内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及强化换热及换热管领域，尤其涉及一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换 热管。
【背景技术】
[0002] 管壳式换热器是换热器的一种，广泛应用于石油、化工、轻纺、冶金、电子、电讯等 工业部门。本发明涉及的水冷却器属于管壳式换热器，微型指管侧流量小于20kg/min，适用 于汽车领域的废气再循环系统、涡轮增压系统中的换热器，如EGR冷却器、中冷器等。圆截 面光管是管壳式换热器通常采用的换热管，但光管存在体积大、耗材多、且难以满足高换热 性能需要等不足。近40年来，换热管得到长足发展，基于壁面扰流强化换热思路开发出了 横槽管、螺旋槽管等一系列强化换热元件。尤其是螺旋槽管，在工程中已经得到较为普遍的 应用，但随着行业的发展及节能减排的提出，螺旋槽管的换热性能有待进一步提高，且其流 动阻力是限值其进一步开发的瓶颈。
【发明内容】
[0003] 本发明的针对现有螺旋槽换热管提升换热却增大流动阻力的弊端，提供一种内插 螺旋翅片螺旋槽管强化换热管。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换 热管，包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在 光管内的螺旋翅片组成，翅片宽度为光管内径的〇. 3-0. 4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线 的螺距长。
[0005] 进一步地，所述螺旋翅片的厚度为光管管壁厚度的0. 6-1倍。
[0006] 进一步地，螺旋翅片管的长度为占强化换热管的总长的0.1-0. 2。
[0007] 进一步地，所述螺旋槽管的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组 合。
[0008] 进一步地，所述螺旋槽管的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组 合。
[0009] 本发明与现有技术相比，具有强化传热作用显著、流动阻力较小且能与多种管配 合、适用范围广等优点。通过螺旋翅片管和螺旋槽管的配合，内插螺旋翅片使得在管内的 介质流动形成螺旋流，并在非螺旋翅片管依然持续螺旋流动，增加了平均温度驱动力，增强 了扰流，所以能强化换热，而螺旋翅片产生的螺旋流与螺旋槽管段的流体流动形式相似，所 以在一定程度上能减小流动阻力，扰流大大增强。与光管配合时，传热系数增大了 14%。 与螺旋槽管配合时，换热系数在螺旋槽管的基础上又提升了 3% -10%，且流动阻力下降了 16% -30%。且内插螺旋翅片管段为单独加工、清洗方便、长度较小、用料少也节省空间，对 于进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管的结构示意图；
[0011] 图2是本发明安装于EGR冷却器的结构示意图；
[0012] 图3是螺旋翅片管的结构简图；
[0013] 图4是螺旋翅片管的截面图；
[0014] 图中，1为冷却介质入口、2为换热管的布管板、3为被冷却介质的入口、4为预留光 管、5为冷却介质出口、6为被冷却介质出口、螺旋槽管7、螺旋翅片管8。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示，本发明内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管包括依次连接的预留光管 4、螺旋翅片管8和螺旋槽管7,连接处密封。预留光管4用于将强化换热管安装于EGR冷却 器等冷却设备上，与冷却设备的被冷却介质的入口 3相通；螺旋翅片管8和螺旋槽管7均用 于增强扰流，强化换热；本发明在螺旋槽管7的基础上，通过引入螺旋翅片管8,减小的流动 阻力，增强了扰流效果。
[0016] 作为本领域常用的技术手段，螺旋槽管7的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面 中一种或多种组合。外壁面也可以由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。
[0017] 图2为本发明安装于EGR冷却器的结构示意图，即将本发明的内插螺旋翅片螺旋 槽管强化换热管替换了现有技术中常用的单一的螺旋槽管7。其中，预留光管4与布管板2 固定连接，使得预留光管4与被冷却介质的入口 3相通。被冷却介质从预留光管4流向螺 旋槽管7,形成持续的螺旋流，最后从被冷却介质出口 6排出；冷却介质从入口 1进入，从出 口 5排出；被冷却介质与冷却介质在EGR冷却器的腔体内换热。
[0018] 附图3中标出的L为螺旋翅片的长度，其长度根据换热要求进行设计。螺距长度 Lp为螺旋线垂直于管轴线方向旋转360度沿轴向延伸的长度，计算公式如下：
[0019]
[0020] L=n?Lp
[0021] 其中1为螺旋线的总长，山为换热圆管的内径，n为选取螺距的个数，根据单因素 试验，得到n与换热效果的关系如下表所示：
[0022]
[0023] 附图4中的S为螺旋翅片的厚度，其值为〇. 5-1倍的换热圆管厚度。d。可以间接 表示螺旋翅片的宽度b，其值为换热圆管内半径f与螺旋翅片宽度b之差： .2:
[0024]
[0025] 根据单因素试验，得到d。与换热效果的关系如下表所示：
[0026]
[0027] 由上可知，为保证扰流效果，减少螺旋翅片管8的流动阻力，提高换热效率，翅片 宽度为光管内径的〇. 3-0. 4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。同时，为保证结构 强度，螺旋翅片的厚度一般为光管管壁厚度的〇. 6-1倍。
[0028] 内插螺旋翅片的最佳实施方式为胎具冷压成形法。胎具冷压成形发是将预先初步 加工成带螺旋状的坯料放入胎具中，在压机上冷压成形。加工专用的冷压成形胎具后可批 量生产，生产效率高，螺旋翅片成形质量稳定，外观质量好。由于螺旋翅片加工完成后还需 安装到光管中，故而对螺旋线的精度要求较高，此时胎具的导程应该等于翅片导程加上坯 料冷压后的导程反弹量。当采用不同材质加工螺旋翅片时，需要对螺旋翅片的坯料进行试 验来确定还料的导程。
[0029] 内插螺旋翅片管段为光管。根据内插翅片在光管上的安装位置描出相贯线，采用 激光切割切出相贯断面，光管被螺旋断面分为两部分。再通过激光-电弧复合焊将光管两 部分分别与螺旋翅片焊接。当螺旋翅片厚度较小或者光管厚度较小时，应采用适合薄板焊 接的激光与钨极惰性气体保护焊，激光功率不大于500W。
【主权项】
1. 一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，包括依次连接的预留光管 (4)、螺旋翅片管（8)和螺旋槽管（7);所述螺旋翅片管（8)由光管和焊接在光管内的螺旋 翅片组成；翅片宽度为光管内径的0. 3-0. 4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。2. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋 翅片的厚度为光管管壁厚度的〇. 6-1倍。3. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，螺旋翅片 管（8)的长度为占强化换热管的总长的0. 1-0. 2。4. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋 槽管（7)的内壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。5. 根据权利要求1所述的内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，其特征在于，所述螺旋 槽管（7)的外壁面由光滑表面、螺旋槽面、肋壁面中一种或多种组合。
【专利摘要】本发明公开了一种内插螺旋翅片螺旋槽管强化换热管，包括依次连接的预留光管、螺旋翅片管和螺旋槽管；所述螺旋翅片管由光管和焊接在光管内的螺旋翅片组成，翅片宽度为光管内径的0.3-0.4倍，翅片总长为1-2个翅片螺旋线的螺距长。螺旋翅片可使螺旋槽管段扰流大大增强，并减小流动阻力。与螺旋槽管配合时，换热系数比螺旋槽管高出3％-10％，流动阻力减小16％-30％。内插螺旋翅片换热管的内插翅片管段为单独加工、长度较小、清洗方便、用料少也节省空间，可与多种不同形式的管段进行配合，对进一步开发强化换热管具有十分重要的工程应用价值。
【IPC分类】F28F1/40
【公开号】CN105066764
【申请号】CN201510547824
【发明人】袁博, 郝志勇
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月31日