[发明专利]换热管内开槽螺旋卷边转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于管壳式换热器节能技术的内插件装置，特别涉及一种具有自清洁与强化换热功能的低能耗、高效率、使用寿命长的开槽螺旋卷边转子。

背景技术

在我国能源消耗70%为工业消耗，这些行业所消耗的能源绝大部分是热能，基本上要通过热交换过程来实现。电厂汽轮机的凝汽器、烧碱和纯碱生产装置中的蒸发器、乙烯裂解炉等典型的换热设备普遍存在着能耗高，换热效率低，容易积污结垢，清洗频繁，清洗废液排放量大的问题。国家“节能减排”的方针有力地促进了管壳式换热器节能技术的发展。管壳式换热器内壁中普遍存在层积污垢，导致流体在管道中输送阻力增加，严重时会堵塞管道，同时传热性能大为下降；换热管内污垢会严重降低传热效率,引起重大能源浪费，与此同时污垢一般具有腐蚀性，管壁会因此腐蚀，如果流体泄露会造成重大安全隐患，因此传统的处理办法就是被迫采取停产清洗，这样不仅耽搁了工厂的生产进度，同时还需要支付昂贵的清洗费用；为了更好地解决这些问题，人们一直研究采用不停产的在线自动强化传热和除垢防垢的各种办法和装置。而内插件作为一种典型的管程强化传热手段，也受到了人们的关注，中国专利申请号201110050891. 8，发明名称为“换热管内径向阶梯型转子”，该装置是由转子、支撑架和连接轴线构成，支撑架固定在传热管两端，连接轴线的两端分别固定在支撑架上，多个转子穿装在连接轴线上，转子是由空心轴和叶片构成，叶片呈阶梯状，每个叶片与空心轴成同样的倾斜状，相邻叶片首尾相接，流体通过性能好，但该结构对流体阻力偏大，起转流速过高，转子轴向力叠加对挂件及轴线的作用力较大，转轴寿命会降低，以上叙述的转子叶片的排列是均匀分布在空心轴上的，为了便于转子的安装，转子的外径表面与换热管内径表面有较大的距离，这样转子的强化传热和防垢除垢能力受到了一定的限制。另外，转子在转动过程中会产生晃动，其叶片顶端就会与换热管内壁产生刮擦，也会降低其使用寿命，因此转子在换热管内应该具有较好的对中作用，以降低其与换热管内壁的刮擦作用，延长其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是设计一种新结构的转子，该转子的叶片表面设置了导流槽结构，该结构转子在提高换热管传热性能的同时还具有防垢除垢的作用。并且该转子叶片的顶端设置有卷边结构，使得该转子在管内转动过程中具有很好的对中性，延长转子的使用寿命。

为实现上述目的采用的技术方案是：换热管内开槽螺旋卷边转子，由空心轴和叶片构成，空心轴为管状结构，空心轴内径大于转轴外径，叶片位于空心轴外表面，叶片外径小于换热管内径，叶片表面光滑且绕空心轴呈螺旋状，转子叶片分为开槽叶片和卷边叶片两种。开槽叶片的迎水面在沿空心轴径向设置有导流槽结构，开槽叶片径向厚度由大变小，背水面无导流槽结构，以减少流体流经转子时的压力损失。导流槽距叶片根部有一定距离，以保证叶片具有足够的强度和刚度。开槽叶片最先与流体接触的棱边进行倒斜角或倒圆角，空心轴远离进水端沿圆周方向均匀地开有与所述空心轴内孔相通的孔，通过改变开槽卷边叶片沿空心轴轴向的螺旋角、轴向长度、径向高度、卷边结构的卷曲程度和轴向长度、导流槽与叶片根部的距离以及导流槽沿空心轴轴向的长度来改变流体对转子的旋转力矩，开槽叶片和卷边叶片在空心轴上的组合固定方式要便于转子在换热管内的安装。传热流体流过开槽叶片时，会对转子产生轴向力，开槽叶片阻碍传热流体流动从而使流体流向发生改变，形成混流。开槽叶片在转动过程中，会使传热流体沿导流槽表面产生离心运动并甩向换热管管壁，不仅增强了传热流体的径向流动，同时对管壁附近传热流体的边界层产生冲击，从而破坏传热流体的边界层，达到强化传热且阻止污垢的形成和沉积的目的。卷边叶片的顶端设置有卷边结构，该转子依靠卷边叶片的自悬浮机理在流体中旋转时能够起到良好的自对中作用，以降低叶片顶端与换热管内壁的刮擦作用，延长其使用寿命，由于卷边产生的圆弧，卷边叶片形成的最大转动半径可以与换热管内径的半径很接近，尽管二者间隙很小，但对管壁的刮擦作用不大，防垢和除垢效果更好，同时，卷边叶片能够显著改变流体流动方向，产生涡流，增大流体的湍动程度，进一步实现防垢除垢和强化传热的目的。

本发明换热管内开槽螺旋卷边转子，沿空心轴圆周方向均匀分布的叶片个数为两个、三个或多个。

本发明换热管内开槽螺旋卷边转子，开槽叶片迎水面表面的导流槽个数为一个、两个或多个。

本发明换热管内开槽螺旋卷边转子，卷边结构对称设置在每个卷边叶片的顶端，由光滑曲面进行过渡连接。

本发明换热管内开槽螺旋卷边转子，叶片横截面形状为梯形、正方形或其他形状。