專利名稱：一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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)備中傳熱管內(nèi)防污垢和強(qiáng)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(dòng)力的單元式強(qiáng)化傳熱裝置 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油化工、電力、冶金、造紙、食品等諸多領(lǐng)域都要應(yīng)用到大量的管殼式換熱器，如冷凝器、蒸發(fā)器等。這些換熱器在生產(chǎn)過程中，由于管壁附近的區(qū)域的滯留邊界層較厚， 影響換熱效率，加之在換熱面表面普遍存在的污垢，使得傳熱效率大幅降低，能耗顯著增 高。為此，通常需要采取停產(chǎn)清洗的被動(dòng)措施，大大降低了生產(chǎn)效率。ZL95236063公開了實(shí) 用新型名稱為“轉(zhuǎn)子式自清潔強(qiáng)化傳熱裝置”的專利申請，該裝置由固定架、轉(zhuǎn)子、柔性軸和 支撐管構(gòu)成，兩固定架分別固定在傳熱管的兩端；轉(zhuǎn)子的外表有螺棱，轉(zhuǎn)子上有中心孔；支 撐管設(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。這種 裝置具有自動(dòng)在線預(yù)防結(jié)垢、清洗和轉(zhuǎn)子擾流強(qiáng)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(qiáng)化傳熱的作用。但是，由于其結(jié)構(gòu)為連續(xù)的螺棱設(shè)計(jì)方案，工作 介質(zhì)在傳熱管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在流量一定的工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)程越短，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度越快，但同時(shí)其流動(dòng)阻力也隨 之增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度較高，例如在200轉(zhuǎn)/分以上時(shí)，傳熱管內(nèi)流體則在螺棱的擾動(dòng)下 造成紊流，強(qiáng)化傳熱效果顯著，但是，流動(dòng)阻力增加問題也十分突出，經(jīng)過水流量試驗(yàn)表明， 在長度為8米、直徑為23毫米的傳熱管中，采用導(dǎo)程為100毫米的三棱轉(zhuǎn)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30%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(jié)構(gòu)復(fù) 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(shè)計(jì)一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，在保持自清潔強(qiáng)化傳熱性能 的同時(shí)，能夠顯著地降低管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)阻力、減小磨耗，延長轉(zhuǎn)子的使用壽命，并提高轉(zhuǎn) 子工作轉(zhuǎn)速的可控性。本發(fā)明解決上述問題采用的技術(shù)方案是一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置包括轉(zhuǎn) 子、支撐架、套軸和連接軸線，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，相鄰支撐架既可各自獨(dú)立，也可以聯(lián)結(jié)成一體，套軸中心為通孔，數(shù)個(gè)套軸穿裝于 連接軸線上，所述轉(zhuǎn)子穿裝于套軸上，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子與一個(gè)套軸配套。轉(zhuǎn)子由單棱或兩棱或多棱擾流旋葉、圓筒或合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)、尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉組 成，尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉有平滑過渡的斜面，擾流旋葉的頭部(迎流面)邊緣為圓弧結(jié)構(gòu)或倒 角或流線形結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子擾流旋葉可以是平直薄片、或者是波紋狀擾流結(jié)構(gòu)，也可以是中空線框結(jié)構(gòu)，或彈簧狀螺旋線。轉(zhuǎn)子的擾流旋葉或尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉可以設(shè)置突起、凹槽或者通孔鏤空。套軸端部設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，套軸之間頭尾相接，轉(zhuǎn)子穿裝其上，套軸的同軸結(jié)構(gòu)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，頭尾連接處還可設(shè)置止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子與套軸大頭端面結(jié)合端面設(shè)有液膜自潤滑結(jié)構(gòu)。所述轉(zhuǎn)子與套軸組合可以首尾相連整串式穿裝于連接軸線上，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)子旋轉(zhuǎn)速度均勻。轉(zhuǎn)子與套軸組合穿裝于連接軸 線上，連接軸線可以是剛性的圓棒，也可以是柔性的軟繩。 所述轉(zhuǎn)子是由陶瓷、金屬或者是由高分子材料或者復(fù)合材料制作。本發(fā)明涉及的傳熱管內(nèi)自清潔強(qiáng)化傳熱的轉(zhuǎn)子套軸組合，其單個(gè)零部件的長度、 旋轉(zhuǎn)外圓直徑和尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉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。本發(fā)明的有益效果是1、管內(nèi)流體通過轉(zhuǎn)子的尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以合適 的速度繞連接軸線發(fā)生與套軸相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而對污垢沉積具有抑制和清掃作用，同時(shí)， 管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)在轉(zhuǎn)子擾流旋葉的導(dǎo)流和擾動(dòng)作用下形成有利于強(qiáng)化傳熱的流動(dòng)狀態(tài)；2、擾 流旋葉的平直部分對流體的流通沒有阻力，轉(zhuǎn)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(dòng)阻力小，不與連接軸線直接接觸從而磨損??；3、相鄰的轉(zhuǎn)子 通過套軸配合，減小了轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用，而轉(zhuǎn)子和套軸的配合則有滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，在摩 擦面上的液膜自潤滑結(jié)構(gòu)形成液膜，減小摩擦，也減少了工作過程中流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)能損耗， 并且可以顯著提高轉(zhuǎn)子的使用壽命。4、在軸向力較小的情況，可以減少甚至取消限位件，進(jìn) 一步減小磨耗，在降低制造成本的同時(shí)還大幅度提高了使用性能。本發(fā)明一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，根據(jù)傳熱管長度，用連接軸線或連接結(jié)構(gòu) 將若干個(gè)套軸串聯(lián)在一起，轉(zhuǎn)子一一對應(yīng)地穿裝于套軸之上貫穿到傳熱管內(nèi)，利用設(shè)置在 傳熱管端部的支撐架固定在傳熱管的兩端，在流體作用下通過轉(zhuǎn)子尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉，使 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而對傳熱管內(nèi)壁粘附物進(jìn)行清掃；對管內(nèi)介質(zhì)流場進(jìn)行擾動(dòng)，形成有利于 強(qiáng)化傳熱的紊流。擾流旋葉平直部分與尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉長度的比例可以靈活多變，根據(jù) 實(shí)際應(yīng)用需要，還可以在邊緣薄片上設(shè)置突起，進(jìn)一步擾動(dòng)流體流動(dòng)從而增進(jìn)傳熱與自清 潔的效果。


圖1為本發(fā)明一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為轉(zhuǎn)子和套軸裝配圖；圖3為本發(fā)明一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置的轉(zhuǎn)子的立體結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖3所示轉(zhuǎn)子的主視圖。圖5為圖3所示轉(zhuǎn)子的右視圖。圖6為圖3所示轉(zhuǎn)子的俯視圖。圖7為套軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為轉(zhuǎn)子擾流旋葉設(shè)置突起的示意圖。圖9為轉(zhuǎn)子擾流旋葉設(shè)置通孔的示意圖。
圖10為設(shè)置止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的套軸；圖11為圖10所示軸套的左視圖。圖中，1合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)、2擾流旋葉、3尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉、4液膜自潤滑結(jié)構(gòu)、5凹 臺(tái)、6套軸、7突起、8支撐架、9傳熱管、10連接軸線、11轉(zhuǎn)子。
具體實(shí)施例方式如圖1 圖3所示，本發(fā)明涉及的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置的一種實(shí)施例，它 包括轉(zhuǎn)子11、套軸6、支撐架8和連接軸線10，支撐架8固定在傳熱管9的兩端，連接軸線 10的兩端分別固定在支撐架8上，若干個(gè)套軸6穿裝在兩個(gè)支撐架8間的連接軸線10上， 所述轉(zhuǎn)子11 一一對應(yīng)地穿裝與套軸6之上貫穿到傳熱管9內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子11由合頁鉸鏈結(jié) 構(gòu)1、擾流旋葉2、尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉3組成，所述合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)1中間部分鏤空，尾部有平 滑過渡的斜面，合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)1周邊為擾流旋葉2，擾流旋葉2前端倒角，后端過渡為尾部螺 旋驅(qū)動(dòng)槳葉3，見圖4 圖6所示。所述擾流旋葉2表面上可設(shè)置突起7，見圖8 圖9所
示 ο套軸6的兩端設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中的同軸結(jié)構(gòu)，是在每個(gè)套軸6的頭部設(shè) 置錐形凹臺(tái)5，見圖7所示。數(shù)個(gè)穿裝在兩個(gè)支撐架8之間連接軸線10上的套軸6，其尾部 與頭部的凹臺(tái)5相結(jié)合；同軸結(jié)構(gòu)的目的是使相鄰轉(zhuǎn)子11在工作時(shí)保持同軸，同時(shí)具有適 應(yīng)傳熱管9彎曲的柔性連接結(jié)構(gòu)，除圓錐結(jié)構(gòu)外，還有球窩結(jié)構(gòu)，萬向節(jié)結(jié)構(gòu)、卡扣結(jié)構(gòu)等， 對于轉(zhuǎn)子11運(yùn)行同軸性不高的場合也可以是簡單的平面結(jié)構(gòu)，頭尾連接處還可設(shè)置止轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)，見圖10 圖11。轉(zhuǎn)子11與套軸6大頭端面結(jié)合端面設(shè)有液膜自潤滑結(jié)構(gòu)4，見圖 2 圖5及圖7 圖8所示。本發(fā)明中轉(zhuǎn)子11的外徑略小于傳熱管9的內(nèi)徑，轉(zhuǎn)子11的中心孔內(nèi)徑略大于連 接軸線10的外徑，管內(nèi)流體通過尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉3驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子11以合適的速度旋轉(zhuǎn)從而 對污垢沉積具有抑制和清掃作用，擾流旋葉2同時(shí)對傳熱管9內(nèi)流體具有擾動(dòng)作用，強(qiáng)化對 流傳熱 ’轉(zhuǎn)子11在傳熱管9內(nèi)所占據(jù)的空間小，傳熱管9軸向的流通面積大、阻塞率低，流 動(dòng)阻力小，在相同的工作轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子11間的軸向推力減小，轉(zhuǎn)子11間摩擦作用減輕，從而 減少了工作過程中的流動(dòng)介質(zhì)的動(dòng)能損耗，并且顯著提高轉(zhuǎn)子11的使用壽命。
權(quán)利要求
一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于它包括轉(zhuǎn)子、套軸、支撐架和連接軸線，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，相鄰支撐架既可各自獨(dú)立，也可以聯(lián)結(jié)成一體，套軸中心為通孔，數(shù)個(gè)套軸穿裝于連接軸線上，轉(zhuǎn)子穿裝于套軸上，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子與一個(gè)套軸配套。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子由單棱或 兩棱或多棱擾流旋葉、圓筒或合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)、尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉組成，尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉有 平滑過渡的斜面，擾流旋葉的頭部邊緣為圓弧結(jié)構(gòu)或倒角或流線形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子擾流旋葉 可以是平直薄片、或者是波紋狀擾流結(jié)構(gòu)，也可以是中空線框結(jié)構(gòu)，或彈簧狀螺旋線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子的擾流旋 葉或尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉可以設(shè)置突起、凹槽或者通孔鏤空。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于套軸端部設(shè)置 有同軸結(jié)構(gòu)，套軸之間頭尾相接，轉(zhuǎn)子穿裝其上，套軸的同軸結(jié)構(gòu)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，頭尾連接處還可設(shè)置止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子與套軸大 頭端面結(jié)合端面設(shè)有液膜自潤滑結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子與套 軸組合可以首尾相連整串式穿裝于連接軸線上，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子與套 軸組合穿裝于連接軸線上，連接軸線可以是剛性的圓棒，也可以是柔性的軟繩。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)子是由 陶瓷、金屬或者是由高分子材料或者復(fù)合材料制作。
全文摘要
本發(fā)明一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置涉及一種利用傳熱管內(nèi)流體作為動(dòng)力的單元式強(qiáng)化傳熱裝置領(lǐng)域，它包括轉(zhuǎn)子、支撐架、套軸和連接軸線，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，套軸中心為通孔，數(shù)個(gè)套軸穿裝于連接軸線上，轉(zhuǎn)子穿裝于套軸上，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子與一個(gè)套軸配套。轉(zhuǎn)子由擾流旋葉、合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)、尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉組成。本技術(shù)方案中管內(nèi)流體通過尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以合適的速度旋轉(zhuǎn)從而對污垢沉積具有抑制和清掃作用，擾流旋葉平直部分與尾部螺旋驅(qū)動(dòng)槳葉長度的比例可以靈活多變，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，還可以在邊緣薄片上設(shè)置突起，進(jìn)一步擾動(dòng)流體流動(dòng)從而增進(jìn)傳熱與自清潔的效果。
文檔編號(hào)F28F13/12GK101813437SQ200910077378
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者孫廣和, 殷淑桂 申請人:北京華夏英藍(lán)科技發(fā)展有限公司