[发明专利]换热管内低驱动扰流转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于管壳式换热器、热交换反应器等设备中换热管内强化传热和防污除污的内插元件，特别涉及一种以换热管内部传热流体为动力，实现自清洁强化传热功能的低能耗高效率的低驱动扰流转子。

背景技术

自从20世纪70年代石油危机爆发以来，以能源为中心的环境、生态和社会经济问题日益加剧。在石油、化工、火电、核电、冶金、轻工、航空器件和船舶车辆等众多领域都要应用到许多的换热器，其中应用最为广泛的是管壳式换热器，但在这些换热管中内壁普遍存在层积污垢，导致流体在管道中输送阻力增加，严重时会堵塞管道，同时换热管内污垢会严重降低传热效率而引起重大能源浪费，与此同时污垢一般具有腐蚀性，管壁会因此遭受严重腐蚀，导致流体泄露产生重大安全隐患。世界各国充分认识到节能的重要意义，能源的合理利用也已成为当今世界各国实现工业良性发展急需解决的问题，为此，各种节能技术如雨后春笋般竞相出现。管内插入物技术是一项较为方便的强化传热技术，其最大优点是不仅适用于新型换热器的制造，也适合于旧换热器的改造，且加工制造方便，且该技术有助于清除管内污垢，这是其他强化传热技术所无法比拟的。

近年来出现了许多防垢除垢方法和装置，其中之一利用流体推动螺旋纽带旋转实现在线自动除垢的方法，螺旋纽带中国专利申请号为：ZL95236063. 2，专利名称为“传热管内除垢防垢的清洗装置”，该专利的技术方案由换热管内装有与换热管大体相等长度的纽带构成，扭曲带的径向尺寸小于换热管的内径，在换热管进液口处设置有轴向固定架，其中间部位有进液孔，轴向固定架的头部有一个轴孔，其内装有销轴，销轴尾部与纽带相连接；专利名称为“双扰流螺旋式强化换热及自动除垢装置”，中国专利申请公开号为CN1424554，该装置用作强化传热及其自动除垢，包括有螺旋纽带、固定架，螺旋纽带设置在螺旋管内，利用通过换热管内流体流动带动螺旋纽带转动。由于螺旋纽带为一条整带，换热管在经过加工安装后不够顺直，螺旋纽带与换热管内壁之间会产生不均匀的缝隙，这样纽带的除垢作用小而不均匀，除垢效果不理想。螺旋纽带法除垢装置中，螺旋纽带均是单端固定的，另一端自由摆动，扭曲带的径向尺寸小于传热管的内径。之后中国专利号为ZL200520127121. 9，公开了专利名称为“转子式自清洁强化传热装置”的专利申请，此装置是由固定架、转子、柔性轴和支撑管构成，两固定架分别固定在换热管的两端；转子的外表面有螺旋棱，转子上有中心孔；支撑架设在转子与固定架之间，柔性轴穿过转子的中心孔和支撑管固定在两固定架上。该装置具有在线自动防垢除垢和强化传热的功能，换热器为顺流或者逆流时，转子均有防垢除垢和强化传热的作用。但缺点是在一定流体通过时，转子的旋转速度是由螺棱的螺旋升角所决定的，在螺棱导程小时转子的旋转速度快，同时对流体的阻力随之增加；转子在旋转过程中对传热流体具有扰流作用，但对换热管内壁面附近传热流体边界层的破坏作用不明显。

发明内容

本发明的目的是设计一种新结构的转子，该转子的叶片分为驱动叶片和扰流叶片，该结构转子在保持自清洁和强化传热性能的同时，降低转子的运转速度，减小转子的轴向作用力，减少流体的阻力损失。

本发明为解决上述问题采用的技术方案是：换热管内低驱动扰流转子，由空心轴、驱动叶片和扰流叶片构成，驱动叶片位于空心轴表面，在空心轴轴向上有至少两组驱动叶片，这两组驱动叶片位于空心轴的两端，驱动叶片外径小于换热管内径，驱动叶片表面光滑且绕空心轴呈螺旋状，驱动叶片最先与水流接触的棱边进行倒斜角或倒圆角。扰流叶片位于前后两组驱动叶片之间，扰流叶片边缘距离空心轴中心线最大距离小于换热管内径，扰流叶片表面光滑，扰流叶片横截面为菱形、多边形或其他形状，扰流叶片横截面路径为直线、螺旋线或其他曲线。前后驱动叶片之间的空心轴段可以存在或没有。通过改变驱动叶片沿空心轴轴向的螺旋角、轴向长度、沿空心轴径向的高度来改变流体对转子的旋转力矩，通过改变扰流叶片横截面形状、横截面路径、轴向长度、沿空心轴径向的高度来改变扰流叶片对流体的扰流作用。换热管内传热流体流动时会对低驱动扰流转子产生轴向力，驱动叶片阻碍流体流动从而使流体流向发生改变，形成混流，驱动叶片在流体推动作用下，推动整个转子转动，增强了传热流体的切向流动，扰流叶片转动，破坏近壁区域流体的流动状态，从而减薄边界层厚度，并对管壁起到轻微刮削作用，从而实现强化传热且阻止污垢的形成和沉积的目的。

本发明换热管内低驱动扰流转子，每组驱动叶片沿空心轴圆周方向均匀分布，每组驱动叶片的个数为两个、三个或多个。