專利名稱：換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種應(yīng)用于管殼式換熱器、熱交換反應(yīng)器等設(shè)備中換熱管內(nèi)強化 傳熱和防垢除垢的內(nèi)插元件。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會節(jié)能減排是一項全世界都非常重視的關(guān)鍵技術(shù)，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(lǐng)域都要應(yīng)用到許多的換熱器，其中應(yīng)用 最為廣泛的是管殼式換熱器，但在這些換熱管中內(nèi)壁普遍存在層積污垢，導(dǎo)致流體在管道 中輸送阻力增加，嚴(yán)重時會堵塞管道，同時傳熱性能大為下降；換熱管內(nèi)污垢會嚴(yán)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(tǒng)上的處理辦法就是被迫采取停產(chǎn)請專業(yè)清洗人員進行清洗， 這樣不僅耽擱了工廠的生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)不夠成熟，還沒有大范圍應(yīng)用到工業(yè)當(dāng)中。在線旋轉(zhuǎn)的擾流元件的裝置，元件轉(zhuǎn)動要 消耗流體的一定的動能，轉(zhuǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在換熱管內(nèi)設(shè)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(fā)明的技術(shù)方案是，換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，包括空心軸和圓盤，所述 圓盤是設(shè)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(nèi)徑，便于流體在換熱管 內(nèi)的流動，空心軸外徑與圓盤的外徑通過圓弧過渡，空心軸內(nèi)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(jīng)的橫截面積變小，在圓盤外圓面與換熱管內(nèi) 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(chǎn)生徑向速度，根據(jù) 場協(xié)同理論具有徑向速度的流體換熱效率增大，對換熱管內(nèi)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的圓盤上可以開設(shè)有中空結(jié)構(gòu)，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(jié)省元件的材料成本。本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的圓盤外緣可以開設(shè)有缺口，當(dāng)流體流過 缺口時，湍流度進一步加大，在缺口上可以設(shè)有斜面，對流體引導(dǎo)流向，流體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生 一定的圓周速度，提高換熱管的換熱效率。
本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的圓盤和空心軸是由高分子材料、高分子 基復(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作的，空心軸的長度、內(nèi)徑大小、外徑、圓盤的外徑、弧形 等參數(shù)是根據(jù)換熱管內(nèi)徑、換熱管長度以及換熱管內(nèi)的流體的介質(zhì)類型、溫度等工況條件 來確定的。本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，其有益效果是1、流體流經(jīng)換熱管內(nèi)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(chǎn)生徑向 速度，對換熱管內(nèi)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(shè)有中空結(jié)構(gòu)，有利于減小對流體的流動阻力，同時還可以節(jié)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(shè)有缺 口，湍流度進一步加大，缺口上可以設(shè)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的三維結(jié)構(gòu)示意圖，在圓盤上開設(shè) 有透空結(jié)構(gòu)。圖5是本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的三維結(jié)構(gòu)示意圖，在圓盤上開設(shè) 有齒形缺口。圖6是本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件應(yīng)用的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-空心軸、2-圓盤、3-透空、4-缺口、5-導(dǎo)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的一種實施例子，換熱管6中 安裝有本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件、限位件8、支撐軸7和掛件9，數(shù)個本發(fā)明換 熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(cè)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(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(nèi)徑， 流體流過空心軸1再流向圓盤2的弧面，流體流經(jīng)的橫截面積變小，在圓盤2外圓面與換熱 管6內(nèi)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(chǎn)生徑向
4速度，根據(jù)場協(xié)同理論徑向速度的流體的換熱效率增大，對換熱管6內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件的三維結(jié)構(gòu)示意圖， 圖中圓盤2上設(shè)有透空3結(jié)構(gòu)，透空3棱邊設(shè)有導(dǎo)流斜面5，圖5是本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧 形靜態(tài)擾流元件的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖中圓盤2的邊緣上設(shè)有齒形缺口 4，在缺口 4的棱邊 設(shè)有導(dǎo)流斜面5。圖4中，所述圓盤2上開設(shè)有透空3結(jié)構(gòu)，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(jié)省的材 料成本，在透空3的邊緣上設(shè)有導(dǎo)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(nèi)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(shè)有缺口 4，當(dāng)流體流過缺口 4時，湍流度進一步加 大，所述缺口 4上設(shè)有導(dǎo)流斜面5，引流流體，流體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的圓周速度，提高換 熱管6的換熱效率。本發(fā)明換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作的，空心軸1的長度、內(nèi)徑大小、外徑、圓盤2的外 徑、弧形等參數(shù)是根據(jù)換熱管6內(nèi)徑、換熱管6長度以及換熱管6內(nèi)的流體的介質(zhì)類型、溫 度等工況條件來確定的。
權(quán)利要求
換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，其特征在于包括空心軸和圓盤，圓盤是設(shè)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(nèi)徑，空心軸外徑與圓盤的外徑通過圓弧過渡，空心軸內(nèi)徑大于支撐軸的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，其特征在于圓盤上開設(shè) 有中空結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，其特征在于圓盤外緣開 設(shè)有缺口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)擾流元件，其特征在于圓盤的缺口 上設(shè)有斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(fù)合材料、金屬或者陶瓷材料制作。
全文摘要
本發(fā)明提供了換熱管內(nèi)一種弧形靜態(tài)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(yīng)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(shù)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(shù)方案中，換熱管內(nèi)流體通過擾流元件時，前端的空心軸外徑較小，當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 楊衛(wèi)民, 趙本華, 閻華 申請人:北京化工大學(xué)