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翅片管类型及选型分析

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3.59 几种机械连接的翅片管表3.5列出了用于空冷器中常用的5种翅片管的性能评定,其中以“1”为最佳,顺序而下,“5”最差。表3.5 常用的5种翅片管的性能评定图3.60 翅片管的传热性能比较图3.60 翅片管的传热性能比较图3.61 翅片高度的选择翅片管管子常为圆形,空冷器中为强化传热也用椭圆管。图3.61表示了单位有效翅片表面积的价格对于翅高的关系,供选用翅高时参考。

翅片管类型及选型分析

翅片管是翅片管热交换器中的最重要部件。对翅片管的基本要求是:有良好的传热性能、耐温性能、耐热冲击能力(如空冷器在启动、停机或介质热负荷不稳定时)及耐腐蚀能力,易于清理尘垢,压降较低等。

翅片按其在管子上的排列方式,可分纵向和横向(径向)翅片两大类(图3.57)。其他类型都是这两类的变形,例如大螺旋角翅片管接近纵向,而螺纹管则接近横向,可根据流体的流动方向及换热特点来选择。

图3.57 管外表面的纵翅和横翅管

是否需要加设翅片和应加在哪一侧以及翅片的型式和结构尺寸应根据管内、外两侧流体传热性能进行选择。通常宜将翅片设在α小侧;当两侧α接近时,则宜在管内、外两侧均加翅片,或外加翅片,内加麻花铁、螺旋体等扰动元件。翅片管上横向翅片的形状一般都为圆形或矩形,为了使气流流经翅片时产生扰流,破坏其边界层,以提高管外换热系数而有紊流式翅片,但清除尘埃困难。图3.58表示了开槽、轮辐、波纹三种型式的紊流式翅片。

图3.58 几种紊流式翅片管

翅片管因制造方法不同而使其在传热性能、机械性能等方面有一定的差异。按制造方法分有整体翅片、焊接翅片、高频焊翅片和机械连接翅片。整体翅片由铸造、机械加工或轧制而成,翅片与管子一体,无接触热阻,强度高,但要求翅片与管子同种材料。如低压锅炉省煤器就是采用整体铸造的翅片管。焊接翅片用钎焊氩弧焊等工艺制造,可使用与管子不一样的材料。由于它的制造简易、经济且具有较好的传热和机械性能,故已在工业上广为应用。它的主要问题是焊接工艺质量。高频焊翅片管是利用高频发生器产生的高频电感应,使管子表面与翅片接触处产生高温而部分熔化,再通过加压使翅片与管子连成一体而成。这是一种较新的连接方式,因其无焊剂、无焊料、制造简单、性能优良,被越来越多的用户认识和采用。机械连接翅片管有绕片式、镶片式、套片式及双金属轧片式等(图3.59)。

图3.60比较了几种翅片管的传热性能。由图可见,绕片式较差,主要是接触热阻的存在,特别是在运行时,绕片式的翅片张力随温度的增加而迅速下降,使接触热阻也迅速增加。焊片式传热性能最好。套片式性能也属最好,因为翅片紧套于管表面上后再加以表面热镀锌。双金属轧片传热性能类似于镶片式,因为它是在套装后再轧出翅片。

图3.59 几种机械连接的翅片管

表3.5列出了用于空冷器中常用的5种翅片管的性能评定,其中以“1”为最佳,顺序而下,“5”最差。使用中以L型绕片管为最基本型式,只有在对各项性能要求都较高情况下才选用套片管,因为它的价格较高。

表3.5 常用的5种翅片管的性能评定

图3.60 翅片管的传热性能比较

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图3.61 翅片高度的选择

翅片管管子常为圆形,空冷器中为强化传热也用椭圆管。椭圆管的管外对流换热系数比光管约可提高25%,而空气阻力约可降低15%~25%。翅片管的基本几何尺寸包括:①基管外径和管壁厚对于镶片管,其壁厚应自沟槽底部计算其内壁。②翅片高度和翅片厚度增加翅高使翅片表面积增加,但却使翅片效率下降,因而使有效表面积(即翅片表面积乘以翅片效率)的增加渐趋缓慢。图3.61表示了单位有效翅片表面积的价格对于翅高的关系,供选用翅高时参考。翅片厚度主要考虑其强度、制造工艺和腐蚀裕量,国产铝翅片(绕片式、镶片式)和钢翅片(套片式)一般均选用0.5~1.2mm。③翅片距翅片距的数值会影响到翅化面积的大小,但对管外对流换热系数的影响极小。翅片距的选择取决于管外介质,国产用于空冷器的翅片管的翅片距常为2.3mm。④翅化比它是指单位长度翅片管翅化表面积与光管外表面之比。对于空冷器,因为管外介质已经确定为空气,所以翅化比的选择应根据管内介质对流换热系数大小而定。当此值小时,应选用较小翅化比。若选用的翅化比过大并不能有效地增强传热,反而会使以翅化表面积为基准的传热系数迅速降低(见表3.6)。随着翅化比的增加,空冷器单位尺寸的换热面积将增加,但制造费用也增加。实践表明,翅化比的最佳值约为17~28。我国生产的空冷器翅片管的翅化比有两种:高翅片为23.4,低翅片为17.1。对于低肋螺纹管的翅化比不属此例。⑤管长国内空冷器翅片管长系列为3,4.5,6,9m四种。表3.7列出了国产翅片管的特性参数,供读者参考。

表3.6 三种翅化比的传热系数参考值

表3.7 国产空冷器翅片管的特性参数

为取得最佳传热性能,国产空冷器的翅片管管束常用等边三角形排列方式,如图3.62所示。

图3.62 翅片管排列型式及其管距

翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定。有碳钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。所用基管材料有碳钢、铬钼钢、不锈钢、铝等。

空调与制冷装置中广泛应用着多种型式的翅片管,为此建立了我国机械行业标准“空调与制冷用高效换热管JB/T10503—2005”。该标准对高效管的型号编制方法提供了两种格式,今选取其中之一如下:

型号示例:材质为TP2、光管段外径16mm、光管段壁厚1.0mm,内螺纹头数为75的高效管,则可表示为

TP2IE16010075

上述表示中,主参数因不同型式的高效管而异,本例中内螺纹头数75属于内肋管管型。类型代号IE即代表为内肋管。各种代号分别表示为:

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