[发明专利]换热管内带扰流芯低驱动转子

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换热管内带扰流芯低驱动转子。

背景技术

节能减排是一项全世界都非常重视的关键技术，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，但在这些换热管内壁中普遍存在沉积污垢，导致流体在管道中输送阻力增加，严重时会堵塞管道，同时传热性能大为下降；换热管内污垢会严重降低传热效率，引起重大能源浪费，与此同时污垢一般具有腐蚀性，管壁会因此腐蚀，如果流体泄漏会造成重大安全隐患，因此传统的处理办法就是被迫采取停产清洗，这样不仅耽搁了工厂的生产进度，同时还需要支付昂贵的清洗费用。为了更好地解决这些问题，人们一直研究采用不停产的在线自动强化传热和除垢防垢的各种办法和装置。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能实现在线自动除垢的方法，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”的发明创造，该发明创造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，纽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；发明名称为“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，这样扭带的除垢作用小且不均匀，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，扭带的径向尺寸小于传热管的内径。综上所述，螺旋纽带主要有以下缺点：（1）纽带为一整体，对传热管直接刮擦，损伤换热管内壁；（2）流体流动时推动纽带转动需要较大的驱动力矩，消耗更多的流体动能；（3）单端固定用的轴承的使用寿命短；（4）纽带产生的场协同强化传热效果不显著。之后又有中国专利申请公开号为CN101769697，发明名称为“管内拉杆连接扭曲片式自定心清洗除垢元件”的专利，此装置是由扭曲片、中心套、拉杆和连接加强肋构成，其中拉杆的横剖面的形状为部分圆形、或圆形、或三角形、或部分椭圆形、或梯形；拉杆上设置有凸起以增强清洗除垢和强化换热效果；其清洗除垢元件的外径比换热管内径小0.5~2mm。该装置具有在线自动防垢除垢和强化传热的功能，且流体所受阻力较小，元件转动所需驱动力不大。但缺点是该元件在换热管内工作时，对管壁附近流体的扰流作用较明显，由于其中间部分是镂空的，因此对管内中心流体扰流作用并不明显，换热效果有待提高。

发明内容

本发明的目的是设计一种新结构的转子，该转子的叶片中间设置镂空结构，镂空部分装有扰流芯，该结构转子在提高换热管传热性能、降低阻力的同时还具有防垢除垢的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：换热管内带扰流芯低驱动转子，主要由空心轴、螺旋叶片和扰流芯构成，螺旋叶片外径小于换热管内径，螺旋叶片表面光滑且设有镂空结构，螺旋叶片绕空心轴呈螺旋状，且螺旋叶片的镂空部分设有扰流芯，螺旋叶片最先与水流接触的棱边进行倒斜角或倒圆角，扰流芯由多个绕空心轴分布的扰流条组成。通过改变带螺旋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，螺旋叶片和扰流芯在空心轴上的组合固定方式要便于转子在换热管内的安装。传热流体流过螺旋叶片时，会对转子产生轴向力，螺旋叶片阻碍传热流体流动从而使流体流向发生改变，形成混流，扰流芯随着叶片的转动而转动，对管内中心流体进行扰流，使中心流体得到充分的置换，并且由扰流芯所产生的阻力较小；叶片的迎水面在流体推动作用下，推动整个转子转动，增强了传热流体的切向流动，从而达到强化传热且阻止污垢的形成和沉积的目的，同时螺旋叶片在转动过程中，会使传热流体产生离心运动并甩向换热管管壁，不仅增强了传热流体的径向流动，也对管壁附近传热流体的层流边界层产生冲击，从而破坏传热流体的层流边界层，进一步实现防垢除垢和强化传热的作用。可以通过改变扰流条的弯曲程度来改变其对中心流体的扰流程度，也可以通过改变螺旋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和尾桨形状来改变流体对转子的旋转力矩，使转子在换热管内旋转流畅。