介绍内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的制作方法

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内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的制作方法

[0001] 本发明涉及强化换热及换热管领域,尤其涉及一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换 热管。

[0002] 管壳式换热器是换热器的一种,广泛应用于石油、化工、轻纺、冶金、电子、电讯等 工业部门。本发明涉及的水冷却器属于管壳式换热器,微型指管侧流量小于20kg/min,适用 于汽车领域的废气再循环系统、涡轮增压系统中的换热器,如EGR冷却器、中冷器等。圆截 面光管是管壳式换热器通常采用的换热管,但光管存在体积大、耗材多、且难以满足高换热 性能需要等不足。近40年来,换热管得到长足发展,基于壁面扰流强化换热思路开发出了 横槽管、螺旋槽管等一系列强化换热元件。尤其是螺旋槽管,在工程中已经得到较为普遍的 应用,但随着行业的发展及节能减排的提出,螺旋槽管的换热性能有待进一步提高,且其流 动阻力是限值其进一步开发的瓶颈。



[0003] 本发明的针对现有螺旋槽换热管提升换热却增大流动阻力的弊端,提供一种内插 螺旋翅片螺旋槽管强化换热管。
[0004] 为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换 热管,包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管;所述螺旋翅片管由光管和焊接在 光管内的螺旋翅片组成,翅片宽度为光管内径的〇. 3-0. 4倍,翅片总长为1-2个翅片螺旋线 的螺距长。
[0005] 进一步地,所述螺旋翅片的厚度为光管管壁厚度的0. 6-1倍。
[0006] 进一步地,螺旋翅片管的长度为占强化换热管的总长的0.1-0. 2。
[0007] 进一步地,所述螺旋槽管的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组 合。
[0008] 进一步地,所述螺旋槽管的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组 合。
[0009] 本发明与现有技术相比,具有强化传热作用显著、流动阻力较小且能与多种管配 合、适用范围广等优点。通过螺旋翅片管和螺旋槽管的配合,内插螺旋翅片使得在管内的 介质流动形成螺旋流,并在非螺旋翅片管依然持续螺旋流动,增加了平均温度驱动力,增强 了扰流,所以能强化换热,而螺旋翅片产生的螺旋流与螺旋槽管段的流体流动形式相似,所 以在一定程度上能减小流动阻力,扰流大大增强。与光管配合时,传热系数增大了 14%。 与螺旋槽管配合时,换热系数在螺旋槽管的基础上又提升了 3% -10%,且流动阻力下降了 16% -30%。且内插螺旋翅片管段为单独加工、清洗方便、长度较小、用料少也节省空间,对 于进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。

[0010] 图1为本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的结构示意图;
[0011] 图2是本发明安装于EGR冷却器的结构示意图;
[0012] 图3是螺旋翅片管的结构简图;
[0013] 图4是螺旋翅片管的截面图;
[0014] 图中,1为冷却介质入口、2为换热管的布管板、3为被冷却介质的入口、4为预留光 管、5为冷却介质出口、6为被冷却介质出口、螺旋槽管7、螺旋翅片管8。

[0015] 如图1所示,本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管包括依次连接的预留光管 4、螺旋翅片管8和螺旋槽管7,连接处密封。预留光管4用于将强化换热管安装于EGR冷却 器等冷却设备上,与冷却设备的被冷却介质的入口 3相通;螺旋翅片管8和螺旋槽管7均用 于增强扰流,强化换热;本发明在螺旋槽管7的基础上,通过引入螺旋翅片管8,减小的流动 阻力,增强了扰流效果。
[0016] 作为本领域常用的技术手段,螺旋槽管7的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面 中一种或多种组合。外壁面也可以由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。
[0017] 图2为本发明安装于EGR冷却器的结构示意图,即将本发明的内插螺旋翅片螺旋 槽管强化换热管替换了现有技术中常用的单一的螺旋槽管7。其中,预留光管4与布管板2 固定连接,使得预留光管4与被冷却介质的入口 3相通。被冷却介质从预留光管4流向螺 旋槽管7,形成持续的螺旋流,最后从被冷却介质出口 6排出;冷却介质从入口 1进入,从出 口 5排出;被冷却介质与冷却介质在EGR冷却器的腔体内换热。
[0018] 附图3中标出的L为螺旋翅片的长度,其长度根据换热要求进行设计。螺距长度 Lp为螺旋线垂直于管轴线方向旋转360度沿轴向延伸的长度,计算公式如下:
[0019]
[0020] L=n?Lp
[0021] 其中1为螺旋线的总长,山为换热圆管的内径,n为选取螺距的个数,根据单因素 试验,得到n与换热效果的关系如下表所示:
[0022]
[0023] 附图4中的S为螺旋翅片的厚度,其值为〇. 5-1倍的换热圆管厚度。d。可以间接 表示螺旋翅片的宽度b,其值为换热圆管内半径f与螺旋翅片宽度b之差: .2:
[0024]
[0025] 根据单因素试验,得到d。与换热效果的关系如下表所示:
[0026]
[0027] 由上可知,为保证扰流效果,减少螺旋翅片管8的流动阻力,提高换热效率,翅片 宽度为光管内径的〇. 3-0. 4倍,翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。同时,为保证结构 强度,螺旋翅片的厚度一般为光管管壁厚度的〇. 6-1倍。
[0028] 内插螺旋翅片的最佳实施方式为胎具冷压成形法。胎具冷压成形发是将预先初步 加工成带螺旋状的坯料放入胎具中,在压机上冷压成形。加工专用的冷压成形胎具后可批 量生产,生产效率高,螺旋翅片成形质量稳定,外观质量好。由于螺旋翅片加工完成后还需 安装到光管中,故而对螺旋线的精度要求较高,此时胎具的导程应该等于翅片导程加上坯 料冷压后的导程反弹量。当采用不同材质加工螺旋翅片时,需要对螺旋翅片的坯料进行试 验来确定还料的导程。
[0029] 内插螺旋翅片管段为光管。根据内插翅片在光管上的安装位置描出相贯线,采用 激光切割切出相贯断面,光管被螺旋断面分为两部分。再通过激光-电弧复合焊将光管两 部分分别与螺旋翅片焊接。当螺旋翅片厚度较小或者光管厚度较小时,应采用适合薄板焊 接的激光与钨极惰性气体保护焊,激光功率不大于500W。

1. 一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,其特征在于,包括依次连接的预留光管 (4)、螺旋翅片管(8)和螺旋槽管(7);所述螺旋翅片管(8)由光管和焊接在光管内的螺旋 翅片组成;翅片宽度为光管内径的0. 3-0. 4倍,翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。2. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,其特征在于,所述螺旋 翅片的厚度为光管管壁厚度的〇. 6-1倍。3. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,其特征在于,螺旋翅片 管(8)的长度为占强化换热管的总长的0. 1-0. 2。4. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,其特征在于,所述螺旋 槽管(7)的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。5. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,其特征在于,所述螺旋 槽管(7)的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。
本发明公开了一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管,包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管;所述螺旋翅片管由光管和焊接在光管内的螺旋翅片组成,翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍,翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。螺旋翅片可使螺旋槽管段扰流大大增强,并减小流动阻力。与螺旋槽管配合时,换热系数比螺旋槽管高出3%-10%,流动阻力减小16%-30%。内插螺旋翅片换热管的内插翅片管段为单独加工、长度较小、清洗方便、用料少也节省空间,可与多种不同形式的管段进行配合,对进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。
F28F1/40
CN105066764
CN201510547824
袁博, 郝志勇
浙江大学
2015年11月18日
2015年8月31日

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