自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器的製作方法
2023-04-23 08:17:31 1
專利名稱：自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於熱交換和傳熱設備，特別涉及一種自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器。該管式換熱器包括管殼式、容積式、套管式、蛇管式、翅片(螺紋)管式、熱管式換熱器和空冷器，以及具近園形板管流道的全焊接結構的板式與板殼式換熱器。
在換熱器在線清洗的現有技術中，屬旋轉螺旋除垢清洗技術的有西德專利為DE2224728(1974.10.31)，蘇聯專利為SU1158846(1985.5.30)。這種旋轉螺旋除垢清洗技術的主要優點是螺旋件的製造簡便，金屬材料消耗少，成本低。但是，德、蘇專利技術的外動力傳動，所需的結構太複雜，製作成本過高。
本實用新型的目的在於彌補現有技術的不足，提供一種「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，不需要外動力傳動，只要在流體作用下，螺旋除垢元件就可以自動旋轉起來，實現在線自動除垢防垢，擾動湍流，強化傳熱，使換熱器保持終身自潔高熱效。
本實用新型的目的是這樣實現的管式換熱器的換熱管採用「自動機械除垢換熱管」專利技術(專利號ZL93244997.2，該專利權人即本專利權人)的優點，即管外側套裝至少一段轉振螺旋彈簧，管內側安插多節異徑轉振螺旋彈簧，而與之不同的是以一種特製的螺旋槳與各節轉振彈簧構成轉動元件，各轉動元件以中軸拉杆鋼絲為軸承且以限位擋板定位，或者以一種新的聯軸節代替中軸拉杆鋼絲及固定其上的限位擋板，構成一個自動旋轉螺旋除垢擾流的簡單的機械系統，該系統在流體作用下不僅呈全方位持續的振動狀態，而且同時呈持續的轉動狀態，從而加強了該系統自動除垢防垢，強化傳熱的良好效果。
本實用新型的技術原理，主要是在管式換熱器的換熱管中內插自動旋轉的螺旋彈簧系統，在管內流體作用下及系統本身所具有的特性，使之不斷產生兩大方面的運動一是螺旋彈簧系統持續產生的軸向、徑向、環向的振動和轉振，二是螺旋槳產生的旋轉帶動各節轉振彈簧的持續轉動。這兩大方面的運動，使整個系統對管壁產生了不斷地強有力地接觸、刮摩和撞擊，故加強了對管壁已有汙垢的清除效果；同時該系統又反作用於流體，對流體產生強有力地持續擾動；而螺旋槳帶動轉振彈簧的轉動，又使流體產生兩個方向的運動，一是沿槳的軸線方向向前的螺旋運動，另一是沿槳的旋轉方向成圓周運動，兩個方向運動的合成使流體上下翻騰、螺旋前進，因而能夠對管內流體進行充分地擾動，使流場發生很大變化，特別是對管壁區邊界層層流底層所產生的有力破壞並激發湍流，導致管內膜傳熱係數的更大提高，與此同時也更有效地阻止了管壁汙垢的沉積和形成。因而使設備在生產運行中能夠長久、穩定地保持最佳傳熱狀態，終身高熱效。
本實用新型的具體結構由以下實施例及其附圖給出。
實施例「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」以管殼式為典型代表予以說明之，其它如容積式、套管式、蛇管式、翅片(螺紋)管式、熱管式換熱器和空冷器以及具近園形板管流道的全焊接結構的板式與板殼式換熱器均可參照管殼式換熱器實施。
圖1是本實用新型設計的「自動旋轉螺旋除垢擾流管殼式換熱器」結構示意圖。
圖2是圖1的A詳圖，給出了管束換熱管外側套裝轉振彈簧及擾流柵對換熱管四點限位固定管束的結構示意圖。
圖3是圖2的B詳圖，給出了換熱管外側套裝轉振彈簧及管內側插裝自動旋轉螺旋除垢擾流機械系統的結構示意圖。
圖中1.殼體2.換熱管3.擾流柵4.轉振彈簧5.外導流筒6.固定支架7.拉振彈簧8.異徑轉振彈簧9.螺旋槳10.聯軸節
以下結合附圖詳細說明依據本實用新型提出的具體裝置的細節及工作情況。
「自動旋轉螺旋除垢擾流管殼式換熱器」殼體(1)內，裝有由換熱管(2)和擾流柵(3)組成的管束，換熱管(2)的外側套裝至少一段轉振彈簧(4)，在各段轉振彈簧(4)之間由擾流柵(3)將它們分開而互不幹擾，它們在管外側構成了一個自動除垢擾流的簡單的機械系統。
換熱管(2)的內側安插至少一段異徑轉振彈簧(8)，異徑轉振彈簧(8)分別與螺旋槳(9)以固定式聯結組成一個轉動元件，而各轉動元件之間分別通過聯軸節(10)以轉動式聯接，組成一個可旋轉的機械系統，其兩端分別與換熱管(2)兩端固定支架(6)上的拉振彈簧(7)，通過聯軸節(10)與螺旋槳(9)相聯接，這樣便構成了一個具有拉振、轉振和旋轉功能的螺旋彈簧系統。
螺旋槳(9)系由金屬或非金屬材料製成，槳型為螺旋帶式、螺旋杆式和螺旋槳式；而葉片系由實體或中空、多孔、葉窗式或彈簧鋼絲纏繞構成，其葉型為傾斜葉片、後彎葉片、開啟葉片和全閉葉片。
拉振彈簧(7)和異徑轉振彈簧(8)，系由同徑和異徑的彈簧鋼絲或彈簧鋼帶構成，異徑轉振彈簧(8)與螺旋槳(9)固定聯接成一體，形成一個轉動靈活的轉動元件。
聯軸節(10)系由金屬或非金屬材料製成，它把各轉動元件與拉振彈簧(7)轉動聯接，構成自動旋轉螺旋的簡單機械系統。
擾流柵(3)系由園形、方形、長方形或螺旋形的杆系組成的柵圈，用以取代折流板，分別從四個方位將換熱管(2)固定並支撐管束。
當兩種溫度不同的流體在「自動旋轉螺旋除垢擾流管殼式換熱器」進行熱交換時，管程流體進入換熱管(2)內，由於流體的流動作用，使螺旋槳(9)帶動異徑轉振彈簧(8)發生持續轉動，同時也使整個螺旋彈簧系統發生全方位的持續振動，因而對管壁產生持續有力地接觸、刮摩和撞擊，使之獲得了自動除垢的良好效果；在流體對螺旋彈簧系統發生作用的同時，該系統對流體產生的反作用則是對流體的全方位的強力擾動，而螺旋槳(9)的轉動又使流體沿螺旋槳旋轉方向上下翻騰，並沿軸線方向螺旋前進，因而對流體造成全方位的機械擾動，導致流場的很大變化，特別是對管壁區層流底層的有力破壞並激發湍流，大大提高了管內膜傳熱係數，同時收到了防止汙垢沉積和形成的良好效果。
殼程流體進入換熱器後，由外(內)導流筒(5)將流體導流從管束的一端開始，以軸向直流為主流經管束的換熱管(2)的外側和若干擾流柵(3)與管內流體換熱，由於該換熱器以擾流柵(3)取代了折流板，使流場發生了很大變化，對傳熱、流體阻力和流速分布都有很大影響，流體流經擾流柵(3)的每一擾流杆後都產生「渦街」和「文丘裡」效應，流速越高湍流越激烈；與此同時在流體作用下，換熱管(2)外側套裝的轉振彈簧(4)轉振也越強烈，一方面增強了對管壁的除垢效果，另一方面又進一步加強了對流體的擾動，從而使管外膜傳熱係數大大提高；又因流體是以軸向流動為主，其流動阻力極小，一般是弓型折流板的1/3～1/5，故在換取相同熱量時，倘若動力消耗一致，則擾流柵式結構可允許介質流速提高2～3倍，因而極大地強化了傳熱。實驗表明轉振彈簧和擾流柵結構與普通換熱器相比，總傳熱速率提高30～50％，殼程總壓降可減少40％，單位壓降下的傳熱速率前者是後者的2倍，平均除垢率達70～80％。此外，擾流柵(3)對換熱管(2)施行四點限位方式，避免了後者在折流板作用下流體流動方向與管束垂直而發生的誘導震動使換熱管受到的嚴重損傷，以致失效等弊病，從而延長了換熱管的使用壽命。
權利要求1.一種「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於旋轉螺旋不需外動力傳動，在換熱管內插至少一段螺旋彈簧，分別與螺旋槳組成轉動元件，由中軸拉杆鋼絲或聯軸節將各轉動元件聯成一個可旋轉的機械系統；同時換熱管外套裝至少一段螺旋彈簧，構成一個可轉振的機械系統；再由擾流柵取代折流板，將若干具有上述裝置的換熱管組成管束，安裝在具有外(內)導流筒的換熱器殼體內。
2.根據權利要求1所述的「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於管式換熱器包括管殼式、容積式、套管式、蛇管式、翅片(螺紋)管式、熱管式換熱器和空冷器，以及具近園形板管流道的全焊接結構的板式與板殼式換熱器。
3.根據權利要求1所述的「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於轉動元件由螺旋槳與螺旋彈簧組成；螺旋槳系由金屬或非金屬材料製成，槳型為螺旋帶式、螺旋杆式和螺旋槳式，而葉片系由實體或中空、多孔、葉窗式或彈簧鋼絲纏繞構成，其葉型為傾斜葉片、後彎葉片、開啟葉片和全閉葉片；螺旋彈簧系由同徑和異徑的彈簧鋼絲或彈簧鋼帶構成，轉振彈簧與螺旋槳固定聯接成一體，形成一個轉動靈活的轉動元件。
4.根據權利要求1所述的「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於聯軸節系由金屬或非金屬材料製成，它把各轉動元件與拉振彈簧轉動聯接，構成自動旋轉螺旋的簡單機械系統。
5.根據權利要求1所述的「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於擾流柵系由圓形、方形、長方形或螺旋形的杆系組成的柵圈，用以取代折流板，分別從四個方位將換熱管固定並支撐管束。
專利摘要本實用新型涉及一種「自動旋轉螺旋除垢擾流管式換熱器」，其特徵在於旋轉螺旋不需外動力傳動，在換熱管內插至少一段異徑轉振彈簧分別與螺旋槳組成轉動元件，由中軸拉杆鋼絲或聯軸節將各轉動元件聯成一個可旋轉的機械系統；同時換熱管外套裝至少一段轉振彈簧，再由擾流柵取代折流板，將若干具有上述裝置的換熱管組成管束，安裝在具有外(內)導流筒的換熱器殼體內。該換熱器具有在流體作用下自動除垢防垢、擾動湍流、強化傳熱、降低熱阻流阻、節能高效、減少面積、減振長壽等優異特性。
文檔編號F28G3/00GK2223474SQ9424555
公開日1996年3月27日 申請日期1994年11月25日 優先權日1994年11月25日
發明者呂剛, 呂志元 申請人:呂志元