[发明专利]一种新型套管式换热管

说明书

技术领域

本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种新型套管式换热管。

背景技术

现有的管内强化传热方法主要有在管内插扭曲带、混合器，或采用机械、物理、化学方法增加管内表面粗糙度，或在管内紧贴管壁插入螺旋丝或采用机械加工方法形成整体异形内肋管等。还有通过套管来增加换热面积的方法，现有的套管式换热管主要有同心套管、偏心套管以及内管为螺旋管的套管这几种形式。

现有的带螺旋内管的套管式换热管可以强化换热，但这种螺旋结构会增加两侧流体的流动阻力，需要增加泵的扬程，这样不仅增加了能耗，而且带来了噪音。现有的带螺旋内管的套管式换热管中，内螺旋管的螺距是固定不变的。但是当被加热工质发生相变时，物理状态会由液态变为两相再变为气态的过程，显然，由于物性不同，在不同状态时内螺旋管的螺距对换热管换热性能和流动特性的影响是不同的。为此，研发出一种传热性能高而流动阻力小的新型套管式换热管型是十分必要的。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种新型套管式换热管，在保证优良传热性能的同时，能够有效地减小介质在管内的流动阻力。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种新型套管式换热管，由直外管1和置于直外管1内和其同轴的螺旋内管2组成，所述螺旋内管2沿换热管轴向依次分为第一段长度L1、第二段长度L2和第三段长度L3，所述第一段长度L1、第二段长度L2和第三段长度L3的螺距分别为第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3，其中第二段螺距S2大于第一段螺距S1和第二段螺距S2。

所述螺旋内管2的螺旋半径r=(d3-d2)/2，直外管1内壁和螺旋内管2外壁相接触，其中：d2为螺旋内管外径，d3为直外管内径。

所述螺旋内管2的第一段长度L1、第二段长度L2和第三段长度L3以及第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3按照换热管的设计工况计算得到。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的新型套管式换热管，设计一种具有变螺距结构的内管，利用螺旋结构的增大换热面积、强迫流体旋转，破坏管内近壁区的流动与热边界层，也即利用人工方法附加湍流的方法，使流动边界层内产生强烈扰动而减小热阻，增大传热量，达到强化传热的目的，同时，根据不同工况设计螺旋内管螺距的变化情况，使其在单相段较小而在两相段较大。由于占比例较大的两相段螺距的增大，该管型既具有强化传热作用，在给定的热负荷下可以缩短换热管长，换热结构更紧凑，又可减少管内流体的摩擦阻力，减少给水泵的功耗。

附图说明

图1为本发明新型套管式换热管的透视示意图。

图2为本发明新型套管式换热管的轴向截面示意图。

图3为本发明新型套管式换热管的径向截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明一种新型套管式换热管，由直外管1和置于直外管1内和其同轴的螺旋内管2组成，所述螺旋内管2沿换热管轴向依次分为第一段长度L1、第二段长度L2和第三段长度L3，所述第一段长度L1、第二段长度L2和第三段长度L3的螺距分别为第一段螺距S1、第二段螺距S2和第三段螺距S3，其中第二段螺距S2大于第一段螺距S1和第二段螺距S2。

如图3所示，作为本发明的优选实施方式，所述螺旋内管2的螺旋半径r=(d3-d2)/2，使直外管1内壁和螺旋内管2外壁相接触，起到直外管1和螺旋内管2相互支撑的作用，保证换热结构的稳定性。其中：d2为螺旋内管外径，d3为直外管内径。图中，d1为螺旋内管内径，d4为直外管外径。

实施例

本实施例按照加热工质在外管外和螺旋内管中流动，被加热工质在两管之间逆向流动，由单相水被加热沸腾到出口为过热蒸汽。取螺旋内管内径d1为6mm，螺旋内管外径d2为10mm，直外管内径d3为13mm，直外管外径d4为18mm，加热工质为水，入口压力为17MPa，入口流量为0.0179kg/s，入口温度为327℃，被加热工质为水，入口压力为4MPa，入口流量为0.0031kg/s，入口温度为106℃，出口蒸汽温度为290℃。当对出口蒸汽品质有要求时，热负荷是一定的，换热性能越好管子长度越短，螺距和管长的关系可以用式(1)的拟合关系式来表示，螺距和压降的关系可以用式(2)的关系式表示。