[发明专利]换热管内异旋向组合式转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于管壳式换热器、热交换反应器等设备中换热管内强化传热和防污除污的内插元件，特别涉及一种以换热管内部传热流体为动力，实现自清洁强化传热功能的低能耗高效率的异旋向组 合式转子。

背景技术

能源作为我国国民经济发展的重要命脉，其供应紧张和利用效率低同时存在，据调查，我国已成为全球第一能源消耗大国，因此，节能减排对于我国经济可持续发展至关重要。作为一种重要的换热设备，管壳式换热器广泛应用于石油、化工、钢铁、电力等领域，但换热管内壁中普遍存在层积污垢，这些污垢严重降低了换热器的换热能力，而且还会滋生堵塞管道、腐蚀管道等破坏换热器的现象，传统的处理方法是停产清洗，不仅耽搁了工厂的生产进度，还需要支付昂贵的清洗费用。因此，换热器强化换热及清洁技术的开发和推广是非常重要的。近年来出现了许多强化换热及防垢除垢的方法和装置，比较早期的有螺旋线圈和螺旋弹簧，研究发现它们对强化换热和防垢除垢具有一定的作用，之后出现利用流体推动螺旋纽带旋转实现在线自动除垢的方法，有关螺旋纽带的中国专利有：ZL95236063.2，专利名称为“传热管内除垢防垢的清洗装置”；CN1424554，专利名称为“扰流螺旋式强化换热及自动除垢装置”，这些装置主要包括螺旋纽带和固定架，螺旋纽带装置对强化换热及防垢除垢起到一定的作用，但同时也存在以下不足：（1）纽带为一整体，对传热管直接刮擦，损伤换热管内壁；（2）流体流动时推动纽带转动需要较大的驱动力矩，消耗更多的流体动能；（3）单端固定用的轴承的使用寿命短；（4）纽带产生的场协同强化传热效果不显著。后来出现了强化换热及防垢除垢转子式结构，相关专利有：ZL200520127121.9，专利名称为“转子式自清洁强化传热装置”；ZL201110050891.8，专利名称为“换热管内径向阶梯型转子”，该装置主要由固定架、转子、柔性轴和支撑管构成，两固定架分别固定在换热管的两端；支撑架设在转子与固定架之间，柔性轴穿过转子的中心孔和支撑管固定在两固定架上。在管内流体作用下，转子绕柔性轴转动，转子叶片对管壁产生轻微的刮擦，起到防垢除垢的作用，另外，转子转动，对管内流体进行扰动，增强流体湍流程度，进而起到强化换热的作用。以上所述转子均为单旋向单一转子，转动方向单一，对流体的扰动程度有限，转子的强化传热和防垢除垢能力受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的是设计一种新结构的转子，该转子由剪切转子和扰流转子组合而成，且剪切转子与扰流转子旋向相反，该结构转子在提高换热管换热性能的同时也具有防垢除垢的作用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：换热管内异旋向组合式转子，由剪切转子和扰流转子组成，剪切转子和扰流转子旋向相反，剪切转子由剪切转子空心轴和剪切叶片组成，剪切叶片位于剪切转子空心轴的表面, 剪切叶片只有一部分与剪切转子空心轴表面接触，剪切叶片长度大于剪切转子空心轴长度，剪切叶片外径小于换热管内径，剪切叶片表面光滑，剪切叶片绕剪切转子空心轴呈螺旋状，剪切叶片迎水侧棱边进行倒斜角或倒圆角。扰流转子是由扰流转子空心轴和扰流叶片组成，扰流叶片位于扰流转子空心轴表面，扰流叶片半径小于剪切叶片剪切部分距离轴心线的最小距离，扰流叶片表面光滑，扰流叶片绕扰流转子空心轴呈螺旋状，旋向与剪切叶片相反，扰流叶片迎水侧棱边进行倒斜角或倒圆角。剪切转子空心轴和扰流转子空心轴两端设置有同轴结构，扰流转子空心轴头部的扰流转子球窝凸台与剪切转子空心轴尾部的剪切转子球窝凹台相结合，剪切转子空心轴头部的剪切转子球窝凸台与扰流转子空心轴尾部的扰流转子球窝凹台相结合，穿装于中心轴线上。为便于转子之间互不干扰转动，扰流转子在轴线方向上被剪切转子完全包围。换热管内传热流体流动时会对异旋向组合式转子产生轴向力，叶片阻碍流体流动从而使流体流向发生改变，形成混流，在流体推动作用下，整个转子转动，由于剪切转子和扰流转子具有相反旋向，因此剪切转子和扰流转子的旋转方向相反，剪切转子旋转，起到一定扰流作用，主要是破坏流体边界层，减薄边界层厚度，同时对换热管内壁有轻微的刮擦作用，以实现防垢除垢的目的；扰流转子主要对中心流体进行扰动，增强中心流体的切向流动和湍动程度；由于剪切转子和扰流转子的旋向不同，旋转方向相反，边界层流体和中心流体受到方向相反的转子反作用力，加强边界层流体和中心流体的剪切流动，同时，促进边界层流体与中心流体的径向流动，达到强化换热效果。通过改变剪切叶片沿剪切转子空心轴的导程、轴向长度、外径大小以及扰流叶片沿扰流转子空心轴的螺旋角、轴向长度、外径大小来改变流体对转子的旋转力矩，并使转子在换热管内旋转顺畅。