专利名称：换热管内导流式自撑紧挂件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于管壳式换热器、热交换反应器等设备中换热管内强化传热 和防污除污的内插元件的支撑元件。
背景技术：
21世纪随着社会的不断进步，当今社会节能减排是一项全世界都非常重视的关 键技术，尤其是在石油、化工、火电、核电、冶金、轻工、航空器件和船舶车辆等众多领域都要 应用到许多的换热器，其中应用最为广泛的是管壳式换热器，但在这些换热管中内壁普遍 存在层积污垢，导致流体在管道中输送阻力增加，严重时会堵塞管道，同时传热性能大为下 降；换热管内污垢会严重降低传热效率而引起重大能源浪费，与此同时污垢一般具有腐蚀 性，管壁会因此腐蚀，泄露流体造成重大安全隐患，因此在传统上的处理办法就是被迫采取 停产请专业清洗人员进行清洗，这样不仅耽搁了工厂的生产进度，同时还需要支付昂贵的 清洗费用；为了更好的解决这个问题，人们一直研究采用不停产的在线自动强化传热和除 垢防垢的各种办法和装置。之后中国专利号为ZL200520127121.9，公开了发明名称为“转 子式自清洁强化传热装置”的专利申请，此装置是由固定架、转子、柔性轴和支撑管构成，两 固定架分别固定在换热管的两端；转子的外表有螺旋棱，转子上有中心孔；支撑管设在转 子与固定架之间，柔性轴穿过转子的中心孔和支撑管固定在两固定架上。该装置具有在线 自动防垢除垢、和强化传热的功能，流体在传热管内顺流或者逆流的情况下，均有防垢除垢 和强化传热的作用。但是缺点是在一定流体通过时，转子的旋转速度是由螺棱的螺旋升角 所决定的，螺旋升角越小，即是在螺棱导程小时转子的旋转速度越快，同时对流体的阻力随 之增加；为解决此问题，中国专利申请号200620172805. 5，发明名称为“传热管内自清洁强 化传热的低流阻转子”，该装置是由转子、挂件和连接轴线构成，挂件是固定在传热管两端， 连接轴线的两端分别固定在挂件上，多个转子穿装在连接轴线上，转子是由空心轴和叶片 构成，每个叶片与空心轴成同样的倾斜状，相邻叶片首尾相接。这种新型的节能减排产品， 经过工业检验和应用，都达到了较好的强化传热和防垢除垢效果。换热管在换热器中的排 布是有一定的距离，换热管外表面之间的空间是壳层流体空间。安装在换热管端部的挂件 会减小流体流入的流量，并且由于在换热器安装和使用过程中换热管会发生形变，由圆形 变成椭圆形或其他形状，导致在安装挂件时会比较费劲和耽误时间。
发明内容
本发明的目的是设计一种新结构用于换热管端部转轴的固定，换热管内导流式自 撑紧挂件能够有利于其方便地安装到换热管上，加大流体的流入量，充分利用换热管的空 间，增强流体的湍流程度，具有强化传热和防垢除垢的功能。本发明为达到上述目的采用的技术方案是换热管内导流式自撑紧挂件，主要包 括空心轴、连接杆、支撑台和伸出端，连接杆为两个以上，最好为三个以上，保证支撑的稳定 性，空心轴、支撑台和伸出端三者为带内孔的同心柱状体，空心轴内孔直径略大于转轴的直径，使转轴能够顺利穿入空心轴，空心轴的外径与内径形成的壁厚使空心轴具有足够的强 度和刚度满足长期使用要求，连接杆将空心轴与支撑台固接起来，流体介质流经连接杆间 的流通截面积之和大于换热管内径的横截面积，伸出端的外径略大于或等于换热管的内 径，伸出端的壁厚应保证伸出端在换热管上的安装的稳定性，并且在满足强度和刚度的要 求的情况下，伸出端的壁厚要尽可能取小值，即伸出端的内径尽可能地小，支撑台的内径与 伸出端的内径相等，支撑台的外径要大于换热管的外径、小于换热器中相邻最近两个换热 管的中心距，这种结构可以充分利用换热管的空间，防止安装在相邻换热管中的支撑台干 涉，支撑台与伸出端固定连接，支撑台与伸出端上在两个相邻的连接杆的中间位置开有一 段缺口，成为几段的伸出端在径向的尺寸可以收缩，利于挂件安装入换热管的两端，因为其 有恢复原尺寸的趋势，伸出端在安装后有自动撑紧的作用，由于连接杆均勻分布，支撑台和 伸出端分段均勻，最终的挂件对中性较好。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台的内径表面具有导流斜面，利于加大 换热管端部流体介质的流量。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台上开有螺旋槽，对流入的流体有导流 作用，流体在径向和周向上产生了速度，增强了流体的湍流程度，具有强化传热和防垢除垢 的效果。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台和伸出端上开有的缺口可以是两个或 者多个，均勻分布，结构尺寸根据具体的撑紧要求以及挂件的材料特性、强度和刚度而定。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，伸出端的缺口大于支撑台的缺口，伸出端在 满足挂件定位功能的基础上缺口尽量大，有利于减小所述伸出端对换热管端部的流体介质 的阻力。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，连接杆的横截面形状是矩形、圆形或椭圆形， 连接杆的轴线由圆弧状过渡到直线状，因而形成稳定的支撑作用。本发明换热管内导流式自撑紧挂件的材料是具有一定韧性的塑料、金属或者复合材料。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，其支撑台的内径和外径、缺口的大小、连接杆 的长度、空心轴内径与外径等参数确定时还要考虑换热管内径、换热管内的流体介质流速 和流体介质温度等工作条件以及制造加工成本等因素。本发明换热管内导流式自撑紧挂件的有益效果是1、换热管内导流式自撑紧挂件 能够有利于安装到换热管上，节省安装时间，加快安装进度，减小对工厂生产的影响；2、充 分利用换热管的空间，在支撑台开有斜面，加大流体的流入量，增强换热效果，提高换热效 率；3、支撑架的缺口有利于减小对流体的阻力，节省挂件的材料成本；4、流体流经支撑台 上的螺旋槽，在径向上产生了速度，增强了流体的湍流程度，具有强化传热和防垢除垢的效^ ο本发明换热管内导流式自撑紧挂件，根据具体的换热管之间距离的大小，确定支 撑台的径向尺寸，根据换热管的直径，确定伸出端的径向尺寸，利用挂件对转轴的两端进行 轴向固定，用转轴将数个转子串联在一起，穿在换热管内。支撑台和伸出端的缺口有利于伸 出端在径向上伸缩，利于挂件的安装和在换热管中的撑紧，伸出端的缺口有利于减少对流 体的阻力，节省成本；流体流过挂件时，支撑台导流面有利于增加流体的流量；流体介质流经支撑台上的螺旋槽，在径向和周向上产生了速度，增强了流体的湍流程度，具有强化传热 和防垢除垢的效果。
图1是本发明换热管内导流式自撑紧挂件的三维结构示意图。图2是本发明换热管内导流式自撑紧挂件的二维结构示意图。图3是图2的左视图。图4是本发明换热管内导流式自撑紧挂件应用的安装结构示意图。图中，1-空心轴、2-连接杆、3-支撑台、4-伸出端，5-螺旋槽，6-缺口、7-转轴、 8_转子、9-换热管。
具体实施例方式图4所示为本发明换热管内导流式自撑紧挂件应用的一个实施例子，图中本发明 换热管内导流式自撑紧挂件是穿装在换热管9的两端上，转轴7的两端分别固定在挂件上， 数个转子8穿装在两个挂件间的转轴7上，所述的挂件主要包括空心轴1、连接杆2、支撑台 3、伸出端4，连接杆2为两个以上，实施例中连接杆2为三个，保证支撑的稳定性，空心轴1、 支撑台3和伸出端4三者为带内孔的同心柱状体，空心轴1内孔直径略大于转轴7的直径， 使转轴7能够顺利穿入空心轴1，空心轴1的外径与内径形成的壁厚使空心轴1具有足够 的强度和刚度满足长期使用要求，连接杆2将空心轴1与支撑台3固接起来，流体介质流经 连接杆2间的流通截面积之和大于换热管9内径的横截面积，伸出端4的外径略大于或等 于换热管9的内径，伸出端4的壁厚应保证伸出端4在换热管9上的安装的稳定性，并且在 满足强度和刚度的要求的情况下，伸出端4的壁厚要尽可能取小值，即伸出端4的内径尽可 能地小，支撑台3的内径与伸出端4的内径相等，支撑台3的外径要大于换热管9的外径、 小于换热器中相邻最近两个换热管9的中心距，这种结构可以充分利用换热管的空间，防 止安装在相邻换热管9中的支撑台3干涉，支撑台3与伸出端4固定连接，支撑台3与伸出 端4上在两个相邻的连接杆2的中间位置开有一段缺口，成为三段的伸出端4在径向的尺 寸可以收缩，利于挂件安装入换热管9的两端，因为其有恢复原尺寸的趋势，伸出端4在安 装后有自动撑紧的作用，由于连接杆2均勻分布，支撑台3和伸出端4分段均勻，最终的挂 件对中性较好。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台3的内径表面具有导流斜面，利于加大换热管9端部流体介质的流量。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台3上开有螺旋槽5，对流入的流体介质 有导流作用，流体在径向和周向上产生了速度，增强了流体的湍流程度，具有强化传热和防 垢除垢的效果。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，支撑台3上开有的缺口 6可以是两个或者多 个，根据具体的撑紧要求以及挂件的材料特性、强度和刚度而定，同时保证空心轴1的居中 要求，使得转轴7位于换热管9的中心轴线上。本发明换热管内导流式自撑紧挂件，伸出端4的缺口 6大于支撑台3的缺口 6，伸 出端4在满足挂件定位功能的基础上缺口 6尽量大，有利于减小对流体的阻力。
本发明换热管内导流式自撑紧挂件，连接杆2的横截面形状是矩形、圆形或椭圆 形，连接杆2的轴线由圆弧状过渡到直线状，因而形成稳定的支撑作用。本发明换热管内导流式自撑紧挂件的材料是具有一定韧性的塑料、金属或者复合 材料。本发明换热管内导流式自撑紧挂件的空心轴1截面形状为空心圆柱形，如图1-图 3所示，所述的挂件结构是三缺口式，空心轴1表面上的连接杆2和缺口6位置是在支撑台 3圆周上均勻分布的，换热器中的流体介质流入到换热管9内，先经过换热管9端部的挂件， 换热管9之间有一定的空间，在不影响挂件安装时，将挂件的支撑台3的径向厚度加大，支 撑台在流体介质流入的一面加工成斜面，有利于换热管9外的流体流入到换热管9内；支撑 台3的斜面上加工有螺旋槽5，进一步增大流体的流入量，并使流体介质产生径向和周向的 速度，增加流体的湍流度，具有强化传热和防垢除垢的功能，支撑台上加工有缺口 6，根据实 际工况对挂件的强度和安装要求而设定缺口 6的的长度，缺口 6减小挂件对流体的阻力，节 省挂件的材料成本。
权利要求
换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于主要包括空心轴、连接杆、支撑台和伸出端，空心轴、支撑台和伸出端三者为带内孔的同心柱状体，空心轴内孔直径略大于转轴的直径，连接杆将空心轴与支撑台固接起来，伸出端的外径略大于或等于换热管的内径，支撑台的内径与伸出端的内径相等，支撑台的外径要大于换热管的外径、小于换热器中相邻最近两个换热管的中心距，支撑台与伸出端固定连接，支撑台与伸出端上在两个相邻的连接杆的中间位置开有一段缺口。
2.根据权利要求1所述的换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于支撑台的内径表 面具有导流斜面。
3.根据权利要求1所述的换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于支撑台上开有螺旋槽。
4.根据权利要求1所述的换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于伸出端的缺口大 于支撑台的缺口。
5.根据权利要求1所述的换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于连接杆的横截面 形状是矩形、圆形或椭圆形，连接杆的轴线由圆弧状过渡到直线状。
6.根据权利要求1所述的换热管内导流式自撑紧挂件，其特征在于制造所述挂件的 材料是具有韧性的塑料、金属或者复合材料。
全文摘要
本发明公开了换热管内导流式自撑紧挂件，主要包括空心轴、连接杆、支撑台和伸出端，空心轴、支撑台和伸出端三者为带内孔的同心柱状体，空心轴内孔直径略大于转轴的直径，连接杆将空心轴与支撑台固接起来，伸出端的外径略大于或等于换热管的内径，支撑台的内径与伸出端的内径相等，支撑台的外径要大于换热管的外径、小于换热器中相邻最近两个换热管的中心距，支撑台与伸出端固定连接，支撑台与伸出端上在两个相邻的连接杆的中间位置开有一段缺口，支撑台和伸出端的缺口有利于伸出端在径向上伸缩，利于挂件的安装和在换热管中的撑紧，伸出端的缺口有利于减少对流体的阻力，节省成本，支撑台导流面和螺旋槽结构具有一定的强化传热和防垢除垢的效果。
文档编号F28G15/02GK101839670SQ20101018409
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者丁玉梅, 何雪涛, 杨卫民, 赵本华, 阎华 申请人:北京化工大学