专利名称：双螺旋涡流管防腐换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防腐换热器，主要应用于石油化工、化肥和电力等行业，因其将热流体部分的热量传递给冷流体，又称为热交换器。
背景技术：
目前大多数换热器的换热元件主体结构为管形体，内外壁都比较光滑，应用于各类换热器中的热交换元件均属此类。但基于牛顿内摩擦定律的流体力学的边界层理论可知，流体在管内的输送会形成层流，在边界的流体质点必然黏附在固体边界上，流速为零， 加之内摩擦的作用，使得在管的轴线区域流速最大。这必然使得流速较慢的部分温度低，而流速较快的部分温度高，边界层形成了一个热传导的阻碍层，对热交换效率有比较大的负面影响。因此，本领域的技术人员在如何解决边界层的负面影响问题方面作出了很多有益的探索，并设计出了多种模型。其一是在换热元件内设置扰流板，以使流通于所述管形体内的流体不仅沿管体轴线方向流动，还直接作用于管壁上形成冲刷边界层的紊流。但由于所述扰流板位于管体内，加工非常困难，且此类换热元件流阻太大。再一种模型是所说的管形体是由一组锥台形体依次焊接而成，可以增大换热面积，并具有一定的消除边界层的作用，但其作用有限，主要是其所形成的流体状态仍然是层流，并且此类换热元件加工成本偏高。还有一种则是在换热元件内外各设置一组环形槽，用以形成扰流，该类换热元件仍然存在加工困难的问题，且除环型槽区域外，其余部分的所形成的仍然是层流。目前具有较好换热性能的一种管体的管内管壁上设有小波纹、管外管壁上设有螺旋状圆弧凹槽的螺旋波纹换热管。不过其管体上所形成的小波纹和螺旋状圆弧形态相差太大，从加工形式上来看，若想形成此结构，必然管体内外分别进行加工，且两个加工工序应当不会相互影响，加工比较困难。此外，波纹形态的扰流结构所形成的扰流主要是以受冲击表面的切平面为反射面按照反射原理形成的扰流，显然，背向于管体轴线的波纹面仍然无法克服边界层的影响，有效换热面积仍然很小。
发明内容因此，本实用新型针对目前换热器环热效率低的缺陷，提供了一种换热效率高，且制造成本低的双螺旋涡流管防腐换热器。本实用新型采用的技术方案为本实用新型双螺旋涡流管防腐换热器，包括外壳，为一两端设有第二介质接口法兰的管状体；内胆，同轴地设置于所述外壳内；换热元件，成组地设置在所述内胆内用于流通第二介质，换热元件间的内胆腔体两端封闭形成第一介质的通道，相应地，在所述内胆两端设有第一介质接口法兰；[0013]所述换热元件的管体内部在管壁上形成预定旋向的内螺旋线，相应地，管体外部在管壁上形成有与所述内螺旋线旋向相同的外螺旋线，且所述内螺旋线和外螺旋线的导程相同，对应牙顶一一对应。依据本实用新型技术方案的双螺旋涡流管防腐换热器所使用的换热元件，具有内外的双螺旋结构，能够将层流的流体导流成涡流，涡流可以很好的冲刷管壁，从而，可以对边界层有比较好的冲刷效果。另一方面，此结构可以加大有效换热元件的换热面积，进一步地提高了换热效率，同类管材可提高换热面积8%-20%。显然，在等效条件下，也已明显节省设备原材料的消耗，此消耗可降低5%-15%。此外，由于内外螺旋结构对应，在加工过程中利用机压成型工艺可以一次成型，加工简单，制造成本低。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述内螺旋线和外螺旋线的牙型主体为圆弧形。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述圆弧形的曲率在0.05-1 ；所述内螺旋线和外螺旋线的头数为1头以上。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述导程为管体名义内径的0. 2-1. 2倍；所述内螺旋线的牙顶到牙底的径向距离为所述导程的0. 03-0. 15倍；所述内螺旋线的螺旋角的角度为70-85度。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述管体两端设有连接部。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述管体依据第一介质和第二介质的性质在所述管体内、外或者管体内外相应地设有耐热350°C摄氏度的防腐层。上述双螺旋涡流管防腐换热器，在所述内胆内径向地设有多个隔板，将所述通道均勻地分割成多个径向通道。上述双螺旋涡流管防腐换热器，所述通道内与所流通介质接触的表面设有自洁净防腐层。上述双螺旋涡流管防腐换热器，还包括设置于外壳上的耐热350°C自洁净防腐层。上述双螺旋涡流管防腐换热器，在该换热器的封头内设有由合金材料制作并有序排列的牺牲阳极防腐。
下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明，其中图1为本实用新型实施例中换热元件的结构示意图。图2为双螺旋涡流管防腐换热器的结构示意图。图中1、连接部，2、内螺旋线，3、外螺旋线，4、管体，5、第一介质接口法兰，6、外壳， 7、第二介质接口法兰，8、隔板，9、换热元件，10、内胆，11、封头。
具体实施方式
参照说明附图2和1所示的双螺旋涡流管防腐换热器，包括外壳6，为一两端设有第二介质接口法兰7的管状体；内胆11，同轴地设置于所述外壳内；换热元件9，成组地设置在所述内胆内用于流通第二介质，换热元件间的内胆腔体两端封闭形成第一介质的通道，相应地，在所述内胆两端设有第一介质接口法兰5 ；所述换热元件的管体4内部在管壁上形成预定旋向的内螺旋线2，相应地，管体外部在管壁上形成有与所述内螺旋线旋向相同的外螺旋线3，且所述内螺旋线和外螺旋线的导程S相同，对应牙顶一一对应。关于本方案中所使用的技术特征名称，部分的借用了螺纹的概念，但需要指出的是，在热交换技术领域中，尤其是关于异型换热元件技术领域中，还没有形成统一的行业标准，因此，这里的技术特征名称仅是为了行为的方便，并不对技术特征本身形成具体限定。关于内、外螺旋线，两者并不讲究螺纹连接上的配合，两者的牙型没有严格意义上的要素相同。并且关于加工方式的上述论述，在此也很难保证两者在要素上的完全相同。 关于技术特征的名称，图1中部分的剖开了管体，剖面为波浪形，为了行文的方便，对应内螺纹的称为内波纹，对应外螺纹的称为外螺纹，以下类同。再把上述螺纹概念说明一下， 假定所说波浪的波长是一个值，那么所说外螺旋线的波谷部分的宽度占整个波长长度的 1/20-1/2，所以所说的螺纹仅是转用概念。优选地，所述内螺旋线和外螺旋线的牙型主体为圆弧形，或者波纹的波形为圆弧形，这种结构更有利于加工成型。进一步地，所述圆弧形的曲率在0. 05-1。关于曲率的选择，本领域的技术人员可以充分考虑管体的内径d，流体的黏度、流速和压力，根据具体的实验进行选择，上述数值范围是根据实验的理论值，基本覆盖了现有换热器的可选择范围。此外，本领域的技术人员可以根据自己的需要选择或者组合以下优选的方式所述内螺旋线和外螺旋线的头数为1头以上，通常情况下优选1头和两头，基本上都可以满足要求。所述导程为管体名义内径d的0. 2-1. 2倍。这里还涉及到外螺旋线的大径D，其主要是对另一种换热介质的扰流，具体可参考内螺纹的选择。关于导程不宜过小，流阻过大， 而导程较大时则起不到扰流的作用。为了起到更好的扰流作用，所述内螺旋线的牙顶到牙底的径向距离为所述导程的 0. 03-0. 15 倍。所述内螺旋线的牙顶到牙底的径向距离为所述导程的0. 03-0. 08倍。所述内螺旋线的螺旋角的角度为70-85度。从螺旋角可以看出，本方案并非完全挪用螺纹的特征，螺纹的螺旋角通常都小于 60度，本方案的螺旋角必须在上述范围内，不然绕流效果会比较差，当然，在上述范围之外不是不能用，是一种劣化的选择方式。为了方便连接，所述管体两端设有连接部，便于换热元件的装配。为了提高换热元件的使用寿命，所述管体依据第一介质和第二介质的性质在所述管体内或者外相应地设有耐热350°C摄氏度的自洁净防腐层，这种加以匹配的防腐层设置方式在满足防腐的条件下，成本相对来是比较低。关于自洁净防腐层，见于中国《腐蚀与防护》(2008年10期)的文章“耐沾污、自洁净防腐蚀涂料”，介绍了耐沾污；自洁净；防腐蚀涂料。优选地，在所述内胆内径向地设有多个隔板8，将所述通道均勻地分割成多个径向通道，从而可以将所流通介质进行有效的分流，流体均勻华，可以提高换热的效率。[0049]进一步地，所述通道内与所流通介质接触的表面设有耐热350°C自洁净防腐层，以提高换热器的使用寿命。为了减少热损，本换热器还包括设置于外壳上的保温层，作为进一步的选择。当然，有些情况下保温措施不是必须的，甚至是能够起到相反作用的配置，保温层是根据实际需要进行的相应配置。进一步地，为了提高换热器的使用寿命，在该换热器的封头11内设有由合金材料制作并有序排列的牺牲阳极防腐。
权利要求1.一种双螺旋涡流管防腐换热器，包括外壳(6)，为一两端设有第二介质接口法兰(7)的管状体；内胆(11)，同轴地设置于所述外壳内；换热元件(9)，成组地设置在所述内胆内用于流通第二介质，换热元件间的内胆腔体两端封闭形成第一介质的通道，相应地，在所述内胆两端设有第一介质接口法兰(5)；其特征在于所述换热元件的管体(4)内部在管壁上形成预定旋向的内螺旋线(2)，相应地，管体外部在管壁上形成有与所述内螺旋线旋向相同的外螺旋线(3)，且所述内螺旋线和外螺旋线的导程(S )相同，对应牙顶一一对应。
2.根据权利要求1所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述内螺旋线和外螺旋线的牙型主体为圆弧形。
3.根据权利要求2所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述圆弧形的曲率在0. 05-1 ；所述内螺旋线和外螺旋线的头数为1头以上。
4.根据权利要求1至3任一所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述导程为管体名义内径(d)的0. 2-1. 2倍；所述内螺旋线的牙顶到牙底的径向距离为所述导程的 0. 03-0. 15倍；所述内螺旋线的螺旋角的角度为70-85度。
5.根据权利要求4所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述管体两端设有连接部(1)。
6.根据权利要求5所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述管体依据第一介质和第二介质的性质在所述管体内或管体外相应地设有耐热350°C摄氏度的防腐层。
7.根据权利要求5所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述管体依据第一介质和第二介质的性质在所述管体内外均设有相应的自洁净防腐层。
8.根据权利要求6所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于在所述内胆内径向地设有多个隔板(8)，将所述通道均勻地分割成多个径向通道。
9.根据权利要求7所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于所述通道内与所流通介质接触的表面设有耐热350°C自洁净防腐层。
10.根据权利要求1所述的双螺旋涡流管防腐换热器，其特征在于在该换热器的封头 (11)内设有由合金材料制作并有序排列的牺牲阳极防腐。
专利摘要本实用新型公开了一种双螺旋涡流管防腐换热器，包括外壳、内胆和换热元件，其中换热元件成组地设置在所述内胆内用于流通第二介质，换热元件间的内胆腔体两端封闭形成第一介质的通道，相应地，在所述内胆两端设有第一介质接口法兰；所述换热元件的管体内部在管壁上形成预定旋向的内螺旋线，相应地，管体外部在管壁上形成有与所述内螺旋线旋向相同的外螺旋线，且所述内螺旋线和外螺旋线的导程相同，对应牙顶一一对应。本实用新型换热效率高，且制造成本低。
文档编号F28F19/00GK202048829SQ20112013225
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者娄毓昌, 李振宙, 李长明, 辛伟, 高建农 申请人:山东华拓石化设备有限公司