CN103808197A - 一种管式换热器及其扰流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管式换热器的扰流装置，该扰流装置包括至少两个涡流发生器，以及设置于所述管式换热器的换热管内的固定轴，固定轴沿换热管的轴向延伸；各涡流发生器均套装于固定轴，并与固定轴间隙配合，以便涡流发生器能够在介质流的作用下沿固定轴轴向运动，相邻两涡流发生器之间安装有弹性元件，弹性元件的形变方向为固定轴的轴向，以通过弹性部件实现涡流发生器的轴向定位。这样，通过选择弹性元件的材料参数，即能够令介质流流速发生变化时，相邻两涡流发生器的轴向位置做出及时调整，使得扰流装置在不同的介质流速下均具有较好的扰流效果，从而提高了扰流装置的扰流性能。本发明还公开了一种包括上述扰流装置的管式换热器。

Description

一种管式换热器及其扰流装置

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，特别涉及一种用于管式换热器的扰流装置。本发明还涉及一种包括上述扰流装置的管式换热器。

背景技术

作为一种重要的过程设备，管式水换热器广泛应用于火电及柴油发电机组、石油冶炼、冶金、造纸等行业。为提高水换热器的性能，多在换热管内设置扰流装置，以便防止水垢在管壁堆积，且能够强化不同温度的介质在管程内的对流传热效率。

请参考图1，图1为一种典型的用于管式换热器的扰流装置。

一种典型的扰流装置包括安插在换热管内侧的至少一段异径转振弹簧，异径转振弹簧与螺旋桨以固定连接的方式形成一个转动元件，各转动元件之间通过联轴节转动连接以组成可旋转的系统，该系统的两端分别通过拉振弹簧固定于换热管两端的支架上。当两种温度不同的流体介质在换热管内进行热交换时，由于流体的流动作用，使螺旋桨带动异径转振弹簧转动，从而通过螺旋桨的转动实现扰流作用，并同时通过弹簧对管壁的刮磨实现除垢。

但是，在上述扰流装置中，其异径转振弹簧与螺旋桨固定连接，螺旋桨旋转时带动异径转振弹簧同步旋转，较易造成弹簧的疲劳损坏；同时，上述各相邻两螺旋桨之间的距离是固定的，可根据涡流的衰减程度适当安排螺旋桨的排列位置，以期达到最合适的强化效果；但是，换热器内的介质流速并不是一成不变的，如果固定相邻两螺旋桨之间的轴向距离，当介质流速小时，涡流的衰减程度快，起不到强化的效果；而当介质流速过大时，前一个涡流发生器产生的涡流会和后一个涡流发生器产生的涡流碰撞，造成不必要的损失。

因此，如何根据介质流速的变化调整扰流装置的内部结构，以便在各种流速下均能够得到较好的扰流效果，从而提高扰流装置的性能，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于管式换热器的扰流装置，其能够在不同的介质流速下均具有较好的扰流效果，从而具有较好的扰流性能。本发明的另一目的是提供一种包括上述扰流装置的管式换热器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于管式换热器的扰流装置，包括至少两个涡流发生器，还包括设置于所述管式换热器的换热管内的固定轴，所述固定轴沿所述换热管的轴向延伸；所述涡流发生器套装于所述固定轴，并与所述固定轴间隙配合，相邻两所述涡流发生器之间安装有弹性元件，所述弹性元件的形变方向为所述固定轴的轴向。

优选地，所述涡流发生器包括轮毂和与所述轮毂转动连接的扰流片，所述轮毂套装于所述固定轴，并与所述固定轴间隙配合，所述弹性元件安装于相邻的两所述轮毂。

优选地，所述扰流片有多个，各所述扰流片在所述轮毂的周向均匀设置。

优选地，所述扰流片的最大外径小于所述换热管的内径。

优选地，所述固定轴为丝杠，所述轮毂开设有非圆形孔，所述丝杠的外周形状与所述轮毂的非圆形孔形状相同。

优选地，所述弹性元件为弹簧。

优选地，所述弹簧的外径与所述换热管的内径相等。

本发明还提供一种管式换热器，包括换热管和安装于所述换热管内的扰流装置，所述扰流装置为如上所述的扰流装置。

本发明所提供的扰流装置用于管式换热器，该扰流装置包括至少两个涡流发生器，以及设置于所述管式换热器的换热管内的固定轴，固定轴沿换热管的轴向延伸；各涡流发生器均套装于固定轴，并与固定轴间隙配合，以便涡流发生器能够在介质流的作用下沿固定轴轴向运动，相邻两涡流发生器之间安装有弹性元件，弹性元件的形变方向为固定轴的轴向，以通过弹性部件实现涡流发生器的轴向定位。

当管式换热器的换热管内有介质流流动时，介质流作用于涡流发生器，并推动涡流发生器绕固定轴转动，从而在圆管内形成旋转涡流，水流流动速度（雷诺数）越大，涡流发生器的转动速度越快，形成的涡流周期越长。在换热管内的介质流流速发生变化时，介质流施加给涡流发生器的轴向力也发生变化，则相邻两涡流发生器之间的弹性元件受到的轴向力改变，弹性元件的压缩或伸长状态发生改变，从而带动涡流发生器沿固定轴的轴向转动至弹性元件再次达到平衡的状态，即弹性元件的轴向弹性力与介质流施加的轴向力再次相等的状态，此时，涡流发生器再次达到与当前介质流流速相匹配的扰流状态。

这样，通过选择弹性元件的材料参数，即能够令介质流流速发生变化时，相邻两涡流发生器的轴向位置做出及时调整，使得扰流装置在不同的介质流速下均具有较好的扰流效果，从而提高了扰流装置的扰流性能。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的涡流发生器包括轮毂和与轮毂转动连接的扰流片，轮毂套装于固定轴，并与固定轴间隙配合，弹性元件安装于相邻的两轮毂；这样，通过与固定轴间隙配合的轮毂实现扰流片的安装，提高了安装性能，且减少了固定轴与扰流片之间的摩擦阻力，进一步提高了扰流片的扰流能力。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供的弹簧的外径与换热管的内径相等，这样，在弹簧轴向运动过程中，弹簧的外周与换热管的内壁发生刮磨，从而通过弹簧实现了除垢的目的。

附图说明

图1为本发明所提供的扰流装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示扰流装置中轮毂与丝杠的装配图；

图3所图1所示扰流装置中扰流片的结构示意图；

图4为图1所示扰流装置中弹簧的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于管式换热器的扰流装置，其能够在不同的介质流速下均具有较好的扰流效果，从而具有较好的扰流性能。本发明的另一核心是提供一种包括上述扰流装置的管式换热器。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的扰流装置一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的扰流装置用于管式换热器，该扰流装置包括至少两个涡流发生器1，以及设置于所述管式换热器的换热管2内的固定轴3，固定轴3沿换热管2的轴向延伸；各涡流发生器1均套装于固定轴3，并与固定轴3间隙配合，以便涡流发生器1能够在介质流的作用下沿固定轴3轴向运动，相邻两涡流发生器1之间安装有弹性元件，弹性元件的形变方向为固定轴3的轴向，以通过弹性部件实现涡流发生器1的轴向定位。

上述换热管2通常为圆管，在管式换热器中包括若干圆管，扰流装置设置在各个圆管内部。

如图2所示，上述涡流发生器1包括轮毂11和与轮毂11转动连接的扰流片12，轮毂11套装于固定轴3，并与固定轴3间隙配合，弹性元件安装于相邻的两轮毂11；这样，通过与固定轴3间隙配合的轮毂11实现扰流片12的安装，提高了安装性能，且减少了固定轴3与扰流片12之间的摩擦阻力，进一步提高了扰流片12的扰流能力。

从理论上来讲，本发明所提供的涡流发生器1也不局限于上述结构形式，只要能够实现扰流、并与固定轴3周向固定、轴向活动连接即可；例如，涡流发生器1可以通过扰流片12的安装环直接套装于固定轴3。

上述扰流片12有多个，各扰流片12在轮毂11的周向均匀设置，以便涡流发生器1具有足够的扰流能力。扰流片12的具体设置数目可以为四片、五片、七片、九片等，扰流片12的数目应该扰流要求和轮毂11的外周面积等实际使用情况确定，在此不做限定。

为避免扰流片12在扰流过程中与换热管2的内壁发生摩擦和碰撞，扰流片12的最大外径小于换热管2的内径，以减少扰流片12的扰流阻力，保证其扰流效果。一般地，扰流片12的最大外径比换热管2的内径小1mm-2mm即可。

如图3所示，优选地，上述涡流发生器1为叶片式，即扰流片12为叶片形式，安装环外周发散状设置多个叶片，多个叶片形成螺旋桨状，且沿着水流的方向，叶片的攻角逐渐增大，例如，首位置叶片的攻角可以为24°，随着水流方向，其他叶片的攻角以一定规律大于24°；上述叶片的材料可以为POM、PPO塑料或者其他树脂材料。

从理论上来讲，本发明所提供的扰流片12也不局限于上述叶片的形式，只要能够实现扰流的目的，扰流片12也可以为本领域中常规使用的其他形式，例如纽带式扰流片12或者弹簧4式扰流片12等。

当管式换热器的换热管2内有介质流流动时，介质流作用于涡流发生器1，并推动涡流发生器1绕固定轴3转动，从而在圆管内形成旋转涡流，水流流动速度（雷诺数）越大，涡流发生器1的转动速度越快，形成的涡流周期越长。在换热管2内的介质流流速发生变化时，介质流施加给涡流发生器1的轴向力也发生变化，则相邻两涡流发生器1之间的弹性元件受到的轴向力改变，弹性元件的压缩或伸长状态发生改变，从而带动涡流发生器1沿固定轴3的轴向转动至弹性元件再次达到平衡的状态，即弹性元件的轴向弹性力与介质流施加的轴向力再次相等的状态，此时，涡流发生器1再次达到与当前介质流流速相匹配的扰流状态。

这样，通过选择弹性元件的材料参数，即能够令介质流流速发生变化时，相邻两涡流发生器1的轴向位置做出及时调整，使得扰流装置在不同的介质流速下均具有较好的扰流效果，从而提高了扰流装置的扰流性能。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的固定轴3优选为丝杠，轮毂11开设有非圆形孔，丝杠的外周形状与轮毂11的非圆形孔形状相同，由于轮毂11的安装孔和丝杠的外周均为非圆结构，则在扰流片12相对于轮毂11转动时，由于形状的限制，使得轮毂11不会与丝杠发生相对转动，这样，轮毂11与丝杠仅具有轴向自由度，通过轮毂11和丝杠的形状设计即实现了涡流发生器1与丝杠的径向和切向定位，简化了装置的结构，节约了生产成本。

通常地，轮毂11中心开设的非圆形孔可以为正四边形或六边形的孔，也可为为三角形或者不规则形状的孔。

从理论上来讲，为了实现固定轴3与涡流发生器1之间的径向和切向定位，也不局限于上述结构形式，也可以采用本领域中常规使用的可拆分的固定方式，例如销轴连接或者螺栓连接等；需要指出的是，由于固定轴3与涡流发生器1之间需要具有轴向位移，则采用销轴或者螺栓连接的定位方式时，需要在固定轴3的轴向开设若干销孔或者螺纹孔，以满足涡流发生器1的轴向运动要求。

如图4所示，在上述具体实施方式中，本发明所提供的弹性元件可以为弹簧4，弹簧4套装在丝杠上，且以其两端分别固定安装在相邻的两轮毂11上，并通过选择弹簧4的刚度等参数，使得弹簧4在受到介质流推动时，能够作用于轮毂11，驱动轮毂11运动至扰流能力最强的位置。

上述弹簧4的外径与换热管2的内径相等，这样，在弹簧4轴向运动过程中，弹簧4的外周与换热管2的内壁发生刮磨，从而通过弹簧4实现了除垢的目的。

从理论上来讲，上述弹性元件也不局限于弹簧4，只要能够提供足有的弹性力，弹性元件也可以为本领域中常规使用的其他弹性元件，例如橡皮筋等。

除了上述扰流装置，本发明还提供一种包括上述扰流装置的管式换热器，该管式换热器的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种管式换热器及其扰流装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于管式换热器的扰流装置，包括至少两个涡流发生器（1），其特征在于，还包括设置于所述管式换热器的换热管（2）内的固定轴（3），所述固定轴（3）沿所述换热管（2）的轴向延伸；所述涡流发生器（1）套装于所述固定轴（3），并与所述固定轴（3）间隙配合，相邻两所述涡流发生器（1）之间安装有弹性元件，所述弹性元件的形变方向为所述固定轴（3）的轴向。

2.根据权利要求1所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述涡流发生器（1）包括轮毂（11）和与所述轮毂（11）转动连接的扰流片（12），所述轮毂（11）套装于所述固定轴（3），并与所述固定轴（3）间隙配合，所述弹性元件安装于相邻的两所述轮毂（11）。

3.根据权利要求2所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述扰流片（12）有多个，各所述扰流片（12）在所述轮毂（11）的周向均匀设置。

4.根据权利要求3所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述扰流片（12）的最大外径小于所述换热管（2）的内径。

5.根据权利要求2至4任一项所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述固定轴（3）为丝杠，所述轮毂（11）开设有非圆形孔，所述丝杠的外周形状与所述轮毂（11）的非圆形孔形状相同。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述弹性元件为弹簧（4）。

7.根据权利要求6所述的用于管式换热器的扰流装置，其特征在于，所述弹簧（4）的外径与所述换热管（2）的内径相等。

8.一种管式换热器，包括换热管（2）和安装于所述换热管（2）内的扰流装置，其特征在于，所述扰流装置为如权利要求1至7任一项所述的扰流装置。

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