專利名稱：旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，主要針對(duì)列管式換熱器的管內(nèi)污垢自動(dòng)除垢防垢和傳熱強(qiáng)化的。它適用于傳熱管內(nèi)運(yùn)行流速較低、需要傳熱強(qiáng)化或自動(dòng)清洗管內(nèi)壁污垢的各種列管式傳熱設(shè)備，如換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器等。
背景技術(shù)：
傳熱設(shè)備中殼管式結(jié)構(gòu)的換熱器數(shù)量最多。殼管式換熱器中又以管內(nèi)流速(0.5m/s-0.9m/s)較低的占其絕大多數(shù)。這些設(shè)備的共同特點(diǎn)是管內(nèi)容易結(jié)垢，并且對(duì)流傳熱系數(shù)較低，因此需要自動(dòng)清洗除垢防垢和傳熱強(qiáng)化。最近的一些文獻(xiàn)，例如支校衡等，能源系統(tǒng)低流速傳熱設(shè)備的齒形扭帶自動(dòng)清洗新技術(shù).煤礦機(jī)械，2003，(4)85-；劉桂英、俞天蘭，等，低流速傳熱管內(nèi)的自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù).中國井礦鹽，2003，(3)38-40；YuTianlan，et.al.，The Self-cleaning and Heat Transfer Enhancement Technology ofthe Twisted Strip with Oblique Teeth Used in Condensing Tubes of RefrigeratingUnits，ICCR(International Conference on Cryogenics&Refrigeration，April22-25，2003，Hangzhou，P.R.C，P553-556；等等，介紹了一種結(jié)構(gòu)新潁的螺旋斜齒扭帶，可以成倍地增大了光滑螺旋扭帶的自轉(zhuǎn)力矩，又能夠大幅度地提高了傳熱強(qiáng)化的幅度，能夠在較低流速下廣泛使用。但是，由于結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，其中的斜齒若采用粘接或焊接的工藝安裝到光滑的螺旋扭帶上，則制造費(fèi)用昂貴，失去其工程價(jià)值；高效率、廉價(jià)的直接制造技術(shù)難關(guān)又尚未破解，無法在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決螺旋斜齒扭帶制造技術(shù)的困難，提出旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，既能夠保持螺旋斜齒扭帶的根本優(yōu)勢，比光滑的螺旋扭帶的自轉(zhuǎn)力矩成倍增大，又能夠使管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)大幅度提高，又便于注塑齒形，高效率地大量生產(chǎn)，并且制造費(fèi)用低廉，以便在管內(nèi)流速較低(0.5m/s-0.9m/s)的殼管式傳熱設(shè)備中大量應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案為旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，它由傳熱管、旋流口齒直帶、轉(zhuǎn)軸等組成。旋流口齒直帶由有旋流口的直帶和動(dòng)力齒構(gòu)成，也可以是由有旋流口的直帶和動(dòng)力齒以及副齒構(gòu)成。有旋流口的直帶的寬度B略小于傳熱管的內(nèi)徑D。動(dòng)力齒和副齒沿軸向均布排列在有旋流口的直帶的兩面。動(dòng)力齒、副齒與直帶中心線的夾角均為α，也可以前者較小。動(dòng)力齒與副齒在寬度方向的排布都不是以中心線為對(duì)稱，而是動(dòng)力齒在偏向于上游方向的一側(cè)，副齒在其下游的一側(cè)，但是也可以不排布副齒。旋流口都是在動(dòng)力齒的下游方向的一側(cè)，并且在靠近動(dòng)力齒的延長線的上游一方。旋流口與動(dòng)力齒可以一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，也可以間隔設(shè)置，但都是沿長度方向等間距排列。直帶正面與背面的動(dòng)力齒、副齒在軸向可以交錯(cuò)排布，也可以不交錯(cuò)排布。動(dòng)力齒與副齒的齒頂線為弧線，其高度都是近中心線處較高、近側(cè)邊緣處較低。旋流口齒直帶的長度與傳熱管大體相同，可以是由若干段連接而成的，也可以是一條整體結(jié)構(gòu)。旋流口齒直帶的頭部與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸的另一端軸向固定在傳熱管流體入口端的管口的旋流軸承座上。有旋流口的直帶和動(dòng)力齒及其副齒均采用工程塑料制造，以免長期運(yùn)行過程中傳熱管壁受到磨損。
本發(fā)明的旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，由于在有旋流口的直帶上設(shè)置了動(dòng)力齒，運(yùn)行時(shí)軸向流速u的液體從傳熱管的入口端流入后，受到動(dòng)力齒與副齒的阻擋和導(dǎo)向，一部分流體以速度u1軸向流動(dòng)，另一部分流體則經(jīng)旋流口流向背面形成速度u2的螺旋線流動(dòng)，旋流口面積愈大，螺旋線流動(dòng)的流體的比例也愈大。被阻擋導(dǎo)流的液體對(duì)動(dòng)力齒和副齒的作用力都是齒面的法向，其中軸線方向的分力就成為管口軸承的載荷，而在橫截面上的分力F1與F2則對(duì)直帶的中心線形成一個(gè)自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M，所產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M比光滑的螺旋扭帶大得多，其值可以達(dá)到一倍以上。由于直帶上的旋流口和旋流軸承的共同作用，使一部分流體能夠螺旋流動(dòng)，從而較好地解決了直帶自轉(zhuǎn)的啟動(dòng)困難問題。由于旋流口結(jié)構(gòu)，自轉(zhuǎn)速度顯著加快，流體阻力明顯下降；并且旋流口面積愈大，自轉(zhuǎn)速度愈快，流體阻力下降的幅度也愈大。因此，這種旋流口齒直帶能夠在0.50m/s～0.90m/s的較低流速的傳熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)，并且可靠地實(shí)行自動(dòng)清洗。
由于傳熱管內(nèi)的流體在動(dòng)力齒和副齒處受到強(qiáng)烈的阻擋和節(jié)流，在其下游產(chǎn)生大量的渦流；又由于軸向流動(dòng)部分的流體和螺旋線流動(dòng)部分的流體不斷相互攪動(dòng)，都使傳熱管內(nèi)的渦流度增大，因而管內(nèi)的對(duì)流傳熱過程得到很有效的強(qiáng)化，可以使管內(nèi)傳熱系數(shù)αi得到大幅度地提高。


圖1是本發(fā)明的旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明的傳熱管內(nèi)旋流口齒直帶自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩形成原理示意圖。
圖3是有副齒的旋流口齒直帶結(jié)構(gòu)示意4是無副齒的旋流口齒直帶結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1、圖2、圖3和圖4對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖中的1.傳熱管 2.旋流口齒直帶 3.轉(zhuǎn)軸 4.旋流軸承 5.滑動(dòng)軸承 6.直帶7.旋流口 8.動(dòng)力齒 9.副齒旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，由傳熱管1、旋流口齒直帶2、轉(zhuǎn)軸3組成。旋流口齒直帶2是由有旋流口7的直帶6和動(dòng)力齒8構(gòu)成，也可以是由有旋流口7的直帶6和動(dòng)力齒8以及副齒9構(gòu)成。直帶6的寬度B略小于傳熱管1的內(nèi)徑D，寬度比值B/D在0.70～0.95范圍。動(dòng)力齒8和副齒9均沿軸向均布排列在直帶6的正面背面，齒距T在(1.50～5.00)D的范圍，相對(duì)齒距的比值(T/D)的大小由傳熱管1內(nèi)的流速?zèng)Q定，流速愈高，相對(duì)齒距的比值t/D的比值也愈大。動(dòng)力齒8與直帶6的中心線呈夾角α，夾角α在25°到45°范圍。副齒9與動(dòng)力齒8相互平行，也可以副齒9的夾角α比動(dòng)力齒8的夾角α更大。動(dòng)力齒8與副齒9在直帶6的寬度方向的排布不是以中心線為對(duì)稱，而是動(dòng)力齒8排布在偏向于上游方向的一側(cè)，副齒9排布在偏向于下游方向的一側(cè)。動(dòng)力齒8與副齒9在直帶的橫截面上的投影寬度都在(0.45～0.60)B的范圍。旋流口7都是在動(dòng)力齒的下游方向的一側(cè)，并且在緊靠動(dòng)力齒8的延長線的上游一方。旋流口7與動(dòng)力齒8可以一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，也可以間隔設(shè)置，在直帶6上都是沿長度方向等間距排列。動(dòng)力齒8及其副齒9在直帶6的正面背面可以交錯(cuò)排布，也可以不交錯(cuò)排布。動(dòng)力齒8和副齒9的齒頂線為弧線，高度都是近直帶6的中心線處較高、近直帶6的側(cè)邊緣處較低。旋流口齒直帶2的長度與傳熱管1大體相同。一根傳熱管1內(nèi)安裝的旋流口齒直帶2可以是由若干段連接而成的，也可以是一條整體結(jié)構(gòu)。旋流口齒直帶2的頭部與轉(zhuǎn)軸3連接，轉(zhuǎn)軸3的另一端軸向固定在傳熱管1流體入口端的管口的旋流軸承座4上。有旋流口7的直帶6和動(dòng)力齒8及其副齒9均采用工程塑料制造，以免長期運(yùn)行過程中傳熱管壁受到磨損。
運(yùn)行時(shí)，軸向流速u的液體受到動(dòng)力齒8、副齒9的阻擋和導(dǎo)向，其中一部分液體以流速u1作軸向流動(dòng)，另一部分流體經(jīng)螺旋流缺口7流向背面，形成流速u2的螺旋線流動(dòng)。被阻擋導(dǎo)向的液體對(duì)正面和背面的動(dòng)力齒8、副齒9的作用力方向都是齒面的法向，其軸線方向的分力成為旋流軸承座4的軸向載荷，而在橫截面上的分力F1與F2則對(duì)直帶6的中心線形成一個(gè)自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M(參見附圖2)，所產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)力矩M比相同長度的光滑扭帶的自轉(zhuǎn)力矩大得多，可以達(dá)到一倍、甚至更多。旋流口7的面積愈大，旋流口齒直帶2的自轉(zhuǎn)啟動(dòng)性能愈好，自轉(zhuǎn)速度愈大，流體阻力下降的幅度也愈大。因此，這種旋流口齒直帶2能夠在0.50m/s～0.90m/s的較低流速的傳熱管1內(nèi)可靠地自轉(zhuǎn)，實(shí)行管壁污垢的自動(dòng)清洗。
由于傳熱管1內(nèi)的流體在動(dòng)力齒8和副齒9處受到強(qiáng)烈的阻擋和節(jié)流，在其下游產(chǎn)生大量的渦流；又由于軸向流動(dòng)部分的流體和螺旋線流動(dòng)部分的流體不斷相互攪動(dòng)，使傳熱管內(nèi)處處充滿渦流。所以，旋流口齒直帶2能夠使傳熱管1內(nèi)的對(duì)流傳熱過程得到很有效的強(qiáng)化，可以使管內(nèi)傳熱系數(shù)αi得到大幅度地提高，其值可以達(dá)到一倍，以至更大。
因此，旋流口齒直帶2能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低流速下的傳熱管6內(nèi)污垢的在線、自動(dòng)、連續(xù)清洗和對(duì)流傳熱的高效強(qiáng)化。例如，旋流口齒直帶2在Φ38×3×1500的不銹鋼鋼管內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)冷卻水流速還只有0.30m/s時(shí)就開始自轉(zhuǎn)清洗，并且使傳熱管6的傳熱系數(shù)αi提高150％左右。
權(quán)利要求
1.旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，由傳熱管(1)、旋流口齒直帶(2)、轉(zhuǎn)軸(3)等組成，其特征在于傳熱管(1)內(nèi)安裝的旋流口齒直帶(2)是由有旋流口(7)的直帶(6)和動(dòng)力齒(8)構(gòu)成，也可以是由有旋流口(7)的直帶(6)和動(dòng)力齒(8)以及副齒(9)構(gòu)成；動(dòng)力齒(8)沿軸向均布排列在直帶(6)的正面背面，與直帶(6)中心線的夾角為α在20°～45°范圍；動(dòng)力齒(8)在直帶(6)的寬度方向的排布不是以中心線為對(duì)稱，而是在偏向于上游方向的一側(cè)，直帶(6)的正面與背面的動(dòng)力齒(8)在軸向可以交錯(cuò)排布，也可以不交錯(cuò)排布；旋流口(7)排布在動(dòng)力齒(8)的下游方向的一側(cè)，并且在動(dòng)力齒(8)的延長線的上游一方，旋流口(7)與動(dòng)力齒(8)可以一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，也可以間隔設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，其特征在于所述的旋流口齒直帶(2)上設(shè)計(jì)有副齒(9)，排布在動(dòng)力齒(8)的下游直帶(6)中心線的另一側(cè)，其間距L在(0.35～0.70)T的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，其特征在于所述的旋流口直齒帶(2)的頭部與轉(zhuǎn)軸(3)連接，轉(zhuǎn)軸(3)的另一端軸向固定在傳熱管(1)流體入口端的旋流軸承座(4)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，其特征在于所述的旋流口齒直帶(2)的長度與傳熱管(1)大體相同，可以是由若干段連接而成的，也可以是一條整體結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，其特征在于所述的動(dòng)力齒(8)與副齒(9)的齒頂線為弧線，高度都是近中心線處較高、近側(cè)邊緣處較低。
全文摘要
旋流口齒直帶管內(nèi)自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)，在傳熱管內(nèi)安裝的旋流口齒直帶是由有旋流口的直帶和動(dòng)力齒構(gòu)成，直帶上也可以有副齒。在動(dòng)力齒和副齒的阻擋導(dǎo)向下，管內(nèi)液體一部分作軸向流動(dòng)，另一部分通過旋流口作螺旋線流動(dòng)。流體對(duì)動(dòng)力齒和副齒的作用力使旋流口齒直帶啟動(dòng)容易，自轉(zhuǎn)力矩大，自轉(zhuǎn)速度加快，流體阻力降低，傳熱強(qiáng)化幅度高，制造費(fèi)用低，可以在較低流速的列管式傳熱設(shè)備中廣泛地應(yīng)用于管內(nèi)污垢的自動(dòng)清洗和傳熱強(qiáng)化。
文檔編號(hào)F28F13/12GK1727833SQ20041004661
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者俞天蘭, 俞秀民, 彭德其, 蔣少青, 吳金香, 劉桂英, 支校衡 申請(qǐng)人:株洲工學(xué)院