专利名称：采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及预热器，特别涉及采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器。
背景技术：
现有的预热器技术有多种，例如管壳式预热器，板式预热器等，目前在制糖工业的糖液预热器绝大多数是采用传统的光滑管管壳式预热器，传热方式是采用强迫对流的传热方式，这种预热器的优点是机械密封性好，承压能力高，管程与壳程冷热两侧流道之间的密封只有管束两端管子与管板之间的焊接或胀接密封，因此可以应用于高温与高压的换热场合，长期以来在制糖工业中一直沿用。但由于在光滑管预热器中的糖液流体传热热阻主要集中在近壁的传热滞留底层，而流体的速度场与温度场交角为90°，传热场协同作用基本为零，单纯依靠提高糖液的流速不能有效提高流体的传热系数，却会大幅增加管内流体的阻力，造成流体输送功耗增大，此外，传统的光滑管管壳式预热器采用弓形折流板作为传热管的管间支撑物，蒸汽在壳程沿管束的轴向与径向作往返的折流，对加热蒸汽的流体阻力较大，会造成加热蒸汽与糖液之间的传热温差出现较大的温差损失，降低传热推动力。内插旋流片急扩加速流缩放管是一种带间隔分置旋流片的复合强化传热管(发明专利 ZL200610035832.2)，该种管型利用其周期性非对称的急扩与渐缩曲面及管内间隔均勻分置的旋流片，对流体的主流区与近壁区均有周期性置换与扰动的功能，可充分利用旋流片下游产生的低流阻流体自旋流促进强化传热，改变流体在近壁区的流向与提高湍流度，产生较强的传热场协同作用，在流体输送功耗相同的条件下，与光滑传热管相比可大幅提高流体的对流传热系数309Γ50%。空心环网板管间支撑物(申请号为89218385. 3的专利申请文件)可使加热蒸汽在壳程沿管束作轴向流动，空心环网板的空隙率很大(达80%)，对蒸汽的流动阻力非常小，可显著减少蒸汽与糖液之间的传热温差损失，获得较高的传热推动力， 提高预热器的传热速率。
发明内容
为解决现有相关技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种采用内插旋流片急扩加速缩放管糖液预热器。采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器，包括进口封头1、轴线水平的筒体4及出口封头7，筒体4的两端设置有管板2，管板2分别与进口封头1和出口封头7连接，进口封头1上设置有管程糖液进口 12，出口封头7上设置有管程糖液出口 8，筒体上设置有壳程冷凝水出口 3和壳程蒸汽进口 9，筒体4两端的管板2之间设置有内插旋流片急扩加速流缩放管5和空心环网板6，内插旋流片急扩加速流缩放管5穿过空心环网板6与筒体两端的管板2相接。所述内插旋流片急扩加速流缩放管5管内的旋流片沿轴向均勻间隔分置，旋流片的长度为管径的1倍 15倍，扭率为1 6，旋流片间距为管径的1倍 50倍。所述内插旋流片急扩加速流缩放管5是由沿筒体轴向带有周期性变化的急扩锥形曲面与渐缩锥形曲面构成的非对称凹凸曲面强化传热管，渐缩锥形曲面的长度为急扩锥形曲面长度的2倍 15倍，周期性肋间距为肋深的5倍 15倍，肋深为管径的m 10%， 管径尺寸范围为IOmm 60mm。所述内插旋流片急扩加速流缩放管5的管段是沿管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。所述内插旋流片急扩加速流缩放管5在筒体4内按方形均勻排列。空心环网板6起支撑作用，是通过拉杆11与定位套筒10定位，拉杆11 一端通过定位套筒定位，另一端与连接在进口封头1上的管板2相接。空心环网板6沿预热器轴向均勻间隔分布，满足传热管机械支撑的强度要求，是由若干空心环短管13与扁钢14焊接构成，纵横两层扁钢14分别与空心环网板的边框15连接，空心环短管13安置在纵横两层扁钢14的交点处，与扁钢14连接，在方形排列的传热管中，空心环短管13与内插旋流片急扩加速流缩放管5的轴线平行。本发明的预热器可对管内流体有主流与近壁周期性复合置换与扰动的功能，充分利用旋流片下游产生的低流阻流体自旋流促进强化传热，改变近壁区的流向与提高湍流度，可产生较强的传热场协同作用，在流体输送功耗相同的条件下，与光滑传热管相比可大幅提高流体的对流传热系数309Γ50%，并采用空心环网板管间支撑物，可使加热蒸汽在壳程沿管束作轴向流动，对蒸汽的流动阻力非常小，可显著减少蒸汽与糖液之间的传热温差损失，获得较高的传热推动力，提高预热器传热速率的内插旋流片急扩加速流缩放管糖液预热器及其强化传热方法。与现有技术相比，本发明具有以下优点
(1)本发明依靠内插旋流片急扩加速流缩放管周期性的缩放肋面对管内主流与近壁流体作周期性的智能化反复的置换与扰动，充分利用旋流片下游产生的低流阻流体自旋流促进强化传热，提高流体在传热边界层的流动速度与湍流度，增强糖液流体速度场与温度场传热的协同性，在较低的糖液输送功耗条件下可获得较大的管内流体传热膜系数的提高；
(2)本发明依靠空心环网板来支撑内插旋流片急扩加速流缩放管，以降低壳程蒸汽的流动阻力损失，提高加热蒸汽与糖液之间的有效传热温差，增大传热推动力，提高传热速率。
图1是本发明糖液预热器的正视示意图； 图2是图1所示空心环网板的正视示意图； 图3是图2所示空心环网板的侧视示意图4是图1所示内插旋流片急扩加速流缩放管管外的正视图； 图5是图1所示内插旋流片急扩加速流缩放管管内旋流片的正视图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施例不限与此。采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器结构如图1所示，包括进口封头1、轴线水平的筒体4及出口封头7，筒体4的两端设置管板2，管板2分别与进口封头1和出口封头7连接，进口封头1上设置有管程糖液进口 12，出口封头7上设置有管程糖液出口 8，筒体上设置有壳程冷凝水出口 3和壳程蒸汽进口 9，筒体4两端的管板之间设置有内插旋流片急扩加速流缩放管5和垂直于筒体4轴线的空心环网板6，内插旋流片急扩加速流缩放管5穿过空心环网板6与筒体两端的管板2相接。
实施例在本例中，筒体采用304不锈钢材料，Φ800x10mm，长度3000mm，置于筒体内的内插旋流片急扩加速流缩放管5 (其正视图如图4所示)，管体采用304不锈钢材料，共有970 根。管径D为Φ20χ2πιπι。缩放管收缩段Ρ2与扩张段Pl长度比为8:1，其管段是沿管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。内插的旋流片(图1中未示出，其在管内的正视图如图5所示)其长度b为管径D的5倍，扭率为3，旋流片间距为管径D的15倍。内插旋流片急扩加速流缩放管5的周期性肋间距(P1+P2)为肋深e的10倍，肋深e 为管径D的8%，长度L为3000mm，在筒体内呈方形排列，管间距25mm。管间起支撑作用的空心环网板6为3块，网板间距750mm，空心环网板6的正视图与侧视图分别为图2和图3，是由空心环短管13与扁钢14焊接构成，纵横两层扁钢14分别与空心环网板的边框15连接， 空心环短管13安置在纵横扁钢14的交点处，与纵横扁钢14连接，在方形排列的缩放管中， 空心环短管13与内插旋流片急扩加速流缩放管5的轴线平行。空心环短管14为Φ 14x2mm， 长度15mm，扁钢13为20x2mm，管板2采用304不锈钢材料，厚度为50mm，相连的管程进口封头1和出口封头7均为Φ800x10mm，长度600mm，管程与壳程的进出接口 Φ350χ10πιπι，长度300mm，壳程蒸汽进口 9为Φ 500x10mm，长度400mm，靠近糖液出口，壳程冷凝水出口 3为 ΦΙΟΟχΙΟπιπι，长度150mm，靠近糖液进口。在管间起支撑作用的空心环网板6由8根Φ IOmm 拉杆11和Φ 16x2. 5mm的定位套筒10定位，杆长2300mm，拉杆11 一端通过定位套筒10定位，另一端与连接在进口封头1端的管板2相接。将本实施例与同等规模、同等材质及结构尺寸的光滑管糖液预热器进行糖液传热性能的比较，采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器可提高传热效率50%。
权利要求
1.采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器，包括进口封头(1)、轴线水平的筒体(4)及出口封头(7)，筒体(4)的两端设置有管板(2)，管板(2)分别与进口封头(1)和出口封头(7 )连接，进口封头(1)上设置有管程糖液进口( 12 )，出口封头(7 )上设置有管程糖液出口(8)，筒体(4)上设置有壳程冷凝水出口(3)和壳程蒸汽进口(9)，其特征在于还包括内插旋流片急扩加速流缩放管(5)和垂直于筒体(4)轴线的空心环网板(6)，内插旋流片急扩加速流缩放管(5)穿过空心环网板(6)与筒体两端的管板(2)相接。
2.根据权利要求1所述的糖液预热器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管 (5)内的旋流片沿轴向均勻间隔分置，旋流片的长度为管径的1倍 15倍，扭率为1 6， 旋流片间距为管径的1倍 50倍。
3.根据权利要求2所述的糖液预热器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管 (5)是由沿筒体轴向带有周期性变化的急扩锥形曲面与渐缩锥形曲面构成的非对称凹凸曲面强化传热管，渐缩锥形曲面的长度为急扩锥形曲面长度的2倍 15倍，周期性肋间距为肋深的5倍 15倍，肋深为管径的 10%，管径尺寸范围为IOmm 60mm。
4.根据权利要求2或3所述的糖液预热器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管(5)的管段沿管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。
5.根据权利要求4所述的糖液预热器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管 (5)在筒体(4)内按方形均勻排列。
6.根据权利要求1所述的糖液预热器，其特征在于所述空心环网板(6)由拉杆(11)与定位套筒(10)定位，拉杆(11) 一端通过定位套筒(10 )定位，另一端与连接在进口封头(1) 上的管板(2)相接。
全文摘要
本发明的采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器包括进口封头、轴线水平的筒体及出口封头，筒体的两端设置有与两封头连接的管板，进口封头上设置有管程糖液进口，出口封头上设置有管程糖液出口，筒体上设置有壳程冷凝水出口和壳程蒸汽进口，筒体两端管板之间设置有内插旋流片急扩加速流缩放管和其支撑作用的空心环网板，旋流片均匀间隔分置在缩放管内。该糖液预热器利用急扩加速流缩放管周期性的缩放肋面与旋流片对管内近壁流体及中心区流体作反复置换与扰动促进强化传热，提高流体在传热边界层的流速与湍流度及管内流体传热膜系数；同时依靠空心环网板降低壳程蒸汽流动阻力损失，提高加热蒸汽与糖液之间的有效传热温差，提高传热速率。
文档编号F28F13/12GK102322768SQ20111026210
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者张连山, 邓先和 申请人:华南理工大学