接触面7和第四外接触面10之间的圆弧段与第三圆形凹槽6之间的钝角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第三圆形凹槽6和第一基管2相切处的第三外接触面7，以保证圆形的吻合度。
41.接着将第一圆形凹槽1和第三圆形凹槽6焊接在一起。焊接完成后，需要对第一圆形凹槽1和第三圆形凹槽6形成的第一突尖8进行表面处理，使其形状成为一个突尖。为保证传热效果，突尖的顶部截面越小越好，最好是一条直线。
42.然后将第四圆形凹槽9焊接在第一基管2外的背风侧，焊点位于第四圆形凹槽9与第一基管2组成的外角位置(即图1中第三外接触面7和第四外接触面10之间的圆弧段与第四圆形凹槽9之间的钝角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第三圆形凹槽6和第一基管2相切处的第四外接触面10，以保证圆形的吻合度。
43.接着将第二圆形凹槽4和第四圆形凹槽9焊接在一起。焊接完成后，需要对第二圆形凹槽4和第四圆形凹槽9形成的第二突尖11进行表面处理，使其形状成为一个突尖。为保证传热效果，突尖的顶部截面越小越好，最好是一条直线。
44.得到图1所示的换热管之后。采用换热器壳体组件，将换热器管束固定。换热器壳体组件是指通用的固定方式，一般包括壳体、固定板、封头等，属于常规设置，在此不予赘述。
45.换热管束在换热器内的布置，可以采用叉排方式，如图2所示。
46.换热管束在换热器内的布置，也可以采用顺排方式，如图3所示。
47.实施例二
48.当基管为椭圆管时，该椭圆可以采用公式x2/a2 y2/b2＝1(a>b>0)表式，椭圆存在左、右两个焦点，两个焦点之间的距离称为焦距，用2c表示，可以求出那么圆形凹槽的圆弧长度为π(a
‑
c)/3，即圆形凹槽的圆弧长度为椭圆长轴和焦距差的π/6倍。
49.基管为椭圆管的实施方式与基管为圆管的类似。具体为：
50.如图4所示，第五圆形凹槽21焊接在第二基管22外侧的迎风侧，焊点位于第五圆形凹槽21与第二基管22组成的内角位置(即图4中第五外接触面23和第七外接触面27之间的圆弧段与第五圆形凹槽21之间的锐角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第五圆形凹槽21和第二基管22相切处的第五外接触面23，以保证圆形的吻合度。
51.按相同程序将第六圆形凹槽24焊接在第二基管22外侧的背风侧，焊点位于第六圆形凹槽24与第二基管22组成的内角位置(即图4中第六外接触面25和第八外接触面30之间的圆弧段与第六圆形凹槽24之间的锐角夹角)。焊接完成后，同样需要对圆形凹槽与基管接
触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第六圆形凹槽24和第二基管22相切处的第六外接触面25，以保证圆形的吻合度。
52.然后将第七圆形凹槽26焊接在第二基管22外侧的迎风侧，焊点位于第七圆形凹槽26与第二基管22组成的外角位置(即图4中第七外接触面27和第八外接触面30之间的圆弧段与第七圆形凹槽26之间的钝角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第七圆形凹槽26和第二基管22相切处的第七外接触面27，以保证圆形的吻合度。
53.接着将第五圆形凹槽21和第七圆形凹槽26焊接在一起。焊接完成后，需要对第五圆形凹槽21和第七圆形凹槽26形成的第三突尖28进行表面处理，使其形状成为一个突尖。为保证传热效果，突尖的顶部截面越小越好，最好是一条直线。
54.然后将第八圆形凹槽29焊接在第二基管22外侧的背风侧，焊点位于。焊接完成后第八圆形凹槽29与第二基管22组成的外角位置(即图4中第七外接触面27和第八外接触面30之间的圆弧段与第八圆形凹槽29之间的钝角夹角)。焊接完成后，需要对圆形凹槽与基管接触的、环境气流流经的面积进行处理，特别是第八圆形凹槽29和第二基管22相切处的第八外接触面30，以保证圆形的吻合度。
55.接着将第六圆形凹槽24和第八圆形凹槽29焊接在一起。焊接完成后，需要对第六圆形凹槽24和第八圆形凹槽29形成的第四突尖31进行表面处理，使其形状成为一个突尖。为保证传热效果，突尖的顶部截面越小越好，最好是一条直线。
56.图4所示的换热管加工质量与图1的一致。同样采用换热器壳体组件，将换热器管束固定。换热器壳体组件是指通用的固定方式，一般包括壳体、固定板、封头等，属于常规设置，在此不予赘述。
57.换热管束在换热器内的布置，可以采用叉排方式，如图5所示。
58.换热管束在换热器内的布置，也可以采用顺排方式，如图6所示。
59.以上加工程序只是众多生产工艺的一种。无论基管为圆管或椭圆管，加工后的质量指标为：
60.(1)各圆形凹槽和基管的外接触面必须保证较高的平滑度，避免产生气流的扰动。圆形凹槽是降低空气气流流动阻力的关键，同时其与空气气流流动的相互关系，也确保污垢在间接空冷塔换热管束的沉积最少，且容易清洗。
61.(2)基管前后的两个突尖必须保证是一个围合面，空气不会从突尖中漏过。并且突尖顶部截面最好是一条直线，这样在突尖位置会形成高温、高换热系数的结构，从而增强换热。
62.在基管背风侧的带突尖的圆形凹槽还减少了管背面的尾流区，充分利用了换热面积。
63.以上说明本实用新型具有突尖圆形凹槽的间接空冷塔换热管束完全解决了间接空冷塔换热管束存在的问题。
64.以上基管无论是圆管或椭圆管，当间接空冷塔换热管束塔外垂直方向布置时，换热管会较长。此时可沿流程方向，均分几段。或者采用固定措施，以保证换热器组件在极端环境下的安全性。