專利名稱：換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管殼式換熱器節(jié)能技術(shù)的內(nèi)插件裝置，特別涉及一種具有強(qiáng)化換熱與自清潔功能，適用于流體中含有氣相的阻力小、使用壽命長(zhǎng)的多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在石油、化工、火電、核電、冶金、輕工、航空器件和船舶車(chē)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，但在這些換熱管內(nèi)壁中普遍存在層積污垢，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，引起重大能源浪費(fèi)。因此，換熱器強(qiáng)化傳熱及自清潔技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣就顯得十分重要。而內(nèi)插件作為一種典型的管程強(qiáng)化傳熱手段，尤其受到了人們的廣泛關(guān)注，其中之一利用流體推動(dòng)螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化在線自動(dòng)除垢的方法，螺旋紐帶中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?ZL95236063.2，專利名稱為“傳熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，該裝置對(duì)強(qiáng)化換熱及防垢除垢起到一定的作用，但同時(shí)也存在以下不足:(I)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。后來(lái)出現(xiàn)了強(qiáng)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(qiáng)化傳熱裝置”;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)子的外表面有螺旋棱，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；為解決此問(wèn)題，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610169828.5，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)子是由空心軸和鰭片構(gòu)成，葉片呈階梯狀，每個(gè)鰭片與空心軸成同樣的傾斜狀，鰭片工作表面呈渦旋狀或平面狀，鰭片對(duì)管內(nèi)流體具有擾動(dòng)作用，強(qiáng)化對(duì)流換熱，轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)的占據(jù)的空間小，因而流動(dòng)阻力較小。但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子在流體推動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不平衡或偏心現(xiàn)象，從而導(dǎo)致葉片頂端與換熱管內(nèi)壁產(chǎn)生刮擦，降低其使用壽命，此外由于流體間斷沖擊葉片前端，因而產(chǎn)生一定流體阻力。因此轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)應(yīng)該在較高的強(qiáng)化換熱能力前提下產(chǎn)生較小的阻力損失，同時(shí)應(yīng)該具有較好的對(duì)中作用，以降低其與換熱管內(nèi)壁的刮擦作用，延長(zhǎng)其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種適用于流體中含有氣相的多相流的新結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子的葉片表面設(shè)置了多個(gè)微孔，以減小氣體對(duì)轉(zhuǎn)子的沖擊作用，降低轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)速度，減小轉(zhuǎn)子的軸向作用力，減小流體阻力，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子對(duì)流體的擾動(dòng)程度，強(qiáng)化換熱過(guò)程。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)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，它是由空心軸和多孔螺旋葉片構(gòu)成。多孔螺旋葉片均勻分布于空心軸表面，多孔螺旋葉片外徑小于換熱管內(nèi)徑，葉片繞空心軸呈螺旋狀，且葉片的表面沿空心軸軸向及徑向設(shè)置有微孔結(jié)構(gòu)，微孔距空心軸一段距離，微孔葉片最先與水流接觸的棱邊進(jìn)行倒斜角或倒圓角。空心軸遠(yuǎn)離進(jìn)水口端沿圓周方向均勻地開(kāi)有與所述空心軸內(nèi)孔相通的孔，通過(guò)改變多孔螺旋葉片沿空心軸軸向的螺旋角、軸向長(zhǎng)度、沿空心軸徑向的高度、微孔與空心軸的距離、微孔尺寸、微孔間距、微孔排列方式以及微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目來(lái)改變流體對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩，多孔螺旋葉片在空心軸上的組合固定方式要便于轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)的安裝。傳熱流體流過(guò)多孔螺旋葉片時(shí)，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力，多孔螺旋葉片阻礙傳熱流體流動(dòng)從而使流體流向發(fā)生改變，形成混流；流體推動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，增強(qiáng)了傳熱流體的切向流動(dòng)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱且阻止污垢的形成和沉積的目的。同時(shí)多孔螺旋葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)使傳熱流體流經(jīng)葉片表面的微孔，進(jìn)一步增強(qiáng)了傳熱流體的徑向流動(dòng)以及切向流動(dòng)，增大轉(zhuǎn)子對(duì)流體的擾動(dòng)程度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的作用。可以通過(guò)改變多孔螺旋葉片沿空心軸軸向的螺旋角、軸向長(zhǎng)度、沿空心軸徑向的高度、微孔與空心軸的距離、微孔尺寸、微孔間距、微孔排列方式以及微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目來(lái)改變流體對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩，使轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)旋轉(zhuǎn)流暢。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，沿空心軸圓周方向均勻分布的多孔螺旋葉片個(gè)數(shù)為兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，多孔螺旋葉片表面設(shè)置的微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目為兩排或兩 排以上，螺旋葉片表面沿空心軸軸向及徑向分布的微孔間距可以相同或不同，微孔的尺寸可以相同或者由小到大排列，微孔在葉片表面的排列方式可以是矩形或正三角形等方式。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其空心軸兩端設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子的同軸結(jié)構(gòu)首尾結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子間的軸向定位，防止轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沿轉(zhuǎn)軸軸向竄動(dòng)。轉(zhuǎn)子的空心軸同軸結(jié)構(gòu)可以是球窩方式、圓錐方式、卡扣方式或者萬(wàn)向節(jié)方式。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其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,轉(zhuǎn)子空心軸遠(yuǎn)離進(jìn)水口端開(kāi)有截面形狀為半圓形、橢圓形、矩形或梯形的與空心軸內(nèi)孔相通的孔，該孔沿軸向方向的長(zhǎng)度大于空心軸進(jìn)水端處凹臺(tái)的長(zhǎng)度，該孔可使傳熱流體在空心軸和轉(zhuǎn)軸之間的空間內(nèi)流動(dòng)，并帶動(dòng)空心軸與轉(zhuǎn)軸之間的污垢隨著傳熱流體排出，從而防止了污垢的沉積，同時(shí)節(jié)省了材料。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可首尾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；也可以通過(guò)限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。前后配合的兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子的微孔數(shù)目、微孔間距、微孔尺寸、微孔排列方式以及與空心軸距離等可以相同或不同。本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其葉片和空心軸由高分子材料、高分子基復(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作。所述轉(zhuǎn)子的多孔螺旋葉片的螺旋角、軸向長(zhǎng)度、沿空心軸徑向的高度、微孔與空心軸的距離、微孔尺寸、微孔間距、微孔排列方式以及微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目，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(qiáng)度、耐磨性結(jié)合制造加工成本來(lái)確定，相鄰轉(zhuǎn)子之間可以采取同步旋轉(zhuǎn)或獨(dú)立旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是:1、所發(fā)明的轉(zhuǎn)子多孔螺旋葉片表面具有微孔結(jié)構(gòu)，可在不增加多孔螺旋葉片徑向高度的前提下，使得流體流經(jīng)微孔時(shí)產(chǎn)生更大的徑向以及切向速度，增強(qiáng)混流效果，從而提高傳熱強(qiáng)化的能力；2、轉(zhuǎn)子多孔螺旋葉片表面的微孔結(jié)構(gòu)降低了轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)速度，減小轉(zhuǎn)子的軸向作用力，減小流體阻力，節(jié)省了轉(zhuǎn)子的制作成本且有利于安裝；3、單個(gè)轉(zhuǎn)子空心軸遠(yuǎn)離進(jìn)水口端開(kāi)有的與空心軸內(nèi)孔相通的孔可使傳熱流體在空心軸內(nèi)部及轉(zhuǎn)軸之間流動(dòng)，帶動(dòng)污垢從空心軸內(nèi)部與轉(zhuǎn)軸之間的空間排出，防止了污垢的沉積，節(jié)約了轉(zhuǎn)子材料，節(jié)省了成本。


圖1是本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子一矩形排列等間距等尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明換熱 管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子一正三角形排列等間距等尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子一平行四邊形排列不同間距不同尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子一平行四邊形排列不同間距等尺寸微孔兩葉片邊緣開(kāi)槽轉(zhuǎn)子三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-球窩凸臺(tái)，2-空心軸，3-多孔螺旋葉片，4-微孔，5-相通的孔，6_球窩凹臺(tái)，7-轉(zhuǎn)軸，8-換熱管，9-掛件。
具體實(shí)施例方式如圖5所示，本發(fā)明一種換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，該強(qiáng)化傳熱裝置包括轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸7、換熱管8和掛件9，數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)軸7串聯(lián)在一起，掛件9固定在換熱管8兩端，轉(zhuǎn)軸7的兩端分別固定在掛件9上，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子是由一定數(shù)目的多孔螺旋葉片3固定在空心軸2表面上組成的，空心軸2上還開(kāi)有球窩凸臺(tái)1、與空心軸內(nèi)孔相通的孔5和球窩凹臺(tái)6。兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子中，一個(gè)轉(zhuǎn)子的空心軸2頭部的球窩凸臺(tái)I與另一個(gè)轉(zhuǎn)子尾部的球窩凹臺(tái)6相結(jié)合從而起到連接和調(diào)整使之同軸的作用，該結(jié)構(gòu)也是一種能夠適應(yīng)換熱管8彎曲處的柔性連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)除了可以采用球窩方式外，還可以采用圓錐方式、卡扣方式以及方向節(jié)方式，在同軸度要求不高的情況下還可以采用平面結(jié)構(gòu)。如圖1至圖4所示，轉(zhuǎn)子的空心軸2截面形狀為空心圓錐形；圖1為矩形排列等間距等尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子空心軸2上有兩個(gè)多孔螺旋葉片3，兩個(gè)多孔螺旋葉片3對(duì)稱分布，空心軸2上還開(kāi)有球窩凸臺(tái)1、球窩凹臺(tái)6以及均布的與空心軸2內(nèi)孔相通的孔5，多孔螺旋葉片3表面上的微孔4呈矩形方式排布，微孔4的尺寸以及間距相同；圖2為正三角形排列等間距等尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子，多孔螺旋葉片3表面上的微孔4呈正三角形方式排布；圖3所示是平行四邊形排列不同間距不同尺寸微孔兩葉片轉(zhuǎn)子，多孔螺旋葉片3表面上的微孔4呈平行四邊形方式排布，微孔4的尺寸以及間距均不同；圖4是平行四邊形排列不同間距等尺寸微孔兩葉片邊緣開(kāi)槽轉(zhuǎn)子，多孔螺旋葉片3邊緣帶有圓槽。本發(fā)明中，換熱管8內(nèi)的傳熱流體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，多孔螺旋葉片3阻礙傳熱流體流動(dòng)從而使流體流向發(fā)生改變，形成混流；多孔螺旋葉片3在空心軸2周?chē)事菪隣?，流體推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，傳熱流體的切向運(yùn)動(dòng)得到了加強(qiáng)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱且阻止污垢沉積的目的。與此同時(shí)，多孔螺旋葉片3在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)使傳熱流體流經(jīng)多孔螺旋葉片3表面的微孔4，進(jìn)一步增強(qiáng)了傳熱流體的徑向流動(dòng)以及切向流動(dòng)，增大轉(zhuǎn)子對(duì)流體的擾動(dòng)程度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的作用。該種形式轉(zhuǎn)子可以通過(guò)改變多孔螺旋葉片3沿空心軸2軸向的螺旋角、軸向長(zhǎng)度、沿空心軸2徑向的高度、微孔4與空心軸2的距離、微孔4尺寸、微孔4間距、微孔4排列方式以及微孔4沿空心軸2軸向及徑向的數(shù)目來(lái)改變流體對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩，保證轉(zhuǎn)子的流暢旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子空心軸2遠(yuǎn)離進(jìn)水口端開(kāi)的與空心軸2內(nèi)孔相通的孔5便于傳熱流體在空心軸2內(nèi)部與轉(zhuǎn)軸7之間的污垢排出，防止了污垢的沉積 。
權(quán)利要求
1.換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于:由空心軸和多孔螺旋葉片構(gòu)成，多孔螺旋葉片均勻分布于空心軸表面，多孔螺旋葉片外徑小于換熱管內(nèi)徑，多孔螺旋葉片繞空心軸呈螺旋狀，且多孔螺旋葉片的表面沿空心軸軸向及徑向設(shè)置有微孔結(jié)構(gòu)，微孔距空心軸一段距離，多孔螺旋葉片最先與水流接觸的棱邊進(jìn)行倒斜角或倒圓角；空心軸遠(yuǎn)離進(jìn)水口端沿圓周方向均勻地開(kāi)有與所述空心軸內(nèi)孔相通的孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于:沿空心軸圓周方向均勻分布的多孔螺旋葉片的個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上；多孔螺旋葉片表面設(shè)置的微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目為兩排或兩排以上，多孔螺旋葉片表面沿空心軸軸向及徑向分布的微孔間距可以相同或不同，微孔的尺寸可以相同或者由小到大排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于:微孔在葉片表面的排列方式為矩形或正三角形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱管內(nèi)多孔螺旋葉片轉(zhuǎn)子，它是由空心軸和多孔螺旋葉片構(gòu)成。多孔葉片均勻分布于空心軸表面，多孔葉片外徑小于換熱管內(nèi)徑，葉片繞空心軸呈螺旋狀，且葉片的表面沿空心軸軸向及徑向設(shè)置有微孔結(jié)構(gòu)，微孔距空心軸一段距離，微孔葉片最先與水流接觸的棱邊進(jìn)行倒斜角或倒圓角?？招妮S遠(yuǎn)離進(jìn)水口端沿圓周方向均勻地開(kāi)有與空心軸內(nèi)孔相通的孔，通過(guò)改變多孔葉片沿空心軸軸向的螺旋角、軸向長(zhǎng)度、沿空心軸徑向的高度、微孔與葉片根部的距離、微孔尺寸、微孔間距、微孔排列方式以及微孔沿空心軸軸向及徑向的數(shù)目來(lái)改變流體對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩，多孔葉片在空心軸上的組合固定方式以便于轉(zhuǎn)子在換熱管內(nèi)的安裝。
文檔編號(hào)F28F13/12GK103217054SQ20131015129
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者楊衛(wèi)民, 張震, 閻華 , 關(guān)昌峰, 蔣晨, 丁玉梅 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)