专利名称：一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于管壳式换热器、热交换反应器等传热设备中传热管内防污 除垢和强化传热的内插元件，特别是涉及一种利用传热管内流体作为动力的传热管内自清 洁强化传热的扭带。
背景技术：
在火电、核电、石油、化工、冶金、食品、制药、轻工、船舶动力和航空航天等领域都 要应用到大量的换热器、热交换反应器等传热设备，但传热管道内壁积污结垢的问题普遍 存在，使传热性能降低变差，同时流体输送阻力增大，甚至造成管道堵塞；管壁污垢不仅会 带来腐蚀泄漏的安全隐患，而且因传热效率大幅度降低而造成严重的能源浪费，因此通常 需要定时地采取停产清洗的被动措施；为此，多年来人们一直在研究发明不需停机的在线 式自动防污除垢和强化传热的方法和装置。在众多的防污除垢方法中，螺旋扭带法是一种 利用流体动能实现在线自动除垢和强化传热的方法，美国专利US 4174750和中国专利文 献CN2214239Y都公开了一种传热管内的清洗装置，它包括传热管、管内旋转清洗元件螺旋 扭带、螺旋扭带在传热管的进液端的固定装置。螺旋扭带在管内传热流体的带动下自转，刮 扫管内壁的污垢，具有在线、自动、连续清洗防垢的功能；由于螺旋扭带的导流作用使液体 作螺旋线流动，对管内流体流动有一个扰动作用，使管内传热得到强化。螺旋扭带的主要缺 点是1)端部转动轴承寿命短；幻螺旋扭带对传热管内壁存在严重的刮磨；幻工作过程中 需要较大的驱动力矩；4)场协同强化传热效果不显著。发明内容
本发明的目的是设计一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，在保持自 清洁性能的同时，进一步强化传热，提高入液口轴向定位装置的寿命，减少螺旋扭带对管壁 的严重刮擦磨损，同时增强了螺旋扭带的强度。
本发明解决上述问题采用的技术方案是一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮 螺旋扭带，它包括螺旋扭带和轴向定位装置，轴向定位装置由支撑架和磁铁定位装置组合 而成，磁铁定位装置由心部锥形磁体和外部锥形套磁体组成，所述支撑架固定安装在传热 管的入液端，外部锥形套磁体与支撑架固定，心部锥形磁体的极性与外部锥形套磁体的极 性相同，螺旋扭带一端设置有芯轴，芯轴穿过支撑架、外部锥形套磁体，心部锥形磁体固定 在芯轴上。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其螺旋扭带旋转中心轴 向可嵌有增强骨架轴线芯，增强骨架轴线芯伸出螺旋扭带的部分作为芯轴。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，所述螺旋扭带的增强骨 架轴线芯可以是实心钢丝、钢丝绳、塑料绳或纤维增强塑料绳。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，所述螺旋扭带和支撑架 可以由陶瓷、金属、高分子材料或者高分子基复合材料制作。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，心部锥形磁体与芯轴的 固定方式是铆接、铰接、粘连或螺纹连接。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，螺旋扭带的边缘加工成 导向结构，导向结构可以是倒角或圆弧，螺旋扭带旋转时，导向结构与传热管管壁形成的类 似滑动轴承那样的楔形结构。
本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，螺旋扭带表面设置有突 起、凹槽或通孔等径向导流结构。
本发明的有益效果是1、螺旋扭带入液口处固定采用磁悬浮方式，磁悬浮结构为 圆锥形式，磁力表现为一个轴向合力，轴向合力与螺旋扭带轴向拉力形成反力从而对螺旋 扭带进行轴向定位，圆锥形式使得心部锥形磁体、增强骨架轴线芯与支撑架不直接接触，降 低了螺旋扭带的旋转阻力，解决了螺旋扭带入液口定位处因接触力大造成的磨损严重的问 题，提高了现有螺旋扭带入液口定位装置的使用寿命；2、螺旋扭带的边缘加工成导向结构， 使得螺旋扭带与管壁接触为楔形或弧线平滑过渡，在保证螺旋扭带对污垢沉积的抑制和清 扫作用的同时，减小了螺旋扭带对管壁的刮擦作用；3、导流结构进一步扰动流体的流动，增 加流体的径向流和湍流度，促进主流体和边界层流体的混合，场协同作用强化传热效果更 好；4、螺旋扭带旋转中心轴向有增强骨架轴线芯，提高了螺旋扭带的强度。
传热设备运行时，工作液体经过支撑架进入传热管，推动螺旋扭带旋转，从而对传 热管内壁粘附物进行清扫；对管内介质流场进行扰动，形成有利于强化传热的湍流，破环了 液体边界层，抑制了污垢形成的条件。根据实际应用需要，也可以在螺旋扭带上加工径向导 流结构，从而进一步扰动流体的流动，增加流体的径向流和湍流度，提高强化传热。
图1为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的结构示意图。
图2为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的截面结构示意 图。
图3为一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的轴向定位装置结构示 意图。
图4为图3的右视结构示意图。
图5为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的螺旋扭带截面 图之一(增强骨架轴线芯直径小于螺旋扭带厚度)。
图6为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的螺旋扭带截面 图之二(增强骨架轴线芯直径大于螺旋扭带厚度)。
图7为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的螺旋扭带截面 图之三(增强骨架轴线芯直径等于螺旋扭带厚度)。
图8为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带设置有导流结构 的螺旋扭带结构示意图。
图9为本发明一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带设置有导流结构 的螺旋扭带的展开图
图中，1芯轴、2限位铆钉、3-1心部锥形磁体、3-2外部锥形套磁体、4支撑架、5传4热管、6螺旋扭带、7导向结构、8凹槽导流结构。
具体实施方式
如图1至图9所示，本发明涉及的传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带的 一种实施例，它包括螺旋扭带6和轴向定位装置，所述螺旋扭带6旋转中心轴向有增强骨架 轴线芯，增强骨架轴线芯伸出螺旋扭带的部分为芯轴1，增强骨架轴线芯的直径可以小于、 大于或等于螺旋扭带的厚度。所述轴向定位装置固定在传热管5的入液端，由支撑架4和 磁铁定位装置组合而成，所述磁铁定位装置为圆锥配合形式，由心部锥形磁体3-1和外部 锥形套磁体3-2组成，心部锥形磁体3-1和外部锥形套磁体3-2同为S极或同为N极。限 位铆钉2由一大头凹槽和空心小圆柱体构成，心部锥形磁体3-1内嵌于限位铆钉2的大头 凹槽卡紧固定，外部锥形套磁体3-2与支撑架4固定，限位铆钉空心小圆柱体压紧限位在芯 轴1 一端上，芯轴1穿过限位铆钉2、磁铁定位装置和支撑架，另一端与螺旋扭带6连接。
螺旋扭带6的边缘加工成导向结构7，如图2所示；螺旋扭带6上加工有凹槽导流 结构8，除凹槽导流结构外，还可以是凸起或者通孔导流结构，如图8和图9所示。
本发明中，螺旋扭带6的外径略小于传热管5的内径，芯轴1的外径略小于限位铆 钉2、心部锥形磁体3-1和外部锥形套磁体的内孔径；外部锥形套磁体3-2与心部锥形磁体 3-1配合的圆锥角为45°，依靠同极性相互排斥的磁力进行轴向和径向的定位，使得心部 锥形磁体3-1、芯轴1与支撑架4不直接接触，降低了螺旋扭带6的旋转阻力，解决了螺旋 扭带6入液口定位处因接触力大造成的磨损严重的问题，提高了现有螺旋扭带入液口定位 装置的使用寿命；螺旋扭带边缘的倒角或圆弧等作为导向结构7使其旋转运动时螺旋扭带 6边缘与传热管5内壁构成滑动轴承那样的楔形结构，见图2所示，箭头所指为螺旋扭带6 的转动方向，螺旋扭带6的边缘存在图示的楔形区，在保证螺旋扭带6对污垢沉积的抑制和 清扫作用的同时，减小了螺旋扭带6对传热管5管壁的刮擦作用；螺旋扭带6上的凹槽导流 结构8进一步扰动流体的流动，增加流体的径向流和湍流度，促进主流体和边界层流体的 混合，强化对流传热。
权利要求
1.一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，包括螺旋扭带和轴向定位装置， 其特征在于轴向定位装置由支撑架和磁铁定位装置组合而成，磁铁定位装置由心部锥形 磁体和外部锥形套磁体组成，所述支撑架固定在传热管的入液端，外部锥形套磁体与支撑 架固定，心部锥形磁体的极性与外部锥形套磁体的极性相同，螺旋扭带一端设置有芯轴，芯 轴穿过支撑架、外部锥形套磁体，心部锥形磁体固定在芯轴上。
2.根据权利要求1所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其特征在 于螺旋扭带旋转中心轴向嵌有增强骨架轴线芯，增强骨架轴线芯伸出螺旋扭带的部分作 为芯轴。
3.根据权利要求2所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其特征在 于所述螺旋扭带的增强骨架轴线芯是实心钢丝、钢丝绳、塑料绳或纤维增强塑料绳。
4.根据权利要求1或2所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其 特征在于所述螺旋扭带和/或支撑架由陶瓷、金属、高分子材料或者高分子基复合材料制 作。
5.根据权利要求1或2所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其特 征在于心部锥形磁体与芯轴的固定方式是铆接、铰接、粘连或螺纹连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其特 征在于螺旋扭带的边缘加工成导向结构。
7.根据权利要求6所述的一种传热管内自清洁强化传热的磁悬浮螺旋扭带，其特征在 于螺旋扭带表面设置有突起、凹槽或通孔。
全文摘要
本发明涉及一种磁悬浮螺旋扭带，包括螺旋扭带和轴向定位装置，轴向定位装置由支撑架和磁铁定位装置组成，磁铁定位装置由心部锥形磁体和外部锥形套磁体组成，支撑架固定安装在传热管入液端，外部锥形套磁体与支撑架固定，心部锥形磁体的极性与外部锥形套磁体的极性相同，螺旋扭带一端设置有芯轴，芯轴穿过支撑架、外部锥形套磁体，心部锥形磁体固定在芯轴上。本发明中，由于定位采用磁悬浮方式，解决了入液口定位处因接触力大造成的磨损严重的问题，提高了螺旋扭带轴向定位元件的使用寿命；增强骨架轴线芯可提高螺旋扭带的强度；导向结构减小了螺旋扭带对管壁的刮擦作用；导流结构进一步扰动流体的流动，增加流体的径向流和湍流度，强化对流传热。
文档编号F28G15/02GK102032837SQ20091009337
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者何长江, 戴长军, 阎华 申请人:北京华夏英蓝科技发展有限公司