CN101832733A

CN101832733A - 换热管内自动居中式支撑架

Info

Publication number: CN101832733A
Application number: CN 201010184091
Authority: CN
Inventors: 丁玉梅; 赵本华; 阎华�; 何雪涛; 杨卫民
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: CN101832733B

Abstract

本发明提供了换热管内自动居中式支撑架，它由空心轴、左叶片和右叶片组成，空心轴内径略大于转轴的外径，空心轴外径与换热管内径为同心圆，左叶片和右叶片是固定在空心轴上的凸棱结构，以空心轴内径中心为圆心、空心轴内径中心至凸棱结构的外缘为半径所得的圆柱直径等于换热管的内径，左叶片、右叶片相对于一个过空心轴的中心平面为对称结构，左叶片、右叶片外缘各点与空心轴中心线形成的平面相对于中心平面的夹角为锐角。本发明换热管内自动居中式支撑架安装在换热器的换热管内，使转轴及转子处于换热管内居中位置，转动平稳，偏转程度降低，减少摩擦消耗；支撑架的左叶片和右叶片有旋向，还加大了流体的湍流度，具有强化传热和防垢除垢的效果。

Description

换热管内自动居中式支撑架

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的辅助元件。

背景技术

随着社会的不断进步，当今社会节能减排是一项全世界都非常重视的关键技术，尤其是在石油、化工、火电、核电、冶金、轻工、航空器件和船舶车辆等众多领域都要应用到许多的换热器，其中应用最为广泛的是管壳式换热器，但在这些换热器的换热管中内壁普遍存在层积污垢现象，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而引起重大能源浪费，与此同时污垢一般具有腐蚀性，管壁会因此腐蚀，进而泄露流体造成重大安全事故，因此在传统上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；为了更好地解决这个问题，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。中国专利号为ZL200520127121.9，公开了名称为“转子式自清洁强化传热装置”的专利申请，此装置是由固定架、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；转子的外表有螺旋棱，转子上有中心孔；支撑管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。该装置具有在线自动防垢除垢和强化传热的功能，流体在换热管内顺流或者逆流的情况下，均有防垢除垢和强化传热的作用。但是缺点是在一定流体通过时，转子的旋转速度是由螺棱的螺旋升角所决定的，螺旋升角越小，即是在螺棱导程小时转子的旋转速度越快，同时对流体的阻力随之增加；为解决此问题，中国专利申请号200620172805.5，名称为“传热管内自清洁强化传热的低流阻转子”，该装置是由转子、挂件和连接轴线构成，挂件是固定在传热管两端，连接轴线的两端分别固定在挂件上，多个转子穿装在连接轴线上，转子是由空心轴和叶片构成，每个叶片与空心轴成同样的倾斜状，相邻叶片首尾相接。这种新型的节能减排产品，经过工业检验和应用，达到了较好的强化传热和防垢除垢效果。但是由于换热管一般较长，固定转子的转轴在换热管内中间的部位不能保证很好的居中，会有一点摆动，使转轴寿命缩短，严重时转轴在使用中会提前磨断，使强化传热装置失效。

发明内容

本发明的目的是设计一种新结构用于支撑换热管内强化传热及在线自动除垢防垢装置的转轴，该换热管内自动居中式支撑架能保证转轴和转子的居中，尽量减小转轴的摆动，最大程度延长转轴的寿命，减少转子与换热管内壁的摩擦，节省转子的能量消耗。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：换热管内自动居中式支撑架，它是由空心轴、左叶片和右叶片三个部分组成的，空心轴内径略大于转轴的外径，以便于转轴在空心轴内孔中顺利穿过，空心轴的内径与外径形成的厚度使支撑架有足够的强度和刚度，满足支撑要求，空心轴外径与换热管内径为同心圆，左叶片和右叶片是固定在空心轴上的凸棱结构，以空心轴内径中心为圆心、空心轴内径中心至凸棱结构的外缘为半径所得的圆柱直径等于换热管的内径，保证支撑架的中心与换热管的中心重合，转轴穿过支撑轴的空心轴内孔，转轴始终位于换热管的中心处，左叶片、右叶片相对于一个过空心轴轴线的中心平面为对称结构，左叶片、右叶片外缘各点与空心轴中心线形成的平面相对于该中心平面的夹角为锐角，左叶片和右叶片位于水平平面的下侧，使得支承架在换热管内沿径向可以有一定距离的移动间隙，方便其在换热管内移动，便于使用前的安装。左叶片和右叶片可以是平行于转轴的凸棱，也可以是旋向相反的凸棱，流体介质流过左叶片、右叶片时，会由层流变为湍流，流体介质的湍流程度加大，利于强化传热和防垢除垢。

本发明换热管内自动居中式支撑架，在空心轴所述的中心平面处增设中间叶片，以增加左叶片和右叶片支撑的稳定性，对于水平安装的换热管，该结构的支撑架在重力作用下，使转轴在换热管内摆动减小，降低转轴的磨损。

本发明换热管内自动居中式支撑架，左叶片的数量与右叶片的数量相等，左叶片或右叶片的个数是一个或多个。换热管内介质流速过高时，支撑架受到的冲击作用加剧，增加左叶片和右叶片的数量，可以增加支撑架的稳定性。同时多个不同旋向的左叶片、右叶片会加大流体介质的湍流程度，提高强化传热和防垢除垢的效果。

本发明换热管内自动居中式支撑架，左叶片或右叶片是分段结构，支撑架较长时，可以减少材料消耗，降低成本，带有中间叶片的支撑架，中间叶片也可以是分段结构。

本发明换热管内自动居中式支撑架，左叶片、右叶片、中间叶片的迎水面制作成流线型的，减小对流体介质的阻力，有利于流体介质中的杂质通过。

本发明换热管内自动居中式支撑架，支撑架的材料可以是塑料、陶瓷、金属或者其他的复合材料，材料的密度最好是大于换热管内流体介质的密度，在重力作用下，左叶片和右叶片位于换热管的下部。

本发明涉及的换热管内自动居中式支撑架，其同侧叶片的旋向，轴向长度、螺旋升角等参数，可以根据换热管内径、换热管内的流体介质的流速和流体介质的温度等工作条件以及制造加工成本等来确定。

本发明用的有益效果是：1、换热管自动居中式支撑架利用自身平衡结构和重力作用，保证转轴处于换热管内居中位置，同时穿在转轴上的转子也处于换热管居中位置，转轴不会发生偏转，减少了波动，延长了转轴的寿命；2、换热管内自动居中式支撑架的左叶片、右叶片布置在空心轴中间平面的一侧，换热管稍有变形或换热管尺寸偏差大时，支撑架仍能够顺利地穿入换热管内，有利于支撑架的安装；3、在换热管内安装支撑架，可保证转子处于换热管内中间的位置，减少了转子与换热管内壁之间的摩擦；4、支撑架的左叶片、右叶片结构有一定的旋向，可以加大流体的湍流程度，有强化传热和防垢除垢的效果。

本发明换热管内自动居中式支撑架安装在换热管内，根据具体的换热管长度和转子的数量，确定支撑架的数量和安装位置，用转轴将数个转子串联在一起，穿在换热管内，然后利用挂件对转轴的两端进行轴向固定，支撑架安装在转子的中间，并用限位件对其轴向限位。流体流过支撑架时，由于支撑架的对称结构，即流体作用在左叶片、右叶片产生的垂直于径向的切向力是相互抵消。转轴在支撑架的支撑下，处于换热管内中心位置，不会发生偏转，延长了寿命；转子在转轴的支撑下处于换热管的居中位置，转动平稳，不会与换热管内壁发生摩擦，减少流体能量的消耗。支撑架的左叶片和右叶片有旋向，加大了流体的湍流度，具有强化传热和防垢除垢的效果。

附图说明

图1是本发明换热管内自动居中式支撑架的结构示意图，支撑架有左叶片、右叶片和空心轴。

图2是图1的左视结构示意图。

图3是图1所示的本发明换热管内自动居中式支撑架三维结构示意图。

图4是本发明换热管内自动居中式支撑架的另一种结构示意图，支撑架有左叶片、中间叶片、右叶片和空心轴。

图5图4的左视图。

图6是本发明换热管内自动居中式支撑架的另一种结构示意图，支撑架有左叶片一、左叶片二、中间叶片、右叶片一、右叶片二和空心轴。

图7图6的三维示意图。

图8是本发明换热管内自动居中式支撑架应用的安装结构示意图。

图中，1-左叶片、1-1-左叶片一、1-2-左叶片二、2-中间叶片、3-右叶片、3-1-右叶片一、3-2-右叶片二、4-空心轴、5-挂件、6-转轴、7-转子、8-换热管、9-限位件、10-中心平面、11-水平平面。

具体实施方式

图8所示为本发明换热管内自动居中式支撑架应用的一个实施例子，图中强化传热与在线自动防垢除垢装置包括本发明换热管内自动居中式支撑架、挂件5、转轴6、转子7、换热管8和限位件9，所述的支撑架是穿装在转轴6上，位于转子7中间，数个转子7穿装在两个挂件5间的转轴6上，所述挂件5固定在换热管8两端，所述转轴6的两端分别固定在挂件5上，所述的支撑架是由左叶片1、中间叶片2和右叶片3固定在空心轴4上组成的。

图1至图7所示是本发明换热管内自动居中式支撑架的几种结构形式，所述支撑架的空心轴1截面形状为空心圆柱形，图1至图3中，所述的支撑架结构是两叶式支撑架，空心轴2表面上的左叶片1和叶片3位置分布是关于中心平面10对称的，并位于图示水平平面11的下方，左叶片为左旋凸棱，右叶片为右旋凸棱；图4和图5是三叶式支撑架结构示意图，在图1所示的支撑架的基础上增设的中间叶片2的中间平面穿过中心平面10，中间叶片2的壁厚关于中心平面10对称，左叶片1、中间叶片2、右叶片3都位于水平平面11的下方；图6和图7是五叶片组合式结构的支撑架，左叶片1和右叶片3各为两个，每个叶片只保留了一半的凸棱，一个叶片保留了前段，另一个保留了后段，这种结构的支撑架，既保证了支撑的稳定性，同时节省制作支撑架的材料，左叶片一1-1和右叶片一3-1、左叶片二1-2和右叶片二3-2是关于中心平面10对称，左叶片一1-1、右叶片一3-1、中间叶片2、左叶片二1-2及右叶片二3-2都位于水平平面11的下方。

本发明中，换热管8内流体介质通过推动支撑架左叶片1和右叶片3，在不同旋向叶片产生的垂直于径向的切向力会相互抵消，中间叶片2螺旋角度为零，支撑架会由于重力作用而处于换热管8内部中间位置。支撑架的数量是根据换热管8长度、流体介质的速度和流体介质的压力等实际工作条件所决定的，安装在换热管8中间的支撑架可以是一个或者是多个。流体介质在不同旋向叶片上会产生不同的旋向，流体的湍流程度增强，具有强化传热和防垢除垢的作用；转轴6处于换热管8中间轴心线位置，摆动程度减小，在疲劳强度一定情况下，转轴的寿命延长；转子7穿装在转轴6上，处于换热管8内居中位置，支撑架的存在使转子7在流体介质作用下产生波动与换热管8内壁摩擦的程度减弱，延长了转子7的寿命，减少了不必要的摩擦能量消耗。

Claims

1.换热管内自动居中式支撑架，它是由空心轴、左叶片和右叶片三个部分组成的，空心轴内径略大于转轴的外径，空心轴外径与换热管内径为同心圆，左叶片和右叶片是固定在空心轴上的凸棱结构，其特征在于：以空心轴内径中心为圆心、空心轴内径中心至凸棱结构的外缘为半径所得的圆柱直径等于换热管的内径，左叶片、右叶片相对于一个过空心轴轴线的中心平面为对称结构，左叶片、右叶片外缘各点与空心轴中心线形成的平面相对于所述的中心平面的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：在空心轴所述的中心平面处增设中间叶片。

3.根据权利要求1所述的换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：左叶片的数量与右叶片的的数量相等，左叶片或右叶片的个数是一个或多个。

4.根据权利要求1所述换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：左叶片或右叶片是分段结构。

5.根据权利要求2所述换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：中间叶片是分段结构。

6.根据权利要求1所述换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：左叶片、右叶片的迎水面制作成流线型。

7.根据权利要求2所述换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：左叶片、右叶片、中间叶片的迎水面制作成流线型。

8.根据权利要求1所述的换热管内自动居中式支撑架，其特征在于：支撑架的材料是塑料、陶瓷、金属或者复合材料，材料的密度大于或等于换热管内流体介质的密度。