一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構的制作方法
【專利摘要】一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，包括螺旋型平墊條和螺旋型異形墊條，螺旋型墊條安裝應使得層與層之間、墊條與墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式是對于第i層，計算出第i層螺旋型平墊條、第i層螺旋型異形墊條的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第i層螺旋型異形墊條和第i層螺旋型平墊條的根數；將第i層螺旋型平墊條平整的一面貼著第i?1層換熱管的上表面沿周向均勻分布安裝；安裝完成后，反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復始直至最外層，本實用新型傳熱性能好、阻力降小。
【專利說明】
一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構
技術領域
[0001] 本實用新型涉及纏繞管式換熱器技術領域，具體涉及一種螺旋墊條型纏繞管式換 熱器結構。 技術背景
[0002] 纏繞管式換熱器由于其結構緊湊、單位體積換熱面積大、耐高壓、傳熱效率高、可 以實現(xiàn)多股流換熱、具有良好的熱補償能力等優(yōu)點。纏繞管式換熱器是在芯筒與外筒之間 的空間內，將換熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成，相鄰兩層螺旋狀換熱管的螺旋方向相反， 層間采用一定形狀的墊條隔開使之保持一定的間距。由于其傳熱元件為圓管，纏繞管式換 熱器對不同介質之間的壓差和溫差限制要求較小，降低了生產裝置的操作難度，提高了設 備的安全性。且其結構相對緊湊、耐高壓且密封可靠、熱膨脹可自行補償。目前國內工業(yè)應 用的纏繞管換熱器的換熱管多為光管，墊條為直平形墊條或者直異形墊條。
[0003] 研究發(fā)現(xiàn)纏繞管換熱器的殼側流動十分復雜，流體在繞管和殼體的間隙中不斷地 分離會合，使得殼側流動湍流旺盛。但流體在同層繞管軸向相鄰的上下管外壁間交錯流動 時會出現(xiàn)一些流速較低的滯留區(qū)域和渦旋，尤其是在墊條與換熱管之間的狹小區(qū)域更易造 成流動死區(qū)和產生渦旋。另外，由于換熱管的螺旋纏繞安裝，會對殼側流動的流體產生一定 的引導，使得殼側流體在同層局部區(qū)域的流動形式為斜掠流。所存在的這兩個現(xiàn)象都使得 現(xiàn)有結構形式的纏繞管式換熱器不能將小溫差高效傳熱的特點充分發(fā)揮。
【發(fā)明內容】
[0004] 為克服上述技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種螺旋墊條型纏繞管式換 熱器結構，能有效的提高現(xiàn)有纏繞管式換熱器的傳熱效率。
[0005] 為達到上述目的，本實用新型采取的技術方案為：
[0006] -種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，包括第i層換熱管1和第i-1層換熱管2,第i 層換熱管1和第i_l層換熱管2之間設有第i層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4,第i 層螺旋型平墊條3控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層螺旋型異形墊條4控制同層換 熱管之間的管間距Pt，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得換熱管層與層之 間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得 墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。
[0007] 所述的第i層螺旋平墊條3墊條和第i層螺旋異形墊條4應按照螺距Pp>1進行安裝， Pp>1的計算公式如下，取第i層：
[0008]
[0009] 式中，Ki-1和Ki，分別為弟i-1和i層狹熱営的纏繞半徑；Ptube,i為第i層換熱換纏繞 的螺距。
[0010] 所述的第i層螺旋型異形墊條4上還要切割出相應的定位槽，其形狀為圓柱形且直 徑為換熱管外徑d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第i層螺旋型異形墊條4 上切割的定位槽有一定的傾斜角計算公式如下：
[0011]
[0012] 所述的第i層螺旋型異形墊條4的俯視能圍城一個標準的圓。
[0013] 所述的一種螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式:對于第i層，在計算出第i層螺旋 型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第 i層螺旋型異形墊條4和第i層螺旋型平墊條3的根數;按照計算所得的墊條螺距P p>1，將第i 層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4平整的一面貼著第i-1層換熱管的上表面沿周 向均勻分布安裝;墊條安裝完成后，再反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復始，直至最外層。 [0014]本實用新型的有益效果為：
[0015] 1、結構方面:螺旋墊條型纏繞管式換熱器由于墊條(第i層螺旋型平墊條3和螺旋 型異形墊條4)的安裝形式使得同層換熱管間形成的流道垂直于換熱管，易于增強換熱;第i 層螺旋型平墊條3和螺旋型異形墊條4也加強了整個換熱管束的結構強度，防止換熱器正常 工作時的振動。
[0016] 2、綜合傳熱性能方面:螺旋型墊條纏繞管式換熱器層與層之間形成的垂直于換熱 管的流道使流體的切向速度增大，部分流體流向同一層繞管軸向上下相鄰的兩根換熱管的 外壁面間隙，從而使此處流體流速增加，進而強化了此處管表面?zhèn)鳠嵝阅堋Ｓ弥眽|條組裝的 管束，流體主要沖刷換熱器殼側徑向相鄰的兩層換熱管外壁面之間的區(qū)域。而用螺旋墊條 替代直墊條之后，迫使換熱器殼側的主流體沿著換熱器螺旋向下流動，除了向下沖刷徑向 相鄰的兩層換熱管外壁面之間的區(qū)域，對原來的低流速區(qū)域一同層繞管軸向上下相鄰的兩 根換熱管外壁面之間的區(qū)域也進行了沖刷，有效地減薄了換熱管外壁的流動邊界層和熱邊 界層，從而有效地提高了纏繞管換熱器殼側的傳熱性能。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構示意圖。
[0018] 圖2為第i層纏繞層中單根換熱管和螺旋墊條結構圖。
[0019] 圖3-1為第i層螺旋型異形墊條4的局部細節(jié)圖。
[0020] 圖3-2為第i層螺旋型異形墊條4(部分)俯視圖。
[0021] 圖4為本實用新型螺旋墊條型纏繞管式換熱器相較于傳統(tǒng)纏繞管式換熱器在各工 況下的PEC準則數。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本實用新型做詳細描述。
[0023] 參照圖1和圖2,一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，包括第i層換熱管1和第i_l 層換熱管2,第i層換熱管1和第i-1層換熱管2之間設有第i層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型 異形墊條4,第i層螺旋型平墊條3控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層螺旋型異形墊 條4控制同層換熱管之間的管間距Pt，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4使得換 熱管層與層之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平墊條3、第i層螺旋型異 形墊條4使得墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。
[0024]所述的第i層螺旋平墊條3墊條和第i層螺旋異形墊條4應按照螺距Pp>1進行安裝， PP>1的計算公式如下，取第i層：
[0025]
[0026] 式中，Ri-jPRi，分別為第i-1和i層換熱管的纏繞半徑;Ptub(5,i為第i層換熱換纏繞 的螺距。
[0027] 參照圖3-1和圖3-2,所述的第i層螺旋型異形墊條4上還要切割出相應的定位槽， 其形狀為圓柱形且直徑為換熱管外徑d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第 i層螺旋型異形墊條4上切割的定位槽有一定的傾斜角計算公式如下：
[0028]
v..... I- y
[0029] 所述的第i層螺旋型異形墊條4的俯視能圍城一個標準的圓。
[0030] 所述的一種螺旋型纏繞管式換熱器的安裝方式:對于第i層，在計算出第i層螺旋 型平墊條3、第i層螺旋型異形墊條4的纏繞螺距及定位槽的傾斜角后，選定該層所需要的第 i層螺旋型異形墊條4和第i層螺旋型平墊條3的根數;按照計算所得的墊條螺距P p>1，將第i 層螺旋型平墊條3和第i層螺旋型異形墊條4平整的一面貼著第i-1層換熱管的上表面沿周 向均勻分布安裝;墊條安裝完成后，再反向螺旋安裝該層的換熱管，周而復始，直至最外層。
[0031] 參照圖4,以數值模擬為手段，對比螺旋墊條型纏繞管式換熱器與傳統(tǒng)纏繞管式換 熱器的綜合傳熱性能，并以PEC準則
作為綜合性能評價指標，從結果可以得出， 螺旋墊條型纏繞管式換熱器的綜合傳熱性能提升顯著。
【主權項】
1. 一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，包括第i層換熱管（1)和第i-1層換熱管（2)， 其特征在于:第i層換熱管（1)和第i-1層換熱管（2)之間設有第i層螺旋型平墊條(3)和第i 層螺旋型異形墊條(4)，第i層螺旋型平墊條(3)控制不同層換熱管之間的層間距Pi，第i層 螺旋型異形墊條(4)控制同層換熱管之間的管間距P t，第i層螺旋型平墊條(3)、第i層螺旋 型異形墊條(4)使得換熱管層與層之間所形成的流道與該層換熱管相垂直，第i層螺旋型平 墊條(3)、第i層螺旋型異形墊條(4)使得墊條之間所形成的流道與該層換熱管相垂直。2. 根據權利要求1所述的一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，其特征在于:所述的第 i層螺旋平墊條(3)墊條和第i層螺旋異形墊條(4)應按照螺距P p>1進行安裝，Pp>1的計算公式 如下?取笛i盡.式中，Ri-jPRi，分別為第i-1和i層換熱管的纏繞半徑;Ptube3,i為第i層換熱換纏繞的螺 距。3. 根據權利要求1所述的一種螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，其特征在于:所述的第 i層螺旋型異形墊條(4)上還要切割出相應的定位槽，其形狀為圓柱形且直徑為換熱管外徑 d;定位槽的間距為同層換熱管之間的管間距Pt，在第i層螺旋型異形墊條(4)上切割的定位 槽有一宙的傾斜#〇 ,〇i+笪公忒加下；4. 根據儀利妥求1所還的一柙螺旋墊條型纏繞管式換熱器結構，其特征在于：所述的第 i層螺旋型異形墊條(4)的俯視能圍城一個標準的圓。
【文檔編號】F28F13/06GK205718576SQ201620582231
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】王斯民, 簡冠平, 文鍵, 顧昕, 王聲文
【申請人】西安交通大學