用于管殼式換熱器的換熱管和管殼式換熱器制造技術

本發明專利技術涉及一種用于管殼式換熱器的換熱管，屬于化工機械領域。其包括以非固定方式設于換熱管內的混合器，所述混合器為具有中央通道的螺旋式無軸混合器。本發明專利技術還涉及一種使用所述換熱管的管殼式換熱器。本發明專利技術的管殼式換熱器具有換熱管內的流體的湍流程度高，換熱效率高的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種換熱器以及換熱器組件，特別是帶有混合器的換熱管和使用該換熱管的管殼式換熱器。
技術介紹
換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、制藥以及其他許多工業部門廣泛使用的一種設備。在化工企業中，換熱器的投資約占總投資的10-20%。受世界性能源危機的影響，為了降低能耗，伴隨著工業生產對換熱器需求的迅速增加，對換熱器的性能要求也越來越聞。在現有技術中，由于管殼式換熱器的高度可靠性和廣泛的適用性，因此它在實際應用中占據著主導地位。目前，管殼式換熱器都是利用傳統的換熱方式，即通過換熱管壁利用溫差進行傳熱。但是，在該傳統的管殼式換熱器中，在靠近換熱管內壁處會產生層流內層，該層流體流速慢，湍流程度極低，不利于管程流體與殼程流體的換熱。目前，絕大部分高效管殼式換熱器是通過在換熱管的內壁上刻槽，提高換熱管內流體的邊界湍流程度來提高傳熱效率。但是，該方法僅能破壞流體的邊界層，并不能提高換熱管內部的流體的湍流程度，從而造成換熱管內中心部位處的流體的熱傳導效率不高，影響了整個設備傳熱效率。
技術實現思路
針對現有技術中所存在的上述技術問題，本專利技術提出了一種帶有混合器的換熱管，其能夠提高換熱管內流體的湍流程度。同時本專利技術還提出了一種使用該換熱管的管殼式換熱器，換熱管內流體的湍流程度高，換熱器的換熱效率也較高。根據本專利技術的一方面，提出了一種用于管殼式換熱器的換熱管，其包括以非固定方式設于換熱管內的混合器，所述混合器為具有中央通道的螺旋式無軸混合器。根據本專利技術，在使用中，混合器會因流經換熱管內部的流體的推動力而轉動，從而實現換熱管邊緣處的流體和中心部位處的流體的混合，提高了換熱管內流體的湍流程度。這樣，換熱管中的流體溫度趨向于一致，因此其換熱效率得到提高。在一個實施例中，所述螺旋式無軸混合器與換熱管為分體裝配結構。用語“分體裝配結構”指的是螺旋式無軸混合器和換熱管為分開制造，然后再將混合器裝配到換熱管中。這樣使得換熱管和混合器的生產變得非常方便，同時也方便了換熱管的清洗和裝配以及混合器的更換。在一個實施例中，所述螺旋式無軸混合器的螺旋升角設置成使得在流體從換熱管中流過時，混合器能夠旋轉但不移動。用語“不移動”包括混合器完全不移動的情況，以及混合器僅能夠沿換熱管的長度方向稍有移動但其端部不移出換熱管的端部的情況。也就是說，混合器在換熱管內沿長度方向移動時，其整體位于換熱管內部。為了保證混合器能在換熱管中旋轉而且不被流體沖出，除了其螺旋升角外，還需要考慮流體流速以及混合器重量等因素。一般來說，流體的流速越大，混合器的螺旋升角越小；混合器的重量越大，混合器的螺旋升角也越小。此外，混合器與換熱管壁之間的滾動摩擦力和滑動摩擦力也是重要的影響因素。因此，流體流速與螺旋升角以及其他因素可由下面公式確定 式中，V為流體流(m/s)，fH為滑動摩擦系數，W為混合器重量(Kg)，fG為滾動摩擦系數，S為換熱管橫截面積(m2)，α為葉片螺旋升角(度)。在一個優選實施例中，螺旋式無軸混合器的螺旋升角設置為不大于45°。更優選地，螺旋式無軸混合器的螺旋升角為25。。根據本專利技術，螺旋式無軸混合器的直徑小于換熱管的直徑，并且螺旋式無軸混合器的長度小于換熱管的長度。在一個實施例中，螺旋式無軸混合器的直徑比換熱管的直徑小l-2mm，和/或螺旋式無軸混合器的長度比換熱管的長度小50-100mm。由于螺旋式無軸混合器的長度小于換熱管的長度，從而保證了從換熱管中流過的流體的流速有一個安全范圍，即當流體的流速在安全范圍中變化時，布置在換熱管內的螺旋式無軸混合器可沿長度方向稍有移動，但不至于移出換熱管，從而使得本專利技術的換熱管以及裝有該換熱管的管殼式換熱器有更大的使用范圍。考慮到螺旋式無軸混合器對換熱管內流體的阻力，根據本專利技術，將其螺距設定為適當值。在一個實施例中，螺旋式無軸混合器的螺距與換熱管內徑的比為2-3。在一個實施例中，螺旋式無軸混合器由金屬帶材螺旋繞制而成，帶材的厚度優選為3-10_。在另一個實施例中，所述螺旋式無軸混合器由工程塑料機加工或壓制而成。對于金屬材料，先用厚度為3-10mm的金屬帶材沿著一根軸進行螺旋繞制形成螺旋，然后抽掉軸，從而形成無軸且中心留有通道的螺旋式無軸混合器。軸的直徑一般不大于10mm，因此混合器的中央通道的直徑一般也不大于10mm。混合器的材料一般可選用與換熱管相同的材料，例如，碳鋼可選用Q235A、10、20鋼等；不銹鋼可選用06Crl9Nil0、022Crl9Nil0、06Crl7Nil2Mo2等。對于工程塑料，其生產方法可采用圓棒或圓筒機加工成型或者也可以采用模具壓制成型等。所選用的工程塑料一般為聚四氟乙烯等。根據本專利技術的另一方面，提供了一種管殼式換熱器，其包括根據本專利技術的換熱管。本專利技術的優點在于，管殼式換熱器使用了帶有混合器的換熱管。在流體推動力的作用下混合器發生轉動，從而在換熱管內部邊緣和中心部分的流體得到混合，換熱管內流體的湍流程度得到提高，并且整個換熱管內流體溫度的趨近于一致，從而提高了管殼式換熱器的換熱效率。此外，本專利技術的混合器不具有中心軸，而在其中心處存在有流體可從中流過的中央通道，從而大大降低流體的阻力，并且在該混合器轉動時，可進一步提高流體的湍流程度，管殼式換熱器的換熱效率也得到進一步提高。附圖說明在下文中將基于實施例并參考附圖來對本專利技術進行更詳細的描述。其中圖I是根據本專利技術的管殼式換熱器的示意圖2是根據本專利技術的裝有混合器的換熱管的示意圖。在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。具體實施例方式下面將結合附圖對本專利技術做進一步說明。圖I示意性地顯示了根據本專利技術的管殼式換熱器I，其包括以下部件筒體7、換熱管9、管板4、折流板6以及封頭2。換熱管9在筒體7中呈平行排列，其兩端固定在管板4上。為了提高殼程流體的換熱系數，在筒體內安裝有折流板6，以防止流體短路、增加流體流速，并強迫流體按照規定的路徑流動，提高換熱效率。在筒體7的兩端部分別安裝了封頭2，組成管殼式換熱器I。上述特征是本領域的技術人員所熟知的，因此為節約篇幅起見在此未對其進行更具體的描述。·根據本專利技術，為了提高換熱管9內的流體的湍流程度，在其內部布置了螺旋式無軸混合器5。當流體流過時，螺旋式無軸混合器5會發生旋轉，由此混合換熱管內的流體，增加其湍流程度。圖2示意性地顯示了根據本專利技術的裝有螺旋式無軸混合器的換熱管。在換熱管9中沿其長度方向布置了螺旋式無軸混合器5，其直徑與換熱管9的內徑相匹配，在一個實施例中，螺旋式無軸混合器5的直徑小于換熱管9的內徑，并且螺旋式無軸混合器5的長度小于換熱管9的長度。在使用過程中，流體進入換熱管9后，沿著螺旋式無軸混合器5的螺旋葉片和其中央通道流動。在流體推動力的作用下，螺旋式無軸混合器5會發生轉動。通過精確調節流體的流速，可保證螺旋式無軸混合器5發生轉動而且不會被沖出換熱管9。螺旋式無軸混合器5的轉動對換熱管9內的流體產生擾動，提高了換熱管9內流體的湍流程度，使邊界層減薄，換熱管9內流體的溫度趨向于一致，從而提高了換熱器的傳熱系數。本專利技術的螺旋式無軸混合器5與換熱管9為分體裝配結構，可先將螺旋式無軸混合器5加工好，然后再方便地安裝到換熱管9中。下面來介紹根據本專利技術的一個具體實施例中。在該實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于管殼式換熱器的換熱管，包括以非固定方式設于換熱管內的混合器，所述混合器為具有中央通道的螺旋式無軸混合器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖青，鄭虹玲，叢林，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司北京化工研究院，
類型：發明
國別省市：