專利名稱：換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的制作方法
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)插元件的輔助元件。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，當(dāng)今社會(huì)節(jié)能減排是一項(xiàng)全世界都非常重視的關(guān)鍵技術(shù)， 尤其是在石油、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，但在這些換熱器的換熱管中內(nèi)壁普 遍存在層積污垢現(xiàn)象，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，進(jìn)而泄露流體造成重大安全事故，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； 為了更好地解決這個(gè)問題，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。中國(guó)專利號(hào)為ZL200520127121.9，公開了名稱為“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；支撐管設(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。該裝置具有在線自動(dòng)防垢除垢和強(qiáng)化傳 熱的功能，流體在換熱管內(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)是在一定流體通過時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，螺旋升角越小， 即是在螺棱導(dǎo)程小時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度越快，同時(shí)對(duì)流體的阻力隨之增加；為解決此問題，中 國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00620172805. 5，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、掛件和連接軸線構(gòu)成，掛件是固定在傳熱管兩端，連接軸線的兩端分別固定在掛 件上，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。這種新型的節(jié)能減排產(chǎn)品，經(jīng)過工業(yè)檢驗(yàn)和應(yīng)用，達(dá)到了較 好的強(qiáng)化傳熱和防垢除垢效果。但是由于換熱管一般較長(zhǎng)，固定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸在換熱管內(nèi)中 間的部位不能保證很好的居中，會(huì)有一點(diǎn)擺動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)軸在使用中會(huì)提 前磨斷，使強(qiáng)化傳熱裝置失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新結(jié)構(gòu)用于支撐換熱管內(nèi)強(qiáng)化傳熱及在線自動(dòng)除垢防 垢裝置的轉(zhuǎn)軸，該換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架能保證轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子的居中，盡量減小轉(zhuǎn)軸的 擺動(dòng)，最大程度延長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸的壽命，減少轉(zhuǎn)子與換熱管內(nèi)壁的摩擦，節(jié)省轉(zhuǎn)子的能量消耗。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，它是由 空心軸、左葉片和右葉片三個(gè)部分組成的，空心軸內(nèi)徑略大于轉(zhuǎn)軸的外徑，以便于轉(zhuǎn)軸在空 心軸內(nèi)孔中順利穿過，空心軸的內(nèi)徑與外徑形成的厚度使支撐架有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿 足支撐要求，空心軸外徑與換熱管內(nèi)徑為同心圓，左葉片和右葉片是固定在空心軸上的凸棱結(jié)構(gòu)，以空心軸內(nèi)徑中心為圓心、空心軸內(nèi)徑中心至凸棱結(jié)構(gòu)的外緣為半徑所得的圓柱 直徑等于換熱管的內(nèi)徑，保證支撐架的中心與換熱管的中心重合，轉(zhuǎn)軸穿過支撐軸的空心 軸內(nèi)孔，轉(zhuǎn)軸始終位于換熱管的中心處，左葉片、右葉片相對(duì)于一個(gè)過空心軸軸線的中心平 面為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左葉片、右葉片外緣各點(diǎn)與空心軸中心線形成的平面相對(duì)于該中心平面的 夾角為銳角，左葉片和右葉片位于水平平面的下側(cè)，使得支承架在換熱管內(nèi)沿徑向可以有 一定距離的移動(dòng)間隙，方便其在換熱管內(nèi)移動(dòng)，便于使用前的安裝。左葉片和右葉片可以是 平行于轉(zhuǎn)軸的凸棱，也可以是旋向相反的凸棱，流體介質(zhì)流過左葉片、右葉片時(shí)，會(huì)由層流 變?yōu)橥牧?，流體介質(zhì)的湍流程度加大，利于強(qiáng)化傳熱和防垢除垢。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，在空心軸所述的中心平面處增設(shè)中間葉片， 以增加左葉片和右葉片支撐的穩(wěn)定性，對(duì)于水平安裝的換熱管，該結(jié)構(gòu)的支撐架在重力作 用下，使轉(zhuǎn)軸在換熱管內(nèi)擺動(dòng)減小，降低轉(zhuǎn)軸的磨損。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，左葉片的數(shù)量與右葉片的數(shù)量相等，左葉片 或右葉片的個(gè)數(shù)是一個(gè)或多個(gè)。換熱管內(nèi)介質(zhì)流速過高時(shí)，支撐架受到的沖擊作用加劇，增 加左葉片和右葉片的數(shù)量，可以增加支撐架的穩(wěn)定性。同時(shí)多個(gè)不同旋向的左葉片、右葉片 會(huì)加大流體介質(zhì)的湍流程度，提高強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的效果。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，左葉片或右葉片是分段結(jié)構(gòu)，支撐架較長(zhǎng)時(shí)， 可以減少材料消耗，降低成本，帶有中間葉片的支撐架，中間葉片也可以是分段結(jié)構(gòu)。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，左葉片、右葉片、中間葉片的迎水面制作成流 線型的，減小對(duì)流體介質(zhì)的阻力，有利于流體介質(zhì)中的雜質(zhì)通過。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，支撐架的材料可以是塑料、陶瓷、金屬或者其 他的復(fù)合材料，材料的密度最好是大于換熱管內(nèi)流體介質(zhì)的密度，在重力作用下，左葉片和 右葉片位于換熱管的下部。本發(fā)明涉及的換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其同側(cè)葉片的旋向，軸向長(zhǎng)度、螺旋升 角等參數(shù)，可以根據(jù)換熱管內(nèi)徑、換熱管內(nèi)的流體介質(zhì)的流速和流體介質(zhì)的溫度等工作條 件以及制造加工成本等來確定。本發(fā)明用的有益效果是1、換熱管自動(dòng)居中式支撐架利用自身平衡結(jié)構(gòu)和重力作 用，保證轉(zhuǎn)軸處于換熱管內(nèi)居中位置，同時(shí)穿在轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子也處于換熱管居中位置，轉(zhuǎn)軸 不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，減少了波動(dòng)，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)軸的壽命；2、換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的左葉片、 右葉片布置在空心軸中間平面的一側(cè)，換熱管稍有變形或換熱管尺寸偏差大時(shí)，支撐架仍 能夠順利地穿入換熱管內(nèi)，有利于支撐架的安裝；3、在換熱管內(nèi)安裝支撐架，可保證轉(zhuǎn)子處 于換熱管內(nèi)中間的位置，減少了轉(zhuǎn)子與換熱管內(nèi)壁之間的摩擦；4、支撐架的左葉片、右葉片 結(jié)構(gòu)有一定的旋向，可以加大流體的湍流程度，有強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的效果。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架安裝在換熱管內(nèi)，根據(jù)具體的換熱管長(zhǎng)度和轉(zhuǎn) 子的數(shù)量，確定支撐架的數(shù)量和安裝位置，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，支撐架安裝在轉(zhuǎn)子的中間，并用限位件對(duì)其軸 向限位。流體流過支撐架時(shí)，由于支撐架的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即流體作用在左葉片、右葉片產(chǎn)生的 垂直于徑向的切向力是相互抵消。轉(zhuǎn)軸在支撐架的支撐下，處于換熱管內(nèi)中心位置，不會(huì)發(fā) 生偏轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)了壽命；轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)軸的支撐下處于換熱管的居中位置，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，不會(huì)與換熱 管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，減少流體能量的消耗。支撐架的左葉片和右葉片有旋向，加大了流體的湍流度，具有強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的效果。


圖1是本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖，支撐架有左葉片、右葉 片和空心軸。圖2是圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1所示的本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，支撐架有左葉 片、中間葉片、右葉片和空心軸。圖5圖4的左視圖。圖6是本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，支撐架有左葉片 一、左葉片二、中間葉片、右葉片一、右葉片二和空心軸。
圖7圖6的三維示意圖。圖8是本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架應(yīng)用的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-左葉片、1-1-左葉片一、1-2-左葉片二、2-中間葉片、3-右葉片、3-1-右 葉片一、3-2-右葉片二、4-空心軸、5-掛件、6-轉(zhuǎn)軸、7-轉(zhuǎn)子、8-換熱管、9-限位件、10-中 心平面、11-水平平面。
具體實(shí)施例方式圖8所示為本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例子，圖中強(qiáng)化傳 熱與在線自動(dòng)防垢除垢裝置包括本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架、掛件5、轉(zhuǎn)軸6、轉(zhuǎn)子 7、換熱管8和限位件9，所述的支撐架是穿裝在轉(zhuǎn)軸6上，位于轉(zhuǎn)子7中間，數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)子7穿 裝在兩個(gè)掛件5間的轉(zhuǎn)軸6上，所述掛件5固定在換熱管8兩端，所述轉(zhuǎn)軸6的兩端分別固 定在掛件5上，所述的支撐架是由左葉片1、中間葉片2和右葉片3固定在空心軸4上組成 的。圖1至圖7所示是本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架的幾種結(jié)構(gòu)形式，所述支撐 架的空心軸1截面形狀為空心圓柱形，圖1至圖3中，所述的支撐架結(jié)構(gòu)是兩葉式支撐架， 空心軸2表面上的左葉片1和葉片3位置分布是關(guān)于中心平面10對(duì)稱的，并位于圖示水平 平面11的下方，左葉片為左旋凸棱，右葉片為右旋凸棱；圖4和圖5是三葉式支撐架結(jié)構(gòu)示 意圖，在圖1所示的支撐架的基礎(chǔ)上增設(shè)的中間葉片2的中間平面穿過中心平面10，中間葉 片2的壁厚關(guān)于中心平面10對(duì)稱，左葉片1、中間葉片2、右葉片3都位于水平平面11的下 方；圖6和圖7是五葉片組合式結(jié)構(gòu)的支撐架，左葉片1和右葉片3各為兩個(gè)，每個(gè)葉片只 保留了一半的凸棱，一個(gè)葉片保留了前段，另一個(gè)保留了后段，這種結(jié)構(gòu)的支撐架，既保證 了支撐的穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)省制作支撐架的材料，左葉片一 1-1和右葉片一 3-1、左葉片二 1-2 和右葉片二 3-2是關(guān)于中心平面10對(duì)稱，左葉片一 1-1、右葉片一 3-1、中間葉片2、左葉片 二 1-2及右葉片二 3-2都位于水平平面11的下方。本發(fā)明中，換熱管8內(nèi)流體介質(zhì)通過推動(dòng)支撐架左葉片1和右葉片3，在不同旋向 葉片產(chǎn)生的垂直于徑向的切向力會(huì)相互抵消，中間葉片2螺旋角度為零，支撐架會(huì)由于重 力作用而處于換熱管8內(nèi)部中間位置。支撐架的數(shù)量是根據(jù)換熱管8長(zhǎng)度、流體介質(zhì)的速度和流體介質(zhì)的壓力等實(shí)際工作條件所決定的，安裝在換熱管8中間的支撐架可以是一個(gè)或者是多個(gè)。流體介質(zhì)在不同旋向葉片上會(huì)產(chǎn)生不同的旋向，流體的湍流程度增強(qiáng)，具有強(qiáng) 化傳熱和防垢除垢的作用；轉(zhuǎn)軸6處于換熱管8中間軸心線位置，擺動(dòng)程度減小，在疲勞強(qiáng) 度一定情況下，轉(zhuǎn)軸的壽命延長(zhǎng) ’轉(zhuǎn)子7穿裝在轉(zhuǎn)軸6上，處于換熱管8內(nèi)居中位置，支撐架 的存在使轉(zhuǎn)子7在流體介質(zhì)作用下產(chǎn)生波動(dòng)與換熱管8內(nèi)壁摩擦的程度減弱，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)子 7的壽命，減少了不必要的摩擦能量消耗。
權(quán)利要求
換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，它是由空心軸、左葉片和右葉片三個(gè)部分組成的，空心軸內(nèi)徑略大于轉(zhuǎn)軸的外徑，空心軸外徑與換熱管內(nèi)徑為同心圓，左葉片和右葉片是固定在空心軸上的凸棱結(jié)構(gòu)，其特征在于以空心軸內(nèi)徑中心為圓心、空心軸內(nèi)徑中心至凸棱結(jié)構(gòu)的外緣為半徑所得的圓柱直徑等于換熱管的內(nèi)徑，左葉片、右葉片相對(duì)于一個(gè)過空心軸軸線的中心平面為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左葉片、右葉片外緣各點(diǎn)與空心軸中心線形成的平面相對(duì)于所述的中心平面的夾角為銳角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于在空心軸所述的 中心平面處增設(shè)中間葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于左葉片的數(shù)量與 右葉片的的數(shù)量相等，左葉片或右葉片的個(gè)數(shù)是一個(gè)或多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于左葉片或右葉片是 分段結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于中間葉片是分段結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于左葉片、右葉片的迎 水面制作成流線型。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于左葉片、右葉片、中 間葉片的迎水面制作成流線型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，其特征在于支撐架的材料是 塑料、陶瓷、金屬或者復(fù)合材料，材料的密度大于或等于換熱管內(nèi)流體介質(zhì)的密度。
全文摘要
本發(fā)明提供了換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架，它由空心軸、左葉片和右葉片組成，空心軸內(nèi)徑略大于轉(zhuǎn)軸的外徑，空心軸外徑與換熱管內(nèi)徑為同心圓，左葉片和右葉片是固定在空心軸上的凸棱結(jié)構(gòu)，以空心軸內(nèi)徑中心為圓心、空心軸內(nèi)徑中心至凸棱結(jié)構(gòu)的外緣為半徑所得的圓柱直徑等于換熱管的內(nèi)徑，左葉片、右葉片相對(duì)于一個(gè)過空心軸的中心平面為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左葉片、右葉片外緣各點(diǎn)與空心軸中心線形成的平面相對(duì)于中心平面的夾角為銳角。本發(fā)明換熱管內(nèi)自動(dòng)居中式支撐架安裝在換熱器的換熱管內(nèi)，使轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)子處于換熱管內(nèi)居中位置，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，偏轉(zhuǎn)程度降低，減少摩擦消耗；支撐架的左葉片和右葉片有旋向，還加大了流體的湍流度，具有強(qiáng)化傳熱和防垢除垢的效果。
文檔編號(hào)F28F13/12GK101832733SQ20101018409
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 楊衛(wèi)民, 趙本華, 閻華 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)