本實用新型涉及一種針翅型翅片管，特別涉及一種軸向卡板式的針翅型翅片管結(jié)構(gòu)，其適用于動力、石油、化工、制冷、冶金等行業(yè)的各種類型的換熱及加熱設備。

背景技術：

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源供應緊張問題日益突出，節(jié)能、減排、降耗已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然要求。換熱器作為動力、石油、化工、制冷、冶金乃至航空/火箭等工業(yè)過程的重要組成部分，它的安全高效運行意義重大。在各種換熱設備中，通過翅片增加換熱面積是常見的強化傳熱方式。

針翅型翅片管換熱器是殼管式換熱器的一種，針翅管是一種非連續(xù)翅片管,它是在基管表面焊上一系列小圓柱，因基管表面所焊接的圓柱形如針狀而得名。研究和實踐表明，針翅型翅片管可以顯著增加換熱面積，增大煙氣流通截面，降低煙速，減少積灰和磨損。然而盡管其具有良好的抗積灰能力和防磨性能，在含灰氣流下，由于流體本身的粘性作用與逆壓梯度的存在，流動必然發(fā)生分離，并在翅片管背風側(cè)形成渦流滯止區(qū)，從而使含灰氣流中的灰顆粒在背風側(cè)不斷累積，造成局部大量積灰，嚴重影響翅片管傳熱效率和換熱器的安全高效運行。通過對針翅型翅片管的結(jié)構(gòu)分析，我們發(fā)現(xiàn)含灰氣流在經(jīng)過針翅型翅片管時，在每組相對的針翅片間的局部空間幾乎沒有氣體擾動，該局部空間的氣體流動近似于平面流動，灰顆粒難以在不同翅片間流動，進一步加劇了積灰的形成。因此，通過采取必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減小渦流滯止區(qū)面積從而減少積灰，是一種行之有效的方法。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種軸向卡板式的針翅型翅片管結(jié)構(gòu)，通過整體加裝卡板，減小流動分離，減小渦流滯止區(qū)面積，從而減輕針翅型翅片管背風側(cè)積灰，改善換熱器的運行情況。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術方案為：

一種軸向卡板式的針翅型翅片管結(jié)構(gòu)，包括基管1、銷釘管組3和卡板組4；所述銷釘管組3由左、右兩組組成，且每組包括多列按照預設節(jié)距排列、沿基管1外壁軸向平行布置的針翅型翅片管；所述卡板組4由左、右兩組相同的矩形卡板組成，位于銷釘管組3背風側(cè)；所述銷釘管組3與卡板組4通過孔2，以卡套或焊接的方式相連。

所述的基管1為圓管、橢圓管和腰圓管中的任意一種。

所述卡板組4為在其沿長度方向的邊緣按照基管1上銷釘管組3的節(jié)距開有孔2，或在其沿寬度方向上中間按照基管1上銷釘管組3的節(jié)距開孔2，孔2通過沖壓實現(xiàn)一次成型；在卡板組4沿長度方向的一邊邊緣按照基管1上銷釘管組3的節(jié)距開有的孔2形狀為契合銷釘管組3形狀的半圓形或者半H形，在卡板組4兩邊邊緣按照基管1上銷釘管組3的節(jié)距開有的孔2形狀為契合銷釘管組3形狀的半圓形，在卡板組4沿寬度方向上中間按照基管1上銷釘管組3的節(jié)距開有的孔2形狀為契合銷釘管組3形狀的圓形；若卡板組4沿寬度方向上中間開孔2，其單邊邊緣開有半圓形凹槽或不開槽。

所述卡板組4與銷釘管組3的連接形式為兩個一邊邊緣開孔2的卡板卡套在沿基管1軸向的同一排針翅型翅片管上；或?qū)⒁粋€兩邊邊緣開孔2的卡板卡在沿基管1軸向的兩排針翅型翅片管之間；或?qū)⒅虚g開孔2的卡板直接卡套在沿基管1軸向的同一排針翅型翅片管上。

若將一個兩邊邊緣開孔2的卡板卡在沿基管1軸向的兩排銷釘管之間，以煙氣來流方向為正視方向，所卡位置在銷釘管組3的倒數(shù)第二、三根針翅型翅片管之間，或在銷釘管組3的倒數(shù)第一、二根針翅型翅片管之間，即卡板組4所卡位置只要不超過基管1與來流方向垂直的中心對稱位置即可。

所述開孔2面積大于針翅型翅片管截面，兩者為間隙配合；對于所述卡板組4，以所卡套銷釘管組3處與基管1軸向線平行的直線作為卡板基準方向，其傾斜方向與氣體來流方向的攻角為10°～80°。

所述卡板組4的左、右兩組為一個或多個布置在煙氣流出的一側(cè)，根據(jù)每一組卡板的數(shù)目，形成雙卡板針翅型翅片管及多卡板針翅型翅片管。

所述的銷釘管組3的排列方式分為順列布置、沿基管1軸向或垂直于基管1軸向錯列布置以及沿煙氣流動方向上的不等距布置。

所述的卡板組4和銷釘管組3均關于基管1成對稱布置。

以煙氣來流方向為正視方向，當存在粘性積灰時，所述銷釘管組3與煙氣來流方向的近端的的左、右兩組間焊接有沿基管1軸向放置的矩形板5，以防止含灰氣流沖刷正面產(chǎn)生的積灰，其中矩形板5是焊接在若干個支架6上，矩形板5底邊和基管1表面凈距離大于5mm，支架直接以全焊透結(jié)構(gòu)焊接在基管1上。

軸向卡板式的針翅型翅片管結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型具有如下優(yōu)點：

(1)本實用新型通過加裝卡板，突破了傳統(tǒng)縱向渦發(fā)生器只能從屬于翅片表面的思維限制，這種卡板位于翅片管背風側(cè)，且向內(nèi)開槽，而非一般縱向渦發(fā)生器的向外布置，這樣能夠有效消除積灰起始區(qū)，明顯減少翅片管背風側(cè)的流動滯止區(qū)，并極大減少流動滯止區(qū)域的翅片側(cè)面和基管積灰。

(2)本實用新型能夠有效增強針翅型翅片管的傳熱效果，相對于傳統(tǒng)的針翅型翅片管，其傳熱系數(shù)可以提高20％以上。

(3)本實用新型對原有的針翅型翅片進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，通過卡板實現(xiàn)針翅型翅片管背風側(cè)渦流滯止區(qū)的改善。本實用新型所述的這種針翅型翅片組，可以通過沖壓成型快速得到，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

(4)本實用新型結(jié)合工業(yè)實踐，提出雙側(cè)開槽，煙氣流出側(cè)安裝的加工和裝配思路，一方面是出于對實際裝配的考慮，使翅片在與基管焊接時不需要考慮翅片安裝的方向性；另一方面這種煙氣流入側(cè)孔能夠形成流動及邊界層中斷，使邊界層流動重啟，從而使邊界層減薄，局部換熱系數(shù)增加，達到強化傳熱的目的。

綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)并具有良好的傳熱和抗積灰特性，同時加工方便，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)，與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密，具有極強的工業(yè)應用價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管的示意圖。

圖2為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管與常規(guī)針翅型翅片管的氣體流向示意圖，其中：圖2a為常規(guī)針翅型翅片管的氣體流向示意圖，圖2b為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管的氣體流向示意圖。

圖3為本實用新型的實施例二中不同基管形式下的帶矩形卡板的針翅型翅片管的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3a為橢圓管，圖3b為腰圓管。

圖4為本實用新型的實施例三中相同銷釘管表面形狀下不同卡板單邊邊緣開孔形狀的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4a是卡板單邊邊緣開孔形狀為半H形的針翅型翅片管的立體示意圖，圖4b是卡板單邊邊緣開孔形狀為半H形卡板的主視圖。

圖5為本實用新型的實施例四中用于現(xiàn)有針翅型翅片管整體改造的卡板結(jié)構(gòu)示意圖，圖5a是單邊邊緣不開半圓形凹槽中間開孔的卡板立體示意圖，圖5b是卡板單邊邊緣不開半圓形凹槽中間開孔的針翅型翅片管的立體示意圖，圖5c是單邊邊緣開半圓形凹槽中間開孔的卡板立體示意圖，圖5d是卡板單邊邊緣開半圓形凹槽中間開孔的針翅型翅片管的立體示意圖。

圖6為本實用新型的實施例五中雙卡板針翅型翅片管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖6a是雙卡板針翅型翅片管立體示意圖，圖6b是雙卡板針翅型翅片管的主視圖。

圖7為本實用新型的實施例六中卡板卡在兩個銷釘管之間的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖7a是以煙氣來流方向為正視方向，兩邊邊緣開半圓孔的卡板卡在銷釘管之間的針翅型翅片管卡在銷釘管的倒數(shù)第二、三根管之間的針翅型翅片管的立體示意圖，圖7b是以煙氣來流方向為正視方向，兩邊邊緣開半圓孔的卡板卡在銷釘管之間的針翅型翅片管卡在銷釘管的倒數(shù)第一、二根管之間的針翅型翅片管的針翅型翅片管的立體示意圖。

圖8為本實用新型的實施例六中在基管上煙氣來流方向增加矩形板的示意圖，其中圖8a為立體示意圖，圖8b為主視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作更詳細的說明。

實施例一

圖1為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管的示意圖。

該結(jié)構(gòu)包括基管1、銷釘管組3和卡板組4；所述銷釘管組3由左、右兩組組成，且每組按照一定節(jié)距規(guī)則排列，沿基管外壁軸向平行布置；所述卡板組4由左、右兩組相同的矩形卡板組成；所述銷釘管組3與卡板組4通過孔2，以卡套或焊接的方式相連。

在卡板一邊邊緣按照基管1上銷釘管的節(jié)距開有的孔形狀可以為契合銷釘管形狀的半圓形。對于所述卡板組4，以所卡套針翅型翅片管處與基管軸向線平行的直線作為卡板基準方向，其傾斜方向與氣體來流方向的攻角為10°～80°。

卡板組4上開孔面積略大于針翅型翅片管截面，兩者為間隙配合，針翅型翅片管與卡板之間通過孔實現(xiàn)對焊，并通過局部點焊將兩者固定形成整體。

圖2為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管與常規(guī)針翅型翅片管的氣體流向示意圖，其中：圖2a為本實用新型的實施例一中卡板單邊緣開半圓形孔的針翅型翅片管的氣體流向示意圖，圖2b為常規(guī)針翅型翅片管的氣體流向示意圖。

如圖2a所示，在含灰氣流沖刷下，由于流體本身的粘性作用與逆壓梯度的存在，流動必然發(fā)生分離，并在翅片管背風側(cè)形成渦流滯止區(qū)，而滯止區(qū)內(nèi)氣體流速很低，氣體無法繼續(xù)攜帶灰顆粒運動，因此基本可以將滯止區(qū)視為積灰區(qū)。因此，含灰氣流中的灰顆粒在背風側(cè)不斷累積，造成局部大量積灰，嚴重降低了針翅型翅片管的傳熱效果。如圖2b所示，在加入軸向貫通的卡板后，卡板將部分煙氣導流至基管背風側(cè)，使積灰區(qū)面積減少，從而改善積灰情況。

實施例二

圖3為本實用新型的實施例二中不同基管形式下的帶矩形卡板的針翅型翅片管的整體結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，對于與實施例一相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

如圖3中的圖3a和圖3b所示，基管1也不限定于實施例一中所述的圓管，還可以為橢圓管或腰圓管中的任意一種。

實施例三

圖4為本實用新型的實施例三中相同銷釘管表面形狀下不同卡板單邊邊緣開孔形狀的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖4a是卡板單邊邊緣開孔形狀為半H形的針翅型翅片管的立體示意圖，圖4b是卡板單邊邊緣開孔形狀為半H形卡板的立體示意圖。在本實施例中，對于與實施例一相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

如圖4所示，本實用新型所涉及的軸向卡板式的針翅型翅片管結(jié)構(gòu)其單邊邊緣開孔不局限于半圓形，也可以為半H形。對于卡板單邊邊緣開孔形狀為半H形的卡板，其傾斜方向與氣體來流方向的攻角為10°～80°。需要特別說明的是，半H形卡板的設計是使其套在針翅型翅片管上后在局部形成一個變形的H形翅片管，這樣可以進一步防止翅片管銷釘部分的積灰，強化傳熱。帶圓弧的矩形卡板設計思路與半H形卡板類似。

實施例四

圖5為本實用新型的實施例四中用于現(xiàn)有針翅型翅片管整體改造的卡板結(jié)構(gòu)示意圖，圖5a是單邊邊緣不開半圓形凹槽中間開孔的卡板立體示意圖，圖5b是卡板單邊邊緣不開半圓形凹槽中間開孔的針翅型翅片管的立體示意圖，圖5c是單邊邊緣開半圓形凹槽中間開孔的卡板立體示意圖，圖5d是卡板單邊邊緣開半圓形凹槽中間開孔的針翅型翅片管的立體示意圖。在本實施例中，對于與實施例一相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

為了能在現(xiàn)有針翅型翅片管的基礎上進行直接改造，本實用新型給出了如圖5所示的解決方式，即將卡板沿寬度方向中間按照現(xiàn)有針翅型翅片管上的銷釘管剖面大小與相鄰翅片間節(jié)距，沿其長度方向開孔，然后直接卡套至針翅型翅片管上，通過點焊固定。

實施例五

圖6為本實用新型的實施例五中雙卡板針翅型翅片管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖6a是雙卡板針翅型翅片管立體示意圖，圖6b是雙卡板針翅型翅片管的主視圖。在本實施例中，對于與實施例一相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

如圖6中所示，銷釘管組3上的卡板可多對布置，根據(jù)每組卡板的數(shù)目，可形成雙卡板針翅型翅片管及多卡板針翅型翅片管。

實施例六

圖7為本實用新型的實施例六中卡板卡在兩個銷釘管之間的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖7a是以煙氣來流方向為正視方向，兩邊邊緣開半圓孔的卡板卡在銷釘管之間的針翅型翅片管卡在銷釘管的倒數(shù)第二、三根管之間的針翅型翅片管的立體示意圖，圖7b是以煙氣來流方向為正視方向，兩邊邊緣開半圓孔的卡板卡在銷釘管之間的針翅型翅片管卡在銷釘管的倒數(shù)第一、二根管之間的針翅型翅片管的針翅型翅片管的立體示意圖。在本實施例中，對于與實施例一相同的結(jié)構(gòu)，給予相同的符號，并省略相同的說明。

如圖7中的圖7a和圖7b所示，若將一個兩邊邊緣開孔的卡板卡在兩個銷釘管之間，以煙氣來流方向為正視方向，所卡位置可以在銷釘管組3的倒數(shù)第二、三根管之間，也可以在銷釘管組3的倒數(shù)第一、二根管之間，即卡板所卡位置只要不超過基管1與來流方向垂直的中心對稱位置即可。

實施例七

圖8為本實用新型的實施例七種在基管上煙氣來流方向增加矩形板的示意圖，其中圖8a為立體示意圖，圖8b為主視圖。

如圖8中的圖8a和圖8b所示，以煙氣來流方向為正視方向，當存在粘性積灰時，所述銷釘管的前部需焊接一塊矩形板，以防止含灰氣流沖刷正面產(chǎn)生的積灰，矩形板底邊和基管表面凈距離宜大于5mm，其中矩形板是焊接在若干個支架上，支架直接以全焊透結(jié)構(gòu)焊接在基管上。