換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子的製作方法

2023-10-10 21:43:14

專利名稱：換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於管殼式換熱器、熱交換反應器、冷凝器等設備中換熱管內強化傳 熱與自清潔的內插元件。該元件能夠廣泛應用於熱力發電、石油化工、食品、製藥、輕工、冶 金、船舶等行業的管殼式換熱設備與反應設備上，尤其是以傳熱管內流體動能作為動力的 強化傳熱與自清潔裝置中。
背景技術：
管殼式換熱器的換熱管內壁結垢會導致傳熱效率下降、流體流動阻力增加，嚴重 時會堵塞管道。在現有的方法中，螺旋紐帶是利用流體的動能作為驅動力而實現自身的旋轉，以 此達到在線清洗與強化傳熱的目的。專利號為ZL95236063.2，名稱為「傳熱管內除垢防 垢的清洗裝置」中，公開了該裝置的結構，螺旋紐帶置於換熱管內，管端有空心軸孔，裝有銷 軸，銷軸的尾端與紐帶頭部連接，屬一端固定裝置。公開號為CN14M554的「雙擾流螺旋式 強化傳熱及自動除垢裝置」中，公開了另一種紐帶形式，該裝置新增設了螺旋管，將紐帶置 於螺旋管中，靠通過螺旋管內的流體流動帶動紐帶旋轉。公開號為C擬833494的「轉子式自 清潔強化傳熱裝置」中，公開了一種由固定架、轉子、鋼絲繩和支撐管等構成的裝置，固定架 安置於換熱管兩端，鋼絲繩通過固定架軸孔，兩端用鉚釘固定，轉子的中心孔穿過鋼絲繩沿 換熱管軸線排列，轉子在流體作用下做旋轉運動，從而達到強化傳熱與在線清洗的目的。專 利號為200620172805. 5的「傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子」中，公開了一種新式 轉子，它是由空心軸和葉片構成，每個葉片與空心軸成同樣的傾斜狀，相鄰葉片首尾相接， 該結構對流體阻力減小。上述涉及到的幾種成果都具有一定的強化傳熱效果和防汙除垢能力，在特定的領 域也得到了應用。但是螺旋紐帶為一體式轉動件，如果紐帶加工時不順直或換熱管在脹接 後不夠直，都將影響整個紐帶的轉動，對換熱管刮傷嚴重；流體流動時驅動紐帶的力矩也非 常大，造成了不必要的能量損失；一端固定的銷軸壽命非常短，另外紐帶產生的整體場協同 強化傳熱效果不顯著。「轉子式自清潔強化傳熱裝置」中的轉子是靠在空心圓柱表面上伸出 的葉片受力而旋轉的，由於葉片根部與空心圓柱表面相交，受力面積小，因此所受的驅動力

發明內容
本發明的目的是設計一種新式結構的轉子，保證轉子能夠順利轉動，尤其在粘性 介質或者流體動能不大的情況下良好旋轉，並且能夠提高流體的湍流程度，從而達到自清 潔與強化傳熱的目的。為達到上述目的，本發明提出的技術方案是換熱管內低驅動力自清潔與強化傳 熱轉子，轉子是由空心圓柱與葉片組成，每個葉片呈螺旋狀結構，葉片分段均勻固定在空心 圓柱上，並與其成為一體。葉片的外表面與空心圓柱邊緣相切，相切線軌跡與空心圓柱的軸線不平行，使得葉片呈一曲面狀，形成對流體軸向流動的阻擋，轉子獲得轉動動力。轉子穿 裝在轉軸上，轉子葉片的內表面為迎水面，轉子與掛件放置於換熱管內，轉軸的兩端分別通 過掛件的中心孔進行軸向固定。當流體通過轉子時，傳統的葉片表面與空心圓柱邊緣相交，而本發明的轉子葉片 的外表面與空心圓柱的邊緣相切，葉片厚度較薄，使流體作用在葉片上的作用面積增加，增 大了驅動力，使轉子能夠在粘性較大或者流體動能不大的介質中正常工作，起到強化傳熱 和防汙除垢的理想效果。每個相鄰葉片以空心圓柱為中心旋轉一周所掃過的空間前後是相連的；空心圓柱 表面固定若干個葉片，葉片在空心圓柱表面軸向等分排列。每相鄰兩個葉片繞軸旋轉一周 所形成的空間前後相連。所述轉子的空心圓柱靠近進水口側為頭部，空心圓柱兩端有同軸結構，每個轉子 的空心圓柱的頭部和前一個轉子的空心圓柱的尾部對中並配合，各個轉子能夠自由轉動。 同軸結構可以是圓錐形式、窩球形式、梯形臺形式、萬向節形式或卡扣形式。固定在空心圓柱表面的葉片可以設置透空結構，以減小葉片在轉軸上的重量和在 換熱管內所佔據的體積。葉片在橫截面上投影可以是由橢圓弧或圓弧曲線生成；轉子葉片的外表面與空心 圓柱邊緣相切，內表面與空心圓柱邊緣相交；也可以是內表面、外表面均與空心圓柱邊緣相 切，葉片內表面與外表面間形成的厚度根據轉子受力強度要求確定。外表面相切結構能夠 使葉片背面光滑不易結垢，而內表面因有介質衝刷也不易結垢。轉子的葉片和空心圓柱是由高分子材料、高分子基複合材料、金屬或者陶瓷材料 製作的。本發明的有益效果是1、相比於其它轉子，因為本發明所涉及的轉子有較大的受力面積，可以獲得較大 的驅動力，所以在粘性流體或流速較慢的流體中仍然能夠獲得較大的驅動力，這樣更有利 於防汙除垢與強化傳熱；2、流體對葉片的作用面積增加，在葉片的反作用力下，流體能夠更 有效的沿葉片頂端向四周擴散，增加了流體的湍流程度，更有利於強化傳熱。3、因為該轉子 根部的外表面與空心圓柱的邊緣相切呈一光滑曲面，使葉片的外表面不易結垢，這樣有利 於延長整個裝置的使用周期，減少清洗頻率。本發明轉子安裝在換熱管內，根據具體的換熱管長度，用轉軸將數個轉子串聯在 一起，穿在換熱管內，然後利用掛件對轉軸的兩端進行軸向固定，當流體流過葉片時，對轉 子有垂直於徑向的切向力，使轉子繞轉軸旋轉，就會對換熱管內壁汙垢進行清除；對管內介 質流場進行擾動，形成有利於強化傳熱的紊流。還可以根據實際需要，在葉片上設置透空進 一步降低轉子重量以及在換熱管內所佔據的空間。


圖1為本發明換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子結構示意圖。圖2為圖1的俯視結構放大示意圖。圖3為本發明換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子三維示意圖。圖4為本發明換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子葉片透空結構示意圖。
圖5為圖4的俯視結構放大示意圖。圖6為本發明換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子葉片透空三維示意圖。圖7為假設轉子葉片為一薄片情況下，現有轉子與本發明涉及到的轉子在換熱管 橫截面方向的比較圖8為本發明換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子的安裝結構示意圖。圖中，1-空心圓柱、2-葉片、3-掛件、4-轉軸、5-換熱管、6-梯形凸臺、7-透空結 構、8梯形凹槽、9-鉚釘、10-現有轉子的葉片、11-外表面、12-內表面
具體實施例方式如圖8所示，本發明涉及的一種換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子的一種 實施例子，轉子是由空心圓柱1與葉片2組成，葉片2分段均勻固定在空心圓柱1上，葉片的 外表面11與空心圓柱1邊緣相切，相切線軌跡與空心圓柱1的軸線不平行，使得葉片呈一 曲面狀，形成對流體軸向流動的阻擋，轉子獲得轉動動力。本發明的轉子穿裝在轉軸4上， 與掛件3放置於換熱管5內，掛件3固定在換熱管兩端，轉軸4的兩端通過鉚釘9分別固定 在掛件3上。圖1至圖6所示的是本發明的轉子的空心圓柱1截面形狀為空心圓柱形，其中圖 4至圖6所示的葉片2的表面設置透空結構7。每個空心圓柱1的頭部和尾部分別設置梯形凸臺6和梯形凹槽8，數個轉子穿裝在 兩個掛件3之間的轉軸4上，兩個相鄰轉子其中一個的空心圓柱1頭部梯形凸臺6和另一 個轉子的空心圓柱1尾部的梯形凹槽8同軸對中配合，同軸結構除了梯形結構外，還可以是 圓錐方式、卡扣方式、窩球方式或萬向節方式。由於流體對葉片2的作用面積增加，在葉片2的反作用力下，流體能夠更有效地沿 葉片2頂端向四周擴散，增加了流體的湍流程度，更有利於強化傳熱；轉子外徑略小於換熱 管5的內徑，轉子空心圓柱1的內徑略大於轉軸4的外徑，因此本發明所涉及的轉子在粘 性流體或流速較慢的流體中仍然能夠獲得較大的驅動力，這樣更有利於防汙除垢與強化傳圖7是現有轉子與該發明轉子的直觀比較圖，假設除葉片外其他條件相同，葉片 為一薄片曲面，則流體在本發明的轉子的每個葉片2上的作用面積在換熱管截面上的投影 長度比圖示的現有轉子的葉片10的換熱管截面上的投影長度近似增加為空心圓柱的半徑 R，如果一個轉子有4個葉片，則每個轉子葉片上的流體作用面積在換熱管截面上投影的長 度近似增加4R。空心圓柱的半徑R越大，增加的驅動力越大，效果越明顯。
權利要求
1.換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子，由空心圓柱和葉片構成的，每個葉片呈 螺旋狀結構，葉片分段均勻固定在空心圓柱上，其特徵在於葉片外表面的根部與空心圓柱 邊緣相切，相切線軌跡與空心圓柱的軸線不平行；空心圓柱的表面固定若干個葉片，葉片在 空心圓柱表面軸向等分排列，每相鄰兩個葉片繞軸旋轉一周所形成的空間前後相連。
2.根據權利要求1所述的換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子，其特徵在於空 心圓柱兩端有同軸結構，每個轉子的空心圓柱的頭部和前一個轉子的空心圓柱的尾部對中 並配合，同軸結構是圓錐形式、窩球形式、梯形臺形式、萬向節形式或卡扣形式。葉片可以設 置透空結構。
3.根據權利要求1所述的換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子，其特徵在於轉 子的葉片和空心圓柱是由高分子材料、高分子基複合材料、金屬或者陶瓷材料製作。
4.根據權利要求1所述的換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子，其特徵在於葉 片在橫截面上投影是由橢圓弧或圓弧曲線生成；轉子葉片的外表面與空心圓柱邊緣相切， 內表面與空心圓柱邊緣相交；或轉子葉片的內表面、外表面均與空心圓柱邊緣相切。
5.根據權利要求1所述的換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子，其特徵在於葉 片設置有透空結構。
全文摘要
本發明提供了一種特別適用於管程為粘性流體強化換熱的換熱管內低驅動力自清潔與強化傳熱轉子。它是由空心圓柱和葉片組成，每個葉片呈螺旋狀結構，葉片外表面的根部與空心圓柱邊緣相切，當流體從換熱管軸向進入時，流體垂直於葉片徑向的作用力使轉子繞軸旋轉。本發明中由於葉片的根部與空心圓柱的邊緣相切，使流體作用在葉片上的作用面積增加。空心圓柱的半徑越大，效果越明顯。因此轉子所受的旋轉驅動力增加，更有利於在換熱管中介質粘性較大或者流體動能不大時做強化傳熱使用。轉子根部的外表面與空心圓柱的邊緣相切呈一光滑曲面，使葉片的外表面不易結垢，這樣有利於延長整個裝置的使用周期，減少清洗頻率。
文檔編號F28G3/00GK102128559SQ201010033800
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者丁玉梅, 關昌峰, 楊衛民, 範永釗, 閻華 , 韓崇剛 申請人:北京化工大學