专利名称：一种三维螺旋交叉换热管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维螺旋交叉换热管，属换热强化和换热器技术领域。
背景技术：
管式换热器是换热器家族中使用最广泛的换热器之一。在石油、化工、电力、乳品及粮油等行业广泛应用。管式换热器的核心部分是换热管，如何提高换热管的性能是人们不断研究的话题。现有的技术虽然都能在一定程度上提高换热管的换热效率，但是在除垢、管内阻力、抗振性能、运行应力、维护等方面会产生很大的负面效果。
在现已公开的专利中"多头螺旋槽换热管"(ZL00250108.2)具有扩展换热面积，强化换热的优点，伹螺旋太过密集，使管体加工时受损严重，抗振性能下降，管内阻力大，结标之后不方便使用常规方法清洗，增加了维护成本。
"菱形强化换热管"(ZL03104768.8)具有良好的强化换热效果，但其制作工艺复杂，制造成本高，由于其整个管体形状是不规则的，结垢后使用常规方法无法清洗。
"波纹螺旋换热管"(ZL01211430.8)、"换热器用波纹换热管"(ZL02280199.5)和"螺旋波纹换热管"(ZL03229223.6)对螺旋角度和螺旋线条数进行了优化，使得换热效果增加的同时，管内阻力也有所减小。但是换热效果始终局限于使管内介质向同一方向旋转，扰动方式单一，而且介质始终向同一方向旋转会形成运行应力，不利于设备的长期运行。发明 内 容
本实用新型提供了一种三维螺旋交叉换热管，能更好的提升换热管的热交换效率，具有抗垢、易除垢、管内阻力小、抗振、不形成运行应力、使用寿命长等特点。本实用新型是通过下述技术方案实现的在所述的换热管的两端各有一段光管段，用于安装。
在所述的换热管的中间段是沿管体长轴方向顺时针旋转的三条平行螺旋线和逆时针旋转的三条平行螺旋线相互交叉构成的三维立体交叉结构，所述的平行螺旋线之间的间距相等，其在管体垂直方向形成三个完整的菱形结构，所述菱形大小相同。螺旋线在管外凹下，管内凸起；菱形在管外凸起，管内凹下。
所述的顺时针旋转的三条平行螺旋线和逆时针旋转的三条平行螺旋线相互交叉构成的角度ai和a2互补,a严2b-40 110。。
所述的螺旋线与管体垂直方向的夹角b-20 55。。所述的螺旋线加工宽度R=0.5 2.5mm。 所述的螺旋线加工深度H-0.2~5mm。 本实用新型采用上述方案的优点是
(1) 充分利用了管体表面增加换热面积，提高换热效率。
(2) 螺旋线的管内凸起使介质形成涡流扰动，提高换热效率。
(3) 顺时针旋转螺旋线和逆时针旋转螺旋线使介质形成顺时针旋转与逆时针旋转扰动， 且在交叉处形成撞击扰动，提高换热效率。
(4) 交叉螺旋线充分破坏了介质在管内流动时候的紧贴管壁的静止附面层，使污垢不易形成。
(5) 交叉螺旋线把管内污垢分成许多小块并在交叉点形成污垢的剥点，易除垢。
(6) 交叉螺旋线形成工字筋结构，加强了管体的机械强度，利于抗振。
(7) 螺旋线的角度进行了优化，减小管内阻力。
(8) 交叉螺旋线使介质同时产生顺时针和逆时针旋转效果，不产生运行应力。
(9) 由以上特点可使换热管的使用寿命更长。 本实用新型在大幅提高换热效果的同时，增加了抗垢、易除垢、抗振等有益效果，减小
了管内阻力，消除了运行应力，简化了维护，延长了使用寿命。与光管相比，最大可提高换
热效率60%，对节约能源、减少废气排放有重要意义。
图l是换热管的结构示意图2是图1的A—A截面放大图3是图1中所示换热管沿B-B视图方向剖开展平图4是螺旋线放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步对本实用新型进行说明。
图1中，本实用新型的三维螺旋交叉换热管两端是光管段8，中间段为沿管体顺时针方 向旋转的相互平行的第一条螺旋线1、第二条螺旋线2、第三条螺旋线3和逆时针方向旋转 的相互平行的第四条螺旋线4、第五条螺旋线5、第六条螺旋线6相互交叉构成的三维交叉 立体结构。六条螺旋线是在换热管的外表面压制而成，以其中的一条螺旋线为例，所述的螺 旋线在换热管的外表面向内凹下，导致在换热管的内表面形成与外表面的螺旋线相对应的凸 起；顺时针和逆时针旋转的螺旋线相互交叉形成菱形结构7,所述的菱形结构7由于相邻四 条螺旋线的压制和挤压，形成向换热管的外表面凸起，从而在换热管的内表面凹下的结构。
如图2所示，换热管内螺旋线凸起最大处9的内切圆半径rn换热管外菱形结构7凸起最大处10的外接圆半径r2,螺旋线压制深度H为
H= r2—r严0.2 5mm。 图3中，^与5,'在管体上为同一点，其连线垂直于换热管管体长轴方向。图3中可以看
出，螺旋交叉线在垂直于管体方向形成三个完整的菱形，螺旋线与垂直于管体长轴方向的夹 角b-20 55。；螺旋线交叉形成夹角A和a2互补，ai=2b=40 110° , ^ + ^ = 180° 。
图4中，螺旋线宽度R-0.5 2.5mm。
所述的三维螺旋交叉换热管是在光管的基础上加工而成，应用本实用新型的三维螺旋交 叉换热管，相对于光管具有以下变化
(1) 换热面积增加20%~80%;
(2) 介质在管内流动能产生旋流和涡流效果，提高换热效率；
(3) 管内阻力增加1% 10%;
(4) 整个管子长度缩短5%。 15%0;
(5) 巧相对光管内径缩小5。/0 20%;
(6) &相对光管外径增大0.8% 8%;
(7) 螺旋线加工处管壁减薄5% 20%;
(8) 机械强度增加20% 50%;
(9) 除裙效果增加30%~80%;
(10) 运行维护周期增长3 5倍。
所述变化量，由运行实际环境来选定的参数决定，其参数是螺旋线压制深度H、螺旋线 宽度R、螺旋线与垂直于管体长轴方向的夹角b。在电厂凝汽器中推荐使用H=0.5mm， R=0.6mm， b=50° ;在粮油生产中的换热器推荐使用H=3mm， R=1.0mm， b=25° 。 所述的三维螺旋交叉换热管推荐使用不锈钢材质，铜、钛和铝等材质同样适用。 所述的三维螺旋交叉换热管推荐使用焊接工艺的管子，其他工艺如无缝管同样适用。 所述的三维螺线交叉换热管在安装中可使用胀接、先焊后胀或先胀后焊与管板连接。 所述的三维螺线交叉换热管可广泛应用在电力、石油化工、冶金、乳业和粮油等行业的 凝汽器、冷油器、热回收装置等设备中。
权利要求1.一种三维螺旋交叉换热管，其特征在于所述换热管的两端各有一段光管段；所述的换热管中间段是沿管体长轴方向顺时针旋转的三条平行螺旋线和逆时针旋转的三条平行螺旋线相互交叉构成的三维立体交叉结构，其在管体垂直方向形成三个完整的菱形结构；所述的螺旋线在换热管的外表面凹下，在换热管的内表面形成与外表面的螺旋线相对应的凸起；所述的菱形结构由于相邻四条螺旋线的压制和挤压，形成向换热管的外表面凸起，从而在换热管的内表面凹下的结构。
2. 根据权利要求1所述的三维螺旋交叉换热管，其特征在于所述的平行螺旋线之间的间 距相等。
3. 根据权利要求1所述的三维螺旋交叉换热管，其特征在于螺旋线交叉形成的夹角",和"2 为互补关系，fl,2b-40 ll(T ， fll + a2 = 180° ，其中b为螺旋线与管体垂直方向的夹角。
4. 根据权利要求1或3所述的三维螺旋交叉换热管，其特征在于螺旋线与管体垂直方向 的夹角b为20 55。。
5. 根据权利要求1所述的三维螺旋交叉换热管，其特征在于螺旋线加工深度H为0.2 5mm。
6. 根据权利要求1所述的三维螺旋交叉换热管，其特征在于螺旋线加工宽度R为0.5~ 2.5mm。
专利摘要一种三维螺旋交叉换热管，所述换热管的两端各有一段光管段；所述的换热管中间段是沿管体方向顺时针旋转的三条平行螺旋线和逆时针旋转的三条平行螺旋线相互交叉构成的三维立体交叉结构，其在管体垂直方向形成三个完整的菱形结构。螺旋线管外凹下，管内凸起；菱形结构管外凸起，管内凹下。所述换热管具有换热效率高、抗垢、易除垢、抗振、管内阻力小、使用寿命长、易加工等优点，广泛应用在电力、石油化工、冶金、乳业和粮油等行业的凝汽器、冷油器、热回收装置等换热设备中。
文档编号F28F13/06GK201397073SQ20092010813
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者陆志刚 申请人:陆志刚