扭齿翅片管及其翅片管换热管束的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种扭齿翅片管及翅片管换热管束。本发明提供的扭齿翅片管包括：基管部和翅片部，翅片部包含：沿预定路径固定设置在外壁上且连续形成的基片、多个连接在基片上且沿基管径向向外延伸的扭齿、和多个形成在沿预定路径方向上每相邻的两个扭齿之间的开口槽，扭齿底端与基片连成一体，扭齿顶端相对于扭齿底端扭转一定角度，翅片部的这种结构使得翅片管的翅化比得到大幅提高，同时降低了翅片管的制造难度，另外，扭齿的顶端相对于底端扭转一定角度，大幅度增强了翅片对管外气流的扰动和换热，使得扭齿翅片管具有优异的强化换热性能。
【专利说明】扭齿翅片管及其翅片管换热管束
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种翅片管，具体涉及一种扭齿翅片管及其翅片管换热管束。
【背景技术】
[0002]工程换热装置中广泛应用圆管外加装环形翅片制成的环形翅片管，常见的环形翅片管包含螺旋翅片管和套装翅片管。螺旋翅片管由带状金属翅片在基管表面螺旋缠绕而成，套装翅片管由各不相连的环形翅片沿管轴方向按一定间距排列并与基管套装连接而成。螺旋翅片管和套装翅片管制造方便且翅化比较大，可明显降低管外气流侧换热热阻，因此在各类气流换热装置中被广泛应用。按翅片管强化换热基本原理，提高换热管翅化比可降低管外气流侧热阻，从而使换热管束的金属耗量更少、体积更紧凑。提高环形翅片管翅化比可通过减小翅片间距和提高翅片高度二种途径实现。然而，翅片间距的减小受到管外气流含灰含尘情况的限制，过小的翅片间距会使翅片管在工作中严重堵灰。同时，翅片高度的提高受到翅片金属延展性的限制，尤其对于钢质翅片，为保证翅片管制造时不发生翅片顶部歪斜或撕裂等，不得不选用很低的翅片高度，以及相应较低的换热管翅化比。
[0003]现有技术公开了一种锯齿螺旋翅片管，翅片在对基管进行螺旋缠绕前被按照一定间距进行局部切割开齿，翅片在对基管进行螺旋缠绕时，被切割部分分开形成V型缺口，这种结构消除了原先翅片端部受金属应变量过大对翅片质量的影响，与连续状的螺旋翅片管相比，这种技术方案可保证翅片在不变形不撕裂的前提下取用更高的翅片高度，从而大幅度提高螺旋翅片管的翅化比。
[0004]上述锯齿螺旋翅片管虽然增大了螺旋翅片管的翅化比，但是，由于其中锯齿为平直翅片并且锯齿的走向与翅片螺旋缠绕的走向基本平行，因此，在相同翅片管结构及管束布置结构下，锯齿螺旋翅片管束的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能与连续螺旋翅片管束近于相同。这主要是因为锯齿对基管外气流的扰动作用微弱，因而对翅片表面换热能力的强化效果较差所致。因此在相同的翅片管金属耗量下比较时，这种锯齿螺旋翅片管的强化换热效果十分有限。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对基管外气流能够有效扰动并强化换热的扭齿翅片管及其翅片管换热管束，从而在实现翅片管易于制造和翅化比更大的基础上，进一步提高翅片管“换热量/流体输运功耗”综合换热性能。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]< 结构一 >
[0008]本发明提供了一种扭齿翅片管，具有这样的特征，包括:基管部，以及翅片部，沿着预定路径围绕基管部的外壁螺旋设置，其中，翅片部包含沿预定路径固定设置在基管外壁上并且连续形成的基片、多个连接在基片上且沿基管径向向外延伸的扭齿、以及多个形成在沿预定路径方向上每相邻的两个扭齿之间的开口槽，扭齿的底端与基片连为一体，扭齿的顶端相对于底端扭转一定角度。
[0009]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，锯齿扭转角度的范围为1°至90°。
[0010]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，每相邻的两个扭齿的扭转方向为相同和相反中的任意一种。
[0011]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，每相邻两个扭齿扭转的角度不同。
[0012]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，扭齿顶端的顶缘为呈梯形、圆弧形、锯齿形以及波浪形中的任意一种形状。
[0013]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，齿间多个开口槽中至少一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同。
[0014]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，扭齿的侧壁具有凹凸不平的表面。
[0015]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，扭齿的侧壁具有凹痕或凹槽，凹痕为长条形、网格形、V字形以及波浪形中的任意一种，凹槽为一字槽以及十字槽中的任意一种。
[0016]〈结构二〉
[0017]进一步地，本发明还提供了一种扭齿翅片管，具有这样的特征，包括:基管部，呈圆管状；以及翅片部，包含多圈分别沿基管部的轴向以预定间距连接在基管部的外壁上的翅片，其中，每圈翅片包含固定设置在外壁上并且连续形成的基片、多个底端与基片连成一体且顶端向着基管部的外部延伸的扭齿、以及多个形成在每相邻的两个扭齿之间的开口槽，扭齿的顶端相对于底端扭转一定角度。
[0018]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，锯齿扭转角度的范围为1°至90°。
[0019]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，每相邻的两个扭齿的扭转方向为相同和相反中的任意一种。
[0020]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，每相邻两个扭齿扭转的角度不同。
[0021]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，顶端的顶缘为呈梯形、圆弧形、锯齿形以及波浪形中的任意一种形状。
[0022]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，多个开口槽中至少一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同。
[0023]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，扭齿的侧壁具有凹凸不平的表面。
[0024]在本发明提供的扭齿翅片管中，还可以具有这样的特征:其中，扭齿的侧壁具有凹痕或凹槽，凹痕为长条形、网格形、V字形以及波浪形中的任意一种，凹槽为一字槽以及十字槽中的任意一种。
[0025]<结构三>
[0026]更进一步地，本发明还提供了一种翅片管换热管束，具有这样的特征，包括:至少三个扭齿翅片管，其中，扭齿翅片管为〈结构一 > 和〈结构二 >中的任意一种扭齿翅片管，翅片管换热管束为顺列布置，错列布置以及不等间距布置中的任意一种。
[0027]发明的作用与效果
[0028]根据本发明提供的扭齿翅片管，连续形成的基片设置在基管部的外壁上，多个连接在基片上的扭齿向基管的外部延伸，并且在相邻的两个扭齿之间形成开口槽，使得扭齿翅片管可选用较大的翅片高度从而使螺旋翅片管的翅化比得到大幅提高，同时降低了扭齿翅片管的制造难度。
[0029]另外，扭齿的顶端相对于底端扭转一定角度，这种扭齿在明显强化翅间流体横向混合的同时，对气流纵向绕流翅片管换热管束的流场周期性地进行横向扰动，从而使得翅片侧换热得到显著增强，而且，扭齿的扭转角度具有沿扭齿的底端至顶端逐渐增大的结构特点，使得对扭齿的顶端处流体的扰动较强，对靠近基管部流体的扰动较弱，这与流体横掠翅片管束绕流流场中靠近基管部流体湍流度较高不宜横向扰动过大，而靠近扭齿的顶端流体湍流度较低宜强化其横向扰动及换热的固有特点正好吻合，由此在较小的流体输运功耗增加下获得了较大的换热量增大收益，达到了翅片管束管外流动与换热的最佳组织，使得扭齿翅片管的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能得以明显提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明的实施例一中翅片管换热管束的结构示意图；
[0031]图2为本发明的实施例一中扭齿翅片管的结构示意图；
[0032]图3为本发明的实施例一中翅片部的结构示意图；
[0033]图4为图3中的沿A方向所观察到的翅片部的结构示意图；
[0034]图5为本发明的实施例一翅片部的缠绕连接示意图；
[0035]图6为本发明的变形例一中翅片部的结构示意图；
[0036]图7为图6中的沿B方向所观察到的翅片部的结构示意图；
[0037]图8为本发明的变形例二中扭齿翅片管的结构示意图；
[0038]图9为本发明的变形例三中扭齿的结构示意图；
[0039]图10为本发明的变形例四中扭齿的结构示意图；
[0040]图11为本发明的变形例五中扭齿的结构示意图；
[0041]图12为本发明的变形例六中扭齿的结构示意图；
[0042]图13为本发明的变形例七中扭齿的结构示意图；
[0043]图14为本发明的变形例八中扭齿的结构示意图；
[0044]图15为本发明的变形例九中扭齿的结构示意图；
[0045]图16为本发明的变形例十中扭齿的结构示意图；
[0046]图17为本发明的变形例i^一中扭齿的结构示意图；以及
[0047]图18为本发明的变形例十二中扭齿的结构示意图。
【具体实施方式】
[0048]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。
[0049]实施例一
[0050]图1为本发明的实施例一中翅片管换热管束的结构示意图。
[0051]如图1所示，错列布置的翅片管换热管束100具有3个排列成两行结构的扭齿翅片管200。
[0052]图2为本发明的实施例一中扭齿翅片管的结构示意图。
[0053]如图2所示，扭齿翅片管200包括:基管部I和翅片部2。
[0054]基管部I为圆管形，内充有流动换热工质。翅片部2环绕在基管部I的外壁上。
[0055]根据应用场合的不同，基管部I的直径范围可在10毫米和1000毫米之间，翅片部2的径向长度范围可在5毫米至200毫米之间，为了得到较大的翅化比，翅片部2的径向长度可以尽可能地延伸。
[0056]图3为本发明的实施例一中翅片部的结构示意图。
[0057]如图3所示，翅片部2包含:基片3，扭齿4以及图5中的开口槽5。
[0058]翅片部2由厚度为0.01毫米至10毫米的钢带制成，未螺旋缠绕在基管部I上时，钢带按一定间距进行局部切割被开齿，开齿后形成了连续一体的基片3和多个齿片，齿片的宽度为2毫米至200毫米之间，齿片的长度为翅片部2的径向长度的0.01倍至0.99倍。进而，对多个齿片进行滚压或冲压加工，使得齿片进一步形成为扭转方向一致的扭齿4。
[0059]图4为图3中的沿A方向所观察到的翅片部的结构示意图。
[0060]如图4所示，扭齿4的底端与基片3连成一体。
[0061]扭齿4的根部与基片3连接并保持平行，扭齿4沿径向长度的增大逐渐扭转，最终，每个扭齿4的顶端41相对于底端42都向图3中所不的逆时针方向扭转一定角度Θ，将扭齿4的顶端41与基片3之间的偏转角度定义为角度Θ。角度Θ的范围为1°至90°中的任意一个角度值。
[0062]图5为本发明的实施例一翅片部的缠绕连接示意图。
[0063]如图1、5所示，将翅片部2与基管部I进行连接时，翅片部2沿着预定路径围绕基管部I的外壁设置，使得翅片部2与基管部I外壁的连接处形成具有一定螺旋升角的螺旋线。沿基管部I长度方向相邻翅片部2之间的间距随螺旋升角的增大而增大。基片3沿预定路径设置在基管部I的外壁上，多个扭齿4分别沿着基管部I的径向方向向外延伸，在翅片部2的绕制过程中，被切开的钢带自然张开，这样，沿预定路径方向上每相邻的两个扭齿4之间就形成了等间隔角度的V字形的开口槽5。
[0064]并且，在上述绕制过程中，由于扭齿4并不随翅片部2的缠绕而发生周向拉伸塑性变形，故使得扭齿翅片管更易于制造，而且翅片部2的径向长度可以更长，从而明显增大扭齿翅片管200的翅化比。
[0065]这里，因为扭齿4的底端与基片3连成一体，使得底端42的方向与翅片部2的预定路径方向一致的，扭齿4的顶端又相对于底端扭转了角度Θ，所以，扭齿4的顶端41也就是相对于翅片部的预定路径扭转了相同的角度Θ。
[0066]实施例的作用与效果
[0067]根据实施例一提供的翅片管换热管束由多个扭齿翅片管错列布置形成，在扭齿翅片管中，连续形成的基片沿预定路径螺旋设置在基管部的外壁上，多个安装在基片上的扭齿向基管的外部延伸，并且在相邻的两个扭齿之间形成开口槽，使得扭齿翅片管的翅化比得到大幅提高，同时降低了扭齿翅片管的螺旋缠绕制造难度。另外，扭齿的顶端相对于底端扭转一定角度，扭齿在明显强化翅间流体横向混合的同时，对气流纵向绕流管束的流场周期性地进行横向扰动，从而使得翅片侧换热得到显著增强，而且，扭齿扭转的角度具有沿扭齿的底端至顶端逐渐增大的结构特点，使得对扭齿的顶端处流体的扰动较强，对靠近基管部流体的扰动较弱，这与流体横掠翅片管换热管束绕流流场中靠近基管部流体湍流度较高不宜横向扰动过大，而靠近扭齿的顶端的流体湍流度较低宜强化其横向扰动及换热的固有特点正好吻合，由此在较小的流体输运功耗增加下获得了较大的换热量增大收益，达到了翅片管束管外流动与换热的最佳组织，使得扭齿翅片管或由其组成的翅片管束的“换热量/流体输运功耗”综合换热性能得以明显提高。
[0068]当然本发明所涉及的扭齿翅片管及翅片管换热管束并不仅仅限定于在本实施例中的结构。
[0069]实施例一和提供的翅片管换热管束由多个相同的扭齿翅片管错列布置组成，当然本发明所涉及的翅片管换热管束还可以是由多个相同的扭齿翅片管顺列布置组成或不等间距布置组成。
[0070]在实施例一中，翅片部由钢带制造，本发明涉及的扭齿翅片管中，翅片部还可以是铜合金或铝合金等任意一种软质金属带制造。
[0071]在实施例一中，每个开口槽的形状相同，本发明提供的扭齿翅片管中，也可以是至少有一个开口槽的形状与其它开口槽的形状不同，或者是各个开口槽的形状都不相同。
[0072]在实施例一中，利用同向扭转的扭齿翅片管来形成顺列布置的翅片管换热管束，本发明提供的翅片管换热管束中，顺列布置的翅片管换热管束、错列布置的翅片管换热管束可以分别包含:同向扭转的扭齿翅片管、或者错向扭转的扭齿翅片管、或者上述二者的任意组合，并且扭齿翅片管的螺旋升角的方向可相同也可不同。
[0073]在实施例一中提供的扭齿翅片管中，扭齿的扭转方向一致，本发明提供的扭齿翅片管中，扭齿的扭转方向还可以不同，见变形例一。
[0074]在实施例一和变形例一中提供的扭齿翅片管中，翅片部沿着预定路径围绕基管部的外壁螺旋设置，本发明提供的扭齿翅片管中，翅片部沿基管部的轴向以预定间距套装在基管部的外壁上，换热效果相同，见变形例二。
[0075]在实施例一提供的扭片翅片管中，扭齿的上下侧壁为光滑的表面，本发明提供的扭齿翅片管中，扭齿还可以具有高低不一致的顶缘或者是凹凸不平的表面，见变形例三至变形例十二。
[0076]变形例一
[0077]在本变形例一中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0078]本实施例的扭齿翅片管包括基管部I和翅片部，翅片部包含:基片3，扭齿6以及开口槽7。
[0079]图6为本发明的变形例中翅片部的结构示意图。
[0080]如图6所示，对多个齿片进行滚压或冲压加工时，使得齿片形成为每相邻两个扭齿的扭转方向相反的扭齿6。
[0081]图7为图6中的沿B方向所观察到的翅片部的结构示意图。
[0082]如图7所示，左侧第一个扭齿6的顶端61相对于底端62沿图7中的逆时针扭转角度Θ，与左侧第一个扭齿6相邻的扭齿6的顶端61相对于底端62沿图7中的顺时针扭转角度Θ，相应的，翅片部2上每相邻的两个扭齿6分别沿图7中的顺时针方向和逆时针方向扭转角度Θ，这种错向扭转的扭齿6使得待冷却气流在冲刷翅片部2时受到扭齿6的扰动更强烈，换热更充分。
[0083]变形例二
[0084]在本变形例二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0085]图8为本发明的变形例二中扭齿翅片管的结构示意图。
[0086]如图8所示，扭齿翅片管300包含:圆管状的基管部301和翅片部302。
[0087]翅片部302包含多圈分别沿基管部301的轴向以预定间距套装在基管部301的外壁上的翅片。
[0088]每圈翅片包含基片303，多个扭齿304，以及多个开口槽。基片303固定设置在外壁上并且连续形成，每个扭齿304的底端与基片303连成一体且顶端向着基管部301的外部延伸，每个开口槽分别形成在每相邻的两个扭齿304之间，并且每个扭齿304的顶端相对于底端扭转一定角度。
[0089]变形例三
[0090]同样的,在本变形例三对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0091]图9为本发明的变形例三中扭齿的结构示意图。
[0092]如图9所示，扭齿11的顶端具有梯形状的顶缘111。
[0093]变形例四
[0094]同样的,在本变形例四对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0095]图10为本发明的变形例四中扭齿的结构示意图。
[0096]如图10所示，扭齿12的顶端具有圆弧形的顶缘121。
[0097]变形例五
[0098]同样的,在本变形例五对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0099]图11为本发明的变形例五中扭齿的结构示意图。
[0100]如图11所示，扭齿13的顶端具有波浪形的顶缘131。
[0101]变形例六
[0102]同样的,在本变形例六对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0103]图12为本发明的变形例六中扭齿的结构示意图。
[0104]如图12所示，扭齿14的顶端具有锯齿形的顶缘141。
[0105]变形例三至变形例六的作用和效果
[0106]根据变形例三至变形例六提供的扭片翅片管中，通过在扭齿的顶端设置高低不平的顶缘以增强对翅片侧的气体扰动，以强化换热效果。
[0107]变形例七
[0108]同样的,在本变形例七对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0109]图13为本发明的变形例七中扭齿的结构示意图。
[0110]如图13所示，扭齿21的两侧壁都具有网格形的凹痕211。
[0111]变形例八
[0112]同样的,在本变形例八对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0113]图14为本发明的变形例八中扭齿的结构示意图。
[0114]如图14所示，扭齿22的两侧壁都具有人字形的凹痕221。
[0115]变形例九
[0116]同样的,在本变形例九对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0117]图15为本发明的变形例九中扭齿的结构示意图。
[0118]如图15所示，扭齿23的两侧壁都具有长条形的凹痕231。
[0119]变形例十
[0120]同样的,在本变形例十对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0121]图16为本发明的变形例十中扭齿的结构示意图。
[0122]如图16所示，扭齿24的两侧壁都具有波浪形的凹痕241。
[0123]变形例^^一
[0124]同样的，在本变形例十一对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0125]图17为本发明的变形例^^一中扭齿的结构示意图。
[0126]如图17所示，扭齿25的两侧壁都具有一字型的凹槽251。
[0127]变形例十二
[0128]同样的，在本变形例十二对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。
[0129]图18为本发明的变形例十二中扭齿的结构示意图。
[0130]如图18所示，扭齿26的两侧壁都具有十字型的凹槽261。
[0131]变形例七至变形例十二的作用和效果
[0132]根据变形例七至变形例十二提供的扭片翅片管中，通过在扭齿的两侧壁设置凹痕或凹槽以形成了两侧壁上凹凸不平的表面，这些凹凸不平的表面使得两侧壁的表面积变大，增强了扭齿的两侧的气流扰动，强化了换热效果。
【权利要求】
1.一种扭齿翅片管，其特征在于，包括: 基管部，呈圆管状；以及 翅片部，沿着预定路径围绕所述基管部的外壁螺旋设置， 其中，所述翅片部包含沿所述预定路径固定设置在所述外壁上并且连续形成的基片、多个连接在所述基片上且沿所述基管径向向外延的扭齿、以及多个形成在沿所述预定路径方向上每相邻的两个扭齿之间的开口槽， 所述扭齿的底端与所述基片连成一体， 所述扭齿的顶端相对于所述底端扭转一定角度。
2.一种扭齿翅片管，其特征在于，包括: 基管部，呈圆管状；以及 翅片部，包含多圈分别沿所述基管部的轴向以预定间距连接在所述基管部的外壁上的翅片， 其中，每圈所述翅片包含固定设置在所述外壁上并且连续形成的基片、多个底端与所述基片连成一体且顶端向着所述基管部的外部延伸的扭齿、以及多个形成在每相邻的两个扭齿之间的开口槽， 所述扭齿的顶端相对于所述底端扭转一定角度。
3.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，所述角度的范围为1°至90°。
4.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，每相邻的两个所述扭齿的扭转方向为相同和相反中的任意一种。
5.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，每相邻两个所述扭齿扭转的角度不同。
6.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，所述顶端的顶缘为呈梯形、圆弧形、锯齿形以及波浪形中的任意一种形状。
7.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，所述多个开口槽中至少一个所述开口槽的形状与其它所述开口槽的形状不同。
8.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，所述扭齿的侧壁具有凹凸不平的表面。
9.根据权利要求1或2所述的扭齿翅片管，其特征在于: 其中，所述扭齿的侧壁具有凹痕或凹槽，所述凹痕为长条形、网格形、V字形以及波浪形中的任意一种，所述凹槽为一字槽以及十字槽中的任意一种。
10.一种翅片管换热管束，其特征在于，包括: 至少三个扭齿翅片管， 其中，所述扭齿翅片管为上述权利要求1至权利要求9中任意一项所述的扭齿翅片管。 所述翅片管换热管束为顺列布置，错列布置，以及不等间距布置中的任意一种。
【文档编号】F28F1/36GK104251633SQ201410156262
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】马有福 申请人:上海理工大学