[实用新型]一种换热管内边界层剪切扰动径向混流装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于管式换热设备换热管内的内插件强化传热装置，特别是利用换热管内流体提供驱动力的在线清洗和强化传热装置。

背景技术

管式换热器换热管结垢导致传热效率下降、流体流动阻力增大，从而增加企业能源费用和生产成本，甚至还会形成垢下腐蚀，造成安全隐患，缩短换热设备的使用寿命。清洗和检修都会妨碍生产的低成本运行。

内插件强化传热技术因具有强化传热与在线清洗双重功效而倍受青睐，在管式换热设备中广为应用，关于内插件技术的研究也是层出不穷。螺旋扭带作为内插件强化传热技术的典型代表，广大科研工作者和工程技术人员对其在理论、实验、模拟等方面开展了广泛而深入的研究，并形成了一些公认的概念和专有的专利技术。“换热管内除垢防垢的清洗装置”(ZL 95236063.2)公开了一种装置，该装置由换热管内装设的螺旋扭曲带构成，扭曲带的径向尺寸小于换热管的内径，在换热管进液口端装有轴向挂件，其中部有流孔，轴向挂件的头部有一个轴孔，轴孔内装销轴，销轴的尾部与扭曲带连接。“双扰流螺旋式强化换热及自动除垢装置”(ZL 03114761.5)公开了一种强化换热及自动除垢装置，该装置除了设有螺旋扭带、挂件之外，螺旋扭带设置在螺旋管内，靠通过螺旋管内的流体流动带动螺旋扭带转动。“转子式自清洁强化传热装置”(ZL200520127121.9)由转子、挂件、轴线及限位铆钉组成，挂件安装在换热管两端，轴线通过挂件轴孔，使转子沿换热管轴线排列，转子在流体冲击下做旋转运动，从而达到强化传热与在线清洗的目的。“低流速管内自动清洗及传热强化螺旋齿管”(ZL 02277260.X)利用齿管内滚珠的离心力产生齿管的径向扰动，提高污垢清洗的效率和均匀性，首次提及了将换热管内流体分区的思路，且其中认为换热管内的流体在螺旋流道内产生快速的螺旋线流动。高翔等更分别在他们的论文“螺旋肋片形成非衰减性旋流的强化传热性能”(化工学报，2003年，54卷，9期)和“衰减性旋流强化传热性能的研究”(中国电机工程学报，2003年，23卷，5期)中阐述了衰减性螺旋流和非衰减性螺旋流的概念并进行了比较实验研究，发现非衰减性螺旋流具有较高的强化传热性能。

然而，在不考虑在线清洗的情况下，大量的研究都表明内插件技术的强化传热性能较各种强化管(翅片管、波纹管、横槽管等)存在较大的差距，而其根本原因在于管内的流场分布。针对这一问题，申请人利用流场可视化技术对一种内插件(ZL 200520127121.9)的管内流场进行了研究，发现管内的螺旋流并不如前人研究中描述的那样明显，且内插件对流体边界层的剪切扰动更为不足。转子在换热管内遵循阻力最小原理，通过自身的旋转而尽量降低对流体流动的阻碍，从而流体的旋转并不显著，这可能是内插件技术强化能力不足的根本原因。在该研究发现的基础之上，提出一种具有更好强化传热性能同时兼具在线清洗功能的内插件技术成为水到渠成。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于管式换热设备的换热管内边界层剪切扰动径向混流装置。它具有在线清洗和强化传热的功能，将换热管内流体分为驱动区和扰动区，通过合理配置驱动翅和扰动翅的尺寸和形状达到扰动翅对流体边界层的充分剪切扰动，使得边界层流体具有附加的切向速度，在扰动区形成非衰减性螺旋流，从而大幅减薄传热边界层并破坏污垢生长条件，延长污垢诱发期和减少污垢生长量。

本实用新型一种换热管内边界层剪切扰动径向混流装置是一种用于管式换热设备换热管的内插件强化传热装置。该装置由转子、管端挂件、支撑轴和限位铆钉构成。两个管端挂件分别固定在换热管的两端；换热管内放置一个或多个转子；转子可成组排列，每组之间由限位铆钉间隔；支撑轴穿过转子的轴孔和限位铆钉，两端固定在管端挂件上。

转子由驱动翅、扰动翅、支撑环和轴孔构成，可将换热管内流体分为驱动区和剪切扰动区两部分；驱动翅较扰动翅具有更大的受力面，提供转子旋转的动力并决定转子的转动方向；扰动翅可为直翅或与驱动翅旋向相反的螺旋翅，且与管壁间具有很小的间隙，以实现对流体边界层的充分剪切扰动。转子可采用注塑一体成型，亦可由装配而成。该装置通过增强的流体边界层剪切扰动和径向混流作用，使自身具有换热管内在线清洗和强化传热的双重功能。