換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管殼式換熱器、熱交換反應(yīng)器等設(shè)備中換熱管內(nèi)強化傳熱和防垢除垢的內(nèi)插元件，特別涉及一種以換熱管內(nèi)部傳熱流體為動力，實現(xiàn)自清潔強化傳熱功能的梭形轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]能源作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要命脈，其同時存在供應(yīng)緊張和利用效率低的問題，因此，節(jié)能減排對于我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。管殼式換熱器廣泛應(yīng)用在火電、核電、石油、化工、冶金、食品、輕工、船舶動力和航空航天等領(lǐng)域，但是管殼式換熱器普遍存在傳熱管道內(nèi)壁積污結(jié)垢的問題，導(dǎo)致管內(nèi)換熱效率大幅度降低，使傳熱性能降低，同時流體輸送阻力增大，甚至管內(nèi)嚴重堵塞無法使用。傳統(tǒng)的處理方法是停產(chǎn)清洗，不僅耽擱了工廠的生產(chǎn)進度，還需要支付昂貴的清洗費用。因此，人們一直研究采用不停產(chǎn)的在線自動強化傳熱和除垢防垢的辦法和裝置，其最大優(yōu)點是不僅適用于新型換熱器的制造，也適合于舊換熱器的改造，且加工制造方便。
[0003]近年來出現(xiàn)了許多強化換熱及防垢除垢的方法和裝置，中國專利申請?zhí)枮閆L95236063.2公開了發(fā)明名稱為“傳熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，中國專利申請?zhí)枮镃N1424554公開了發(fā)明名稱為“擾流螺旋式強化換熱及自動除垢裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，這些裝置主要包括有螺旋紐帶、固定架，螺旋紐帶設(shè)置在螺旋管內(nèi)，利用通過換熱管內(nèi)流體流動帶動螺旋紐帶轉(zhuǎn)動。這些裝置對強化換熱及防垢除垢起到一定的作用，但同時也存在以下不足:(I)紐帶為一整體，對傳熱管直接刮擦，損傷換熱管內(nèi)壁；(2)流體流動時推動紐帶轉(zhuǎn)動需要較大的驅(qū)動力矩，消耗更多的流體動能；(3)單端固定用的軸承的使用壽命短。中國專利號為ZL200520127121.9，公開了發(fā)明名稱為“轉(zhuǎn)子式自清潔強化傳熱裝置”的專利申請，此裝置是由固定架、轉(zhuǎn)子、柔性軸和支撐管構(gòu)成，兩固定架分別固定在換熱管的兩端；轉(zhuǎn)子的外表面有螺旋棱，轉(zhuǎn)子上有中心孔；支撐架設(shè)在轉(zhuǎn)子與固定架之間，柔性軸穿過轉(zhuǎn)子的中心孔和支撐管固定在兩固定架上。在管內(nèi)流體作用下，轉(zhuǎn)子繞柔性軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片對管壁產(chǎn)生輕微的刮擦，起到防垢除垢的作用，另外，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對管內(nèi)流體進行擾動，增強流體湍流程度，進而起到強化換熱的作用。以上所述轉(zhuǎn)子對流體的擾動程度有限，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是由螺棱的螺旋升角決定的，在螺棱導(dǎo)程小時轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度快，同時對流體的阻力隨之增加。為解決此問題，中國專利申請?zhí)?00910077378.0，發(fā)明名稱為“一種單元組合式強化傳熱裝置”，該裝置由轉(zhuǎn)子、支撐架、套軸和連接軸線構(gòu)成，支撐架固定在傳熱管兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架上，多個轉(zhuǎn)子穿裝在連接軸線上，轉(zhuǎn)子由擾流旋葉、合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)、尾部螺旋驅(qū)動槳葉組成，該結(jié)構(gòu)能夠顯著降低管內(nèi)流體的流動阻力、減小磨耗，延長轉(zhuǎn)子的使用壽命，但該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子不能更好的抑制結(jié)垢，傳熱效率以及在線清洗效果未達到最佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種新結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子從換熱管軸向方向看為梭形結(jié)構(gòu)，其葉片呈現(xiàn)螺旋漸變狀，整體表面積較小，能夠大幅度降低管內(nèi)介質(zhì)的流動阻力，節(jié)省制作成本且便于安裝，具有自動在線防垢除垢和強化傳熱雙重功能。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于:主要部件包括空心軸和螺旋葉片；該轉(zhuǎn)子從換熱管軸向看為梭形結(jié)構(gòu)，所述的空心軸由兩段組成，空心軸上設(shè)置有兩個或多個的螺旋葉片，螺旋葉片沿空心軸的周向等分排列；螺旋葉片表面光滑，螺旋葉片與空心軸外表面相交，螺旋葉片外徑略小于換熱管內(nèi)徑；螺旋葉片的厚度保持一定，寬度呈漸變形狀，在靠近空心軸時寬度最大，然后逐漸減少；本發(fā)明的轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)所占據(jù)的空間小，流動阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，換熱管內(nèi)流體垂直于螺旋葉片徑向的作用力使轉(zhuǎn)子繞空心軸旋轉(zhuǎn)，增強了流體的湍流強度，破壞了近壁區(qū)域流體的流動狀態(tài)，減薄了邊界層厚度，并對管壁起到輕微刮削作用，達到強化傳熱和防垢除垢的目的。
[0006]本發(fā)明所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述的螺旋葉片和空心軸是由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作而成。
[0007]本發(fā)明所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，空心軸兩端有同軸結(jié)構(gòu)，每個轉(zhuǎn)子的空心軸的頭部和前一個轉(zhuǎn)子的空心軸的尾部對中并配合，同軸結(jié)構(gòu)可以是窩球、萬向節(jié)或卡扣。
[0008]本發(fā)明所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，螺旋葉片在軸向截面上投影是橢圓弧或圓弧曲線，螺旋葉片根部與空心軸外表面相交。
[0009]本發(fā)明所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子可首尾相連整串穿裝于連接軸線上，連接軸線可以是剛性的圓棒，也可以是柔性的軟繩，也可以通過限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:1、所發(fā)明的轉(zhuǎn)子整體表面積較小，在換熱管內(nèi)所占據(jù)的空間小，節(jié)省制作成本且有利于安裝，流動阻力小，更有利于防污除垢與強化傳熱；2、轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)流體作用下轉(zhuǎn)動，流體形成三維螺旋型流動狀態(tài)，增強了流體的湍流程度，更有利于強化傳熱；3、轉(zhuǎn)子的螺旋葉片在旋轉(zhuǎn)過程中對換熱管內(nèi)壁起到輕微刮削作用，減薄了流體邊界層的厚度，對管壁處流體的流動狀態(tài)造成破壞，對換熱管內(nèi)壁污垢進行清除，同時減少了污垢在換熱管內(nèi)壁的沉積，有利于延長整個裝置的使用周期，減少清洗頻率。
[0011]本發(fā)明涉及的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其單個轉(zhuǎn)子的長度、旋轉(zhuǎn)外圓直徑和螺旋葉片所傾斜的角度等參數(shù)，可根據(jù)傳熱管內(nèi)徑、管內(nèi)介質(zhì)流速等工作條件和制造成本等情況來確定，相鄰轉(zhuǎn)子之間既可以采取同步旋轉(zhuǎn)的連接方式，也可以采用各自獨立旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為圖1俯視圖。
[0014]圖3為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1-空心軸、2-螺旋葉片、3-換熱管、4-支撐架、5-連接軸線、6-凸臺、7-凹槽、8-限位件。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明涉及的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子的一種實施方法，如圖4所示，強化傳熱裝置包括梭形轉(zhuǎn)子、限位件8、換熱管3、支撐架4和連接軸線5，連接軸線5將若干轉(zhuǎn)子串聯(lián)在一起，多個轉(zhuǎn)子可由限位件8分為幾組轉(zhuǎn)子串，支撐架4固定在換熱管3兩端，連接軸線5的兩端分別固定在支撐架4上，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子由若干螺旋葉片2固定在空心軸I表面上組成的。兩個相鄰轉(zhuǎn)子中，一個轉(zhuǎn)子的空心軸I頭部的凸臺6與另一個轉(zhuǎn)子空心軸I尾部的凹槽7相結(jié)合，從而起到連接和調(diào)整使之同軸的作用，同軸結(jié)構(gòu)可以是球窩、萬向節(jié)和卡扣等結(jié)構(gòu)，對于轉(zhuǎn)子運行同軸性不高的場合也可以是簡單的平面結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，如圖1至圖3所示，轉(zhuǎn)子的空心軸I截面形狀為空心圓柱形；圖1為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，空心軸I上有兩個螺旋葉片2，兩個螺旋葉片2在空心軸I表面周向等分排列分布；圖2為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)俯視圖，螺旋葉片2的寬度在靠近空心軸I時最大，然后逐漸減?。粓D3為本發(fā)明換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子三維示意圖。
[0019]本發(fā)明中，換熱管3內(nèi)的流體在流動過程中對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力和轉(zhuǎn)動力矩，從而推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，流體形成三維螺旋型流動狀態(tài)，加劇了流體的湍流強度，破壞靠近管壁的流體的流動狀態(tài)，減薄了邊界層厚度，并對管壁起到了輕微刮削作用，由此達到強化傳熱和防垢除垢的目的。此外，通過去除螺旋葉片2之間的空心軸段或者減小此空心軸端的直徑可以節(jié)省材料和加工成本。
【主權(quán)項】
1.換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于:主要部件包括空心軸和螺旋葉片；該轉(zhuǎn)子從換熱管軸向看為梭形結(jié)構(gòu)，所述的空心軸由兩段組成，空心軸上設(shè)置有兩個或多個的螺旋葉片，螺旋葉片沿空心軸的周向等分排列；螺旋葉片表面光滑，螺旋葉片與空心軸外表面相交，螺旋葉片外徑略小于換熱管內(nèi)徑；螺旋葉片的厚度保持一定，寬度呈漸變形狀，在靠近空心軸時寬度最大，然后逐漸減少。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述的螺旋葉片和空心軸是由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，空心軸兩端有同軸結(jié)構(gòu)，每個轉(zhuǎn)子的空心軸的頭部和前一個轉(zhuǎn)子的空心軸的尾部對中并配合，同軸結(jié)構(gòu)可以是窩球、萬向節(jié)或卡扣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，其特征在于，螺旋葉片在換熱管軸向截面上投影是橢圓弧或圓弧曲線，螺旋葉片根部與空心軸外表面相交。
【專利摘要】本發(fā)明涉及換熱管內(nèi)強化換熱梭形轉(zhuǎn)子，主要部件包括空心軸和螺旋葉片；該轉(zhuǎn)子從換熱管軸向看為梭形結(jié)構(gòu)，所述的空心軸由兩段組成，空心軸上設(shè)置有兩個或多個的螺旋葉片，螺旋葉片沿空心軸的周向等分排列；螺旋葉片表面光滑，螺旋葉片與空心軸外表面相交，螺旋葉片外徑略小于換熱管內(nèi)徑；螺旋葉片的厚度保持一定，寬度呈漸變形狀，在靠近空心軸時寬度最大，然后逐漸減少；本發(fā)明的轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)所占據(jù)的空間小，流動阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，換熱管內(nèi)流體垂直于螺旋葉片徑向的作用力使轉(zhuǎn)子繞空心軸旋轉(zhuǎn)，增強了流體的湍流強度，破壞了近壁區(qū)域流體的流動狀態(tài)，減薄了邊界層厚度，并對管壁起到輕微刮削作用，達到強化傳熱和防垢除垢的目的。
【IPC分類】F28F19/00, F28F13/12, F28G3/00
【公開號】CN105135933
【申請?zhí)枴緾N201510656181
【發(fā)明人】王定標, 張燦燦, 韓勇, 向颯, 張歡, 許陽陽, 廉鼎元, 夏文娟, 王雪東, 王光輝
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月12日