专利名称：利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热交换设备，尤其是涉及一种由铝合金制作的热交换设备。
背景技术：
热交换器作为一种不同介质间热量交换的通用工艺设备，应用十分广泛，尤其是近20年来热交换器及相关技术得到迅速发展，几乎在其研究的各个领域都取得了令人鼓舞的进步。但与此同时，一些长期未能解决的技术问题更加凸显出来，其中最突出的是热交换器在长期运行过程中因流体流动产生的诱导振动而造成的疲劳破坏和传热表面积垢问题。诱导振动将会诱发热交换器换热元件开焊与泄漏，直接影响设备使用奉命。而传热表面积垢又会带来热量的巨大损失而降低热效率。为了解决所述问题，业内人士进行了大量的研究，研究中发现适当提高管内流速，管内的对流换热系数a i与管内流体的流动状态有 极大关系，流动状态的改变可借助于流速的提高，传热系数随着流速的提高而增加。但当流速提高到一定程度时，传热系数随着流速的提高而增速减慢，而热交换器的压降增加幅度却很大。由此可见，适当加大管内流速，以提高管内换热系数，强化管内传热。提高了流速与热力性能，可减少污垢的形成。研究中还发现，高的流速和减少结构支撑可导致严重的流体诱导振动问题(该问题的研究晚于对积垢的研究)，导致传热元件的疲劳破坏，同时提出了热交换器内可诱发振动的主要因素为漩涡脱落、紊流抖振、流体弹性激振和声共鸣，并提出了防止振动采取的基本方法是依靠增加传热元件的机械强度来防止振动的产生，到目前为止，与热交换器实际情况相比，不仅振动产生的噪声依然十分普遍，振动所致传热元件的损坏亦是热交换器发生意外事故的主要根源。也就是说在热交换器内完全防止振动的产生几乎是不可能的。而且致力于增加传热元件的强度来防止振动来避免元件的损坏与噪声，也不是完全能奏效的。因此，由于提高流速带来的流体诱导振动问题长期得不到解决，致使对于传热表面积垢问题仍沿用化学清洗与机械清洗两种方法除垢，而这两种方法不仅十分麻烦，而且还耽误生产。使长期渴望解决的技术问题仍不能得到彻底的解决。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器，主要是为了解决现有技术中存在的热交换器在长期运行中因流体诱导振动而造成的疲劳破坏和传热表面积垢的问题。本实用新型利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器，包括壳体、支座、管程介质进出口 A、B和壳程介质进出口 C、D，它是将传热元件设置为铝制弹性管束，并在铝制弹性管束的外部分别经U形螺栓与支架固定连接。本实用新型由于采取了铝制弹性管束构成的传热元件，突破了已有热交换器的传统设计模式，提出了以自由振动阻止振动破坏与噪声并利用振动强化传热有效地防垢、抑垢，且可避免管束因流体流动诱发振动而产生的疲劳破坏。本实用新型的设计方法不着重于振动的预防，而是使传热元件在脉动流的诱导下自由振动，它在振动上表现出了更多的弹簧特征，依靠传热元件本身的振动特性使振幅通过系统阻尼得到有效控制，而不能够诱发强烈的共振，使传热元件长期安全运行而不损坏。同时，在脉动流诱导下的振动频率与振幅较低亦不会产生噪声。本实用新型还可通过弹性管束自上而下的流动有效提高流速，进一步防垢、抑垢，使热能得到更加充分的利用，有效提高换热效率。该实用新型还具有发明构思新颖独特、结构设计紧凑合理、质轻耐腐性能可靠、适应多种工况条件、导热性好易于加工、经济适用节能高效、有效延长使用寿命、推广应用前景广阔等优点。
图I是本实用新型整体结构示意图。
具体实施方式
图I所示的利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器是在现有技术基础上改进的一种新型热交换设备。它的外部是壳体1，壳体I上分别设有管程介质进口A、管程介质出口 B，壳程介质进口 C和壳程介质出口 D，底部是支座2。本实用新型的突出特·点是采用铝制弹性管束3作为传热元件(设置在壳体I内)，并在铝制弹性管束3的外部分别经U形螺栓4将弹性管束3与支架5连接固定。所述U形螺栓4应倾斜一定角度，以利管程介质的流动。所述的铝制弹性管束3是采用铝制换热管进行螺旋缠绕构成的螺线形管体。铝制弹性管束3采取机械自动化缠绕，属于冷加工。由于铝在大气中容易生成透明和致密的氧化覆盖模，故铝在水、大气(即使大气中含有S02及C02)、中性溶液和弱酸性溶液中稳定性都很高。铝的耐腐蚀性与纯度有关，纯度愈高，耐腐蚀性愈强。铝的导热性和导电性均好，富有压延性、加工性能好，重量轻，安装便捷，成形容易，性价比高的特点。本实用新型采取铝制弹性管束3的结构一方面延长了管程长度，换热充分；另一方面极大地改变管程内流体的流动状态，使流体呈强烈的湍流状态流动，从而强化传热，大大提高换热系数。同时可利用铝制弹性管束3有限的振动使流体诱导振动的能量耗散，从而避免强烈振动造成的噪声和对传热元件的损坏(疲劳破坏)。以形成固定范围的低频振动，既对介质流动产生扰动，在扰动水流提高对流换热系数的同时，利用振动变形有效地克服污垢的形成，降低污垢热阻，实现复合强化传热。使热交换器的传热系数得到更为显著的提高。这也是现有其它热交换器无法比拟的。
权利要求1.一种利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器，包括壳体(I)、支座(2)、管程介质进出口(A、B)和壳程介质进出口(C、D)，其特征在于所述热交换器是将传热元件设置为铝制弹性管束(3)，并在铝制弹性管束(3)的外部分别经U形螺栓(4)与支架(5)固定连接。
2.根据权利要求I所述的铝制热交换器，其特征在于所述铝制弹性管束(3)是采用铝制换热管进行螺旋缠绕构成的螺线形管体。
3.根据权利要求I所述的铝制热交换器，其特征在于所述U形螺栓(4)应倾斜一定角度。
专利摘要本实用新型公开了换热器领域中的利用自由振动阻止疲劳破坏防垢抑垢的铝制热交换器。它是将传热元件设置为铝制弹性管束，并在铝制弹性管束的外部分别经U形螺栓与支架固定连接。它以自由振动阻止振动破坏与噪声并利用振动强化传热有效地防垢、抑垢，且可避免管束因流体流动诱发振动而产生的疲劳破坏。具有发明构思新颖独特、结构设计紧凑合理、质轻耐腐性能可靠、适应多种工况条件、导热性好易于加工、经济适用节能高效、有效延长使用寿命、推广应用前景广阔等优点。
文档编号F28D7/00GK202709810SQ20122039491
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者李涛, 程立 申请人:四平维克斯换热设备有限公司