專利名稱：折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(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)強化傳熱和防污除污的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件。
背景技術(shù)：
我國是資源大國，很多資源儲量位列世界前列，但同時，我國也是世界上人口最多的國家，很多資源的人均平均占有量低于世界平均水平，因此，我國又是一個資源緊缺的國家。改革開放以來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，經(jīng)濟總量躍居世界前列，同時，我國也成為全球第一能源消耗大國，因此，節(jié)能減排對于我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。作為一種重要的換熱設(shè)備，管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、電力等領(lǐng)域，且在工業(yè)應(yīng)用中能源浪費嚴重，因此，換熱器是實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵設(shè)備。管殼式換熱器換熱管內(nèi)常年積存的大量污垢嚴重影響了換熱器換熱性能的提高，而且還會滋生堵塞管道、腐蝕管道等破壞換熱器的現(xiàn)象，因此，實現(xiàn)換熱管防垢除垢是提高換熱器換熱性能的關(guān)鍵。長期以來，研究人員致力于換熱管內(nèi)防垢除垢和強化換熱方法和裝置的研究。螺旋彈簧和螺旋線圈是比較早期的強化換熱和防垢除垢裝置，相關(guān)專利有201110038943.X，專利名稱為“雙徑彈簧式傳熱管內(nèi)插件管口固定裝置”，研究發(fā)現(xiàn)螺旋彈簧和螺旋線圈具有一定的強化換熱和防垢除垢效果。之后出現(xiàn)利用流體推動螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)在線自動除垢的方法，有關(guān)螺旋紐帶中國專利有CN 200989748Y,專利名稱為“自轉(zhuǎn)變流態(tài)塑料螺旋紐帶”;CN 2498574Y，專利名稱為“能防止換熱管結(jié)垢的螺旋紐帶裝置” ;CN 2568324Y，專利名稱為“螺旋紐帶裝置”，螺旋紐帶具有強化換熱和防垢除垢的功效，但同時存在對管壁刮擦較嚴重，阻力大，使用壽命短等缺點。后來出現(xiàn)了強化換熱及防垢除垢轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)，相關(guān)專利有ZL200520127121.9，專利名稱為“轉(zhuǎn)子式自清潔強化傳熱裝置”;ZL201110050891. 8，專利名稱為“換熱管內(nèi)徑向階梯型轉(zhuǎn)子”，轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)主要由固定架、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；支撐架設(shè)在轉(zhuǎn)子與固定架之間，柔性軸穿過轉(zhuǎn)子的中心孔和支撐管固定在兩固定架上。在管內(nèi)流體作用下，轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片對管壁進行輕微的刮擦，起到防垢除垢的作用，另外，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，對管內(nèi)流體進行擾動，增強流體湍流程度，進而起到強化換熱的作用。以上強化換熱方法及裝置對管內(nèi)流體的作用方式比較單一，強化換熱能力有限，本項發(fā)明實現(xiàn)了同時對流體進行折流作用和擾流作用，強化管內(nèi)中心流體和壁面流體的置換。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，該裝置由折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子組成，具有強化換熱和防垢除垢的作用。本實用新型采用的技術(shù)方案如下折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，由折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子構(gòu)成，擾流轉(zhuǎn)子由空心軸和螺旋葉片組成，螺旋葉片外徑小于換熱管內(nèi)徑，葉片表面光滑且繞空心軸呈螺旋狀，葉片迎水側(cè)與背水側(cè)棱邊具有一定傾角；折流環(huán)由空心軸和折流環(huán)片組成，折流環(huán)外徑小于與其組合的擾流轉(zhuǎn)子外徑，折流環(huán)片由兩段組成，一段是圓柱環(huán)，一段是圓錐環(huán)，折流環(huán)片表面光滑，圓錐環(huán)上有矩形、環(huán)形或其它形狀開孔，折流環(huán)片的圓錐環(huán)錐角傾角與擾流轉(zhuǎn)子葉片棱邊傾角相同；折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子同軸組合排列，整體穿裝于固定中心軸線上，折流環(huán)頭部與擾流轉(zhuǎn)子尾部相結(jié)合或者折流環(huán)尾部與擾流轉(zhuǎn)子頭部相結(jié)合，兩個折流環(huán)之間可以間隔一個或多個擾流轉(zhuǎn)子。換熱管內(nèi)傳熱流體在流動過程中，一部分中心湍流流體受到折流環(huán)的阻擋，流動方向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃?，與管壁處層流邊界層發(fā)生混合，并對其進行擾動；另一部分中心流體穿過折流環(huán)片表面開孔，以較高速度沖擊擾流轉(zhuǎn)子葉片，使轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)，擾流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后反作用于管內(nèi)流體，增強流體切向流動，進而增強流體的湍動程度；擾流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)子葉片棱邊對管壁進行輕微刮擦，同時擾動邊界層，減薄邊界層厚度。以上特點共同起到強化換熱和防垢除垢的作用。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，擾流轉(zhuǎn)子沿空心軸圓周方向均勻分布的螺旋形葉片個數(shù)為兩個、三個或多個；擾流轉(zhuǎn)子可以是螺旋開槽葉片轉(zhuǎn)子、螺旋階梯轉(zhuǎn)子等不同類型的轉(zhuǎn)子。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)外徑小于與其組合擾流轉(zhuǎn)子外徑，折流環(huán)片表面開有矩形、環(huán)形或者其它形狀的孔，折流環(huán)片具有一定傾角。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子同軸組合式排列，折流環(huán)尾部與擾流轉(zhuǎn)子頭部相結(jié)合或者折流環(huán)頭部與擾流轉(zhuǎn)子尾部相結(jié)合，整體穿裝于兩個掛件之間的轉(zhuǎn)軸上，兩個折流環(huán)之間可以間隔一個或多個擾流轉(zhuǎn)子。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子的空心軸兩端設(shè)置有球窩方式、圓錐方式、卡扣方式或者萬向節(jié)方式等同軸結(jié)構(gòu)。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，所述擾流轉(zhuǎn)子和折流環(huán)的空心軸截面形狀為空心圓錐形、空心圓柱形、空心波節(jié)形或空心多棱形。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，擾流轉(zhuǎn)子的葉片迎水側(cè)和背水側(cè)棱邊的傾角與折流環(huán)片圓錐環(huán)錐角傾角大小、方向相同。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子組合相連整串穿裝于連接軸線上，連接軸線可以是剛性的圓棒，也可以是柔性的軟繩。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子是由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作的。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子表面光滑，折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子迎水側(cè)棱邊進行倒圓角或者倒斜角。本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子分別加工，然后組合穿裝于中心軸線上。所述折折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件中，折流環(huán)的外徑，折流環(huán)片表面開孔形狀、位置和數(shù)量，折流環(huán)空心軸長度、內(nèi)徑；擾流轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)量、外徑、軸向長度、螺旋升角等參數(shù)，擾流轉(zhuǎn)子空心軸軸向長度、內(nèi)徑等參數(shù)，可依據(jù)換熱管內(nèi)徑、管內(nèi)介質(zhì)流速等工況條件以及轉(zhuǎn)子自身的強度、耐磨性結(jié)合制造加工成本來確定。本實用新型的有益效果是1、所實用新型的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，折流環(huán)對中心部分流體的阻擋作用，使中心流體向管壁邊界層流體流動，與其發(fā)生混合并對其進行擾動，能夠促進中心流體與邊界層流體的置換，減薄邊界層厚度，強化換熱。2、所實用新型的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，擾流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，通過增強管內(nèi)流體的切向運動和湍動程度，提高換熱性能。3、所實用新型折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，擾流轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中，葉片棱邊刮擦管壁，能夠防垢除垢，且能減薄邊界層厚度，強化換熱。

圖1是本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件中折流環(huán)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件中擾流轉(zhuǎn)子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件的擾流轉(zhuǎn)子另一種形式一螺旋三葉片轉(zhuǎn)子的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I一折流環(huán)，2—擾流轉(zhuǎn)子，3—球窩凸臺，4一空心軸，5—折流環(huán)片，6—開孔，7—球窩凹臺，8—通孔，9—螺旋葉片，10—轉(zhuǎn)軸，11一掛件，12—換熱管，13—限位件。
具體實施方式
如圖5所示，本實用新型涉及的一種換熱管內(nèi)折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，強化傳熱裝置包括折流環(huán)1、擾流轉(zhuǎn)子2、轉(zhuǎn)軸10、掛件11、換熱管12、限位件13，折流環(huán)1、擾流轉(zhuǎn)子2即為本實用新型的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，數(shù)個折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2同軸組合通過轉(zhuǎn)軸10穿裝在一起，一定數(shù)量的折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2組合之間通過限位件13隔開，掛件11固定在換熱管12兩端，轉(zhuǎn)軸10的兩端通過限位件13固定在掛件11上。本實用新型的換熱管內(nèi)折流擾流組合式轉(zhuǎn)子由折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2組成，折流環(huán)I的折流環(huán)片5上有對稱開孔6，折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2的空心軸4兩端分別開有球窩凸臺3和球窩凹臺7，折流環(huán)I空心軸4上的球窩凸臺3和球窩凹臺7分別與擾流轉(zhuǎn)子2空心軸4上的球窩凹臺7和球窩凸臺3配合，數(shù)個折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2 —組穿裝于轉(zhuǎn)軸10上，數(shù)目可以根據(jù)換熱管12長度和管內(nèi)流速等條件確定，不同組之間使用限位件13隔開。折流環(huán)I與擾流轉(zhuǎn)子2除采用球窩方式外，還可以采用圓錐方式、卡扣方式以及方向節(jié)方式。本實用新型中，折流環(huán)I和擾流轉(zhuǎn)子2內(nèi)置于換熱管12內(nèi)，換熱管12內(nèi)傳熱流體在流動過程中，一部分中心湍流流體受到折流環(huán)I的阻擋，流動方向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃樱c管壁處層流邊界層發(fā)生混合，并對其進行擾動；另一部分中心流體穿過折流環(huán)片5表面開孔6，以較高速度沖擊擾流轉(zhuǎn)子葉片9，使擾流轉(zhuǎn)子2繞轉(zhuǎn)軸10旋轉(zhuǎn)，擾流轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)后反作用于管內(nèi)流體，增強流體切向流動，進而增強流體的湍動程度；擾流轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動過程中，轉(zhuǎn)子葉片9棱邊對管壁進行輕微刮擦，同時擾動邊界層，減薄邊界層厚度，共同起到強化換熱和防垢除垢的作用。
權(quán)利要求1.折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，其特征在于由折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子構(gòu)成，擾流轉(zhuǎn)子由空心軸和螺旋葉片組成，螺旋葉片外徑小于換熱管內(nèi)徑，葉片表面光滑且繞空心軸呈螺旋狀，葉片迎水側(cè)與背水側(cè)棱邊具有一定傾角；折流環(huán)由空心軸和折流環(huán)片組成，折流環(huán)外徑小于與其組合的擾流轉(zhuǎn)子外徑，折流環(huán)片由兩段組成，一段是圓柱環(huán)，一段是圓錐環(huán)， 折流環(huán)片表面光滑，圓錐環(huán)上有開孔，折流環(huán)片的圓錐環(huán)錐角傾角與擾流轉(zhuǎn)子葉片棱邊傾角相同；折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子同軸組合排列，整體穿裝于固定中心軸線上，折流環(huán)頭部與擾流轉(zhuǎn)子尾部相結(jié)合或者折流環(huán)尾部與擾流轉(zhuǎn)子頭部相結(jié)合，兩個折流環(huán)之間可以間隔一個或多個擾流轉(zhuǎn)子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，其特征在于圓錐環(huán)上開孔的形狀為矩形或環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，其特征在于折流環(huán)與擾流轉(zhuǎn)子同軸組合式排列，折流環(huán)尾部與擾流轉(zhuǎn)子頭部相結(jié)合或者折流環(huán)頭部與擾流轉(zhuǎn)子尾部相結(jié)合，整體穿裝于兩個掛件之間的轉(zhuǎn)軸上，兩個折流環(huán)之間可以間隔一個或多個擾流轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，其特征在于擾流轉(zhuǎn)子葉片迎水側(cè)、背水側(cè)棱線傾角與折流環(huán)片圓錐環(huán)錐角傾角大小、方向相同。
專利摘要本實用新型涉及一種折流擾流組合式強化傳熱內(nèi)插件，由折流環(huán)和擾流轉(zhuǎn)子構(gòu)成，擾流轉(zhuǎn)子由空心軸和螺旋葉片組成，葉片迎水側(cè)與背水側(cè)棱邊具有一定傾角；折流環(huán)由空心軸和折流環(huán)片組成，折流環(huán)外徑小于與其組合的擾流轉(zhuǎn)子外徑，折流環(huán)片由兩段組成，一段是圓柱環(huán)，一段是圓錐環(huán)，折流環(huán)片表面光滑，圓錐環(huán)上有開孔，折流環(huán)片的圓錐環(huán)錐角傾角與擾流轉(zhuǎn)子葉片棱邊傾角相同。換熱管內(nèi)一部分中心湍流流體受到折流環(huán)的阻擋，流動方向轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄鲃?，與管壁處層流邊界層發(fā)生混合；另一部分中心流體穿過折流環(huán)片表面開孔，以較高速度沖擊擾流轉(zhuǎn)子葉片，使轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)，擾流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后反作用于管內(nèi)流體，增強流體切向流動，進而增強流體的湍動程度。
文檔編號F28F9/24GK202853457SQ20122055175
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者楊衛(wèi)民, 王峰, 張震, 閻華 , 關(guān)昌峰, 丁玉梅 申請人:北京化工大學(xué)