專利名稱：換熱管內一種弧形靜態擾流元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種應用于管殼式換熱器、熱交換反應器等設備中換熱管內強化 傳熱和防垢除垢的內插元件。
背景技術：
當今社會節能減排是一項全世界都非常重視的關鍵技術，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域都要應用到許多的換熱器，其中應用 最為廣泛的是管殼式換熱器，但在這些換熱管中內壁普遍存在層積污垢，導致流體在管道 中輸送阻力增加，嚴重時會堵塞管道，同時傳熱性能大為下降；換熱管內污垢會嚴重降低傳 熱效率而引起重大能源浪費，與此同時污垢一般具有腐蝕性，管壁會因此腐蝕，泄露流體造 成重大安全隱患，因此在傳統上的處理辦法就是被迫采取停產請專業清洗人員進行清洗， 這樣不僅耽擱了工廠的生產進度，同時還需要支付昂貴的清洗費用；為了更好地解決這個 問題，人們一直研究采用不停產的在線自動強化傳熱和除垢防垢的各種辦法和裝置，但由 于技術不夠成熟，還沒有大范圍應用到工業當中。在線旋轉的擾流元件的裝置，元件轉動要 消耗流體的一定的動能，轉動時元件與支撐軸之間的摩擦力較大，縮短了擾流元件裝置的 壽命o
發明內容
本發明的目的是在換熱管內設置靜止的擾流元件，即可以通過對流體擾流提高換 熱效率，又不消耗流體的動能。本發明的技術方案是，換熱管內一種弧形靜態擾流元件，包括空心軸和圓盤，所述 圓盤是設置在空心軸上的凸棱，圓盤的中心與空心軸中心同心，所述空心軸與圓盤相連接， 所述圓盤的外徑大于空心軸的外徑，而圓盤的外徑小于換熱管的內徑，便于流體在換熱管 內的流動，空心軸外徑與圓盤的外徑通過圓弧過渡，空心軸內徑大于支撐軸的直徑，流體流 過空心軸外表面再流向圓盤的弧面，流體流經的橫截面積變小，在圓盤外圓面與換熱管內 表面之間的流體的軸向速度變大，流體的湍流度增加，流體的混合效果好，破壞流體的邊界 層，提高換熱管的換熱效率；同時流體的速度在沿圓盤的弧面流過時會產生徑向速度，根據 場協同理論具有徑向速度的流體換熱效率增大，對換熱管內壁的沖刷力也較大，有利于去 除管壁上的污垢，保持換熱管壁的清潔。本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的圓盤上可以開設有中空結構，有利于減 小對流體的流動阻力，同時增強中心處流體的湍流程度，還可以節省元件的材料成本。本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的圓盤在其迎水面上可做成流線型，利于 流體流過，減小對流體的阻力。本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的圓盤外緣可以開設有缺口，當流體流過 缺口時，湍流度進一步加大，在缺口上可以設有斜面，對流體引導流向，流體發生偏轉，產生 一定的圓周速度，提高換熱管的換熱效率。
本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的圓盤和空心軸是由高分子材料、高分子 基復合材料、金屬或者陶瓷材料制作的，空心軸的長度、內徑大小、外徑、圓盤的外徑、弧形 等參數是根據換熱管內徑、換熱管長度以及換熱管內的流體的介質類型、溫度等工況條件 來確定的。本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其有益效果是1、流體流經換熱管內壁 和圓盤之間的空間時，流體的軸向速度變大，流體的湍流度增加，流體的混合效果好，破壞 流體的邊界層，提高換熱管的換熱效率；2、流體的速度在沿圓盤的弧面流過時會產生徑向 速度，對換熱管內壁的沖刷力也較大，有利于去除管壁上的污垢，保持換熱管壁的清潔；3、 圓盤上可以開設有中空結構，有利于減小對流體的流動阻力，同時還可以節省材料成本；4、 圓盤在迎水面上做成流線型，利于流體流過，減小對流體的阻力；5、圓盤外緣可以開設有缺 口，湍流度進一步加大，缺口上可以設有斜面，引流流體，進一步加大流體的湍流度，提高換 熱管的換熱效率。
圖1是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的主視圖。圖2是圖1的左視圖。圖3是圖1的三維結構示意圖。圖4是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的三維結構示意圖，在圓盤上開設 有透空結構。圖5是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的三維結構示意圖，在圓盤上開設 有齒形缺口。圖6是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件應用的安裝結構示意圖。圖中，1-空心軸、2-圓盤、3-透空、4-缺口、5-導流斜面、6_換熱管、7_支撐軸、 8-限位件、9-掛件。
具體實施例方式圖6所示為本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的一種實施例子，換熱管6中 安裝有本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件、限位件8、支撐軸7和掛件9，數個本發明換 熱管內一種弧形靜態擾流元件穿裝在兩個掛件9間的支撐軸7上，掛件9固定在換熱管6 兩端，支撐軸7的兩端分別固定在掛件9上，本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件是由空 心軸1和圓盤2組成的，空心軸1與支撐軸7相配合，每兩個擾流元件中其中一個的空心軸 1的頭部和另一個的空心軸1的尾部相連，圖中所示左側為流體進口，流體從每個擾流元件 的空心軸1的外表面流向圓盤2的外緣。在圖1至圖5中，圖1是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的主視圖，所述擾 流元件包括空心軸1和圓盤2，圓盤2是在空心軸1上的凸棱，其中心與空心軸1中心同心， 空心軸1與圓盤2相連接，圓盤2的直徑相比空心軸1的直徑較大，小于換熱管6的內徑， 流體流過空心軸1再流向圓盤2的弧面，流體流經的橫截面積變小，在圓盤2外圓面與換熱 管6內表面之間的流體的軸向速度變大，流體的湍流度增加，流體的混合效果好，破壞流體 的邊界層，提高換熱管6的換熱效率；同時流體的速度在沿圓盤2的弧面流過時會產生徑向
4速度，根據場協同理論徑向速度的流體的換熱效率增大，對換熱管6內壁的沖刷力也較大， 有利于去除管壁上的污垢，保持換熱管6的清潔和換熱效率。圖2是圖1的左視圖，圖3是 圖1的三維結構示意圖，圖4是本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的三維結構示意圖， 圖中圓盤2上設有透空3結構，透空3棱邊設有導流斜面5，圖5是本發明換熱管內一種弧 形靜態擾流元件的三維結構示意圖，圖中圓盤2的邊緣上設有齒形缺口 4，在缺口 4的棱邊 設有導流斜面5。圖4中，所述圓盤2上開設有透空3結構，有利于減小對流體的流動阻力，中心流 體的湍流對換熱管6的換熱效果影響不如離管壁近的流體湍流度大，同時還可以節省的材 料成本，在透空3的邊緣上設有導流斜面5。在圖1至圖6中，所述圓盤2在迎水面上做成流線型，流體沿圓盤2的外面的流線 型弧面，再流到圓盤2外緣和換熱管6內壁之間的空間中，有利于流體流過，減小對流體的 阻力。圖5中，所述圓盤2外緣可以開設有缺口 4，當流體流過缺口 4時，湍流度進一步加 大，所述缺口 4上設有導流斜面5，引流流體，流體發生偏轉，產生一定的圓周速度，提高換 熱管6的換熱效率。本發明換熱管內一種弧形靜態擾流元件的圓盤2和空心軸1是由高分子材料、高 分子基復合材料、金屬或者陶瓷材料制作的，空心軸1的長度、內徑大小、外徑、圓盤2的外 徑、弧形等參數是根據換熱管6內徑、換熱管6長度以及換熱管6內的流體的介質類型、溫 度等工況條件來確定的。
權利要求
換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于包括空心軸和圓盤，圓盤是設置在空心軸上的凸棱，圓盤的中心與空心軸中心同心，空心軸與圓盤相連接，圓盤的外徑大于空心軸的外徑，圓盤的外徑小于換熱管的內徑，空心軸外徑與圓盤的外徑通過圓弧過渡，空心軸內徑大于支撐軸的直徑。
2.根據權利要求1所述的換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于圓盤上開設 有中空結構。
3.根據權利要求1所述的換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于圓盤在其迎 水面上做成流線型。
4.根據權利要求1所述的換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于圓盤外緣開 設有缺口。
5.根據權利要求4所述的換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于圓盤的缺口 上設有斜面。
6.根據權利要求1所述的換熱管內一種弧形靜態擾流元件，其特征在于圓盤和空心 軸是由高分子材料、高分子基復合材料、金屬或者陶瓷材料制作。
全文摘要
本發明提供了換熱管內一種弧形靜態擾流元件，它包括空心軸和圓盤，所述圓盤是空心軸上弧形的凸棱，所述圓盤外徑大于空心軸的外徑，所述擾流元件所應用的換熱裝置包括有換熱管、擾流元件、掛件和支撐軸，所述數個擾流元件穿裝在支撐軸上，所述支撐軸是由換熱管兩端的掛件固定的；本技術方案中，換熱管內流體通過擾流元件時，前端的空心軸外徑較小，當流體流過圓盤弧面時，流體能流過的截面積變小，流體從圓盤外緣和換熱管內表面之間的空隙流出，流體的速度加大，流體的混合程度較大，對換熱管內壁的沖刷力加大，有利于防垢除垢；流體的速度波動較大，湍流度加強，提高了流體的強化傳熱效果。
文檔編號F28F9/24GK101893404SQ20101024634
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者丁玉梅, 何雪濤, 楊衛民, 趙本華, 閻華 申請人:北京化工大學