專利名稱：采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及預(yù)熱器，特別涉及采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱
O
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的預(yù)熱器技術(shù)有多種，例如管殼式預(yù)熱器，板式預(yù)熱器等，目前在制糖工業(yè)的糖液預(yù)熱器絕大多數(shù)是采用傳統(tǒng)的光滑管管殼式預(yù)熱器，傳熱方式是采用強(qiáng)迫對流的傳熱方式，這種預(yù)熱器的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械密封性好，承壓能力高，管程與殼程冷熱兩側(cè)流道之間的密封只有管束兩端管子與管板之間的焊接或脹接密封，因此可以應(yīng)用于高溫與高壓的換熱場合，長期以來在制糖工業(yè)中一直沿用。但由于在光滑管預(yù)熱器中的糖液流體傳熱熱阻主要集中在近壁的傳熱滯留底層，而流體的速度場與溫度場交角為90°，傳熱場協(xié)同作用基本為零，單純依靠提高糖液的流速不能有效提高流體的傳熱系數(shù)，卻會(huì)大幅增加管內(nèi)流體的阻力，造成流體輸送功耗增大，此外，傳統(tǒng)的光滑管管殼式預(yù)熱器采用弓形折流板作為傳熱管的管間支撐物，蒸汽在殼程沿管束的軸向與徑向作往返的折流，對加熱蒸汽的流體阻力較大，會(huì)造成加熱蒸汽與糖液之間的傳熱溫差出現(xiàn)較大的溫差損失，降低傳熱推動(dòng)力。內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管是一種帶間隔分置旋流片的復(fù)合強(qiáng)化傳熱管(發(fā)明專利 ZL200610035832.2)，該種管型利用其周期性非對稱的急擴(kuò)與漸縮曲面及管內(nèi)間隔均勻分置的旋流片，對流體的主流區(qū)與近壁區(qū)均有周期性置換與擾動(dòng)的功能，可充分利用旋流片下游產(chǎn)生的低流阻流體自旋流促進(jìn)強(qiáng)化傳熱，改變流體在近壁區(qū)的流向與提高湍流度，產(chǎn)生較強(qiáng)的傳熱場協(xié)同作用，在流體輸送功耗相同的條件下，與光滑傳熱管相比可大幅提高流體的對流傳熱系數(shù)309Γ50%?？招沫h(huán)網(wǎng)板管間支撐物(申請?zhí)枮?9218385. 3的專利申請文件)可使加熱蒸汽在殼程沿管束作軸向流動(dòng)，空心環(huán)網(wǎng)板的空隙率很大(達(dá)80%)，對蒸汽的流動(dòng)阻力非常小，可顯著減少蒸汽與糖液之間的傳熱溫差損失，獲得較高的傳熱推動(dòng)力， 提高預(yù)熱器的傳熱速率。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)的缺陷和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速縮放管糖液預(yù)熱器。采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱器，包括進(jìn)口封頭1、軸線水平的筒體4及出口封頭7，筒體4的兩端設(shè)置有管板2，管板2分別與進(jìn)口封頭1和出口封頭7連接，進(jìn)口封頭1上設(shè)置有管程糖液進(jìn)口 12，出口封頭7上設(shè)置有管程糖液出口 8，筒體上設(shè)置有殼程冷凝水出口 3和殼程蒸汽進(jìn)口 9，筒體4兩端的管板2之間設(shè)置有內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5和空心環(huán)網(wǎng)板6，內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5穿過空心環(huán)網(wǎng)板6與筒體兩端的管板2相接。所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5管內(nèi)的旋流片沿軸向均勻間隔分置，旋流片的長度為管徑的1倍 15倍，扭率為1 6，旋流片間距為管徑的1倍 50倍。[0006]所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5是由沿筒體軸向帶有周期性變化的急擴(kuò)錐形曲面與漸縮錐形曲面構(gòu)成的非對稱凹凸曲面強(qiáng)化傳熱管，漸縮錐形曲面的長度為急擴(kuò)錐形曲面長度的2倍 15倍，周期性肋間距為肋深的5倍 15倍，肋深為管徑的洲 10%， 管徑尺寸范圍為IOmm 60mm。所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5的管段是沿管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方向按先急擴(kuò)后漸縮的錐形曲面方向安裝。所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5在筒體4內(nèi)按方形均勻排列?？招沫h(huán)網(wǎng)板6在管間起支撐作用，是通過拉桿11與定位套筒10定位，拉桿11 一端通過定位套筒定位，另一端與連接在進(jìn)口封頭1上的管板2相接。空心環(huán)網(wǎng)板6沿預(yù)熱器軸向均勻間隔分布，滿足傳熱管機(jī)械支撐的強(qiáng)度要求，是由若干空心環(huán)短管13與扁鋼14 焊接構(gòu)成，縱橫兩層扁鋼14分別與空心環(huán)網(wǎng)板的邊框15連接，空心環(huán)短管13安置在縱橫兩層扁鋼14的交點(diǎn)處，與扁鋼14連接，在方形排列的傳熱管中，空心環(huán)短管13與內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5的軸線平行。本實(shí)用新型的預(yù)熱器可對管內(nèi)流體有主流與近壁周期性復(fù)合置換與擾動(dòng)的功能， 充分利用旋流片下游產(chǎn)生的低流阻流體自旋流促進(jìn)強(qiáng)化傳熱，改變近壁區(qū)的流向與提高湍流度，可產(chǎn)生較強(qiáng)的傳熱場協(xié)同作用，在流體輸送功耗相同的條件下，與光滑傳熱管相比可大幅提高流體的對流傳熱系數(shù)309Γ50%，并采用空心環(huán)網(wǎng)板管間支撐物，可使加熱蒸汽在殼程沿管束作軸向流動(dòng)，對蒸汽的流動(dòng)阻力非常小，可顯著減少蒸汽與糖液之間的傳熱溫差損失，獲得較高的傳熱推動(dòng)力，提高預(yù)熱器傳熱速率的內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管糖液預(yù)熱器及其強(qiáng)化傳熱方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型依靠內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管周期性的縮放肋面對管內(nèi)主流與近壁流體作周期性的智能化反復(fù)的置換與擾動(dòng)，充分利用旋流片下游產(chǎn)生的低流阻流體自旋流促進(jìn)強(qiáng)化傳熱，提高流體在傳熱邊界層的流動(dòng)速度與湍流度，增強(qiáng)糖液流體速度場與溫度場傳熱的協(xié)同性，在較低的糖液輸送功耗條件下可獲得較大的管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)的提高；(2)本實(shí)用新型依靠空心環(huán)網(wǎng)板來支撐內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管，以降低殼程蒸汽的流動(dòng)阻力損失，提高加熱蒸汽與糖液之間的有效傳熱溫差，增大傳熱推動(dòng)力，提高傳熱速率。

圖1是本實(shí)用新型糖液預(yù)熱器的正視示意圖；圖2是圖1所示空心環(huán)網(wǎng)板的正視示意圖；圖3是圖2所示空心環(huán)網(wǎng)板的側(cè)視示意圖；圖4是圖1所示內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管管外的正視圖；圖5是圖1所示內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管管內(nèi)旋流片的正視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施例不限與此。采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括進(jìn)口封頭 1、軸線水平的筒體4及出口封頭7，筒體4的兩端設(shè)置管板2，管板2分別與進(jìn)口封頭1和出口封頭7連接，進(jìn)口封頭1上設(shè)置有管程糖液進(jìn)口 12，出口封頭7上設(shè)置有管程糖液出口 8，筒體上設(shè)置有殼程冷凝水出口 3和殼程蒸汽進(jìn)口 9，筒體4兩端的管板之間設(shè)置有內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5和垂直于筒體4軸線的空心環(huán)網(wǎng)板6，內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5穿過空心環(huán)網(wǎng)板6與筒體兩端的管板2相接。
實(shí)施例在本例中，筒體采用304不銹鋼材料，Φ800x10mm，長度3000mm，置于筒體內(nèi)的內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5 (其正視圖如圖4所示)，管體采用304不銹鋼材料，共有970 根。管徑D為Φ20χ2πιπι?？s放管收縮段Ρ2與擴(kuò)張段Pl長度比為8:1，其管段是沿管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方向按先急擴(kuò)后漸縮的錐形曲面方向安裝。內(nèi)插的旋流片(圖1中未示出，其在管內(nèi)的正視圖如圖5所示)其長度b為管徑D的5倍，扭率為3，旋流片間距為管徑D的15倍。內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5的周期性肋間距(P1+P》為肋深e的10倍，肋深e為管徑D的8%，長度L為3000mm，在筒體內(nèi)呈方形排列，管間距25mm。管間起支撐作用的空心環(huán)網(wǎng)板6為3塊，網(wǎng)板間距750mm，空心環(huán)網(wǎng)板6的正視圖與側(cè)視圖分別為圖2和圖3，是由空心環(huán)短管13與扁鋼14焊接構(gòu)成，縱橫兩層扁鋼14分別與空心環(huán)網(wǎng)板的邊框 15連接，空心環(huán)短管13安置在縱橫扁鋼14的交點(diǎn)處，與縱橫扁鋼14連接，在方形排列的縮放管中，空心環(huán)短管13與內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管5的軸線平行?？招沫h(huán)短管14 為Φ 14x2mm,長度15mm，扁鋼13為20x2mm，管板2采用304不銹鋼材料，厚度為50mm，相連的管程進(jìn)口封頭1和出口封頭7均為Φ800x10mm，長度600mm，管程與殼程的進(jìn)出接口 Φ 350x10mm,長度300mm，殼程蒸汽進(jìn)口 9為Φ 500x10mm,長度400mm，靠近糖液出口，殼程冷凝水出口 3為ΦΙΟΟχΙΟι πι，長度150mm，靠近糖液進(jìn)口?？招沫h(huán)網(wǎng)板6由8根Φ IOmm拉桿 11和Φ 16x2. 5mm的定位套筒10定位，桿長2300mm，拉桿11 一端通過定位套筒10定位，另一端與連接在進(jìn)口封頭1端的管板2相接。將本實(shí)施例與同等規(guī)模、同等材質(zhì)及結(jié)構(gòu)尺寸的光滑管糖液預(yù)熱器進(jìn)行糖液傳熱性能的比較，采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱器可提高傳熱效率50%。
權(quán)利要求1.采用內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管的糖液預(yù)熱器，包括進(jìn)口封頭(1)、軸線水平的筒體(4)及出口封頭(7)，筒體(4)的兩端設(shè)置有管板(2)，管板(2)分別與進(jìn)口封頭(1)和出口封頭(7 )連接，進(jìn)口封頭(1)上設(shè)置有管程糖液進(jìn)口( 12 )，出口封頭(7 )上設(shè)置有管程糖液出口(8)，筒體(4)上設(shè)置有殼程冷凝水出口(3)和殼程蒸汽進(jìn)口(9)，其特征在于還包括內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管(5)和垂直于筒體(4)軸線的空心環(huán)網(wǎng)板(6)，內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管(5)穿過空心環(huán)網(wǎng)板(6)與筒體兩端的管板(2)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖液預(yù)熱器，其特征在于所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管 (5)內(nèi)的旋流片沿軸向均勻間隔分置，旋流片的長度為管徑的1倍 15倍，扭率為1 6， 旋流片間距為管徑的1倍 50倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的糖液預(yù)熱器，其特征在于所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管 (5)是由沿筒體軸向帶有周期性變化的急擴(kuò)錐形曲面與漸縮錐形曲面構(gòu)成的非對稱凹凸曲面強(qiáng)化傳熱管，漸縮錐形曲面的長度為急擴(kuò)錐形曲面長度的2倍 15倍，周期性肋間距為肋深的5倍 15倍，肋深為管徑的 10%，管徑尺寸范圍為IOmm 60mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的糖液預(yù)熱器，其特征在于所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管(5)的管段沿管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方向按先急擴(kuò)后漸縮的錐形曲面方向安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的糖液預(yù)熱器，其特征在于所述內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管 (5)在筒體(4)內(nèi)按方形均勻排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖液預(yù)熱器，其特征在于所述空心環(huán)網(wǎng)板(6)由拉桿(11)與定位套筒(10)定位，拉桿(11) 一端通過定位套筒(10 )定位，另一端與連接在進(jìn)口封頭(1) 上的管板(2)相接。
專利摘要本實(shí)用新型采用的內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管糖液預(yù)熱器包括進(jìn)口封頭、軸線水平的筒體及出口封頭，筒體的兩端設(shè)置有與兩封頭連接的管板，進(jìn)口封頭上設(shè)置有管程糖液進(jìn)口，出口封頭上設(shè)置有管程糖液出口，筒體上設(shè)置有殼程冷凝水出口和殼程蒸汽進(jìn)口，筒體兩端管板之間設(shè)置有內(nèi)插旋流片急擴(kuò)加速流縮放管和其支撐作用的空心環(huán)網(wǎng)板，旋流片均勻間隔分置在縮放管內(nèi)。該糖液預(yù)熱器利用急擴(kuò)加速流縮放管周期性的縮放肋面與旋流片對管內(nèi)近壁流體及中心區(qū)流體作反復(fù)置換與擾動(dòng)促進(jìn)強(qiáng)化傳熱，提高流體在傳熱邊界層的流速與湍流度及管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)；同時(shí)依靠空心環(huán)網(wǎng)板降低殼程蒸汽流動(dòng)阻力損失，提高加熱蒸汽與糖液之間的有效傳熱溫差，提高傳熱速率。
文檔編號F28F13/12GK202229655SQ201120332438
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者張連山, 鄧先和 申請人:華南理工大學(xué)