换热管内组合式扰流防垢内插件技术领域
本发明涉及了换热器换热管中起到强化传热、扰流除垢作用的内插件，以液体流
动使其转动，达到进一步的强化传热和清洁除垢的效果。
背景技术
目前，换热设备作为基础设备-热交换器广泛应用于石油、化工、动力、核能、冶金、
制冷等能源行业。提高换热器的效率是节能降耗的研究重点之一。目前换热管管内污垢沉
积的现象非常普遍，换热管管壁结垢增加了换热管自身的热阻，还会增加换热管内的液体
流动阻力，随着污垢的沉积，有时甚至会出现堵管等现象，严重的影响了换热设备的换热效
率。为解决这种污垢堆积，换热效率不高的现象，采用内插件的方式是一种简单、高效的解
决方法。通过内插件增加管内液体的扰流程度，进行防污除垢，提高了换热管的换热效率，
在节能减排方面做出了贡献。
在当今研究的强化换热措施中，常用的内插件形式如螺旋弹簧、螺旋片、纽带等实
现换热设备强化换热的优势明显，它们的结构简单，价格低廉，制造也较为方便。螺旋纽带
和内置叶片都作为高效强化换热的扰流除垢内插件，广泛应用于换热设备的强化换热、防
垢及流体混合等领域。人们仍然愿意采用螺旋纽带作为内插件的构件起到扰流除垢的作
用。目前，内插件的螺旋纽带常作为单独的一条置于换热管内使用，换热管内的扰流程度不
够强，同时也不能加强流动边界层的扰流作用，为了改进这一缺陷，本设计提出了多个螺旋
纽带组合的扰流防垢内插件。
发明内容
目前的内插件对于扰流程度和防垢除垢的效果并不理想，导致换热管的换热效率
无法提高。为了增大管内扰流程度，从而达到提高换热管管内换热效率的效果，尤其是针对
管壁附近的液体进行强化扰流的设计，达到减缓换热管壁的结垢速度，同时在柔性轴的连
接下，内插件中的螺旋纽带对管壁也有刮擦除垢的作用。
本次设计一种换热管内组合式扰流防垢内插件，该发明设计将螺旋纽带与支撑件
组合起来，其整体的半径小于换热管的半径。内装置为支撑件，支撑件由支撑板、旋转端盖、
空心轴三者组成，其中支撑件上的支撑板与一个空心轴焊接在一起，本次发明在空心轴设
置了四个支撑板，为了使该内插件随着液体转动，支撑板的一端设置有旋转端盖。外装置为
螺旋纽带，通过旋转纽带上的轴连接在支撑板上的孔中，通过孔轴间隙配合的方式连接在
靠近换热管壁的边界上。在换热管的工作状态下，液体通过外部的旋转端盖使支撑件开始
旋转，螺旋纽带也随着液体的流动绕着支撑件的空心轴旋转，同时，螺旋纽带也在轴孔配合
下，自身开始转动，几个螺旋纽带组合转动起来进一步的加大了管内壁的扰流状态，同时也
破坏了管壁周围的边界层垢层，达到防垢除垢的效果。
支撑件上的支撑板在空心轴上可绕空心轴均匀排列，使得在流场冲击下，绕着空
心轴均匀旋转，在特定的条件下，支撑板可绕空心轴不均匀分布，使得产生特定方向偏转，
在旋转的同时，增强对一侧管壁的摩擦，在下图中1-图5中为四个均匀分布在空心轴四周的
支撑板。
支撑板的半径根据换热管的半径进行调整，小于换热管管径1mm～2mm，叶片形状
为圆弧状。
外部的螺旋纽带上设置有轴与支撑件中支撑板上的转动孔连接，支撑板与空心轴
的连接通过焊接等方式。
旋转端盖通过焊接方式连接在支撑件的空心轴上。
内插件的连接方式可用铁丝等挠性轴连接。
本发明具有以下优点:
(1)本组合式扰流防垢内插件中设置的旋转端盖使该装置在流体的流动下产生旋
转的扭矩达到内插件自旋的效果；
(2)本组合式扰流防垢内插件中设置的支撑件与螺旋纽带的组合结构加大了换热
管内扰流程度，同时增加了流体冲刷力，增大流体对污垢的剪切力；
(3)本组合式扰流防垢内插件中设置的螺旋纽带在工作时与换热管壁接触时，会
刮擦管壁上的污垢，并通过螺旋纽带的旋转，进一步加强了管壁周围的扰流程度，达到防垢
清垢的目的。
(4)本组合式扰流防垢内插件中多个螺旋纽带与支撑件的连接为可拆卸结构，方
便清洗，提高了插件的使用寿命。
附图说明
图1是本次换热管内组合式扰流防垢内插件的三维示意图；
图2是本次换热管内组合式套扰流防垢内插件中支撑件的三维示意图；
图3是本次换热管内组合式扰流防垢内插件中转动孔与转动轴间隙配合的三维示
意图；
图4是本次换热管内组合式扰流防垢内插件中螺旋纽带的三维示意图；
图5是本次换热管内组合式扰流防垢内插件的安装结构示意图。
图6是图5中A-A的剖面图。
图中，1-旋转端盖，2-旋转叶片，3-空心轴，4-螺旋纽带，5-转动轴，6-支撑板7-转
动孔8-挠性轴9-换热管10-挂件11-换热器管板。
具体实施方案
如图1所示，本发明设计了一种换热管内组合式扰流防垢内插件，该装置包括旋转
端盖1，旋转叶片2，空心轴3，螺旋纽带4，转动轴5，支撑板6，转动孔7；如图2所示，旋转端盖1
内四个均布的旋转叶片2，旋转端盖1与支撑板6为同轴结构，焊接在空心轴3上，共同组成该
装置的整体支撑件；如图4所示，螺旋纽带4的两端分别有两根转动轴5；如图3所示，支撑板6
上有四个均布的圆弧状支撑板，在每个支撑板6的轴向端开两个转动孔7，如图3所示，转动
孔7与转动轴5以间隙配合的方式连接。
如图5所示，通过挠性轴7将多个换热管内组合式扰流防垢连接起来使用，挠性轴7
通过挂件10固定在换热管8的两端，该装置利用旋转端盖1内的旋转叶片2在液体流动中会
产生转动力矩与轴向力，带动支撑板6产生旋转，支撑板6的旋转对管内中心流体进行了扰
流，使管内中心流体达到足够的湍流程度，螺旋纽带4在支撑板6转动的状态下，通过液体的
带动也产生转动力矩，螺旋纽带4的转动不断破坏换热管9的边界层流动状态，增强湍流程
度；螺旋纽带4在挠性轴8的连接下，对换热管9的内壁不断地撞击与刮擦，达到清理污垢的
目的，管壁湍流程度的加强，也加速了污垢的流动与排除。该种连接形式下，同时通过改变
旋转叶片的螺旋角、沿空心轴径向的高度、叶片的形状来改变传热流体对转子的转动力矩，
保证装置的流畅旋转，改变装置的转动方向，达到强化传热的效果。