專利名稱：一種半敞開式轉(zhuǎn)子的制作方法
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(qiáng)化 傳熱和防垢除垢的內(nèi)插元件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，節(jié)能減排是一項(xiàng)全世界都非常重視的關(guān)鍵技術(shù)，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(shí)會(huì)堵塞管道，同時(shí)傳熱性能大為下降；換熱管內(nèi)污垢會(huì)嚴(yán)重降低傳熱效率而 引起重大能源浪費(fèi)，與此同時(shí)污垢一般具有腐蝕性，管壁會(huì)因此腐蝕，如果泄露流體會(huì)造成 重大的安全隱患，因此在傳統(tǒng)上的處理辦法就是被迫采取停產(chǎn)清洗，這樣不僅耽擱了工廠 的生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)還需要支付昂貴的清洗費(fèi)用；為了更好地解決這些問題，人們一直研究采 用不停產(chǎn)的在線自動(dòng)強(qiáng)化傳熱和除垢防垢的各種辦法和裝置。近年來出現(xiàn)了許多防垢除垢 方法和裝置，其中之一利用流體推動(dòng)螺旋紐帶旋轉(zhuǎn)能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)除垢的方法，螺旋紐帶 中國專利申請?zhí)枮閆L95236063. 2，名稱為“傳熱管內(nèi)除垢防垢的清洗裝置”的發(fā)明創(chuàng)造，該 發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案由換熱管內(nèi)裝有與換熱管大體相等長度的紐帶構(gòu)成，紐帶的徑向尺寸 小于換熱管的內(nèi)徑，在換熱管進(jìn)液口處設(shè)置有軸向固定架，其中間部位有進(jìn)液孔，軸向固定 架的頭部有一個(gè)軸孔，其內(nèi)裝有銷軸，銷軸尾部并與紐帶相連接；發(fā)明名稱為“雙擾流螺旋 式強(qiáng)化換熱及自動(dòng)除垢裝置”，中國專利申請公開號(hào)為CN1424554，該裝置用作強(qiáng)化傳熱及 其自動(dòng)除垢，包括有螺旋紐帶、固定架，螺旋紐帶設(shè)置在螺旋管內(nèi)，利用通過換熱管內(nèi)流體 流動(dòng)帶動(dòng)螺旋紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)。由于螺旋紐帶為一條整帶，換熱管在經(jīng)過加工安裝后不夠順直，螺 旋紐帶與換熱管內(nèi)壁之間會(huì)產(chǎn)生不均勻的縫隙，這樣紐帶的除垢作用小而不均勻，除垢效 果不理想。螺旋紐帶法除垢裝置中，螺旋紐帶均是單端固定的，另一端自由擺動(dòng)，紐帶的徑 向尺寸小于傳熱管的內(nèi)徑。綜合一下螺旋紐帶有以下主要缺點(diǎn)(1)紐帶為一整體，對傳熱 管直接刮擦，損傷換熱管內(nèi)壁；(2)流體流動(dòng)時(shí)推動(dòng)紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)需要較大的驅(qū)動(dòng)力矩，消耗更 多的流體動(dòng)能；(3)單端固定用的軸承的使用壽命短；(4)紐帶產(chǎn)生的場協(xié)同強(qiáng)化傳熱效果 不顯著。之后中國專利號(hào)為ZL200520127121.9，公開了發(fā)明名稱為“轉(zhuǎn)子式自清潔強(qiáng)化傳 熱裝置”的專利申請，此裝置是由固定架、轉(zhuǎn)子、柔性軸和支撐管構(gòu)成，兩固定架分別固定在 換熱管的兩端；轉(zhuǎn)子的外表面有螺旋棱，轉(zhuǎn)子上有中心孔；支撐架設(shè)在轉(zhuǎn)子與固定架之間， 柔性軸穿過轉(zhuǎn)子的中心孔和支撐管固定在兩固定架上。該裝置具有在線自動(dòng)防垢除垢和 強(qiáng)化傳熱的功能，流體在傳熱管內(nèi)順流或者逆流的情況下，均有防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的作 用。但是缺點(diǎn)是在一定流體通過時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是由螺棱的螺旋升角所決定的，在螺 棱導(dǎo)程小時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度快，同時(shí)對流體的阻力隨之增加；為解決此問題，中國專利申請 號(hào)200620172805. 5，發(fā)明名稱為“傳熱管內(nèi)自清潔強(qiáng)化傳熱的低流阻轉(zhuǎn)子”，該裝置是由轉(zhuǎn) 子、支撐架和連接軸線構(gòu)成，支撐架固定在傳熱管兩端，連接軸線的兩端分別固定在支撐架 上，多個(gè)轉(zhuǎn)子穿裝在連接軸線上，轉(zhuǎn)子是由空心軸和葉片構(gòu)成，每個(gè)葉片與空心軸成同樣的傾斜狀，相鄰葉片首尾相接，該結(jié)構(gòu)對流體阻力減小，流體通過性能好，但其轉(zhuǎn)動(dòng)速度較高， 轉(zhuǎn)子軸向力疊加對掛件及軸線的作用力較大，轉(zhuǎn)軸壽命會(huì)降低，以上所述的轉(zhuǎn)子葉片對換 熱管內(nèi)中心流體的擾流程度不夠高，換熱管內(nèi)中心流體和換熱管邊界層的流體溫度相差較 大，沒有實(shí)現(xiàn)換熱管內(nèi)所有流體都能與殼層介質(zhì)有很好的換熱效果，同時(shí)葉片的徑向?qū)挾?在軸向方向上沒有變化，換熱管內(nèi)中心層流體和層流層流體的混合度不夠好，限制了轉(zhuǎn)子 的強(qiáng)化傳熱和防垢除垢能力的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，采用了不同長度的主葉片和輔葉片組合 設(shè)置在空心軸上，保證換熱管內(nèi)中心流體流向換熱管內(nèi)壁，大力提高轉(zhuǎn)子的強(qiáng)化傳熱和防 垢除垢性能。本發(fā)明技術(shù)方案的具體內(nèi)容是一種半敞開式轉(zhuǎn)子，它包括空心軸、主葉片和輔葉 片，空心軸內(nèi)徑大于轉(zhuǎn)軸的外徑，主葉片和輔葉片設(shè)置在空心軸外表面上，主葉片軸向長度 較長，轉(zhuǎn)子后端的主葉片是懸空的，形成半敞開式結(jié)構(gòu)，與使用中相鄰轉(zhuǎn)子的前端軸向上相 重疊、徑向上具有間隙或配合，空心軸上主葉片前部分徑向?qū)挾刃∮诤蟛糠值膹较驅(qū)挾?，?葉片前部分旋轉(zhuǎn)直徑小，起到擾流換熱管中心流體的作用，將中心流體分散到四周，主葉片 后端部分旋轉(zhuǎn)外徑較大，與換熱管內(nèi)壁距離較小，更好地破壞層流層流體，加強(qiáng)防垢除垢和 強(qiáng)化傳熱的效果，輔葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端，軸向長度較短，主要作用是擾流換熱管內(nèi)中心流 體的作用，使得中心流體向四周分散，加大流體的湍流程度，換熱管內(nèi)壁流體與換熱管內(nèi)中 心流體的溫差較小，從而提高了換熱管內(nèi)流體的換熱強(qiáng)度。本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子的空心軸截面形狀為空心圓錐形、空心圓柱形、空心波 節(jié)形或空心多棱形，主葉片和輔葉片上可以設(shè)置透空結(jié)構(gòu)，減小葉片對流體的流動(dòng)阻力，節(jié) 約能源，同時(shí)還可以節(jié)省材料。本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子的空心軸兩端設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，數(shù)個(gè)穿裝在兩個(gè)掛件之 間轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子的空心軸兩端設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的 空心軸尾部和另一個(gè)轉(zhuǎn)子的空心軸的頭部相結(jié)合。轉(zhuǎn)子的空心軸同軸結(jié)構(gòu)可以是球窩方 式、圓錐方式、卡扣方式或者萬向節(jié)方式。本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子的主葉片、輔葉片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。本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子的主葉片和輔葉片的橫截面的形狀是矩形、梯形、或者 是圓弧形，主葉片和輔葉片可以為螺旋棱。本發(fā)明涉及的換熱管內(nèi)軸向長度不同的葉片組合式轉(zhuǎn)子，即一種半敞開式轉(zhuǎn)子， 主葉片和輔葉片的軸向長度、螺旋升角和旋轉(zhuǎn)外圓直徑等參數(shù)，可以根據(jù)換熱管內(nèi)徑、管內(nèi) 的介質(zhì)流速和溫度等工作條件以及制造加工成本等來確定，相鄰轉(zhuǎn)子之間可以采取同步旋 轉(zhuǎn)或者是獨(dú)立旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是1、空心軸上主葉片前部分徑向?qū)挾刃∮诤蟛糠值膹较驅(qū)?度，主葉片前部分旋轉(zhuǎn)直徑小，起到擾流換熱管中心流體的作用，將中心流體分散到四周， 主葉片后部分旋轉(zhuǎn)外徑較大，對換熱管內(nèi)層流邊界層流體的擾流效果較好，起到強(qiáng)化傳熱 和防垢除垢的效果；2、輔葉片是設(shè)置在轉(zhuǎn)子空心軸前半部分，與主葉片配合，提高轉(zhuǎn)子擾流中心流體的作用，把換熱管內(nèi)中心流體分散向換熱管的四周，加強(qiáng)中心流體的換熱效果；3、 輔葉片軸線長度較小，減小了轉(zhuǎn)子對流體的阻力，同時(shí)節(jié)省轉(zhuǎn)子的材料成本；4、可以調(diào)整輔 葉片的軸向長度來調(diào)整流體對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力矩，這樣加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子適應(yīng)流體的性能。本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子安裝在換熱管內(nèi)，根據(jù)具體的換熱管長度，用轉(zhuǎn)軸將數(shù) 個(gè)轉(zhuǎn)子串聯(lián)在一起，穿在換熱管內(nèi)，同時(shí)利用固定在換熱管端部的掛件在換熱管兩端對轉(zhuǎn) 軸進(jìn)行軸向固定，當(dāng)流體流過主葉片和輔葉片時(shí)，對轉(zhuǎn)子有垂直于徑向的切向力，使轉(zhuǎn)子繞 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子就會(huì)對換熱管內(nèi)壁上起到防垢除垢的效果；轉(zhuǎn)子空心軸上設(shè)置有長度不同 的主葉片和輔葉片，同時(shí)主葉片的徑向?qū)挾仍谳S向長上是發(fā)生變化的，小直徑部分的葉片 擾流換熱管內(nèi)中心流體，大直徑部分的葉片擾流換熱管內(nèi)壁的層流邊界層的流體，主葉片 懸空部分與小直徑葉片的轉(zhuǎn)子頭部相配合，這樣加大了轉(zhuǎn)子對流體的擾流程度，使得換熱 管中心流體與換熱管內(nèi)壁的流體溫差變得很小，起到增強(qiáng)防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的效果。同 時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需要，在主葉片和輔葉片上透空結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)子對流體流動(dòng)的阻力，節(jié)省 了轉(zhuǎn)子的材料和價(jià)格成本。


圖1是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子——四葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的右視圖。圖3是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子——六葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖(3個(gè)主葉片和3個(gè) 輔葉片)。圖4是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子——六葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖(2個(gè)主葉片和4個(gè) 輔葉片)。圖5是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子——六葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖(4個(gè)主葉片和2個(gè) 輔葉片)。圖6是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子——四葉式轉(zhuǎn)子透空結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子安裝應(yīng)用示意圖。圖中1_主葉片，2-輔葉片，3-空心軸，4-球窩凸臺(tái)，5-球窩凹臺(tái)，6-懸空部分， 7-透空結(jié)構(gòu)，8-換熱管，9-掛件，10-轉(zhuǎn)軸，11-液膜。
具體實(shí)施例方式如圖7所示，本發(fā)明涉及一種半敞開式轉(zhuǎn)子的一種實(shí)施例子，換熱管8內(nèi)安裝有本 發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子、掛件9和轉(zhuǎn)軸10，數(shù)個(gè)所述轉(zhuǎn)子穿裝在兩個(gè)掛件9間的轉(zhuǎn)軸10上， 掛件9固定在換熱管8兩端，轉(zhuǎn)軸10的兩端分別固定在掛件9上，所述轉(zhuǎn)子是由長度不同 的主葉片1和輔葉片2組合固定在空心軸3上面的，主葉片1的徑向?qū)挾仍谳S向上是變化 的，并且轉(zhuǎn)子后部分的主葉片1設(shè)置懸空部分6，可以與相鄰所述轉(zhuǎn)子前端相配合。圖1至圖6所示，本發(fā)明轉(zhuǎn)子的空心軸3截面形狀為空心圓柱形；圖1和圖2中， 轉(zhuǎn)子空心軸3上設(shè)置有兩個(gè)主葉片1和兩個(gè)輔葉片2 ；圖3所示為轉(zhuǎn)子空心軸3上設(shè)置有 三個(gè)主葉片1和三個(gè)輔葉片2的六個(gè)葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示，是兩個(gè)主葉片1和四個(gè) 輔葉片2的六葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是四個(gè)主葉片1和兩個(gè)輔葉片2六葉式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 示意圖。轉(zhuǎn)子的空心軸3兩端設(shè)置有同軸結(jié)構(gòu)，本實(shí)例中同軸結(jié)構(gòu)是在每個(gè)空心軸3的頭部和尾部分別設(shè)置有球窩凸臺(tái)4和球窩凹臺(tái)5，數(shù)個(gè)所述轉(zhuǎn)子穿裝在兩個(gè)掛件9之間的轉(zhuǎn)軸 10上，其空心軸3兩端設(shè)置有球窩凸臺(tái)4和球窩凹臺(tái)5，兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的空心 軸3頭部的球窩凸臺(tái)4和另一個(gè)的球窩凹臺(tái)5相結(jié)合，結(jié)合面間形成的液膜11減少轉(zhuǎn)子間 的摩擦，從而降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互間的磨損，此外，同軸結(jié)構(gòu)的另一目的是使相鄰轉(zhuǎn)子在工 作時(shí)保持同軸，同時(shí)具有適應(yīng)換熱管8彎曲的柔性連接結(jié)構(gòu)，同軸結(jié)構(gòu)除了球窩結(jié)構(gòu)外，還 可以是圓錐方式、卡扣方式或者萬向節(jié)方式，同軸度要求不高時(shí)可以直接采用平面結(jié)構(gòu)。圖 6所示的轉(zhuǎn)子的主葉片1上有透空結(jié)構(gòu)7。 換熱管內(nèi)流體流過本發(fā)明一種半敞開式轉(zhuǎn)子前部分的小直徑的葉片時(shí)，流體受轉(zhuǎn) 子葉片作用成旋向流，由換熱管內(nèi)中心流體分散向轉(zhuǎn)子的四周，加大流體的湍流程度，促進(jìn) 中心流體與換熱管8附近流體的交換與流動(dòng)，轉(zhuǎn)子后部分葉片的外徑表面離換熱管內(nèi)壁的 距離較小，能有效地?cái)_動(dòng)換熱管內(nèi)壁的層流邊界層，提高防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的效果，同 時(shí)轉(zhuǎn)子后部分懸空部分6能與相鄰轉(zhuǎn)的前子部分配合，進(jìn)一步利用轉(zhuǎn)子加大流體的湍流程 度，提高轉(zhuǎn)子強(qiáng)化傳熱的效果。
權(quán)利要求
一種半敞開式轉(zhuǎn)子，包括空心軸、主葉片和輔葉片，空心軸內(nèi)徑大于轉(zhuǎn)軸的外徑，主葉片和輔葉片設(shè)置在空心軸外表面上，其特征在于主葉片軸向長度較長，轉(zhuǎn)子后端的主葉片是懸空的，形成半敞開式結(jié)構(gòu)，與使用中相鄰轉(zhuǎn)子的前端軸向上相重疊、徑向上具有間隙或配合，空心軸上主葉片前部分徑向?qū)挾刃∮诤蟛糠值膹较驅(qū)挾?，主葉片前部分旋轉(zhuǎn)直徑小，主葉片后端部分旋轉(zhuǎn)外徑較大，與換熱管內(nèi)壁距離較小，輔葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端，軸向長度較短。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子的空心軸截面形狀為 空心圓錐形、空心圓柱形、空心波節(jié)形或空心多棱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子的空心軸兩端設(shè)置有 同軸結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的空心軸的尾部和另一個(gè)轉(zhuǎn)子的空心軸的頭部相纟口口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于同軸結(jié)構(gòu)可以是球窩方式、 圓錐方式、卡扣方式或者萬向節(jié)方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子的主葉片、輔葉片和空 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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于主葉片和輔葉片的橫截面 的形狀是矩形、梯形、或者是圓弧形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于主葉片和輔葉片上可以設(shè) 置透空結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半敞開式轉(zhuǎn)子，其特征在于主葉片和輔葉片可以為螺旋棱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半敞開式轉(zhuǎn)子，包括空心軸、主葉片和輔葉片，主葉片和輔葉片設(shè)置在空心軸外表面上，主葉片軸向長度較長，轉(zhuǎn)子后端的主葉片是懸空的，形成半敞開式結(jié)構(gòu)，與使用中相鄰轉(zhuǎn)子的前端軸向上相重疊、徑向上具有間隙或配合，空心軸上主葉片前部分徑向?qū)挾刃∮诤蟛糠值膹较驅(qū)挾?，主葉片前部分旋轉(zhuǎn)直徑小，主葉片后端部分旋轉(zhuǎn)外徑較大，輔葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子前端，軸向長度較短。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的主葉片前部分旋轉(zhuǎn)直徑小，起到擾流換熱管中心流體的作用，將中心流體分散到四周，主葉片后部分旋轉(zhuǎn)外徑較大，對換熱管內(nèi)層流邊界層流體的擾流效果較好，并且可以調(diào)整輔葉片的軸向長度來調(diào)整流體對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)力矩，這樣加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子適應(yīng)流體的性能。
文檔編號(hào)F28G3/00GK101915514SQ201010246358
公開日2010年12月15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)