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換熱管內帶擾流芯低驅動轉子。

背景技術

節能減排是一項全世界都非常重視的關鍵技術，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，但在這些換熱管內壁中普遍存在沉積污垢，導致流體在管道中輸送阻力增加，嚴重時會堵塞管道，同時傳熱性能大為下降；換熱管內污垢會嚴重降低傳熱效率，引起重大能源浪費，與此同時污垢一般具有腐蝕性，管壁會因此腐蝕，如果流體泄漏會造成重大安全隱患，因此傳統的處理辦法就是被迫采取停產清洗，這樣不僅耽擱了工廠的生產進度，同時還需要支付昂貴的清洗費用。為了更好地解決這些問題，人們一直研究采用不停產的在線自動強化傳熱和除垢防垢的各種辦法和裝置。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能實現在線自動除垢的方法，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”的發明創造，該發明創造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，紐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；發明名稱為“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，這樣扭帶的除垢作用小且不均勻，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，扭帶的徑向尺寸小于傳熱管的內徑。綜上所述，螺旋紐帶主要有以下缺點：（1）紐帶為一整體，對傳熱管直接刮擦，損傷換熱管內壁；（2）流體流動時推動紐帶轉動需要較大的驅動力矩，消耗更多的流體動能；（3）單端固定用的軸承的使用壽命短；（4）紐帶產生的場協同強化傳熱效果不顯著。之后又有中國專利申請公開號為CN101769697，發明名稱為“管內拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件”的專利，此裝置是由扭曲片、中心套、拉桿和連接加強肋構成，其中拉桿的橫剖面的形狀為部分圓形、或圓形、或三角形、或部分橢圓形、或梯形；拉桿上設置有凸起以增強清洗除垢和強化換熱效果；其清洗除垢元件的外徑比換熱管內徑小0.5~2mm。該裝置具有在線自動防垢除垢和強化傳熱的功能，且流體所受阻力較小，元件轉動所需驅動力不大。但缺點是該元件在換熱管內工作時，對管壁附近流體的擾流作用較明顯，由于其中間部分是鏤空的，因此對管內中心流體擾流作用并不明顯，換熱效果有待提高。

發明內容

本發明的目的是設計一種新結構的轉子，該轉子的葉片中間設置鏤空結構，鏤空部分裝有擾流芯，該結構轉子在提高換熱管傳熱性能、降低阻力的同時還具有防垢除垢的作用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：換熱管內帶擾流芯低驅動轉子，主要由空心軸、螺旋葉片和擾流芯構成，螺旋葉片外徑小于換熱管內徑，螺旋葉片表面光滑且設有鏤空結構，螺旋葉片繞空心軸呈螺旋狀，且螺旋葉片的鏤空部分設有擾流芯，螺旋葉片最先與水流接觸的棱邊進行倒斜角或倒圓角，擾流芯由多個繞空心軸分布的擾流條組成。通過改變帶螺旋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，螺旋葉片和擾流芯在空心軸上的組合固定方式要便于轉子在換熱管內的安裝。傳熱流體流過螺旋葉片時，會對轉子產生軸向力，螺旋葉片阻礙傳熱流體流動從而使流體流向發生改變，形成混流，擾流芯隨著葉片的轉動而轉動，對管內中心流體進行擾流，使中心流體得到充分的置換，并且由擾流芯所產生的阻力較小；葉片的迎水面在流體推動作用下，推動整個轉子轉動，增強了傳熱流體的切向流動，從而達到強化傳熱且阻止污垢的形成和沉積的目的，同時螺旋葉片在轉動過程中，會使傳熱流體產生離心運動并甩向換熱管管壁，不僅增強了傳熱流體的徑向流動，也對管壁附近傳熱流體的層流邊界層產生沖擊，從而破壞傳熱流體的層流邊界層，進一步實現防垢除垢和強化傳熱的作用。可以通過改變擾流條的彎曲程度來改變其對中心流體的擾流程度，也可以通過改變螺旋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和尾槳形狀來改變流體對轉子的旋轉力矩，使轉子在換熱管內旋轉流暢。