CN101813438B - 一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，属于传热管内以流体做动力的强化传热与在线自动清洗装置领域。本发明的装置包括左固定架、转动件、支撑轴、活动限位件、固定限位件、右固定架和弹性组件，传热管内的支撑轴为两节、三节或多节，在各支撑轴之间连接有弹性组件，在介质流动作用力变化的条件下，弹性组件轴向伸缩，进而带动支撑轴上的转动件在传热管内既旋转又能轴向往复移动，转动件往复运动的振幅和转动速度通过调节介质压力和流量实现。这种扰动使得杂质不易在各零件上沉积停留，弹性件的柔顺性使本装置在弯曲的传热管内也能使用。在转动件棱边设置齿形槽或毛刷等结构也有利于提高阻垢除垢效果和强化传热效果。
Description
技术领域
本发明涉及用于管壳式换热设备传热管内强化传热与自清洁的装置，该装置能够广泛应用于热力发电、石油化工、冶金、船舶、食品、制药、轻工等行业的管壳式换热设备与反应设备上，尤其涉及以传热管内流体做动力的强化传热与在线自动清洗装置的领域。
背景技术
管壳式换热器的传热管内壁结垢会导致传热效率下降、流体流动阻力增大，因而增加了企业能源费用和生产成本，更为严重的是结垢还会导致垢下腐蚀，造成安全隐患，缩短传热设备的使用寿命，而停产清洗将会影响生产的正常进行。
在现有的管内自清洁强化传热方法中，转子式自清洁强化传热装置具有显著的在线清洗与强化传热效果。“转子式自清洁强化传热装置”(公开号CN 2833494)由转子、固定架、钢丝及支撑管组成，固定架安装在传热管两端，钢丝通过固定架轴孔，使转子沿传热管轴线排列，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。“转片式自清洁强化传热装置”(专利号：200820079749.x)由转片、挂件、轴线和限位铆钉构成，换热器的每根传热管需要两个挂件，分别固定在传热管的两端；转片由轴线穿成串，转片成组排列，每组之间由限位铆钉间隔，转片造型比转子结构简单，材料可采用塑料或金属，根据其材质的不同可采用压制成型或注射成型，成型模具得到简化。
上述两种专利提到的装置具有强化传热效果和在线自动清洗能力，已经得到工业应用。但是在流体介质杂质较多的情况下局部转子旋转受阻，进而使得组内的其他转子旋转不畅，严重时整个传热管内的所有转子无法旋转，失去了应有的作用。
发明内容
本发明旨在有效解决现有传热管内强化传热与在线自清洁技术中转动件受杂质影响转动受阻等问题，以便增强其强化传热与自清洁效果。
本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置采用的技术方案如下：它包括左固定架、转动件、支撑轴、活动限位件、固定限位件、右固定架和弹性组件，介质从传热管安装左固定架端流入，左固定架、右固定架与传热管承插联接，左固定架、右固定架在传热管内沿轴向可以移动，支撑轴可以穿入左固定架、活动限位件、固定限位件、转动件、右固定架，在支撑轴上的转动件可以一个挨着一个排列，也可以通过放入转动件间的活动限位件、固定限位件将转动件分组排列，固定限位件与支撑轴固定连接，位于传热管出口的右固定架的移动距离要小于右固定架在传热管中的起定位作用的长度，以保证转动件在传热管内的正常工作，传热管内的支撑轴为两节、三节或多节。在支撑轴的各节之间连接有弹性组件，弹性组件可以是直径与传热管内径为间隙配合的大弹簧，也可以是直径与转动件芯轴直径相近的小弹簧或弹性软轴。弹性组件使转动件在传热管内能够轴向往复运动，在介质流动作用力变化的条件下，弹性组件轴向伸缩，进而带动支撑轴上的转动件在传热管内既旋转又能轴向往复移动，转动件往复运动的振幅和转动速度通过调节介质压力和流量实现，可定期或不定期进行，也可以选用脉动泵，使轴向扰动周期进行。
本发明中的弹性组件可以位于靠近左固定架、右固定架处，也可以位于传热管内的其它位置，根据清洁和强化效果确定，如果传热管发生弯曲，利用弹性组件的柔性，可将其放置在转弯处，保证支撑轴上的转动件旋转自如。
本发明中的弹性组件可以包括弹簧及其端部连接件，弹簧起到提供弹性和定位双重作用；也可以是定位件、弹簧及其端部连接件的组合件，定位件起定位作用，弹簧只提供弹性作用，端部连接件一端固接在弹簧上，端部连接件另一端与支撑轴连接。
上面提到的弹性组件可以由金属材料制成或由塑料、橡胶制成。
本发明中如果弹簧还起到定位作用，为减少金属弹簧做轴向运动时对传热管造成的磨损，在弹簧盘绕最大直径处的弹簧丝外侧包覆或涂覆柔性材料，例如聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等热塑性弹性体或耐磨橡胶等。
定位件为带孔的圆盘，在满足定位和强度要求的情况下，定位件使介质流通截面应尽量大，圆盘的内孔以支撑轴定位，圆盘的外圆以传热管内径定位。
为减少定位件外圆与传热管内径的磨损，定位件外圆包覆或涂覆柔性材料，柔性材料为聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等热塑性弹性体或耐磨橡胶。
本发明中的转动件可以是转子或转片，在转动件的棱部开槽，槽的形式可以是直槽、斜槽、梯形槽，可以在某个棱部的局部开槽，减少棱部与传热管内壁之间卡住杂质的几率，棱部易于受到介质的冲刷，同时这些槽还能增加传热管内壁边界处的扰流，尤其在转动件做轴向运动时，增加对管壁的挂擦作用，清洁和传热效果更显著。
本发明中，转动件可通过弹性组件进行分组，在一根支撑轴上转动件也可以通过活动限位件和\或固定限位件分成不同的组。
本发明适用于管壳式换热设备，包括卧式换热器和立式换热器、凝汽器、蒸发器、碳化塔等传热管内壁易于结垢的场合，通过增加弹性组件使得转动件在传热管内做轴向往复运动，大大增加传热管内介质的扰流程度，有了弹性件的弹性和定位作用使得转动件在弯曲的传热管内也能使用，并且转动件棱部的直槽或斜槽的挂擦作用使得除垢效果和传热效果更显著。
附图说明
图1是本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置示意图。
图2是本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置的弹性组件与支撑轴连接放大图。
图3是本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置的弹性组件包括有定位件、弹簧及其端部连接件与支撑轴连接的结构示意图。
图4是图3中定位件的轴向投影图。
图5是本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置的转动件开直槽结构示意图。
图6是本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置的转动件开斜槽结构示意图。
图中：1-支撑轴，2-左固定架，3-活动限位件，4-转动件，5-弹性组件，6-传热管，7-固定限位件，8-右固定架，9-端部连接件，10-弹簧，11-定位件。
具体实施方式
本发明一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置的实施方式：该装置包括左固定架2、转动件4、支撑轴1、活动限位件3、固定限位件7、右固定架8和弹性组件5，如图1所示，左固定架2、右固定架8与传热管6承插联接，左固定架2、右固定架8在传热管6内沿轴向可以移动，支撑轴1可以穿入左固定架2、活动限位件3、固定限位件7、转动件4、右固定架8，在支撑轴1上的转动件4可以一个挨着一个，也可以通过放入转动件4间的活动限位件3、固定限位件7将转动件4分组，固定限位件7与支撑轴1固定连接，位于传热管6出口的右固定架8的移动距离要小于右固定架8在传热管6中的起定位作用的长度，以保证转动件4在传热管6内的正常工作，传热管6内的支撑轴1为两节、三节或多节，在支撑轴1的各节之间连接有弹性组件5，弹性组件5还具有定位作用，通过将不同传热管中靠近介质入口端左固定架的支撑轴连接起来，使得支撑轴1、固定限位件7和弹性组件5不发生旋转，在介质流体的作用下，弹性组件5伸缩，进而带动支撑轴1上的转动件4在传热管6内即旋转又做轴向往复移动，增加传热管6内流体的扰动，使得杂质不易在各零件上沉积停留，该扰动的程度通过调节介质流量完成，可定期或不定期进行，也可以选用脉动泵，使扰动周期进行。
本发明中的弹性组件5可以位于靠近左固定架2、右固定架8处，也可以位于传热管6内的其它位置，如图1所示，如果传热管6发生弯曲，可将其放置在转弯处，以保证支撑轴1上的转动件4旋转自如。
本发明中的弹性组件5可以包括弹簧10及其端部连接件9，弹簧10起到提供弹性和定位双重作用，见图2所示；也可以是包括定位件11、弹簧10及其端部连接件9的组合件，如图3所示，定位件11起定位作用，弹簧10只提供弹性作用，端部连接件9将弹簧10与支撑轴1连接起来。
本发明中用到的弹簧10可以是由金属材料制成或由塑料、橡胶制成。
本发明中如果弹簧10还起到定位作用，为减少金属弹簧做轴向运动时对传热管6造成的过度磨损，在弹簧10盘绕最大直径处的弹簧丝外包覆或涂覆柔性材料，例如聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等热塑性弹性体或耐磨橡胶等。
定位件11为带孔的圆盘，在满足定位和强度要求的情况下，使介质流通截面尽量大，如图4所示，圆盘的内孔以支撑轴1定位，圆盘的外圆以传热管6内径定位。
为减少定位件11外圆与传热管6内径的磨损，定位件11外圆包覆或涂覆柔性材料，柔性材料为聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等热塑性弹性体或耐磨橡胶。
本发明中的转动件4可以是转子或转片，其棱部开槽，槽的形式可以是直槽、斜槽、梯形槽，也可以在棱部的局部开槽，多棱的转子或转片，可在某个棱或某些棱的局部或全部开槽，如图5和图6所示，使棱部易于受到介质的冲刷，同时这些槽还能增加传热管内壁边界处的扰流，尤其在转动件做轴向运动时，增加对管壁的挂擦作用，清洁和传热效果更显著。
本发明中，转动件4可通过弹性组件5进行分组，在一根支撑轴1上转动件4也可以通过活动限位件3和\或固定限位件7分成不同的组。
本发明的具体实施例是：传热管6内径为Φ23mm，长度8000mm；转动件4为带有两个棱的转片式结构，轴向长度30mm，内孔直径Φ2mm；弹性组件5为两端带锥形的塔形弹簧10，弹簧丝直径Φ2mm，传热管6内放置两个弹性组件5；支撑轴直径为Φ1.8mm；水量在10％内脉动；介质为含有泥沙的水。在该装置中转动件4旋转自如，运行一段时间后，传热管6的管壁没有结垢。
Claims (8)
1.一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：包括左固定架、转动件、支撑轴、活动限位件、固定限位件、右固定架和弹性组件，介质从传热管安装左固定架端流入，左固定架、右固定架与传热管承插联接，左固定架、右固定架在传热管内沿轴向可以移动，支撑轴穿入左固定架、活动限位件、固定限位件、转动件、右固定架，固定限位件与支撑轴固定连接，位于传热管出口的右固定架的移动距离要小于右固定架在传热管中的起定位作用的长度，传热管内的支撑轴为两节、三节或多节，在支撑轴各节之间连接有弹性组件，弹性组件是直径与传热管内径为间隙配合的大弹簧，或是直径与转动件芯轴直径相近的小弹簧或弹性软轴，弹性组件使转动件在传热管内能够轴向往复运动，在介质流动作用力变化的条件下，弹性组件轴向伸缩，进而带动支撑轴上的转动件在传热管内既旋转又能轴向往复移动，转动件往复运动的振幅和转动速度通过调节介质压力和流量实现。
2.根据权利要求1所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：在支撑轴上的转动件一个挨着一个排列，或通过放入转动件间的活动限位件、固定限位件将转动件成一定间隔排列，间距大小与轴向往复运动的振幅相同。
3.根据权利要求1所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：弹性组件位于靠近左固定架、右固定架处，或放置在传热管的转弯处。
4.根据权利要求1所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：弹性组件包括弹簧及其端部连接件，或是包括定位件、弹簧及其端部连接件的组合件，端部连接件一端固接在弹簧上，端部连接件另一端与支撑轴连接。
5.根据权利要求4所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：弹簧由金属材料制成或由塑料、橡胶制成。
6.根据权利要求4所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：弹簧盘绕最大直径处的弹簧丝外侧包覆或涂覆聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯或耐磨橡胶。
7.根据权利要求4所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：定位件为带孔的圆盘，圆盘的内孔以支撑轴定位，圆盘的外圆以传热管内径定位，定位件外圆包覆或涂覆聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯或耐磨橡胶。
8.根据权利要求1所述的一种轴向往复运动的转子扰流自清洁强化传热装置，其特征在于：在转动件的棱部开槽，槽的形式是直槽、斜槽、梯形槽，或在某个棱部的局部开槽。
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