專利名稱:噴流換熱器單管結(jié)構(gòu)的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種噴流換熱器的單管結(jié)構(gòu)，可用于冶金加熱爐、鍛造爐、熱處理爐以及其它工業(yè)窯爐的煙氣余熱回收。
目前國內(nèi)外常用的普遍管狀噴流換熱器單管是由兩節(jié)同心無縫管組成，外管為光管或焊肋管，內(nèi)管加工有若干組小孔。冷空氣從內(nèi)管小孔垂直噴向外管內(nèi)壁，將外管的熱量帶走，使冷空氣得以加熱。例如，英國專利GB2164－438公開了一種熱交換器單管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)外管為圓柱形光管，內(nèi)管為圓柱形，表面有許多噴流小孔。這種結(jié)構(gòu)由于外管為光管，單位體積的換熱面積小，煙氣側(cè)放熱系數(shù)低，換熱效果不理想；自身無法解決熱膨脹和積灰問題。內(nèi)管采用圓柱管，內(nèi)管與外管間環(huán)形流道為等截面，隨著噴孔噴出流量的增大，環(huán)形流道氣體流量也逐漸增加，上升的氣流將使噴出的流股發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象在換熱器出口處更為嚴(yán)重，致使一部分冷空氣從噴孔噴出后，直接同預(yù)熱氣體混合，降低了空氣預(yù)熱溫度，同時(shí)也嚴(yán)重削弱了噴流流股對壁面的沖擊力，影響換熱器的換熱效率。此外，由于噴流流股與環(huán)流上升流體沖擊較大，能量損失、壓力損失都較大。噴孔為薄壁孔，局部阻力損失大，噴流流股與環(huán)流沖擊混合能量損失也大，因此，致使這種換熱器的空氣側(cè)阻力損失很大、換熱效果不夠理想。
本實(shí)用新型的目的旨在根據(jù)上述結(jié)構(gòu)缺陷對其進(jìn)行改進(jìn)，以得到一種結(jié)構(gòu)合理，空氣預(yù)熱溫度高，空氣側(cè)阻力損失小，不易積灰，清灰容易的新型熱交換器單管結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，將噴流換熱器單管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為由同軸設(shè)置的內(nèi)外管構(gòu)成，外管采用波紋管，內(nèi)管為錐狀管，內(nèi)管外壁設(shè)有肋片，噴流孔設(shè)置在肋片上。采用這種結(jié)構(gòu)的目的在于，外管改為波紋管可使噴流內(nèi)管噴孔噴出的流股對外管內(nèi)壁沖擊力趨于均勻，提高了整個(gè)換熱面的對流放熱系數(shù)。內(nèi)管采用錐狀流線體結(jié)構(gòu)，改變了內(nèi)外管間環(huán)形流道沿軸向的通流面積，其變化規(guī)律符合環(huán)形道氣體流量的變化規(guī)律。緩解了環(huán)形流道上升氣流對噴流流股的影響，降低了氣體沿程阻力損失。內(nèi)管外壁增設(shè)沿軸向等直徑肋片，噴流小孔鉆于肋中心截面上，改變了噴孔的性質(zhì)，使原來的薄壁孔，變?yōu)楣茏煨螄娍?，克服了通過薄壁孔時(shí)流體的局部收縮而產(chǎn)生的壓力損失。由于鉆在肋片上的噴孔中氣流與環(huán)形流道上升氣流隔開，各走其道，基本避免了兩流體的互相影響，降低了噴流流股的能量損失和壓力損失。
本實(shí)用新型的波紋外管是用薄金屬板壓制成截面為近似正弦曲線的瓦楞板，再將其彎制成帶有環(huán)波紋的圓柱管焊接而成。通過分析內(nèi)管噴孔噴射速度的分布規(guī)律可知，噴流流股從其軸心到流股邊界各點(diǎn)的速度分布很不均勻，靠近軸心處速度最大，遠(yuǎn)離軸心位于邊界處速度最小，因此，流股氣流質(zhì)點(diǎn)對壁面的沖擊力也不同，噴射到平板后，軸心處速度最大，氣流質(zhì)點(diǎn)對壁面的沖擊力就最大，氣流紊流度就最高，對流放熱系數(shù)也最大；而流股邊界處噴流速度較小，氣流質(zhì)點(diǎn)對壁面的沖擊力也較小，氣流紊流度減弱，對流放熱系數(shù)也較小。因此，噴流流股與壁面的換熱系數(shù)在流股的整個(gè)覆蓋面是不均勻的，解決這個(gè)問題必須使整個(gè)流股各氣流質(zhì)點(diǎn)對壁面的沖擊力趨于相同，充分利用流股各質(zhì)點(diǎn)的沖擊力打破邊界層，使流體與壁面獲得最佳的對流放熱系數(shù)，另外，由于噴流質(zhì)點(diǎn)的速度與噴流距離成正比，因此，將外管形狀設(shè)計(jì)成與噴孔流速分布規(guī)律近似的形狀，使流股對整個(gè)外壁的沖擊力趨于均勻，為了便于加工制造，外管波紋近似用正弦分布規(guī)律代替。同時(shí)也提高了單位體積的換熱面積。
本實(shí)用新型的內(nèi)管為從進(jìn)氣口到出氣口直徑逐漸縮小的等厚壁錐狀管，這樣可使沿著軸向內(nèi)外管組成的環(huán)形流道通流面積逐漸加大，以減少環(huán)流上升速度對噴流流股的影響。同時(shí)由于內(nèi)管外表面呈流線形，氣流的沿程阻力損失也有所降低。這樣基本上解決了噴流換熱器不易做的細(xì)長的問題，使噴流換熱器單管在同等壓力損失和體積下長度可以增加，直徑可以減小，縮小了噴流換熱器的占地面積和體積。
本實(shí)用新型的肋片為沿內(nèi)管軸向全長等直徑設(shè)置的，由多個(gè)相同肋片呈放射狀均勻分布于內(nèi)管外壁，內(nèi)管和肋片是用鑄鐵制成一體的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型設(shè)置的肋片使噴孔中氣流與環(huán)形流道上升氣流隔開，各行其道，因此，在兩肋之間的氣體不會直接影響噴孔中的流股，從而保證了噴流流股基本上能垂直地噴向外管壁面，減小了噴流流股與環(huán)形流道氣流的沖擊，降低了噴流流股的能量損耗和壓力損失，提高了氣體對外壁面的對流放熱系數(shù)。
為了保證本實(shí)用新型的完全實(shí)現(xiàn)，內(nèi)管肋片上的噴流小孔的噴出端為擴(kuò)張圓錐管嘴?，F(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)管噴孔為柱狀薄壁孔，這種孔局部阻力、流量、流速損失均較大，而壓力損失與孔口的結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，本實(shí)用新型將孔的形狀改為擴(kuò)張圓錐形管嘴，可使阻力系數(shù)下降，并使速度，噴孔分布一定的情況下，可以增加噴流流股對壁面的覆蓋面積，能夠有效地利用換熱面。
每個(gè)肋片上的噴流小孔的軸線是垂直于內(nèi)管軸線的，且通過波紋外管向外凸出部分曲線的峰頂。因?yàn)閲娏髻|(zhì)點(diǎn)速度大，相應(yīng)噴流距離也增大，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量一定時(shí)，改變噴流距離就可改變噴流速度，就可以改變氣流質(zhì)點(diǎn)對外管壁面的沖擊力大小。采用正弦曲線的波紋管，可使流股對外管內(nèi)壁的沖擊力趨于均勻，從而獲得最佳放熱系數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型由于采用波紋管為噴流外管，帶肋片的錐狀管為內(nèi)管，可使換熱器的空氣預(yù)熱溫度提高，壓力損失降低(見表1)，并且由于波紋管軸截面為正弦曲線，伸縮性很強(qiáng)，解決了換熱器的熱膨脹問題，并由于隨著溫度的變化使管件熱脹冷縮，而使外表面的積灰層組織非常疏松，很容易清除。表1是兩組結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的噴流換熱器單管樣機(jī)，在箱式加熱爐里做性能對比性試驗(yàn)的結(jié)果。
試驗(yàn)表明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型使空氣預(yù)熱溫度提高50～100℃，換熱效率提高10％以上，空氣側(cè)壓力損失降低100～150毫米水柱。
本實(shí)用新型的噴流管在制造過程中內(nèi)管為鑄鐵，外管根據(jù)煙氣不同可使用不銹鋼、滲鋁鋼或普碳鋼。
下面結(jié)合附圖描述一個(gè)實(shí)施例圖1為噴流管的裝配圖。由外管〔1〕和內(nèi)管〔2〕裝配而成，管的右端為進(jìn)氣口，左端為出氣口。
圖2為噴流外管的軸向剖面圖。外管〔1〕是用薄金屬板壓制成截面為近似正弦曲線的瓦楞板，再彎制成帶環(huán)波紋的園柱管焊接而成的。
圖3為噴流內(nèi)管的軸向剖面圖。內(nèi)管〔2〕為從進(jìn)氣口到出氣口直徑逐漸縮小的等厚壁錐狀管，其外壁有沿軸向全長等直徑設(shè)置的肋片〔3〕，肋片上鉆有噴流小孔〔4〕。
圖4為噴流內(nèi)管的A－A橫截面剖面圖。圖中的內(nèi)管和肋片是制成一體的，由多個(gè)相同肋片呈放射狀均勻設(shè)置在內(nèi)管外壁上。
權(quán)利要求
1.一種噴流換熱器單管結(jié)構(gòu)，由同軸設(shè)置的內(nèi)外管構(gòu)成，內(nèi)管設(shè)有若干組噴流孔，其特征在于外管全長采用波紋管、內(nèi)管為錐狀管，內(nèi)管外壁設(shè)有軸向肋片，噴流孔設(shè)置在肋片上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單管結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的內(nèi)管為從進(jìn)氣口到出氣口直徑逐漸縮小的等厚壁錐狀管。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單管結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的內(nèi)管和肋片是用鑄鐵制成一體的，由多個(gè)相同肋片呈放射狀均勻設(shè)置在內(nèi)管外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單管結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的肋片沿內(nèi)管軸向全長是等直徑的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單管結(jié)構(gòu)，其特征在于所說的噴流孔的噴出端為擴(kuò)張圓錐狀管嘴，噴流孔的軸線垂直內(nèi)管軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的單管結(jié)構(gòu)，其特征在于噴流孔的軸線位于波紋外管向外凸出部分曲線的峰頂。
專利摘要
本實(shí)用新型為噴流換熱器的單管結(jié)構(gòu)，由同軸設(shè)置的內(nèi)外管構(gòu)成。外管為波紋管，內(nèi)管為從進(jìn)氣口到出氣口直徑逐漸縮小的錐狀管，內(nèi)管外壁有肋片，肋片上鉆有噴流小孔。其優(yōu)點(diǎn)是提高換熱效率，減少空氣側(cè)壓力損失，不易積灰，清灰容易。
文檔編號F28D1/00GK86206722SQ86206722
公開日1987年9月30日 申請日期1986年9月6日
發(fā)明者王中生, 張先棹, 張嚴(yán)曾, 馬翔 申請人:張家口冶金制氧機(jī)備件廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan