傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子的製作方法

2023-05-06 11:21:21

專利名稱：傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於管殼式換熱器、熱交換反應器等設備中傳熱管 內防汙除裙和強化傳熱的內插元件，特別是涉及一種利用傳熱管內流體作為動 力的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子。
背景技術：
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 領域都要應用到大量的換熱器，其中管殼式換熱器的應用佔絕大多數，但是管 殼式換熱器在傳熱管道內壁積汙結垢的問題普遍存在，使傳熱性能降低變差，
同時流體輸送阻力增大，甚至造成管道堵塞；管壁汙裙不僅會帶來腐蝕洩露的 安全隱患、而且因傳熱效率大幅度降低而造成嚴重的能源浪費，因此通常需要 定時的採取停產清洗的被動措施；為此，多年來人們一直在研究實用新型不停 機的在線式自動防汙除垢和強化傳熱的辦法和裝置。在眾多的防汙除裙方法中， 螺旋紐帶法是一種利用流體動能實現在線自動除裙的方法，中國專利申請號為 ZL95236063. 2，公開了實用新型名稱為"傳熱管內除垢防港的清洗裝置"的實 用新型創造，該實用新型創造的技術方案由傳熱管內裝設有與傳熱管大體相等 長的扭曲帶構成，扭曲帶的徑向尺寸小於傳熱管的內徑，在傳熱管進液口端裝 有軸向固定架，其中部有進流孔，軸向固定架的頭部有一個軸孔，軸孔內裝有 銷軸，銷軸的尾部與扭曲帶連接；中國專利申請公開號CN 1424554,實用新型 名稱為"雙擾流螺旋式強化換熱及自動除港裝置"公開了一種強化換熱及自動 除垢裝置，該裝置除了設有螺旋紐帶、固定架外，螺旋紐帶設置在螺旋管內， 靠通過螺旋管內的流體流動帶動螺旋紐帶轉動。雖然介質在螺旋管內呈螺旋狀 流動，有利於提高換熱效果，但是螺旋紐帶旋轉與螺旋管內壁之間的縫隙不均 勻，螺旋紐帶對螺旋管內壁垢層的清掃作用小而且不均勻，不利於除裙。以上
兩種螺旋紐帶法的除垢裝置的扭曲帶或稱為螺旋紐帶在傳熱管內均為一端與固 定架連接，另一端是不固定的，扭曲帶的徑向尺寸小於傳熱管的內徑。螺旋紐 帶的主要缺點是l)工作過程中需要較大的驅動力矩；2)紐帶對傳熱管內壁存
在直接刮磨；3)端部轉動軸承的使用壽命短。4)除自動除垢作用外，場協同強 化傳熱效果不顯著；中國專利號ZL200520127121. 9,公開了實用新型名稱為 "轉子式自清潔強化傳熱裝置"的專利申請，該裝置由固定架、轉子、柔性軸 和支撐管構成，兩固定架分別固定在傳熱管的兩端；轉子的外表有螺稜，轉子
上有中心孔；支撐管設在轉子與固定架之間，柔性軸穿過轉子的中心孔和支撐
管固定在兩固定架上。這種裝置具有自動在線預防結垢、清洗和強化傳熱的功
能，流體在傳熱管內順流或逆流的情況下，均有阻垢和強化傳熱的作用。但是， 由於其結構為連續的螺稜設計方案，冷卻介質在傳熱管內流動時，在流量一定
的工作狀態下，轉子的旋轉速度是由螺稜的螺旋升角所決定的，螺旋升角越小， 即螺稜導程越短，則轉子旋轉速度越快，但同時其流動阻力也隨之增加。當轉
子旋轉速度較高，例如在200轉/分以上時，傳熱管內流體則在螺稜的擾動下
造成紊流，強化傳熱效果顯著，但是，流動阻力增加問題也十分突出，經過水
流量試驗表明，在長度為8米、直徑為23亳米的傳熱管中，採用導程為100 亳米的三稜轉子的傳熱管與光管對比，由於通流面積減小在相同功率的泵送條 件下，流量減少50%以上。雖然通過在螺稜上開孔的辦法可使流阻增大的問題 得到一定程度的緩解，但是給成型加工帶來模具結構複雜化、製造成本增加、 使用壽命減短等一系列問題。
實用新型內容
本實用新型的目的是設計一種新結構的轉子，在保持自清潔強化傳熱性能 的同時，能夠大幅度降低管內介質的流動阻力，並提高轉子工作轉速的可控性。
本實用新型解決上述問題採用的技術方案是 一種傳熱管內自清潔強化傳 熱的低流阻轉子，它包括轉子、支撐架和連接軸線，所述支撐架固定在傳熱管 的兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架上，所述數個轉子穿裝在兩個支撐 架間的連接軸線上，所述轉子由空心軸和鰭片構成，所述空心軸上設置有一個以上的鰭片，每個鰭片與空心軸中心線成傾斜狀，鰭片工作表面呈渦旋狀或平 面狀，或者其兩者的組合，鰭片均勻固定在空心軸外表面上。
每個相鄰鰭片以空心軸為中心旋轉一周所掃過的空間前後相連。
所述轉子的空心軸截面形狀為空心圓柱型、空心圓錐型、空心多稜型或空 心波節型，所述固定在空心軸表面的鰭片，其表面可以設置有透空。
所述轉子的空心軸兩端設置有同軸結構，數個穿裝在兩個支撐架間連接軸 線上的轉子，其轉子的空心軸兩端設置有同軸結構，兩個相鄰轉子的空心軸頭 部和另 一個空心軸的尾部相結合。
所述轉子的空心軸同軸結構是圓錐方式，還可以是球窩方式，萬向節方式 或者卡扣方式。
所述轉子的空心軸和鰭片是由陶瓷、金屬或者是由高分子材料或者高分子 基複合材料製作。
本實用新型涉及的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其單個轉子的 長度、旋轉外圓直徑和鰭片所傾斜的角度等參數，可根據傳熱管內徑、管內介 質流速等工作條件和製造成本等情況來確定，相鄰轉子之間既可以採取同步旋 轉的連接方式，也可以採用各自獨立旋轉的結構。
本實用新型的有益效果是
1、管內流體通過鰭片驅動轉子以合適的速度繞中心軸旋轉從而對汙裙沉積 具有抑制和清掃作用，同時，管內流動介質在轉子鰭片的導流和擾動作用下形 成有利於強化傳熱的流動狀態；2、轉子在傳熱管內所佔據的空間小、傳熱管軸 向的流通面積大、阻塞率低，流動阻力小；3、在相同的工作轉速下，轉子間的 軸向推力減小，轉子間摩擦作用減輕，從而減少了工作過程中流動介質的動能 損耗，並且可以顯著提高轉子的使用壽命；本實用新型經過實驗證明，由於對 轉子結構的創新設計，大幅度減少了轉子本身的原材料消耗；在保持優異的自 清潔功能的基礎上，場協同作用強化傳熱效果更好，與現有技術相比，由於阻 塞度減少60%以上，流動阻力也得以大幅度降低，並且在降低製造成本的同時 還大幅度提高了使用性能。
本實用新型在傳熱管內安裝時，根據傳熱管長度，用連接軸線將若干個單 元轉子串聯在一起，貫穿到傳熱管內，利用設置在傳熱管端部的支撐架固定在
傳熱管的兩端，在流體作用下通過鰭片，使轉子產生旋轉，從而對傳熱管內壁
粘附物進行清掃；對管內介質流場進行擾動，形成有利於強化傳熱的紊流。鰭 片的結構可以靈活多變，根據實際應用需要，還可以在鰭片上設置透空，從而 進 一 步降低轉動阻力和流體流動阻力。


圖l為本實用新型的渦旋式轉子結構示意圖。
圖2為圖1的右視結構示意圖。
圖3為本實用新型的組合式轉子結構示意圖。
圖4為圖3的右視結構示意圖。
圖5為本實用新型帶有透空式轉子結構示意圖。
圖6為圖5的右視結構示意圖。
圖7為圖1渦旋式轉子的立體結構示意圖。
圖8為本實用新型整體剖視結構示意圖。
圖中，l錐形凹臺、2渦旋式鰭片、3空心軸、4錐形凸臺、5組合式鰭片、 6透空式鰭片、7透空、8支撐架、9同軸結構、IO傳熱管、ll連接軸線。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式

如圖8所示，本實用新型涉及的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子的 一種實施例，它包括轉子、支撐架8和連接軸線11,所述支撐架8固定在傳熱 管10的兩端，連接軸線U的兩端分別固定在支撐架8上，所述數個轉子穿裝 在兩個支撐架8間的連接軸線11上，所述轉子由空心軸3和工作表面呈渦旋狀 的渦旋式鰭片2構成，所述空心軸3上設置有一個以上的渦旋式鰭片2,每個 渦旋式鰭片2與空心軸3中心線成傾斜狀，每個渦旋式鰭片2均勻固定在以空 心軸3的外表面上。
每個相鄰鰭片2以空心軸3為中心旋轉一周所掃過的空間前後相連。 如圖1至圖8所示，所述轉子的空心軸3截面形狀為空心圓柱型；如圖3 和圖4所示，所述固定在空心軸3表面的是由渦旋狀和平面狀組合而成的組合 式鰭片5;如圖5和圖6所示，所述固定在空心軸3表面的是透空式鰭片6,其 表面設置有透空7。
所述轉子的空心軸3兩端設置有同軸結構9,本實施例中的同軸結構9是 在每個空心軸3的頭部和尾部分別設置錐形凸臺4和錐形凹臺1,數個穿裝在 兩個支撐架8之間連接軸線11上的轉子，其轉子的空心軸3兩端設置的錐形凸 臺4和錐形凹臺1，兩個相鄰轉子空心軸3頭部和另一個空心軸3尾部的錐形 凸臺4和錐形凹臺l相結合；同軸結構9的目的是使相鄰轉子在工作時保持同 軸，同時具有適應傳熱管IO彎曲的柔性連接結構，除圓錐結構外，還有球窩結 構，萬向節結構、卡扣結構等，對於轉子運行同軸性不高的場合也可以是簡單 的平面結構。
本實用新型中轉子的外徑略小於傳熱管10的內徑，轉子的中心孔內徑略大 於連接軸線11的外徑，所述每個轉子上相鄰的鰭片沿軸線旋轉一周所掃掠的區 域應當前後相連或者有部分重疊，以保證對傳熱管10內表面具有充分的清掃能 力；管內流體通過鰭片驅動轉子以合適的速度旋轉從而對汙裙沉積具有抑制和 清掃作用，鰭片同時對管內流體具有擾動作用，強化對流傳熱；轉子在傳熱管 內所佔據的空間小、傳熱管IO軸向的流通面積大、阻塞率低，流動阻力小，在 相同的工作轉速下，轉子間的軸向推力減小，轉子間摩擦作用減輕，從而減少 了工作過程中的流動介質的動能損耗，並且顯著提高轉子的使用壽命。
權利要求1.一種傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，它包括轉子、支撐架和連接軸線，所述支撐架固定在傳熱管的兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架上，所述數個轉子穿裝在兩個支撐架間的連接軸線上，其特徵在於所述轉子由空心軸和鰭片構成，所述空心軸上設置有一個以上的鰭片，每個鰭片與空心軸中心線成傾斜狀，鰭片工作表面呈渦旋狀或平面狀，或者其兩者的組合，鰭片均勻固定在空心軸外表面上。
2. 根據權利要求1所述的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其特徵 在於每個相鄰鰭片以空心軸為中心旋轉一周所掃過的空間前後相連。
3. 根據權利要求1或2所述的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特徵在於所述轉子的空心軸截面形狀為空心圓柱型、空心圓錐型、空心多稜 型或空心波節型，所述固定在空心軸表面的鰭片，其表面可以設置有透空。
4. 根據權利要求1或2所述的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特徵在於所述轉子的空心軸兩端設置有同軸結構，數個穿裝在兩個支撐架間 連接軸線上的轉子，其轉子的空心軸兩端設置有同軸結構，兩個相鄰轉子的空 心軸頭部和另 一個空心軸的尾部相結合。
5. 根據權利要求4所述的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其特徵 在於所述轉子的空心軸同軸結構是圓錐方式，還可以是球窩方式，萬向節方 式或者卡扣方式。
6. 根據權利要求l或2所述的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特徵在於所述轉子的空心軸和鰭片是由陶瓷、金屬或者是由高分子材料或者 高分子基複合材料製作。
專利摘要本實用新型涉及的傳熱管內自清潔強化傳熱的低流阻轉子，它包括轉子、支撐架和連接軸線，所述支撐架固定在傳熱管的兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架上，所述數個轉子穿裝在兩個支撐架間的連接軸線上，所述轉子由空心軸和鰭片構成，所述空心軸上設置有一個以上的鰭片，每個鰭片與空心軸中心線成傾斜狀，鰭片工作表面呈渦旋狀或平面狀，或者其兩者的組合，鰭片均勻固定在空心軸外表面上；本技術方案中，管內流體通過鰭片驅動轉子以合適的速度旋轉從而對汙垢沉積具有抑制和清掃作用，鰭片同時對管內流體具有擾動作用，強化對流傳熱；轉子在傳熱管內所佔據的空間小、傳熱管軸向的流通面積大、阻塞率低，流動阻力小，顯著提高轉子的使用壽命。
文檔編號F28F13/00GK201000303SQ20062017280
公開日2008年1月2日 申請日期2006年12月29日 優先權日2006年12月29日
發明者孫廣和, 殷淑桂 申請人:北京華夏英藍科技發展有限公司