專利名稱：換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于管殼式換熱器、熱交換反應器等設備中換熱管內(nèi)強化 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)插元件為轉子的結構。
背景技術：
21世紀節(jié)能減排是一項全世界都非常重視的關鍵技術，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域都要應用到許多的換熱器，其中應用最為廣泛 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，導致流體在管道中輸送阻 力增加，嚴重時會堵塞管道，同時傳熱性能大為下降；換熱管內(nèi)污垢會嚴重降低傳熱效率而 引起重大能源浪費，與此同時污垢一般具有腐蝕性，管壁會因此腐蝕，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 度，同時還需要支付昂貴的清洗費用；為了更好地解決這些問題，人們一直研究采用不停產(chǎn) 的在線自動強化傳熱和除垢防垢的各種辦法和裝置。近年來出現(xiàn)了許多防垢除垢方法和 裝置，其中之一利用流體推動螺旋紐帶旋轉能實現(xiàn)在線自動除垢的方法，螺旋紐帶中國專 利號為ZL95236063. 2，名稱為“傳熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”的實用新型創(chuàng)造，該實用 新型創(chuàng)造的技術方案由換熱管內(nèi)裝有與換熱管大體相等長度的紐帶構成，扭曲帶的徑向尺 寸小于換熱管的內(nèi)徑，在換熱管進液口處設置有軸向固定架，其中間部位有進液槽，軸向固 定架的頭部有一個軸孔，其內(nèi)裝有銷軸，銷軸尾部并與紐帶相連接；實用新型名稱為“雙擾 流螺旋式強化換熱及自動除垢裝置”，中國專利申請公開號為CN1424554，該裝置用作強化 傳熱及其自動除垢，包括有螺旋紐帶、固定架，螺旋紐帶設置在螺旋管內(nèi)，利用通過換熱管 內(nèi)流體流動帶動螺旋紐帶轉動。由于螺旋紐帶為一條整帶，換熱管在經(jīng)過加工安裝后不夠 順直，螺旋紐帶與換熱管內(nèi)壁之間會產(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，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，對傳熱管 直接刮擦，損傷換熱管內(nèi)壁；(2)流體流動時推動紐帶轉動需要較大的驅動力矩，消耗更多 的流體動能；(3)單端固定用的軸承的使用壽命短；(4)紐帶產(chǎn)生的場協(xié)同強化傳熱效果不 顯著。之后中國專利號為ZL200520127121.9，公開了實用新型名稱為“轉子式自清潔強化 傳熱裝置”的專利申請，此裝置是由固定架、轉子、柔性軸和支撐管構成，兩固定架分別固定 在換熱管的兩端；轉子的外表有螺旋棱，轉子上有中心孔；支撐架設在轉子與固定架之間， 柔性軸穿過轉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防垢除垢、 和強化傳熱的功能，流體在傳熱管內(nèi)順流或者逆流的情況下，均有防垢除垢和強化傳熱的 作用。但是缺點是在一定流體通過時，轉子的旋轉速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，在 螺棱導程越小時轉子的旋轉速度快，同時對流體的阻力隨之增加，轉子直接連接為摩擦連 接，由于力的傳遞最終將轉子的扭矩傳遞給限位件，轉軸會轉動，壽命降低；中國專利申請 號200620172805. 5，實用新型名稱為“傳熱管內(nèi)自清潔強化傳熱的低流阻轉子”，該裝置是 由轉子、支撐架和連接軸線構成，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，多個轉子穿裝在連接軸線上，轉子是由空心軸和葉片構成，每個葉片與空心軸成同 樣的傾斜狀，相鄰葉片首尾相接，該結構對流體阻力減小，流體通過性能好，但其轉動速度 較高，空心軸之間端部之間摩擦連接，所有轉子將積累的扭矩傳遞給限位件，轉軸壽命會降 低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設計一種轉子的空心軸之間減小摩擦的連接結構，利用流體 把轉子端面隔開，在保持自清潔強化傳熱性能的同時，在空心軸徑向和軸向上減小摩擦力， 各個轉子不同步轉動，可以加大湍流程度，轉子之間扭矩的累積小，將摩擦消耗的流體動能 化轉為轉子的動能，提高湍流程度，增強強化傳熱和防污除污的本實用新型為解決上述問題采用的技術方案是換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構， 它包括有空心軸、葉片、外凸臺、凹臺、內(nèi)凸臺、凹臺螺旋槽和內(nèi)凸臺螺旋槽，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)徑大于轉軸的外徑，以利于轉軸穿過；空心軸 兩端有同軸結構，兩個相鄰轉子其中一個的空心軸的尾部與另一個的空心軸的頭部配合， 外凸臺為空心軸的尾部，凹臺和內(nèi)凸臺為空心軸的頭部，凹臺內(nèi)徑大于外凸臺外徑，易于安 裝配合和減少兩表面的摩擦，凹臺上加工有與轉子旋轉方向相同的螺紋槽，內(nèi)凸臺上加工 有與轉子旋轉方向相反的螺紋槽，轉子轉動時，流體沿凹臺和外凸臺的縫隙流入到凹臺螺 旋槽中，外凸臺和凹臺由于流體受到擠壓產(chǎn)生的流體膜在徑向上隔開，減少摩擦，流體流經(jīng) 內(nèi)凸臺和外凸臺軸向端面之間流入到空心軸和轉軸之間的縫隙中，凹臺和內(nèi)凸臺上經(jīng)過不 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。在凹臺靠近外端面處加工有進液槽，大量流體可以經(jīng)過進液槽進入外凸臺和凹臺 之間的縫隙中，更多流體經(jīng)過凹臺和外凸臺之間縫隙中，再流入凹臺螺旋槽中，最后經(jīng)外凸 臺和內(nèi)凸臺軸向縫隙流出，進一步減小外凸臺和凹臺徑向上的摩擦力，以及減小外凸臺和 內(nèi)凸臺在軸向上的摩擦力?？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) 過排液孔流出，轉子旋轉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、內(nèi)凸臺和凹臺的配合面結構可以是球狀，還可以是圓錐狀。本實用新型的有益效果是1、凹臺內(nèi)徑大于外凸臺外徑，同時在在凹臺端面上開 有斜向的進液槽，加大流體流入到外凸臺與凹臺之間流入量，轉子轉動帶動流體沿螺旋槽 流動，形成流體膜，把外凸臺和凹臺之間徑向隔開，在徑向上減小空心軸之間的摩擦，同時 流體經(jīng)過外凸臺和內(nèi)凸臺之間的軸向端面間隙而流出，在軸向上減小了轉子之間的摩擦， 各轉子可以作自由轉動，這樣加大了流體的湍流程度，轉子之間減小扭矩的累積，原來的摩 擦消耗轉化為轉子的動能，節(jié)約能源，提高湍流程度；2、內(nèi)凸臺上的螺紋槽旋向與外凹臺上 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，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)凸臺和外凸臺端面間隙流入到空心軸和轉軸之間的間 隙中，在內(nèi)凸臺與外凸臺端面與上產(chǎn)生流體膜，將兩端面隔開，使得空心軸軸向之間摩擦減 小，不會將轉子的扭矩相互傳遞，減小了轉子對限位件的作用力，延長了轉軸的壽命；4、在 空心軸上有排液孔，大量流體經(jīng)過排液孔沿垂直于徑向方向排出，增強了流體的湍流程度， 提高了強化傳熱和防垢除垢的效果，同時有利于流體進入到轉子內(nèi)徑和轉軸外徑之間的空隙，提高耐磨性能。本實用新型連接結構的轉子安裝在換熱管內(nèi)，根據(jù)具體轉子轉速要求、空心軸長 度等，來具體決定連接結構，用轉軸將數(shù)個轉子串聯(lián)在一起，穿在換熱管內(nèi)，然后利用掛件 對轉軸的兩端進行軸向固定，當流體流過葉片時，對轉子有垂直于徑向的切向力，使轉子繞 轉軸旋轉，對換熱管內(nèi)壁污垢可進行清除；同時轉子之間摩擦力減小，節(jié)約能源，轉子之間 也沒有扭矩的傳遞，各個轉子不同步轉動，流體產(chǎn)生更為強烈的有利于強化傳熱的湍流，空 心軸有排液孔進一步加大流體的湍流程度。

圖1是本實用新型換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構示意圖。圖2是圖1轉子頭部結構放大示意圖。圖3是本實用新型換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構具有進液槽和排液孔的轉子示 意圖。圖4是圖3轉子頭部結構放大示意圖。圖5是圖3排液孔結構放大示意圖。圖6是本實用新型換熱管內(nèi)自轉式轉子連接中的轉子安裝示意圖。圖中，1-空心軸、2-進液槽、3-外凸臺、4-凹臺、5-凹臺螺旋槽、6-內(nèi)凸臺、7-葉 片、8-內(nèi)凸臺螺旋槽、9-排液孔、10-轉軸、11-換熱管、12-連接部位、13-掛件。
具體實施方式
如圖6所示，本實用新型換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構一種實施例，傳熱裝置中 包括有轉子、轉軸10、換熱管11和掛件13，掛件13固定在換熱管11兩端，轉軸10的兩端 分別固定在掛件13上，數(shù)個轉子穿裝在兩個掛件13之間的轉軸10上。如圖1至圖5所示，轉子包括空心軸1、外凸臺3、凹臺4、凹臺螺旋槽5、內(nèi)凸臺6、 內(nèi)凸臺螺旋槽8，空心軸1的頭部包括凹臺4和內(nèi)凸臺6，空心軸1的尾部為外凸臺3，凹臺 4內(nèi)徑大于外凸臺3外徑，易于安裝配合和減少兩表面的摩擦，凹臺4上加工有與轉子旋轉 方向相同的凹臺螺旋槽5，內(nèi)凸臺6上加工與轉子旋轉方向相反的螺紋槽，轉子轉動時，流 體沿外凸臺3和凹臺4縫隙流入，流經(jīng)凹臺螺旋槽5，徑向上由于流體受到擠壓而隔開，減 少摩擦，流體流經(jīng)內(nèi)凸臺6和外凸臺3軸向端面之間流入到空心軸1和轉軸10之間的縫隙 中，流體流經(jīng)凹臺螺旋槽5和內(nèi)凸臺螺旋槽8上產(chǎn)生不同旋向流動而相遇，增加流體湍流程 度，減少污垢的積累。在凹臺4外端面加工有進液槽2，加大進入外凸臺3和凹臺4之間的縫隙中的流體 流量，更多流體經(jīng)過凹臺螺旋槽5以及外凸臺3和內(nèi)凸臺6軸向之間縫隙中，減小外凸臺3 和凹臺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，減小棱邊對流體流動的阻礙作用，大量流體經(jīng)過排液孔 9流出，轉子旋轉把流體從排液孔9中沿垂直于徑向方向排出，增大流體的湍流程度。外凸臺3、內(nèi)凸臺6和凹臺4的配合面的結構可以是球狀，還可以是圓錐狀。本實施例中轉子的空心軸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行倒圓角。 本實用新型換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構使傳熱裝置在保持自清潔強化傳熱性 能的同時，減小了空心軸1徑向和軸向上的摩擦力，提高各個轉子不同步轉動的能力，加大 流體湍流程度，轉子之間減小了扭矩的累積，轉子整體上對轉軸的扭矩減?。煌瑫r將空心軸 1直接接觸的摩擦消耗轉化為轉子的動能，更好地利用流體動能，提高流體湍流程度，同時 空心軸上還有排液孔，可以將旋轉的流體沿垂直于徑向方向排出去，加大流體的湍流程度， 增強強化傳熱和防污除污的效果。
權利要求換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，它包括有空心軸、葉片、外凸臺、凹臺、內(nèi)凸臺、外凸臺螺旋槽和內(nèi)凸臺螺旋槽，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構，兩個相鄰轉子其中一個的空心軸的尾部與另一個的空心軸的頭部配合，其特征在于外凸臺為空心軸的尾部，凹臺和內(nèi)凸臺為空心軸的頭部，凹臺內(nèi)徑大于外凸臺外徑，凹臺上加工有與轉子旋轉方向相同的螺紋槽，內(nèi)凸臺上加工有與轉子旋轉方向相反的螺紋槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，其特征在于凹臺靠近外端 面處有進液槽。
3.根據(jù)權利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，其特征在于空心軸中間有 排液孔。
4.根據(jù)權利要求3所述的換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，其特征在于排液孔的形狀 是方形、圓形或多邊形。
5.根據(jù)權利要求1所述的換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，其特征在于外凸臺、內(nèi)凸臺 和凹臺的配合面結構是球狀或圓錐狀。
專利摘要本實用新型涉及的是換熱管內(nèi)自轉式轉子連接結構，它包括有空心軸、排液孔、外凸臺、凹臺、內(nèi)凸臺和螺旋槽，所述外凸臺為空心軸的尾部，所述凹臺和內(nèi)凸臺為空心軸的頭部，所述凹臺與內(nèi)凸臺上加工有旋向相反的螺紋槽，凹臺內(nèi)徑大于外凸臺外徑；本實用新型中，流體介質流過外凸臺和凹臺縫隙流入，經(jīng)過凹臺螺旋槽，最后經(jīng)外凸臺和內(nèi)凸臺軸向端面縫隙流入到空心軸和轉軸之間的縫隙中，減小轉子空心軸連接處徑向和軸向上的摩擦，加大單個轉子自由轉動的能力，加強了流體湍流程度，提高了轉子強化傳熱和防垢除垢的能力。
文檔編號F28G3/00GK201628513SQ20092029315
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 關昌峰, 戴長軍, 楊衛(wèi)民, 童義, 范永釗, 趙本華, 閻華 , 韓崇剛 申請人:北京化工大學