專利名稱：換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)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)備中換熱管內(nèi)強(qiáng)化傳熱 和防污除污的內(nèi)插元件，特別涉及一種換熱管內(nèi)內(nèi)插元件為轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)節(jié)能減排是一項(xiàng)全世界都非常重視的關(guān)鍵技術(shù)，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(lǐng)域都要應(yīng)用到許多的換熱器，其中應(yīng)用最為廣泛 的是管殼式換熱器，但在這些換熱管中內(nèi)壁普遍存在沉積污垢，導(dǎo)致流體在管道中輸送阻 力增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞管道，同時(shí)傳熱性能大為下降；換熱管內(nèi)污垢會(huì)嚴(yán)重降低傳熱效率而 引起重大能源浪費(fèi)，與此同時(shí)污垢一般具有腐蝕性，管壁會(huì)因此腐蝕，泄露流體造成重大安 全隱患，因此在傳統(tǒng)上的處理辦法就是被迫采取停產(chǎn)清洗，這樣不僅耽擱了工廠的生產(chǎn)進(jìn) 度，同時(shí)還需要支付昂貴的清洗費(fèi)用；為了更好地解決這些問(wèn)題，人們一直研究采用不停產(chǎn) 的在線自動(dòng)強(qiáng)化傳熱和除垢防垢的各種辦法和裝置。近年來(lái)出現(xiàn)了許多防垢除垢方法和裝 置，其中之一利用流體推動(dòng)螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)除垢的方法，螺旋紐帶中國(guó)專利 號(hào)為ZL95236063. 2，名稱為“傳熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，該發(fā)明創(chuàng)造的技 術(shù)方案由換熱管內(nèi)裝有與換熱管大體相等長(zhǎng)度的紐帶構(gòu)成，扭曲帶的徑向尺寸小于換熱管 的內(nèi)徑，在換熱管進(jìn)液口處設(shè)置有軸向固定架，其中間部位有進(jìn)液槽，軸向固定架的頭部有 一個(gè)軸孔，其內(nèi)裝有銷軸，銷軸尾部并與紐帶相連接；發(fā)明名稱為“雙擾流螺旋式強(qiáng)化換熱 及自動(dòng)除垢裝置”，中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為CN14M554，該裝置用作強(qiáng)化傳熱及其自動(dòng)除垢， 包括有螺旋紐帶、固定架，螺旋紐帶設(shè)置在螺旋管內(nèi)，利用通過(guò)換熱管內(nèi)流體流動(dòng)帶動(dòng)螺旋 紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)。由于螺旋紐帶為一條整帶，換熱管在經(jīng)過(guò)加工安裝后不夠順直，螺旋紐帶與換熱 管內(nèi)壁之間會(huì)產(chǎn)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(dòng)，扭曲帶的徑向尺寸小于傳 熱管的內(nèi)徑。螺旋紐帶有以下不足(1)紐帶為一整體，對(duì)傳熱管直接刮擦，損傷換熱管內(nèi) 壁；(2)流體流動(dòng)時(shí)推動(dòng)紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)需要較大的驅(qū)動(dòng)力矩，消耗更多的流體動(dòng)能；(3)單端固 定用的軸承的使用壽命短；(4)紐帶產(chǎn)生的場(chǎng)協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果不顯著。之后中國(guó)專利號(hào) 為ZL200520127121.9，公開(kāi)了發(fā)明名稱為“轉(zhuǎn)子式自清潔強(qiáng)化傳熱裝置”的專利申請(qǐng)，此裝 置是由固定架、轉(zhuǎn)子、柔性軸和支撐管構(gòu)成，兩固定架分別固定在換熱管的兩端；轉(zhuǎn)子的外 表有螺旋棱，轉(zhuǎn)子上有中心孔；支撐架設(shè)在轉(zhuǎn)子與固定架之間，柔性軸穿過(guò)轉(zhuǎn)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(dòng)防垢除垢、和強(qiáng)化傳熱的功能，流體在傳 熱管內(nèi)順流或者逆流的情況下，均有防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的作用。但是缺點(diǎn)是在一定流體 通過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，在螺棱導(dǎo)程越小時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速 度快，同時(shí)對(duì)流體的阻力隨之增加，轉(zhuǎn)子直接連接為摩擦連接，由于力的傳遞最終將轉(zhuǎn)子的 扭矩傳遞給限位件，轉(zhuǎn)軸會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，壽命降低；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0062017^05. 5，發(fā)明名稱為 “傳熱管內(nèi)自清潔強(qiáng)化傳熱的低流阻轉(zhuǎn)子”，該裝置是由轉(zhuǎn)子、支撐架和連接軸線構(gòu)成，支撐 架固定在傳熱管兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架上，多個(gè)轉(zhuǎn)子穿裝在連接軸線上，轉(zhuǎn)子是由空心軸和葉片構(gòu)成，每個(gè)葉片與空心軸成同樣的傾斜狀，相鄰葉片首尾相接，該結(jié) 構(gòu)對(duì)流體阻力減小，流體通過(guò)性能好，但其轉(zhuǎn)動(dòng)速度較高，空心軸之間端部之間摩擦連接， 所有轉(zhuǎn)子將積累的扭矩傳遞給限位件，轉(zhuǎn)軸壽命會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)子的空心軸之間減小摩擦的連接結(jié)構(gòu)，利用流體把轉(zhuǎn) 子端面隔開(kāi)，在保持自清潔強(qiáng)化傳熱性能的同時(shí)，在空心軸徑向和軸向上減小摩擦力，各個(gè) 轉(zhuǎn)子不同步轉(zhuǎn)動(dòng)，可以加大湍流程度，轉(zhuǎn)子之間扭矩的累積小，將摩擦消耗的流體動(dòng)能化轉(zhuǎn) 為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，提高湍流程度，增強(qiáng)強(qiáng)化傳熱和防污除污的效果。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，它包 括有空心軸、葉片、外凸臺(tái)、凹臺(tái)、內(nèi)凸臺(tái)、凹臺(tái)螺旋槽和內(nèi)凸臺(tái)螺旋槽，葉片固定在空心軸 上，空心軸內(nèi)有通孔，空心軸的通孔的內(nèi)徑大于轉(zhuǎn)軸的外徑，以利于轉(zhuǎn)軸穿過(guò)；空心軸兩端 有同軸結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子其中一個(gè)的空心軸的尾部與另一個(gè)的空心軸的頭部配合，外凸 臺(tái)為空心軸的尾部，凹臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)為空心軸的頭部，凹臺(tái)內(nèi)徑大于外凸臺(tái)外徑，易于安裝配 合和減少兩表面的摩擦，凹臺(tái)上加工有與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的螺紋槽，內(nèi)凸臺(tái)上加工有與 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的螺紋槽，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流體沿凹臺(tái)和外凸臺(tái)的縫隙流入到凹臺(tái)螺旋槽 中，外凸臺(tái)和凹臺(tái)由于流體受到擠壓產(chǎn)生的流體膜在徑向上隔開(kāi)，減少摩擦，流體流經(jīng)內(nèi)凸 臺(tái)和外凸臺(tái)軸向端面之間流入到空心軸和轉(zhuǎn)軸之間的縫隙中，凹臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)上經(jīng)過(guò)不同旋 向螺旋槽的流體相遇，增加流體的湍流程度，減少污垢的積累。在凹臺(tái)靠近外端面處加工有進(jìn)液槽，大量流體可以經(jīng)過(guò)進(jìn)液槽進(jìn)入外凸臺(tái)和凹臺(tái) 之間的縫隙中，更多流體經(jīng)過(guò)凹臺(tái)和外凸臺(tái)之間縫隙中，再流入凹臺(tái)螺旋槽中，最后經(jīng)外凸 臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)軸向縫隙流出，進(jìn)一步減小外凸臺(tái)和凹臺(tái)徑向上的摩擦力，以及減小外凸臺(tái)和 內(nèi)凸臺(tái)在軸向上的摩擦力?？招妮S中間有排液孔，排液孔的形狀是方形，還可以是圓形或多邊形，大量流體經(jīng) 過(guò)排液孔流出，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)把流體從排液孔中沿垂直于徑向方向排出，增大流體的湍流程度。外凸臺(tái)、內(nèi)凸臺(tái)和凹臺(tái)的配合面結(jié)構(gòu)可以是球狀，還可以是圓錐狀。本發(fā)明的有益效果是1、凹臺(tái)內(nèi)徑大于外凸臺(tái)外徑，同時(shí)在在凹臺(tái)端面上開(kāi)有斜 向的進(jìn)液槽，加大流體流入到外凸臺(tái)與凹臺(tái)之間流入量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)流體沿螺旋槽流動(dòng)， 形成流體膜，把外凸臺(tái)和凹臺(tái)之間徑向隔開(kāi)，在徑向上減小空心軸之間的摩擦，同時(shí)流體經(jīng) 過(guò)外凸臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)之間的軸向端面間隙而流出，在軸向上減小了轉(zhuǎn)子之間的摩擦，各轉(zhuǎn)子 可以作自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣加大了流體的湍流程度，轉(zhuǎn)子之間減小扭矩的累積，原來(lái)的摩擦消耗 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，節(jié)約能源，提高湍流程度；2、內(nèi)凸臺(tái)上的螺紋槽旋向與外凹臺(tái)上的螺紋 槽旋向相反，流體繞不同旋向螺紋槽作不同旋向的流動(dòng)，加大了流體的湍流程度，減少污垢 的積累；3、大量流體要經(jīng)內(nèi)凸臺(tái)和外凸臺(tái)端面間隙流入到空心軸和轉(zhuǎn)軸之間的間隙中，在 內(nèi)凸臺(tái)與外凸臺(tái)端面與上產(chǎn)生流體膜，將兩端面隔開(kāi)，使得空心軸軸向之間摩擦減小，不會(huì) 將轉(zhuǎn)子的扭矩相互傳遞，減小了轉(zhuǎn)子對(duì)限位件的作用力，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)軸的壽命；4、在空心軸上 有排液孔，大量流體經(jīng)過(guò)排液孔沿垂直于徑向方向排出，增強(qiáng)了流體的湍流程度，提高了強(qiáng) 化傳熱和防垢除垢的效果，同時(shí)有利于流體進(jìn)入到轉(zhuǎn)子內(nèi)徑和轉(zhuǎn)軸外徑之間的空隙，提高 耐磨性能。
本發(fā)明連接結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子安裝在換熱管內(nèi)，根據(jù)具體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要求、空心軸長(zhǎng)度等， 來(lái)具體決定連接結(jié)構(gòu)，用轉(zhuǎn)軸將數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子串聯(lián)在一起，穿在換熱管內(nèi)，然后利用掛件對(duì)轉(zhuǎn)軸 的兩端進(jìn)行軸向固定，當(dāng)流體流過(guò)葉片時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子有垂直于徑向的切向力，使轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)軸旋 轉(zhuǎn)，對(duì)換熱管內(nèi)壁污垢可進(jìn)行清除；同時(shí)轉(zhuǎn)子之間摩擦力減小，節(jié)約能源，轉(zhuǎn)子之間也沒(méi)有 扭矩的傳遞，各個(gè)轉(zhuǎn)子不同步轉(zhuǎn)動(dòng)，流體產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的有利于強(qiáng)化傳熱的湍流，空心軸有 排液孔進(jìn)一步加大流體的湍流程度。


圖1是本發(fā)明換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1轉(zhuǎn)子頭部結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖3是本發(fā)明換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)具有進(jìn)液槽和排液孔的轉(zhuǎn)子示意圖。圖4是圖3轉(zhuǎn)子頭部結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖5是圖3排液孔結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖6是本發(fā)明換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接中的轉(zhuǎn)子安裝示意圖。圖中，1-空心軸、2-進(jìn)液槽、3-外凸臺(tái)、4-凹臺(tái)、5-凹臺(tái)螺旋槽、6-內(nèi)凸臺(tái)、7-葉 片、8-內(nèi)凸臺(tái)螺旋槽、9-排液孔、10-轉(zhuǎn)軸、11-換熱管、12-連接部位、13-掛件。
具體實(shí)施例方式如圖6所示，本發(fā)明換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例，傳熱裝置中包括 有轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸10、換熱管11和掛件13，掛件13固定在換熱管11兩端，轉(zhuǎn)軸10的兩端分別 固定在掛件13上，數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子穿裝在兩個(gè)掛件13之間的轉(zhuǎn)軸10上。如圖1至圖5所示，轉(zhuǎn)子包括空心軸1、外凸臺(tái)3、凹臺(tái)4、凹臺(tái)螺旋槽5、內(nèi)凸臺(tái)6、 內(nèi)凸臺(tái)螺旋槽8，空心軸1的頭部包括凹臺(tái)4和內(nèi)凸臺(tái)6，空心軸1的尾部為外凸臺(tái)3，凹臺(tái) 4內(nèi)徑大于外凸臺(tái)3外徑，易于安裝配合和減少兩表面的摩擦，凹臺(tái)4上加工有與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 方向相同的凹臺(tái)螺旋槽5，內(nèi)凸臺(tái)6上加工與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的螺紋槽，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流 體沿外凸臺(tái)3和凹臺(tái)4縫隙流入，流經(jīng)凹臺(tái)螺旋槽5，徑向上由于流體受到擠壓而隔開(kāi)，減 少摩擦，流體流經(jīng)內(nèi)凸臺(tái)6和外凸臺(tái)3軸向端面之間流入到空心軸1和轉(zhuǎn)軸10之間的縫隙 中，流體流經(jīng)凹臺(tái)螺旋槽5和內(nèi)凸臺(tái)螺旋槽8上產(chǎn)生不同旋向流動(dòng)而相遇，增加流體湍流程 度，減少污垢的積累。在凹臺(tái)4外端面加工有進(jìn)液槽2，加大進(jìn)入外凸臺(tái)3和凹臺(tái)4之間的縫隙中的流體 流量，更多流體經(jīng)過(guò)凹臺(tái)螺旋槽5以及外凸臺(tái)3和內(nèi)凸臺(tái)6軸向之間縫隙中，減小外凸臺(tái)3 和凹臺(tái)4之間徑向上和軸向上的摩擦力?？招妮S1中間有排液孔9，排液孔9的形狀是方形的，還可以是圓形的或者多邊形 的，在流體流出方向上一邊倒圓角，減小棱邊對(duì)流體流動(dòng)的阻礙作用，大量流體經(jīng)過(guò)排液孔 9流出，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)把流體從排液孔9中沿垂直于徑向方向排出，增大流體的湍流程度。外凸臺(tái)3、內(nèi)凸臺(tái)6和凹臺(tái)4的配合面的結(jié)構(gòu)可以是球狀，還可以是圓錐狀。本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的空心軸1頭部和尾部的配合面形狀是球狀的；排液孔2在流體 流出方向上的一邊進(jìn)行倒圓角。本發(fā)明換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)使傳熱裝置在保持自清潔強(qiáng)化傳熱性能的同時(shí)，減小了空心軸1徑向和軸向上的摩擦力，提高各個(gè)轉(zhuǎn)子不同步轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，加大流體 湍流程度，轉(zhuǎn)子之間減小了扭矩的累積，轉(zhuǎn)子整體上對(duì)轉(zhuǎn)軸的扭矩減??；同時(shí)將空心軸1直 接接觸的摩擦消耗轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，更好地利用流體動(dòng)能，提高流體湍流程度，同時(shí)空心 軸上還有排液孔，可以將旋轉(zhuǎn)的流體沿垂直于徑向方向排出去，加大流體的湍流程度，增強(qiáng) 強(qiáng)化傳熱和防污除污的效果。
權(quán)利要求
1.換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，它包括有空心軸、葉片、外凸臺(tái)、凹臺(tái)、內(nèi)凸臺(tái)、外凸 臺(tái)螺旋槽和內(nèi)凸臺(tái)螺旋槽，葉片固定在空心軸上，空心軸內(nèi)有通孔，空心軸兩端有同軸結(jié) 構(gòu)，兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子其中一個(gè)的空心軸的尾部與另一個(gè)的空心軸的頭部配合，其特征在于外 凸臺(tái)為空心軸的尾部，凹臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)為空心軸的頭部，凹臺(tái)內(nèi)徑大于外凸臺(tái)外徑，凹臺(tái)上加 工有與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的螺紋槽，內(nèi)凸臺(tái)上加工有與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的螺紋槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，其特征在于凹臺(tái)靠近外端 面處有進(jìn)液槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，其特征在于空心軸中間有 排液孔
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，其特征在于排液孔的形狀 是方形、圓形或多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，其特征在于外凸臺(tái)、內(nèi)凸臺(tái) 和凹臺(tái)的配合面結(jié)構(gòu)是球狀或圓錐狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是換熱管內(nèi)自轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子連接結(jié)構(gòu)，它包括有空心軸、排液孔、外凸臺(tái)、凹臺(tái)、內(nèi)凸臺(tái)和螺旋槽，所述外凸臺(tái)為空心軸的尾部，所述凹臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)為空心軸的頭部，所述凹臺(tái)與內(nèi)凸臺(tái)上加工有旋向相反的螺紋槽，凹臺(tái)內(nèi)徑大于外凸臺(tái)外徑；本發(fā)明中，流體介質(zhì)流過(guò)外凸臺(tái)和凹臺(tái)縫隙流入，經(jīng)過(guò)凹臺(tái)螺旋槽，最后經(jīng)外凸臺(tái)和內(nèi)凸臺(tái)軸向端面縫隙流入到空心軸和轉(zhuǎn)軸之間的縫隙中，減小轉(zhuǎn)子空心軸連接處徑向和軸向上的摩擦，加大單個(gè)轉(zhuǎn)子自由轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，加強(qiáng)了流體湍流程度，提高了轉(zhuǎn)子強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的能力。
文檔編號(hào)F28F13/12GK102102961SQ200910242559
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 關(guān)昌峰, 戴長(zhǎng)軍, 楊衛(wèi)民, 童義, 范永釗, 趙本華, 閻華 , 韓崇剛 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)