一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构及其设计方法，该波纹翅片换热结构包括多列换热管和波纹翅片，波纹翅片为锯齿形波纹板，相邻两列换热管中的换热管呈交错布设；波纹翅片由多个波纹翅片单元组成，每个波纹翅片单元均包括两个对称布设的条形板；相邻三个条形板组成一个供一列换热管布设的换热管布设板，换热管外侧均设置有强化换热结构；该设计方法包括步骤：一、波纹翅片尺寸参数确定；二、换热管间距确定；三、强化换热结构尺寸参数确定。本发明专利技术设计合理、加工制作简便且使用效果好，通过在波纹翅片上安装换热管，并在各换热管外侧设置强化换热结构，能有效提高换热效率，能减小矿井空冷器体积，便于井下高温作业地点安装、布置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热交换
，尤其是涉及一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构及其设计方法。
技术介绍
目前，随着煤炭开采深度增加和机械化程度提高，矿井工作面高温热害已成为制约深部开采的瓶颈之一，同时严重影响作业人员的生命安全和工作效率。矿井空调是治理与控制高温热害的主要手段，作为末端设备的空冷器是矿井制冷降温系统中最重要的换热部件，其流动与换热特性对降温系统运行效率和稳定性均具有重要影响。空冷器广泛使用的布置形式是管翅式，由于管外空气自身热物性限制，传热过程的热阻主要集中在管外空气侧。因此，通常在空气侧安装翅片增大换热面积，并布置附属结构来改善流动状况和换热性能。常用的翅片主要有平直翅片、开缝翅片、百叶窗翅片和波纹翅片等，并且，在翅片表面开设涡发生器也能实现强化换热。2008年12月31日公开的公开号为CN101334245A的专利技术专利申请文件中公开了一种侧置纵向涡发生器的管翅式换热器，该管翅式换热器的每根换热管两侧设置三角翼形纵向涡发生器；2007年9月5日公开的公开号为CN100538247C的专利技术专利申请文件中公开了一种换热表面，该换热表面是在平直翅片上布置Z字形状的纵向波纹；2009年2月4日公开的公开号为CN101358816B的专利技术专利申请文件中公开了一种换热管翅表面结构，具体是在换热管上套装弧形圆肋结构，并在平直翅片上开缝；2011年8月24日公开的公开号为CN102162704B的专利技术专利申请文件中公开了一种辐射型三角小翼管翅强化换热表面结构，通过辐射型布置的三角小翼强化换热，并且三角小翼的攻角逐渐变化；2013年9月11日公开的公开号为CN103298322A的专利技术专利申请文件中公开了一种具有强化对流换热能力的换热表面结构，布置有多组圆柱半球组合单元进行强化对流换热；2002年1月2日公开的公开号为CN1329708C的专利技术专利申请文件中公开了一种热交换制冷剂过冷系统，该系统在基片上布置三维翅片，其中三维翅片侧面为直角梯形且上端面为矩形；2009年7月15日公开的公开号为CN101482377A的专利技术专利申请文件中公开了一种组合式管翅强化换热表面结构，在来流上游布置三角翼涡发生器，下游开设百叶窗形缝；2013年12月11日公开的公开号为CN103438746B的专利技术专利申请文件中公开了一种用于余热回收的椭圆管H型翅片换热器，该换热器在椭圆管上套装H型翅片，并对称布置攻角递减的三角翼涡发生器。上述专利技术专利申请文件公开的换热结构大都是在平直翅片上布置三角翼纵向涡发生器并实现换热能力强化，平直翅片构成的通道本身对空气的扰动小，且容易积灰结垢，使得换热设备体积较大，难以应用于煤矿井下高温作业区域。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其结构简单、设计合理且加工制作简便、使用效果好，通过在波纹翅片上安装换热管，并在各换热管外侧设置强化换热结构，能有效提高换热效率，能减小矿井空冷器体积，便于井下高温作业地点安装、布置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：包括多列换热管和安装在多列所述换热管上的波纹翅片，所述波纹翅片为锯齿形波纹板；多列所述换热管呈均匀布设，每列所述换热管均包括多根沿波纹翅片的长度方向由前至后布设的换热管，多根所述换热管均布设在同一直线上，多根所述换热管的结构和尺寸均相同且其呈均匀布设；相邻两列所述换热管中的换热管呈交错布设；所述波纹翅片由多个沿气流流向从后向前布设的波纹翅片单元组成，多个所述波纹翅片单元的结构和尺寸均相同且其均布设在同一平面上；每个所述波纹翅片单元均包括两个对称布设的条形板，两个所述条形板分别为背风侧条形板和位于背风侧条形板前侧的迎风侧条形板；所述波纹翅片中的背风侧条形板和迎风侧条形板呈交错布设；相邻三个所述条形板组成一个供一列所述换热管布设的换热管布设板，所述换热管布设板中的三个所述条形板沿气流流向从后向前分别为第一条形板、第二条形板和第三条形板；所述换热管布设在第一条形板和第二条形板上；每个所述换热管的外侧均设置有强化换热结构；所述强化换热结构包括两个对称布设在换热管的流向中心线左右两侧的强化换热组件，所述流向中心线为沿气流流向布设的换热管的径向中心线；每个所述强化换热组件均包括四个沿气流流向从后向前布设的强化换热件，四个所述强化换热件距所述流向中心线的间距由后向前逐渐缩小，且四个所述强化换热件组成一个纵向涡流通道；四个所述强化换热件由后向前分别为第一矩形小翼、开缝组、第二矩形小翼和第三矩形小翼，所述第一矩形小翼布设在所述第一条形板上，所述第二矩形小翼和所述开缝组均布设在所述第二条形板上，所述第三矩形小翼布设在所述第三条形板上；所述开缝组包括多道布设在所述第二条形板上的四边形缝，多个所述四边形缝的结构和尺寸均相同且其均呈平行布设。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述换热管布设板为第一换热管布设板或第二换热管布设板，所述第一换热管布设板和所述第二换热管布设板呈交错布设；所述第一换热管布设板中的所述第一条形板和所述第三条形板均为背风侧条形板，且所述第一换热管布设板中的所述第二条形板为迎风侧条形板；所述第二换热管布设板中的所述第一条形板和所述第三条形板均为迎风侧条形板，且所述第二换热管布设板中的所述第二条形板为背风侧条形板；所述背风侧条形板为沿气流流向由后向前逐渐向下倾斜的倾斜板，所述迎风侧条形板为沿气流流向由后向前逐渐向上倾斜的倾斜板。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述波纹翅片单元中两个所述条形板之间的夹角θ＝150°～170°。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述第一矩形小翼和第三矩形小翼均为在所述条形板上冲出的矩形翼板，所述条形板上冲出第一矩形小翼和第三矩形小翼后均形成矩形通孔，所述第二矩形小翼为焊接固定在所述第二条形板上的矩形翼板。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述第一矩形小翼和第三矩形小翼的面积相同，所述第三矩形小翼的面积大于第二矩形小翼的面积。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：多个所述四边形缝均为矩形或平行四边形。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述第二矩形小翼的攻角α2大于第一矩形小翼的攻角α1，第一矩形小翼的攻角α1大于第三矩形小翼的攻角α3；其中，α1＝25°～35°，α2＝55°～65°，α3＝15°～25°；所述第二矩形小翼的倾角大于第一矩形小翼的倾角第一矩形小翼的倾角大于第三矩形小翼的倾角其中，上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述换热管的外径与所述波纹翅片单元的横向宽度W相同，所述换热管的外径为6mm～9mm，每列所述换热管中前后相邻两个所述换热管之间的间距L＝13mm～18mm；所述第一矩形小翼距所述流向中心线的距离为5mm～6mm，所述第二矩形小翼与所述流向中心线的距离为1.8mm～3.8mm，所述第三矩形小翼与所述流向中心线的距离为1.2mm～1.8mm。上述一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征是：所述四边形缝沿所述条形板的长度方向进行布设，且四边形缝的相邻两条边之间的夹角β＝55°～65°。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：包括多列换热管(1)和安装在多列所述换热管(1)上的波纹翅片(2)，所述波纹翅片(2)为锯齿形波纹板；多列所述换热管(1)呈均匀布设，每列所述换热管(1)均包括多根沿波纹翅片(2)的长度方向由前至后布设的换热管(1)，多根所述换热管(1)均布设在同一直线上，多根所述换热管(1)的结构和尺寸均相同且其呈均匀布设；相邻两列所述换热管(1)中的换热管(1)呈交错布设；所述波纹翅片(2)由多个沿气流流向从后向前布设的波纹翅片单元组成，多个所述波纹翅片单元的结构和尺寸均相同且其均布设在同一平面上；每个所述波纹翅片单元均包括两个对称布设的条形板，两个所述条形板分别为背风侧条形板(2‑1)和位于背风侧条形板(2‑1)前侧的迎风侧条形板(2‑2)；所述波纹翅片(2)中的背风侧条形板(2‑1)和迎风侧条形板(2‑2)呈交错布设；相邻三个所述条形板组成一个供一列所述换热管(1)布设的换热管布设板，所述换热管布设板中的三个所述条形板沿气流流向从后向前分别为第一条形板、第二条形板和第三条形板；所述换热管(1)布设在第一条形板(1‑1)和第二条形板(1‑2)上；每个所述换热管(1)的外侧均设置有强化换热结构；所述强化换热结构包括两个对称布设在换热管(1)的流向中心线左右两侧的强化换热组件，所述流向中心线为沿气流流向布设的换热管(1)的径向中心线；每个所述强化换热组件均包括四个沿气流流向从后向前布设的强化换热件，四个所述强化换热件距所述流向中心线的间距由后向前逐渐缩小，且四个所述强化换热件组成一个纵向涡流通道；四个所述强化换热件由后向前分别为第一矩形小翼(3)、开缝组、第二矩形小翼(5)和第三矩形小翼(6)，所述第一矩形小翼(3)布设在所述第一条形板上，所述第二矩形小翼(5)和所述开缝组均布设在所述第二条形板上，所述第三矩形小翼(6)布设在所述第三条形板上；所述开缝组包括多道布设在所述第二条形板上的四边形缝(4)，多个所述四边形缝(4)的结构和尺寸均相同且其均呈平行布设。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：包括多列换热管(1)和安装在多列所述换热管(1)上的波纹翅片(2)，所述波纹翅片(2)为锯齿形波纹板；多列所述换热管(1)呈均匀布设，每列所述换热管(1)均包括多根沿波纹翅片(2)的长度方向由前至后布设的换热管(1)，多根所述换热管(1)均布设在同一直线上，多根所述换热管(1)的结构和尺寸均相同且其呈均匀布设；相邻两列所述换热管(1)中的换热管(1)呈交错布设；所述波纹翅片(2)由多个沿气流流向从后向前布设的波纹翅片单元组成，多个所述波纹翅片单元的结构和尺寸均相同且其均布设在同一平面上；每个所述波纹翅片单元均包括两个对称布设的条形板，两个所述条形板分别为背风侧条形板(2-1)和位于背风侧条形板(2-1)前侧的迎风侧条形板(2-2)；所述波纹翅片(2)中的背风侧条形板(2-1)和迎风侧条形板(2-2)呈交错布设；相邻三个所述条形板组成一个供一列所述换热管(1)布设的换热管布设板，所述换热管布设板中的三个所述条形板沿气流流向从后向前分别为第一条形板、第二条形板和第三条形板；所述换热管(1)布设在第一条形板(1-1)和第二条形板(1-2)上；每个所述换热管(1)的外侧均设置有强化换热结构；所述强化换热结构包括两个对称布设在换热管(1)的流向中心线左右两侧的强化换热组件，所述流向中心线为沿气流流向布设的换热管(1)的径向中心线；每个所述强化换热组件均包括四个沿气流流向从后向前布设的强化换热件，四个所述强化换热件距所述流向中心线的间距由后向前逐渐缩小，且四个所述强化换热件组成一个纵向涡流通道；四个所述强化换热件由后向前分别为第一矩形小翼(3)、开缝组、第二矩形小翼(5)和第三矩形小翼(6)，所述第一矩形小翼(3)布设在所述第一条形板上，所述第二矩形小翼(5)和所述开缝组均布设在所述第二条形板上，所述第三矩形小翼(6)布设在所述第三条形板上；所述开缝组包括多道布设在所述第二条形板上的四边形缝(4)，多个所述四边形缝(4)的结构和尺寸均相同且其均呈平行布设。2.按照权利要求1所述的一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：所述换热管布设板为第一换热管布设板或第二换热管布设板，所述第一换热管布设板和所述第二换热管布设板呈交错布设；所述第一换热管布设板中的所述第一条形板和所述第三条形板均为背风侧条形板(2-1)，且所述第一换热管布设板中的所述第二条形板为迎风侧条形板(2-2)；所述第二换热管布设板中的所述第一条形板和所述第三条形板均为迎风侧条形板(2-2)，且所述第二换热管布设板中的所述第二条形板为背风侧条形板(2-1)；所述背风侧条形板(2-1)为沿气流流向由后向前逐渐向下倾斜的倾斜板，所述迎风侧条形板(2-2)为沿气流流向由后向前逐渐向上倾斜的倾斜板。3.按照权利要求1或2所述的一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：所述波纹翅片单元中两个所述条形板之间的夹角θ＝150°～170°。4.按照权利要求1或2所述的一种矿井空冷器用波纹翅片换热结构，其特征在于：所述第一矩形小翼(3)和第三矩形小翼(6)均为在所述条形板上冲出的矩形翼板，所述条形板上冲出第一矩形小翼(3)和第三矩形小翼(6)后均形成矩形通孔，所述第二矩形小翼(5)为焊接固定在所述第二条形板上的矩形翼板。5.按照权利要求1或2所述的一种矿井空冷器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张京兆，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61