专利名称：多头螺旋槽换热管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种强化传热换热管，特别是通过辊轧使换热管内外表面形成适宜的螺旋凹凸壁面的螺旋槽换热管。
目前，螺纹换热管、(单头)螺旋槽换热管和横槽换热管作为强化传热元件，在石化、化工、动力等领域中应用较为普遍。目前使用最为广泛的螺纹换热管(JB/T4722-92《管壳式换热器用螺纹换热管基本参数和技术条件》，其螺距不大于管壁厚)，管外扩展表面强化效果较好，但其管内强化传热效果较小甚至无强化效果，适用于管外总热阻为控制热阻的传热场合；而单头螺旋槽换热管和横槽换热管，其管内具有一定的强化传热效果，但其管内流阻较大，而且管外强化作用有限。在已公开的专利中，“多头螺旋波纹换热管”(ZL942092643)属波纹管类，管内具有旋流扰动，但扩展表面强化作用较小；“冷热换热管”(ZL882142062)属螺旋槽换热管类，其螺旋头数为3，螺旋升角为30°，旋流作用有限且翅化比较小；“双边强化换热管”(ZL882168592)属外螺纹内螺旋槽换热管类，其管外扩展表面强化作用较强，但管内旋流扰动较小。此外，这些强化传热元件由于加工效率较低或制造工艺复杂，其制造费用相对较高。
本实用新型的目的是提供一种通过辊轧使换热管内外表面形成螺旋凹凸壁面，特别是一次辊轧成型的多头螺旋槽换热管。由于本实用新型的多头螺旋槽换热管的管内具有适宜的螺旋凹凸壁面，即管外表面具有适宜的翅化比和管内表面具有适宜的螺旋升角、凸起高度和螺距，使管内外增大换热表面积的同时，还使管内流体产生较强的螺旋旋转流动，在管内近壁处流体流速可增加30％以上，旋转离心加速度可达几倍甚至几十倍的重力加速度，管内强化传热效果十分显著。同时多头螺旋槽换热管的螺旋旋转流动也使其流阻较光滑壁面换热管不致增加较多。此外，换热管采用辊轧一次成型多头螺旋槽的加工制造方法，制造工艺简便，其加工效率大幅度提高，从而降低了其制造成本。
本实用新型的目的是这样实现的(1)使用两个或两个以上的轧辊，将光滑圆形截面换热管外表面在轧制过程中特别是一次轧制过程中辊轧出多头螺旋槽，在合适的螺距(推荐选用1.5-2倍的管壁厚)和螺旋槽深(推荐选用0.4-0.75倍的管壁厚)的条件下，由于轧辊的挤轧作用使换热管内表面形成对应的多头螺旋凹凸壁面。当换热介质在这种具有螺旋凹凸壁面的换热管中流动时，在合适的螺旋升角(管内壁螺旋升角推荐选用20-60°)和凸起高度的条件下，流体将产生较强的旋转扰动和横向扰动，从而强化传热。这种管内多头螺旋凹凸壁面结构是集横槽换热管和单头螺旋槽换热管对流体的横向扰动(由于单头螺旋槽的螺旋升角较小，其扰流作用与横槽对换热介质的扰流作用基本相同，即横向扰动)以及管内插扭曲带(形成的螺旋通道使流体产生强制旋流)对流体的旋转扰动的思想于一体。多头螺旋槽换热管管外扩展换热表面积接近于螺纹换热管，而管内在扩展换热表面的同时，使流体产生较强的旋转扰动。因此，多头螺旋槽换热管属于管内外同时强化的双面强化换热管，具有流阻小、强化传热效果好的综合效果。
(2)考虑到与管板的连接方式，管两端仍保持其圆形截面。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点。
(1)多头螺旋槽换热管在管内外同时产生扩展换热表面的同时，管内的螺旋凹凸壁面使流体产生较强的旋转扰动，其流体旋转流动旋转离心加速度可达数十倍的重力加速度，在管内近壁处流体流速可增加30％以上，管内强化传热效果十分显著，属于管内外同时强化的双面强化换热管。因而与螺纹换热管(外表面扩展强化)、单头螺旋槽换热管和横槽换热管(管内横向扰流强化)相比，具有更好的强化传热效果，应用更加广泛。
(2)多头螺旋槽换热管管内的螺旋凹凸壁面连续无突变，以及管内适宜的螺旋凹凸壁面使管内流体产生较强的旋转流动，因此与内螺纹换热管、单头螺旋槽换热管、横槽换热管、波纹和波节换热管相比，在相同流速下，管内流阻较小。
(3)由于强制旋流充分冲刷管壁，破坏了结垢的条件，因而在实际运行过程中始终能保持较好的强化传热效果。换热管的螺旋凹凸管壁使流体产生较强旋流的作用，也使换热介质流动通畅，不易堵塞。
(4)一次辊轧成型的多头螺旋槽换热管的轧制效率要比螺纹换热管、单头螺旋槽换热管和横槽换热管的制造效率高许多。若多头螺旋槽换热管的头数为N，则一次辊轧成型的多头螺旋槽换热管的轧制速度约为单头螺旋的N倍，其加工效率大幅度提高，因而其制造成本也相应降低。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是多头螺旋槽换热管的结构示意图。图中D为轧制基管的外径，b为轧制基管的壁厚，L1和L2为两端圆形光滑截面的长度，S为螺旋槽螺距，T为螺旋槽导程(等螺距时T=N×S，N为螺旋槽头数)，L为螺旋槽换热管的长度。
图2是多头螺旋槽换热管轧制管壁剖面示例。图中，S为螺旋槽螺距，h0为管外壁螺旋槽深度，hi为管内壁螺旋凸起高度。
见
图1、图2，本实用新型的具体结构如下多头螺旋槽换热管是由多头螺旋槽段1和两端光滑圆形截面段2组成。多头螺旋槽的头数N=4-27，推荐选用N=6-12。多头螺旋槽的螺距S与壁厚b的比值S/b=1-4，推荐选用S/b=1.5-2。多头螺旋槽的管外壁螺旋槽深度h0与壁厚b的比值h0/b=0.2-1，推荐选用h0/b=0.4-0.75。多头螺旋槽的旋向可以为右旋也可以为左旋。螺旋槽螺距可以为等螺距，也可以为不等螺距，优选等螺距。
多头螺旋槽换热管的螺旋槽截面可以为三角形、矩形、梯形、圆弧形和弧线形等截面形状。
图3是多头螺旋槽换热管轧制方法简图。图中，3为若干个与轧制基管轴线存在较大异面交叉角(大于15°)的轧辊。当轧辊同向旋转时，轧制基管在旋转的同时向前移动，在轧辊上的扎齿的挤扎作用下，形成多头螺旋槽。大异面交叉角一次轧制成型多头螺旋槽换热管，其轧制效率是常规的单头螺旋轧制方法的N倍(N为多头螺旋槽头数)。
多头螺旋槽换热管的多头螺旋槽扎制方法，可以是一次轧制或几次轧制成型，优先选用一次轧制成型。在一次轧制过程中使用两个或两个以上的轧辊，将光滑圆形截面换热管外表面轧制出多头螺旋槽，推荐选用2至3个轧辊。
权利要求1.多头螺旋槽换热管，是由轧制成型的多头螺旋槽段和两端光滑圆形截面段组成，其特征在于多头螺旋槽换热管的螺旋槽的头数N=4-27，推荐选用N=6-12；多头螺旋槽的螺距S与壁厚b的比值S/b=1-4，推荐选用S/b=1.5-2；多头螺旋槽的管外壁螺旋槽深度h0与壁厚b的比值h0/b=0.2-1，推荐选用h0/b=0.4-0.75。
2.根据权利要求1所述多头螺旋槽换热管，其特征在于多头螺旋槽换热管的螺旋槽截面可以为三角形、矩形、梯形、圆弧形和弧线形等截面形状。
专利摘要多头螺旋槽换热管,是由轧制成型的多头螺旋槽段和两端光滑圆形截面段组成。其优点是多头螺旋槽换热管在增大管内外换热表面积的同时,使管内流体产生较强的旋转扰动和横向扰动,管外扩展换热面积与螺纹换热管相当,管内近壁处换热介质流速增加30%以上,离心加速度可达数十倍的重力加速度,管内强化传热效果十分显著,属于管内外同时强化的双面强化换热管,具有强化传热效果好,流阻较小,不易结垢,轧制效率高,成本低等优点。
文档编号F28F1/10GK2436257SQ00250108
公开日2001年6月27日 申请日期2000年9月12日 优先权日2000年9月12日
发明者孟继安 申请人:孟继安