專利名稱：傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于管殼式換熱器、熱交換反應器等設備中傳熱管內(nèi)防 污除紫和強化傳熱的內(nèi)插元件，特別是涉及一種利用傳熱管內(nèi)流體作為動力的 傳熱管內(nèi)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占絕大多數(shù)，但是管 殼式換熱器在傳熱管道內(nèi)壁積污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；管壁污港不僅會帶來腐蝕泄露的 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 定時的釆取停產(chǎn)清洗的被動措施；為此，多年來人們一直在研究發(fā)明不停機的 在線式自動防污除裙和強化傳熱的辦法和裝置。在眾多的防污除祐方法中，螺 旋紐帶法是一種利用流體動能實現(xiàn)在線自動除場的方法，中國專利申請?zhí)枮?ZL"236063. 2，公幵了發(fā)明名稱為"傳熱管內(nèi)除垢防裙的清洗裝置"的發(fā)明創(chuàng) 造，該發(fā)明創(chuàng)造的技術方案由傳熱管內(nèi)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于傳熱管的內(nèi)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(nèi)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，發(fā)明名稱為"雙擾流螺旋 式強化換熱及自動除垢裝置"公幵了一種強化換熱及自動除場裝置，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(nèi)，靠通過螺旋管內(nèi)的流 體流動帶動螺旋紐帶轉動。雖然介質(zhì)在螺旋管內(nèi)呈螺旋狀流動，有利于提高換 熱效果，但是螺旋紐帶旋轉與螺旋管內(nèi)壁之間的縫隙不均勻，螺旋紐帶對螺旋 管內(nèi)壁垢層的清掃作用小而且不均勻，不利于除港。以上兩種螺旋紐帶法的除 裙裝置的扭曲帶或稱為螺旋紐帶在傳熱管內(nèi)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于傳熱管的內(nèi)徑。螺旋紐帶的主要缺點是1)工作過程中需要較大的驅(qū)動力矩；2)紐帶對傳熱管內(nèi)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(xié)同強化傳熱效果不顯著； 中國專利號ZL200520127121. 9，公開了發(fā)明名稱為"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；轉子的外表有螺棱，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癡、清洗和強化傳熱的功能，流體在傳熱管內(nèi)順流 或逆流的情況下，均有阻垢和強化傳熱的作用。但是，由于其結構為連續(xù)的螺 棱設計方案，冷卻介質(zhì)在傳熱管內(nèi)流動時，在流量一定的工作狀態(tài)下，轉子的 旋轉速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，螺旋升角越小，即螺棱導程越短，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(nèi)流體則在螺棱的擾動下造成紊流，強化傳熱 效果顯著，但是，流動阻力增加問題也十分突出，經(jīng)過水流量試驗表明，在長 度為8米、直徑為23毫米的傳熱管中，釆用導程為IOO亳米的三棱轉子的傳熱 管與光管對比，由于通流面積減小在相同功率的泵送條件下，流量減少50%以 上。雖然通過在螺棱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復雜化、制造成本增加、使用壽命減短等一系列 問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明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(nèi)介質(zhì)的流動阻力，并提高轉子工作轉速的可控性。本發(fā)明解決上述問題釆用的技術方案是 一種傳熱管內(nèi)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(shù)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后相連。所述轉子的空心軸截面形狀為空心圓柱型、空心圓錐型、空心多棱型或空 心波節(jié)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(shù)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(jié)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 基復合材料制作。本發(fā)明涉及的傳熱管內(nèi)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(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，相鄰轉子之間既可以采取同步旋轉的連 接方式，也可以采用各自獨立旋轉的結構。本發(fā)明的有益效果是1、管內(nèi)流體通過鰭片驅(qū)動轉子以合適的速度繞中心軸旋轉從而對污裙沉積 具有抑制和清掃作用，同時，管內(nèi)流動介質(zhì)在轉子鰭片的導流和擾動作用下形 成有利于強化傳熱的流動狀態(tài)；2、轉子在傳熱管內(nèi)所占據(jù)的空間小、傳熱管軸 向的流通面積大、阻塞率低，流動阻力??；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(zhì)的動能 損耗，并且可以顯著提高轉子的使用壽命；本發(fā)明經(jīng)過實驗證明，由于對轉子 結構的創(chuàng)新設計，大幅度減少了轉子本身的原材料消耗；在保持優(yōu)異的自清潔 功能的基礎上，場協(xié)同作用強化傳熱效果更好，與現(xiàn)有技術相比，由于阻塞度 減少60%以上，流動阻力也得以大幅度降低，并且在降低制造成本的同時還大 幅度提高了使用性能。 本發(fā)明在傳熱管內(nèi)安裝時，根據(jù)傳熱管長度，用連接軸線將若干個單元轉 子串聯(lián)在一起，貫穿到傳熱管內(nèi)，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(chǎn)生旋轉，從而對傳熱管內(nèi)壁粘附物進行清掃；對管內(nèi)介質(zhì)流場進行擾動，形成有利于強化傳熱的紊流。鰭片的結構可以靈活多變，根據(jù)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1為本發(fā)明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為本發(fā)明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為本發(fā)明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為本發(fā)明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。 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施方式
如圖8所示，本發(fā)明涉及的傳熱管內(nèi)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11的兩端分別固定在支撐架8上，所述數(shù)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后相連。
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(shù)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，除圓錐結抅外，還有球窩結 構，萬向節(jié)結構、卡扣結構等，對于轉子運行同軸性不高的場合也可以是簡單 的平面結構。本發(fā)明中轉子的外徑略小于傳熱管10的內(nèi)徑，轉子的中心孔內(nèi)徑略大于連 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(qū)域應 當前后相連或者有部分重疊，以保證對傳熱管10內(nèi)表面具有充分的清掃能力； 管內(nèi)流體通過鰭片驅(qū)動轉子以合適的速度旋轉從而對污垢沉積具有抑制和清掃 作用，鰭片同時對管內(nèi)流體具有擾動作用，強化對流傳熱；轉子在傳熱管內(nèi)所 占據(jù)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(zhì)的動能損耗，并且顯著提高轉子的使用壽命。
權利要求
1. 一種傳熱管內(nèi)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(shù)個轉子穿裝在兩個支撐架間的連接軸線上，其特征在于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(jù)權利要求1所述的傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其特征 在于每個相鄰鰭片以空心軸為中心旋轉一周所掃過的空間前后相連。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特征在于所述轉子的空心軸截面形狀為空心圓柱型、空心圓錐型、空心多棱 型或空心波節(jié)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(jù)權利要求1或2所述的傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特征在于所述轉子的空心軸兩端設置有同軸結構，數(shù)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(jù)權利要求4所述的傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其特征在于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(jié)方 式或者卡扣方式。
6. 根據(jù)權利要求l或2所述的傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子，其 特征在于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 高分子基復合材料制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及的傳熱管內(nèi)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(shù)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(nèi)流體通過鰭片驅(qū)動轉子以合適的速度旋轉從而對污垢沉積具有抑制和清掃作用，鰭片同時對管內(nèi)流體具有擾動作用，強化對流傳熱；轉子在傳熱管內(nèi)所占據(jù)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F28G3/00GK101210791SQ200610169828
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月29日 優(yōu)先權日2006年12月29日
發(fā)明者孫廣和, 殷淑桂 申請人:北京華夏英藍科技發(fā)展有限公司