组合式换热管的制作方法

1.本实用新型涉及热交换换热器技术领域，特别是涉及一种组合式换热管。


背景技术：

2.换热设备是重要的能量转换设备之一。对于管内纵向冲刷的汽水换热装置会采用管内高温气体对冷水进行加热，通过将高温气体送入到换热管中从而与水之间进行热交换，从而使水的温度升高。在管内纵向冲刷的气水换热装置中，管内为气体，管外为水，气侧传热系数远小于水侧的传热系数，所以管内气侧的传热系数决定总的传热系数的大小，只有提高管内气侧的传热系数才有可能大幅提升管内纵向冲刷换热管的总的传热系数。而传统管内强化传热元件多采用扰流的方式(如螺纹管、内插扰流片、内插螺旋丝)，没有扩展受热面，传热强化的效果有限。
3.现有的换热管多采用内壁光滑的圆管制成，由于管内壁为光滑设计，气流流过光管时，在靠近内壁处形成层流边界层，使高温气体在经过换热管的流速很快，导致需要进行热交换的两种物质之间接触不够充分，热交换效果不好，如果单纯采用内插翅片管的方式，虽然增加了管内传热面积，可以较大的提升换热管的换热能力，但当高温气体流通截面积缩小较多，气体流速提升，导致换热管的阻力有较大的提升。
4.对于传统技术而言，如气侧的气体有一定的腐蚀性，会对管壁有一定的腐蚀性，否则管子就需要采用耐蚀性材料制造，例如不锈钢304或316，但不锈钢304或316的传热系数较低，会降低总传热系数，而且成本较高。如采用碳钢管制造，则不耐腐蚀，使用寿命较短。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种在满足换热管高效传递热量的前提下，尽可能的降低换热管的阻力，既可以大大提升换热管的传热系数，又可以避免外侧碳钢套管腐蚀的组合式换热管，旨在破坏层流边界层、增强烟气紊流、可以快速降低换热管中心部分气体温度。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组合式换热管，包括套管，所述套管入口处设置有扰流元件，所述套管出口处设置有翅片管，所述翅片管由若干个沿套管圆周方向设置的翅片管单元组合而成，所述翅片管单元包括弧形本体和若干个位于所述弧形本体内侧的翅片，沿所述弧形本体的弧形方向，所述翅片的高度先逐渐增高后逐渐降低，各翅片平行设置，且翅片中最高的一个位于套管的中心线上。
7.进一步的，所述套管和翅片管过盈配合。
8.进一步的，所述扰流元件为扰流片或螺旋丝。
9.更进一步的，所述扰流片为与所述套管同轴的麻花状钢片，所述扰流片的螺距约为套管内径的2.5～5倍，最优选地，所述扰流片远离套管入口处的一端与翅片管基本接触。
10.进一步的，所述扰流片的材质为碳钢或耐高温合金钢。
11.更进一步的，所述螺旋丝由钢丝绕成螺旋状，所述螺旋丝的外径接近套管内径，螺
旋丝的螺距约为套管内径的0.5～2倍，最有选地，所述螺旋丝远离套管入口处的一端与翅片管基本接触。
12.进一步的，所述螺旋丝为直径2～4mm的耐高温合金钢丝。
13.进一步的，相邻两所述翅片管单元之间设置有纵向的插片，更进一步的，所述插片可以选择铝片。
14.进一步的，所述翅片的侧面设置有外凸的纵向撕裂槽。
15.进一步的，所述翅片的材质是硅铝合金。
16.进一步的，所述翅片管单元之间通过凸凹的定位槽定位，所述弧形本体一端设置有凹槽，另一端设置有可以与凹槽相配合的凸起。
17.进一步的，所述翅片中最高的一个的翅顶厚度大于其他翅片的翅顶厚度，所述每个翅片的厚度从翅顶到翅根逐渐增大。
18.本实用新型的有益效果是：
19.(1)本实用新型的翅片管，翅片可以深入高温气体内部，将高温气体分割为多个小的流通通道，使得气体可以迅速得到冷却，此外由于流通通道的减小，高温气体与翅片表面的边界层较同等气体流速下与光管换热的边界层减小，可以较高的提升换热效率。
20.(2)在每个翅的表面设有撕裂槽，当高温气体在温度降低的过程中，有水或液体凝结时，撕裂槽可以将水或则液体分裂成小的水珠，避免翅片表面完全被水或液体覆盖，从而隔绝翅片和高温气体换热，降低换热效率。此外由于撕裂槽对翅片表面高温气体的扰动作用，可以减少高温气体与翅片表面的边界层的厚度，从而提升换热效率。
21.(3)在翅片间插入纵向的插片，使得气体的流通截面积减小了，同时受热面进一步增加，从而确保了低流速下换热管的换热效率。
附图说明
22.图1是本实用新型的组合式换热管的一种结构示意图；
23.图2为图1中所示b的局部放大图；
24.图3为图1的右视图；
25.图4为图3沿a
‑
a方向的剖视图；
26.图5为本实用新型的组合式换热管的另一种结构示意图；
27.图6为图5中所示a的局部放大图；
28.图7为图5的右视图；
29.图8为图7沿a
‑
a方向的剖视图；
30.图9为本实用新型的组合式换热管中翅片管的结构示意图；
31.图10为本实用新型的组合式换热管中翅片管单元的结构示意图；
32.图11为本实用新型的组合式换热管中翅片的结构示意图；
33.附图标记说明：
34.1——套管；2——扰流元件；21——扰流片；22——螺旋丝；3——翅片管；31——翅片管单元；311——翅片；32——凹槽；33——凸起；4——插片；5——纵向撕裂槽。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明，并不是把本实用新型的实施范围限制于此。
36.如图1所示，本实施例的组合式换热管，包括套管1，所述套管1入口设置有扰流元件2，所述套管1出口处设置有翅片管3，所述翅片管3由若干个沿套管1的圆周方向设置的翅片管单元31组合而成，所述翅片管单元31包括弧形本体和若干个位于所述弧形本体内侧的翅片311，沿所述弧形本体的弧形方向，所述翅片311的高度先逐渐增高后逐渐降低，各翅片311平行设置，且翅片311中最高的一个位于套管1的中心线上。本实施例中，如图9和10所示，所述翅片管3由3个相同的翅片管单元31组合而成，每个翅片管单元31相当于一块1/3圆件，3块1/3圆件组成一个管体，所述翅片管单元31包括弧形本体和6个高低不等的位于所述弧形本体内侧的翅片311组成，其呈梳状结构，翅片311的高度沿所述弧形本体的弧形方向先逐渐增高后逐渐降低，使用过程中，在接近套管1内壁附近的高温气体，在扰流元件2的扰动下，产生了旋转运动，旋转运动使得边界层减薄，从而提高了换热效率，另一方面，翅片311 可以深入高温气体内部，将高温气体分割为多个小的流通通道，各个翅片311 之间的间隙为气体流动的空间，气体经过后，使得气体可以迅速得到冷却，此外由于流通通道的减小，使得高温气体与翅片311表面的边界层进一步减小，可以有效的提高换热系数，从而提升换热效率。
37.作为优选，本实施例中翅片管3与外侧的套管1采用压力的方式紧密结合，使得套管1和翅片管3过盈配合，减少了翅片管3与套管1间的接触热阻，进一步提高换热效率。
38.本实用新型中，扰流元件2有两种形式可以选择，一种是扰流片21，另一种是螺旋丝22。
39.扰流片21可以是采用碳钢或耐高温合金钢制作的、有一定厚度的带状钢片，其绕套管1的中心线扭转成麻花状，其螺距约为套管1内径的2.5～5倍，高温气体在流过扰流片21时，气体整体产生了周期性、剧烈的旋转运动，可以较大地提升换热管的换热系数。为了更大限度地利用扰流片21的扰动作用，同时不对翅片管3内部造成影响，螺旋丝远离套管1入口处的一端可以与翅片管 3基本接触。
40.螺旋丝22可以采用直径2～4mm的耐高温合金的钢丝绕成螺旋状，其外径接近套管1内径，螺距约为套管1内径的0.5～2倍。位于套管1内壁附近的高温气体，在螺旋丝22的扰动下，产生了旋转运动，旋转运动使得边界层减薄，从而提高了换热效率。为了更大限度地利用螺旋丝22的扰动作用，同时不对翅片管3内部造成影响，螺旋丝22远离套管1入口处的一端尽量与翅片管3基本接触。
41.本实施例换热管的翅片管单元之间31通过凸凹的定位槽定位，所述弧形本体一端设置有凹槽32，另一端设置有可以与凹槽32相配合的凸起33。
42.为避免外侧套管1的腐蚀，本实施例套管1的材质选择碳钢管。
43.为了进一步提高换热管的换热系数，防止换热管的腐蚀，本实施例的翅片311材质选择传热系数更高的硅铝合金。
44.为了提升高温气体的流速，防止随着高温气体温度的降低，流速也逐步降低，从而导致换热管的换热效率下降，本实施例的换热管在相邻两翅片管单元31之间插入有纵向的插片4，插片4插入后，气体的流通截面积减小了，同时受热面进一步增加，从而确保了低流
速下换热管具有较高的换热效率。为了进一步提高换热系数，插片4可以选择铝片。
45.本实施例的换热管在每个翅片311的侧面设置有外凸的纵向撕裂槽5，当高温气体在温度降低的过程中，有水或液体凝结时，纵向撕裂槽5可以将水或则液体分裂成小的水珠，避免翅片311表面完全被水或液体覆盖，从而隔绝翅片311和高温气体换热而导致换热效率降低。此外由于纵向撕裂槽5对翅片 311表面高温气体的扰动作用，可以减少高温气体与翅片311表面的边界层的厚度，从而提升换热效率。
46.换热管内流体流动时，靠近换热管中心的流体温度较高，降温较慢，需要更长的距离才可以将平均温度降低下来，为了降低翅片311截面的平均温度和最高温度，本实施例中最高一个翅片311的翅顶厚度大于其他翅片的翅顶厚度，同时，每个翅片311从翅顶到翅根，厚度逐渐增大。
47.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。