換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)化傳熱和防垢除垢的內(nèi)插元件，特別涉及一種利用換熱管內(nèi)部傳熱流體作動力，實現(xiàn)自清潔強(qiáng)化傳熱功能的低能耗高效率的鋸齒螺旋葉片轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]針對愈來愈嚴(yán)重的能源消耗問題，節(jié)能降耗顯得尤為重要。管殼式換熱器作為換熱設(shè)備的一種基本形式，廣泛應(yīng)用于化工、電力、煉油、動力、冶金、制冷、食品等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。該類換熱器在使用過程中常常發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。污垢的熱阻很大，大大降低了換熱器的傳熱效率；此外，結(jié)垢將引起流道變窄，流動阻力加大，導(dǎo)致動力消耗增加，甚至能使設(shè)備局部過熱，引起爆管等事故，嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全運行。針對管殼式換熱器在運行過程中存在的問題，迫切需要開發(fā)既能除垢又能強(qiáng)化傳熱的技術(shù)，以滿足建立節(jié)約型社會的需要。扭帶是目前應(yīng)用最為廣泛的管內(nèi)插入物，公開號CN1424554公開了一個名稱為“雙擾流螺旋式強(qiáng)化換熱及自動除垢裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，該發(fā)明用來強(qiáng)化傳熱和自動除垢，除螺旋紐帶、固定架外，該裝置還增設(shè)了螺旋管，將螺旋紐帶置于螺旋管中，由流體流動帶動螺旋紐帶轉(zhuǎn)動。雖然介質(zhì)在螺旋管內(nèi)呈螺旋狀流動，有利于提高強(qiáng)化換熱效果，但產(chǎn)生的整體場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果不顯著。此外，因螺旋紐帶為一體式傳動件，紐帶的不順直將影響其轉(zhuǎn)動，與換熱管內(nèi)壁之間會產(chǎn)生不均勻的縫隙，導(dǎo)致出現(xiàn)除垢作用小而不均勻，紐帶磨損，旋度降低以及刮擦換熱管管壁等問題。200910077378.0公開了名稱為“一種單元組合式強(qiáng)化傳熱裝置”的專利申請，該裝置包括轉(zhuǎn)子、支撐架、套軸和連接軸線，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，連接軸線上裝有數(shù)個套軸，一個套軸與一個或多個轉(zhuǎn)子相配。擾流旋葉、圓筒、尾部螺旋驅(qū)動槳葉是轉(zhuǎn)子的基本構(gòu)成部分，該強(qiáng)化傳熱裝置可以顯著降低管內(nèi)流體的流動阻力、減小磨耗，延長轉(zhuǎn)子的使用壽命，但該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)化傳熱和防垢除垢能力都受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是設(shè)計一種新結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子的葉片頂部設(shè)計成均勻分布的鋸齒形狀，并交替向前和向后彎曲。該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子不僅能產(chǎn)生顯著的整體場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果，還能達(dá)到預(yù)防結(jié)垢，清洗換熱管壁污垢的效果。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采用的技術(shù)方案是:換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，由空心軸和頂部為交替向前和向后彎曲的鋸齒形螺旋葉片構(gòu)成，且鋸齒均勻分布，螺旋葉片位于空心軸表面，其外徑小于換熱管內(nèi)徑，螺旋葉片表面光滑，繞空心軸呈螺旋狀；空心軸為一帶中心孔的圓柱體，連接軸能夠順利穿過空心軸的中心孔，空心軸一端為帶有凸臺的頭部，空心軸另一端為尾部，其為與凸臺同心的凹槽，尺寸能與凸臺配合。當(dāng)傳熱流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子，帶動螺旋葉片轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成三維螺旋型流動狀態(tài)，不僅加劇了流體的湍流強(qiáng)度及邊界層的擾動，還可以及時阻止污垢的沉積，從而達(dá)到了強(qiáng)化傳熱以及自清潔的雙重效果。伴隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，葉片頂部鋸齒會使葉片與葉片之間流體區(qū)域的徑向運動得以加強(qiáng)，增加流體擾動，流體能更有效地沿葉片頂端向四周擴(kuò)散，對管壁附近傳熱流體的層流邊界層產(chǎn)生沖擊，從而破壞傳熱流體的層流邊界層，產(chǎn)生顯著的場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果。螺旋葉片受到流體介質(zhì)的驅(qū)動時，其會改變流體的流動方式，因流動受到橫向壓力作用產(chǎn)生的二次流，提高了流體的湍流度和換熱效率，增加了自清潔能力。此外，流體在運動過程中繞自身軸線產(chǎn)生的渦流減薄邊界層，進(jìn)一步實現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的作用。
[0005]本發(fā)明可以采用導(dǎo)熱材料制作或在轉(zhuǎn)子表面鍍一層導(dǎo)熱材料，換熱管內(nèi)流體運動過程中，中心流體的溫度高于近壁面流體。中心流體通過導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱作用，將熱量傳給近壁面流體，完成熱量交換，加強(qiáng)了強(qiáng)化換熱的效果。
[0006]本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，可首尾相連整串穿裝于連接軸線上，連接軸線為剛性的圓軸；也可以通過限位件分成轉(zhuǎn)子數(shù)量相同或不同的若干組，使轉(zhuǎn)子均勻轉(zhuǎn)動。
[0007]本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，螺旋葉片和空心圓柱是由高分子材料、陶瓷材料、金屬、復(fù)合材料或?qū)岵牧?如石墨稀)制作的。
[0008]所本發(fā)明的有益效果是:1、相比于其他轉(zhuǎn)子，本發(fā)明所涉及的轉(zhuǎn)子在螺旋葉片上部開鋸齒，鋸齒會使葉片與葉片之間流體區(qū)域的徑向運動得以加強(qiáng)，增加流體擾動，流體能更有效的沿葉片頂端向四周擴(kuò)散，對管壁附近傳熱流體的層流邊界層產(chǎn)生沖擊，從而破壞傳熱流體的層流邊界層，產(chǎn)生的場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果明顯。2、在伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，鋸齒對螺旋葉片頂部區(qū)域的擾流效果更加明顯，破壞污垢生成的條件，產(chǎn)生的高速流對管壁沖刷作用顯著，實現(xiàn)防垢除垢的作用。3、流體在流過螺旋葉片鋸齒的運動過程中繞自身軸線產(chǎn)生的渦流，和因流動受到橫向壓力作用產(chǎn)生的二次流，減薄邊界層進(jìn)一步實現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的作用。4、換熱管內(nèi)流體中心溫度高于近壁面溫度，轉(zhuǎn)子可由導(dǎo)熱材料制作，具有導(dǎo)熱作用，將換熱管的中心熱量帶到管壁，有利于傳熱，提高強(qiáng)化換熱的能力。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子局部示意圖。
[0012]圖4是本發(fā)明換熱管內(nèi)穿矩齒螺旋葉片轉(zhuǎn)子安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中，I一螺旋葉片，2—鋸齒，3 —凸臺，4一空心軸，5—限位件，6—換熱管，7—掛件，8—轉(zhuǎn)軸。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明涉及的換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子的一種實施方法，如圖4所示，強(qiáng)化傳熱裝置包括轉(zhuǎn)子、限位件5、換熱管6、掛件7和轉(zhuǎn)軸8，轉(zhuǎn)軸8將若干轉(zhuǎn)子串聯(lián)在一起，多個轉(zhuǎn)子可由限位件5分為幾組轉(zhuǎn)子串，掛件7固定在換熱管6兩端，轉(zhuǎn)軸8的兩端分別固定在掛件7上，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子由兩個螺旋葉片I固定在空心軸4表面上組成的，螺旋葉片I頂部設(shè)置有鋸齒2。兩個相鄰轉(zhuǎn)子中，一個轉(zhuǎn)子的空心軸4頭部的凸臺3與另一個轉(zhuǎn)子空心軸4尾部相結(jié)合從而起到連接和調(diào)整使之同軸的作用。
[0015]本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，如圖1至圖3所示，轉(zhuǎn)子的空心軸4截面形狀為空心圓錐形；圖1為矩齒螺旋兩葉片轉(zhuǎn)子主視圖，轉(zhuǎn)子空心軸4上有兩個螺旋葉片1，兩個螺旋葉片I對稱分布。螺旋葉片I頂部設(shè)置有均勻分布的鋸齒2。圖2為矩齒螺旋兩葉片轉(zhuǎn)子左視圖，螺旋葉片I表面設(shè)置的均勻分布的鋸齒交替向左右彎曲；圖3所示是矩齒兩螺旋葉片轉(zhuǎn)子局部示意圖，螺旋葉片I表面設(shè)置有若干個的均勻分布的鋸齒交替向前和向后彎曲。
[0016]本發(fā)明換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子中，換熱管6內(nèi)的傳熱流體在流動過程中對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向力和轉(zhuǎn)動力矩，螺旋葉片I使流體流向發(fā)生改變，形成擾流，螺旋葉片I在空心軸4周圍呈螺旋狀，流體推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，傳熱流體自身的混流也得到了加強(qiáng)，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱且阻止污垢沉積的目的。傳熱流體流經(jīng)螺旋葉片I頂部鋸齒2會使葉片與葉片之間流體區(qū)域的徑向運動得以加強(qiáng)，增加流體擾動，流體能更有效的沿葉片頂端向四周擴(kuò)散，對管壁附近傳熱流體的層流邊界層產(chǎn)生沖擊，從而破壞傳熱流體的層流邊界層，產(chǎn)生顯著的場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果。并且達(dá)到阻止污垢的形成和沉積的目的。
【主權(quán)項】
1.換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于:由空心軸和頂部為交替向前和向后彎曲的鋸齒形螺旋葉片構(gòu)成，且鋸齒均勻分布，螺旋葉片位于空心軸表面，其外徑小于換熱管內(nèi)徑，螺旋葉片表面光滑，繞空心軸呈螺旋狀；空心軸為一帶中心孔的圓柱體，連接軸能夠順利穿過空心軸的中心孔，空心軸一端為帶有凸臺的頭部，空心軸另一端為尾部，尾部為與凸臺同心的凹槽，尾部尺寸能與凸臺配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，其特征在于:空心軸和螺旋葉片采用導(dǎo)熱材料制作或在轉(zhuǎn)子表面鍍一層導(dǎo)熱材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種換熱管內(nèi)鋸齒形螺旋葉片轉(zhuǎn)子，由空心軸和頂部為交替向前和向后彎曲的鋸齒形螺旋葉片構(gòu)成，且鋸齒均勻分布，螺旋葉片位于空心軸表面，其外徑小于換熱管內(nèi)徑，螺旋葉片表面光滑，繞空心軸呈螺旋狀；空心軸為一帶中心孔的圓柱體，連接軸能夠順利穿過空心軸的中心孔，空心軸一端為帶有凸臺的頭部，空心軸另一端為尾部，其為與凸臺同心的凹槽，尺寸能與凸臺配合。當(dāng)傳熱流體流經(jīng)轉(zhuǎn)子，帶動螺旋葉片轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成三維螺旋型流動狀態(tài)，不僅加劇了流體湍流強(qiáng)度及邊界層的擾動，還可阻止污垢沉積。換熱管內(nèi)流體中心溫度高于近壁面溫度，轉(zhuǎn)子由導(dǎo)熱材料制作，具有導(dǎo)熱作用，將換熱管的心部熱量帶到管壁，有利于傳熱，提高強(qiáng)化換熱的能力。
【IPC分類】F28F13-12, F28G3-00
【公開號】CN104764355
【申請?zhí)枴緾N201510173704
【發(fā)明人】閻華 , 劉鑫, 關(guān)昌峰, 何立臣, 何長江, 丁玉梅, 楊衛(wèi)民
【申請人】北京化工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月14日