專利名稱：空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)化傳熱元件，尤其是一種空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置。
技術(shù)背景管殼式換熱器在石油化工、能源動(dòng)力、造紙、制藥等過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，換熱 強(qiáng)化對(duì)于換熱器節(jié)能降耗具有十分重要的意義。研究新型強(qiáng)化換熱管一直是強(qiáng)化換熱研究的 重要課題。傳熱強(qiáng)化技術(shù)通?？煞譃橹鲃?dòng)強(qiáng)化和被動(dòng)強(qiáng)化技術(shù)，前者是需從外界輸入能量的 傳熱強(qiáng)化技術(shù)，后者則不需要外界能量的輸入，因此在工程中應(yīng)用廣泛。在換熱器運(yùn)行過(guò)程中，由于內(nèi)部工質(zhì)的流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致傳熱元件的振動(dòng)。在管殼式換熱器 中，流體誘導(dǎo)振動(dòng)的主要原因是漩渦脫落、紊流抖振和流體彈性激振。換熱器內(nèi)傳熱元件布 置方式使得任何一種元件都很難產(chǎn)生自由振動(dòng)，但可能產(chǎn)生流體誘導(dǎo)下的共振。在換熱器內(nèi) 部，平行于傳熱管軸線流動(dòng)的縱向流和垂直于傳熱管軸線的橫向流，都可能激發(fā)傳熱元件的 振動(dòng)。在一般情況下，縱向流所激發(fā)振動(dòng)的振幅較小，往往可以忽略，只有在流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 正常流速的場(chǎng)合才需考慮。而橫向流在正常流速下就可能引起較大振幅的振動(dòng)，因此橫向流 激振引起的振動(dòng)得到廣泛深入的研究。換熱器內(nèi)流體誘導(dǎo)振動(dòng)與傳熱表面污垢是傳熱技術(shù)應(yīng)用中長(zhǎng)期未能解決的技術(shù)難題，換 熱器內(nèi)的流體誘導(dǎo)振動(dòng)導(dǎo)致劇烈的噪聲與元件損壞，污始則造成巨大的資源與能量損失。利 用流體誘導(dǎo)傳熱元件振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱是被動(dòng)強(qiáng)化換熱的一種形式，將換熱器內(nèi)對(duì)流體誘導(dǎo) 振動(dòng)的嚴(yán)格防止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)振動(dòng)的有效利用，使傳熱元件在低流速下的對(duì)流換熱系數(shù)大幅度提 高，并利用振動(dòng)抑制傳熱元件表面積垢，降低污垢熱阻，實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化換熱。中國(guó)發(fā)明專利"浮動(dòng)盤管一熱管兩級(jí)加熱汽水熱交換器"(申請(qǐng)?zhí)?2106727.5)和"彈 性管束汽水熱交換機(jī)組"(申請(qǐng)?zhí)?4110563.6)提出了一種彈性管束傳熱元件，利用流體誘 導(dǎo)管束振動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)化換熱，這種彈性管束具有兩個(gè)固定端和一個(gè)浮動(dòng)質(zhì)量端，是一種平面彈 性管束傳熱元件。以上兩種結(jié)構(gòu)可利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱，但缺少空間螺旋及換熱 管截面橢圓率的變化，管內(nèi)流體難以形成能夠進(jìn)一步強(qiáng)化換熱的"二次縱向渦流"。中國(guó)發(fā)明專利"交叉橢圓形截面換熱管"(申請(qǐng)?zhí)?0136122.8)提出了一種由若干橢圓 管段組成的強(qiáng)化換熱管，相鄰橢圓管段的橢圓長(zhǎng)軸之間相交一定角度(60度或90度)。這種 設(shè)計(jì)較好地符合"場(chǎng)協(xié)同原理"。而中國(guó)發(fā)明專利"圓一橢圓截面交叉縮放強(qiáng)化換熱管"(申 請(qǐng)?zhí)?3104763.7)提出的換熱元件為若干圓管段、橢圓管段和圓一橢圓過(guò)渡段所組成，各 管段依次周期排列，相鄰橢圓管段的橢圓長(zhǎng)軸之間交叉15 90度角，該換熱管流動(dòng)阻力小， 速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)有更好的協(xié)同程度。以上兩種換熱管結(jié)構(gòu)在不采用外界插入物的情況下， 產(chǎn)生大尺度的二次縱向渦，因此該換熱管流動(dòng)阻力小，速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)有更好的協(xié)同程度，達(dá)到強(qiáng)化換熱。但上述兩種結(jié)構(gòu)不能利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的強(qiáng)化換熱，而且管束制造工藝較復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有充分利用流體誘導(dǎo)振動(dòng)，使換熱管實(shí) 現(xiàn)預(yù)期的振動(dòng)形式，并在換熱管內(nèi)產(chǎn)生二次流(縱向渦流)，使速度場(chǎng)與溫度梯度場(chǎng)協(xié)同，流 動(dòng)阻力小，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱的空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝 置，包括換熱管和支撐裝置，支撐裝置設(shè)置于換熱器內(nèi)，換熱管呈空間螺旋型，換熱管的安 裝端與支撐裝置連接，換熱管的截面呈圓形或橢圓形。所述的空間螺旋型包括單螺旋型和雙螺旋型，其中雙螺旋型換熱管上設(shè)有附加質(zhì)量。所述的支撐裝置包括固定支撐和浮動(dòng)支撐，固定支撐固定安裝于換熱器內(nèi)，浮動(dòng)支撐懸 浮于換熱器內(nèi)。所述的單螺旋型或雙螺旋型換熱管的兩個(gè)安裝端分別安裝于換熱器的兩個(gè)固定支撐上， 或者兩個(gè)安裝端分別安裝于換熱器的固定支撐和浮動(dòng)支撐上。本發(fā)明通過(guò)不同換熱管結(jié)構(gòu)和安裝固定形式，可以得到換熱管束不同的支撐剛度及振動(dòng) 固有頻率。在工作中，殼程流體橫掠換熱管束，誘導(dǎo)管束產(chǎn)生振動(dòng)，利用不同介質(zhì)及不同流 體流動(dòng)狀態(tài)，誘導(dǎo)傳熱元件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱所需的振動(dòng)，滿足換熱管在不同流體誘導(dǎo)振動(dòng)激勵(lì) 下實(shí)現(xiàn)不同振型的設(shè)計(jì)要求，抑制污垢生成，強(qiáng)化換熱。同時(shí)，由于空間螺旋和不同橢圓率 截面換熱管的作用，流經(jīng)管程流體的向心力不斷變化，在不采用管內(nèi)插入物的條件下，使換 熱管內(nèi)管程流體在一定管內(nèi)流速下，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)二次縱向渦流，在不顯著增加流動(dòng)阻力的前提 下，進(jìn)一步改善了換熱器整體場(chǎng)協(xié)同程度，提高換熱效率。


圖l是無(wú)附加質(zhì)量單螺旋圓截面換熱管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是有附加質(zhì)量雙螺旋圓截面換熱管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是雙螺旋有附加質(zhì)量的換熱管在換熱器中兩端固定支撐的使用結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3中A-A向剖視圖；圖5是單螺旋無(wú)附加質(zhì)量的換熱管在換熱器中兩端固定支撐的使用結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5中B-B向剖視圖；圖7是單螺旋換熱管在換熱器中一端浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7中C-C向剖視圖；圖9是橢圓截面換熱管內(nèi)流場(chǎng)縱向渦流示意圖；圖10是圓截面換熱管內(nèi)流場(chǎng)縱向渦流示意圖。其中l(wèi).換熱管，2.安裝端，3.附加質(zhì)量，4.換熱器，5.固定支撐，6.浮動(dòng)支撐。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例l:如圖3、圖5、圖7所示，支撐裝置設(shè)置于換熱器4內(nèi)，換熱管l呈空間螺旋 型，換熱管1的安裝端2與支撐裝置連接，換熱管1的截面呈圓形或不同橢圓率的橢圓形。如圖1、圖2所示，空間螺旋型換熱管1包括單螺旋型換熱管1和雙螺旋型換熱管1，其 中雙螺旋型換熱管1上設(shè)有附加質(zhì)量3。如圖3、圖5、圖7所示，支撐裝置包括固定支撐5和浮動(dòng)支撐6，固定支撐5固定安裝 于換熱器4內(nèi)，浮動(dòng)支撐6懸浮于換熱器1內(nèi)。如圖3、圖4所示，有附加質(zhì)量3的空間雙螺旋型換熱管1的兩個(gè)安裝端2分別固定安 裝于換熱器4的兩個(gè)固定支撐5上。如圖5、圖6所示，無(wú)附加質(zhì)量的空間單螺旋型換熱管1的兩個(gè)安裝端2分別安裝于換 熱器4的兩個(gè)固定支撐5上。實(shí)施例2:與實(shí)施例l不同的是如圖7、 8所示，無(wú)附加質(zhì)量的空間單螺旋型換熱管1 的一個(gè)固定端2安裝在換熱器4內(nèi)的浮動(dòng)支撐6上，另一固定端2安裝在換熱器4內(nèi)的固定 支撐5上。其余相同，不再贅述。由實(shí)施例1、 2可以得出，本發(fā)明通過(guò)不同換熱管1結(jié)構(gòu)和安裝固定形式，可以得到換熱 管束不同的支撐剛度及振動(dòng)固有頻率。在工作中，殼程流體橫掠換熱管束，誘導(dǎo)管束產(chǎn)生振 動(dòng)，利用不同介質(zhì)及不同流體流動(dòng)狀態(tài)，誘導(dǎo)傳熱元件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱所需的振動(dòng)，滿足換熱 管1在不同流體誘導(dǎo)振動(dòng)激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)不同振型的設(shè)計(jì)要求，抑制污垢生成，強(qiáng)化換熱。同時(shí)， 由于空間螺旋和不同橢圓率截面換熱管1的作用，流經(jīng)管程流體的向心力不斷變化，在不采 用管內(nèi)插入物的條件下，使換熱管1內(nèi)管程流體在一定管內(nèi)流速下，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)二次縱向渦流(如圖9、 10)，在不顯著增加流動(dòng)阻力的前提下，進(jìn)一步改善了換熱器1整體場(chǎng)協(xié)同程度， 提高換熱效率。
權(quán)利要求
1.一種空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置，包括換熱管和支撐裝置，支撐裝置設(shè)置于換熱器內(nèi)，其特征在于換熱管呈空間螺旋型，換熱管的安裝端與支撐裝置連接，換熱管的截面呈圓形或橢圓形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置，其特征在于所述 的空間螺旋型包括單螺旋型和雙螺旋型，其中雙螺旋型換熱管上設(shè)有附加質(zhì)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置，其特征在于所述 的支撐裝置包括固定支撐和浮動(dòng)支撐，固定支撐固定安裝于換熱器內(nèi)，浮動(dòng)支撐懸浮于換熱 器內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置，其特征在 于所述的單螺旋型或雙螺旋型換熱管的兩個(gè)安裝端分別安裝于換熱器的兩個(gè)固定支撐上， 或者兩個(gè)安裝端分別安裝于換熱器的固定支撐和浮動(dòng)支撐上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間螺旋彈性強(qiáng)化換熱管束及其支撐裝置，包括換熱管和支撐裝置，支撐裝置設(shè)置于換熱器內(nèi)，換熱管呈空間螺旋型，換熱管的安裝端與支撐裝置連接，換熱管的截面呈圓形或橢圓形。本發(fā)明是通過(guò)不同的換熱管結(jié)構(gòu)及支撐形式，獲得管束不同的固有頻率和振動(dòng)特性，利用殼程不同介質(zhì)及不同流體流動(dòng)狀態(tài)，誘導(dǎo)傳熱元件(或管束)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱所需的振動(dòng)，并在空間螺旋及橢圓截面的作用下，使換熱管內(nèi)介質(zhì)在一定管內(nèi)流速下實(shí)現(xiàn)管內(nèi)二次縱向渦流。在流體誘導(dǎo)振動(dòng)和二次渦流的復(fù)合作用下，改善換熱器場(chǎng)協(xié)同度，抑制污垢產(chǎn)生，提高換熱效率。
文檔編號(hào)F28D7/00GK101266106SQ20081001587
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者林 程, 葛培琪, 柯 閆 申請(qǐng)人:山東大學(xué)