[發明專利]換熱管內低驅動擾流轉子

無效

• 申請號: 201210144982.2
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102645120A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 楊衛民;張震;閻華;丁玉梅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F28F13/12
• 分類號: F28F13/12;F28G3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種應用于管殼式換熱器、熱交換反應器等設備中換熱管內強化傳熱和防污除污的內插元件，特別涉及一種以換熱管內部傳熱流體為動力，實現自清潔強化傳熱功能的低能耗高效率的低驅動擾流轉子。

背景技術

自從20世紀70年代石油危機爆發以來，以能源為中心的環境、生態和社會經濟問題日益加劇。在石油、化工、火電、核電、冶金、輕工、航空器件和船舶車輛等眾多領域都要應用到許多的換熱器，其中應用最為廣泛的是管殼式換熱器，但在這些換熱管中內壁普遍存在層積污垢，導致流體在管道中輸送阻力增加，嚴重時會堵塞管道，同時換熱管內污垢會嚴重降低傳熱效率而引起重大能源浪費，與此同時污垢一般具有腐蝕性，管壁會因此遭受嚴重腐蝕，導致流體泄露產生重大安全隱患。世界各國充分認識到節能的重要意義，能源的合理利用也已成為當今世界各國實現工業良性發展急需解決的問題，為此，各種節能技術如雨后春筍般競相出現。管內插入物技術是一項較為方便的強化傳熱技術，其最大優點是不僅適用于新型換熱器的制造，也適合于舊換熱器的改造，且加工制造方便，且該技術有助于清除管內污垢，這是其他強化傳熱技術所無法比擬的。

近年來出現了許多防垢除垢方法和裝置，其中之一利用流體推動螺旋紐帶旋轉實現在線自動除垢的方法，螺旋紐帶中國專利申請號為：ZL95236063.?2，專利名稱為“傳熱管內除垢防垢的清洗裝置”，該專利的技術方案由換熱管內裝有與換熱管大體相等長度的紐帶構成，扭曲帶的徑向尺寸小于換熱管的內徑，在換熱管進液口處設置有軸向固定架，其中間部位有進液孔，軸向固定架的頭部有一個軸孔，其內裝有銷軸，銷軸尾部與紐帶相連接；專利名稱為“雙擾流螺旋式強化換熱及自動除垢裝置”，中國專利申請公開號為CN1424554，該裝置用作強化傳熱及其自動除垢，包括有螺旋紐帶、固定架，螺旋紐帶設置在螺旋管內，利用通過換熱管內流體流動帶動螺旋紐帶轉動。由于螺旋紐帶為一條整帶，換熱管在經過加工安裝后不夠順直，螺旋紐帶與換熱管內壁之間會產生不均勻的縫隙，這樣紐帶的除垢作用小而不均勻，除垢效果不理想。螺旋紐帶法除垢裝置中，螺旋紐帶均是單端固定的，另一端自由擺動，扭曲帶的徑向尺寸小于傳熱管的內徑。之后中國專利號為ZL200520127121.?9，公開了專利名稱為“轉子式自清潔強化傳熱裝置”的專利申請，此裝置是由固定架、轉子、柔性軸和支撐管構成，兩固定架分別固定在換熱管的兩端；轉子的外表面有螺旋棱，轉子上有中心孔；支撐架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。該裝置具有在線自動防垢除垢和強化傳熱的功能，換熱器為順流或者逆流時，轉子均有防垢除垢和強化傳熱的作用。但缺點是在一定流體通過時，轉子的旋轉速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，在螺棱導程小時轉子的旋轉速度快，同時對流體的阻力隨之增加；轉子在旋轉過程中對傳熱流體具有擾流作用，但對換熱管內壁面附近傳熱流體邊界層的破壞作用不明顯。

發明內容

本發明的目的是設計一種新結構的轉子，該轉子的葉片分為驅動葉片和擾流葉片，該結構轉子在保持自清潔和強化傳熱性能的同時，降低轉子的運轉速度，減小轉子的軸向作用力，減少流體的阻力損失。

本發明為解決上述問題采用的技術方案是：換熱管內低驅動擾流轉子，由空心軸、驅動葉片和擾流葉片構成，驅動葉片位于空心軸表面，在空心軸軸向上有至少兩組驅動葉片，這兩組驅動葉片位于空心軸的兩端，驅動葉片外徑小于換熱管內徑，驅動葉片表面光滑且繞空心軸呈螺旋狀，驅動葉片最先與水流接觸的棱邊進行倒斜角或倒圓角。擾流葉片位于前后兩組驅動葉片之間，擾流葉片邊緣距離空心軸中心線最大距離小于換熱管內徑，擾流葉片表面光滑，擾流葉片橫截面為菱形、多邊形或其他形狀，擾流葉片橫截面路徑為直線、螺旋線或其他曲線。前后驅動葉片之間的空心軸段可以存在或沒有。通過改變驅動葉片沿空心軸軸向的螺旋角、軸向長度、沿空心軸徑向的高度來改變流體對轉子的旋轉力矩，通過改變擾流葉片橫截面形狀、橫截面路徑、軸向長度、沿空心軸徑向的高度來改變擾流葉片對流體的擾流作用。換熱管內傳熱流體流動時會對低驅動擾流轉子產生軸向力，驅動葉片阻礙流體流動從而使流體流向發生改變，形成混流，驅動葉片在流體推動作用下，推動整個轉子轉動，增強了傳熱流體的切向流動，擾流葉片轉動，破壞近壁區域流體的流動狀態，從而減薄邊界層厚度，并對管壁起到輕微刮削作用，從而實現強化傳熱且阻止污垢的形成和沉積的目的。

本發明換熱管內低驅動擾流轉子，每組驅動葉片沿空心軸圓周方向均勻分布，每組驅動葉片的個數為兩個、三個或多個。