CN101506611A - 管内自清洁强化传热装置 - Google Patents

Abstract

一种管内自清洁强化传热装置，包括多个设置在传热管(1)内的转动件(2)。在传热管(1)的每一端部设有固定架(3)，支撑轴(4)穿过所述传热管(1)，并且支撑轴(4)的两端部被固定在固定架(3)上。该多个转动件(2)可转动地支撑于该支撑轴(4)上，并且至少在一对相邻的转动件(2)之间设有将该转动件(2)的相邻端部隔开的限位件(5)。

Description

管内自清洁强化传热装置 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、 食品、 制药、 轻工、 冶金、 船舶 等行业的管壳式换热设备与反应设备上， 尤其是以传热管内流体做动力的能 够进行强化传热与在线清洗的管内自清洁强化传热装置。 背景技术

管壳式换热器的传热管内壁在使用一段时间后容易结垢 , 而结垢会导致 传热效率下降、 流体流动阻力增大， 从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形成垢下腐蚀， 造成安全隐患， 缩短了传热设备的使 用寿命。 ，而停产清洗将会影响生产的正常进行， 从而降低生产效率。

在现有的强化传热与在线清洗方法中, 螺旋扭带法是以流体动能为驱动 力使扭带旋转而达到在线清洗与强化传热的目的。在专利号为 ZL 95236063. 2 的中国实用新型专利中公开了一种传热管内除垢防垢的清洗装置， 该装置由 传热管内装设的螺旋扭曲带构成， 扭曲带的径向尺寸小于传热管的内径， 在 传热管介质进口端装有轴向固定架， 其中部有流孔， 轴向固定架的头部有一 个轴孔， 轴孔内装销轴， 销轴的尾部与扭曲带连接。 公开号 CN 1424554的中 国专利申倚公开了一种汉扰流螺旋式强化换热及自动除垢装置， 该装置除了 设有螺旋扭带、 固定架之外， 螺旋扭带设置在螺旋管内， 靠通过螺旋管内的 流体流动带动螺旋扭带转动。

上述前两种专利提到的装置具有一定的强化传热效果和在线清洗能力， 在特定领域得到工业应用。 但由于该两种自清洁强化传热装置的螺旋扭带的 长度与传热管大体相等， 为一体式内插件， 在使用过程中扭带局部卡死将会 导致整^^扭带不能顺利转动， 并且其动力矩不足。 此外， 两种装置均采用一 固定架相连接， 一端自由摆动的方式。 虽然扭带外径小于传热管内径， 但是由于整条螺旋扭带径向摆动幅度不同， 将导致螺旋扭带清除污垢不均匀 以及刮擦传热管管壁等问题。 此类装置自身结构特点决定了只能在高流速、 短管程的换热场合应用。

为解决上述问题,本发明人曾提出了一种转子式自清洁强化传热装置（公 开号 CN 2833494 ), 该装置由转子、 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。 该技术能够 有效均匀清理污垢并且对管壁无任何磨损， 具有应用范围广、 适应能力强等 特点， 但是转子与转子之间存在相互干涉、 相互摩擦等问题， 导致传热管内 的转子转速不均匀， 更为严重的会导致传热管出口处转子停止转动， 丧失其 强化传热与自清洁的功能。 并且， 转子转速的不同也导致转子与转子之间磨 损严重， 缩短了转子的使用寿命。 另外， 钢丝与固定架缠绕联接也给现场安 装带来了不便。 发明内容

本发明所要解决的技术问题在于， 提供一种管内自清洁强化传热装置， 有效解决现有传热管内强化传热与在线自清洁技术的动力不足、 现场安装不 便以及转动件间相互磨损和干涉等问题， 以便延长转动件的使用寿命， 增强 其强化传热与自清洁效果,拓宽在线自动清洗与强化传热技术的应用范围。

本发明采用的技术方案如下： 一种管内自清洁强化传热装置， 其包括有 多个设置在传热管内的转动件， 在传热管两端部设有固定架， 在该固定架上 固定支撑有穿过所述传热管的支撑轴， 所述多个转动件具有供支撑轴穿过的 中心孔， 该中心孔的孔径略大于支撑轴的轴径， 从而该多个转动件可转动地 支撑于该支撑轴上， 并且至少在一对相邻的转动件之间设有将该对转动件的 相邻端部隔开的限位件，该限位件固定于支撑轴上，由该限位件将所述多个转 —J '刀隔成二组或二组以上的转动件組。

在本发明中， 在所述转动件与固定架之间也可设有限位件。

在本发明中， 在一个所述的转动件组中可仅具有一个转动件， 也可具有 两个或者两个以上的转动件。

在本发明中， 所述限位件的一端部和与该端部相邻的转动件之间设有凸 凹配合结构。

在本发明中， 所述的凸凹配合结构包括形成在限位件和转动件其中一方 上的凸起部和形成在另一方上的与该凸起部配合的凹槽。

在具有两个或者两个以上转动件的转动件组中， 相邻的转动件的两相邻 端面之间设有相配合的凸凹配合结构。 在该例子中， 所述的相邻转动件的两 相邻端面上分别设有突出于端面且径向尺寸小于端面径向尺寸的连接部， 所 述的凸凹配合结构形成于该两突出的连接部上， 从而在该凸凹配合结构相配 合时， 通过该两连接部将两相邻端面分隔开， 从而消除了相邻转动件的端面 间的摩擦干扰。

在本发明中， 所述的两相邻转动件之间的凸凹配合结构可包括形成在两 相邻转动件其中一方上的凸起部和形成在另一方上的与该凸起部配合的凹 槽。

作为一种可选的实施方式， 上述的凸起部的形状可为圆柱状、 圆台状或 半圆球状， 所述的凹槽相应为圆柱状凹槽、 圆台状凹槽或者半球状凹槽。

在本发明中 , 所述转动件组两端的限位件之间所限定的轴向距离略大于 转动件组的长度， 使该转动件组的各转动件之间以及转动件与 p艮位件之间具 有轴向间隙， 在转动时可该轴向间隙中形成液膜， 起到自润滑作用， 从而减 小了该些部件之间的相互摩擦， 降低了磨损， 提高了转动件的使用寿命。

在发明中， 固定架轴向有两个或两个以上的流孔， 该流孔的总面积等于 或大于传热管的内截面面积， 以便介质顺畅地流入传热管内。 该固定架中心 有一个与传热管同心的轴孔， 所述支撑轴穿过轴孔由轴端固定件约束在固定 不 ， 同时防止固定架与传热管发生相对位移。

所述的轴端固定件可为支撑轴直接打结而形成的凸起的结节或者为卡 子、 铆钉或者为所述限位件。

在发明中， 在介质进口端的固定架上卡设有滤罩， 该滤罩的流通面积等 于或大于传热管流通面积。

在发明中， 支撑轴由不锈钢丝绳或不锈钢丝或柔性高分子材料做成。 在发明中， 转动件可以为转子、 分段扭带、 分段螺旋线或几种转动件的 组合等。

在本发明中， 所述的限位件具有供所述支撑轴穿过的中心孔， 该限位件 在穿设于支撑轴上后， 通过中心孔的塑性变形固定于支撑轴上。

本发明的管内自清洁强化传热装置在运行时， 管程介质通过固定架轴向 的流孔流入传热管中， 转动件在流体的推动作用下绕支撑轴旋转， 转动件旋 转运动可以刮擦传热管管壁污垢， 并且在转动件与管壁的间隙通过流体高速 冲击管壁， 有效地破坏了污垢形成的条件， 预防污垢沉积在传热管内壁上。. 在流体的推动作用下转动件旋转运动使得传热管内的介质发生多次置换， 并 不断扰动传热管内壁边界滞留层， 因此同时实现强化传热作用。

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 等传热管内壁易于结垢的场合。

本发明的转动件可采用高分子材料、 陶瓷、 复合材料或金属材料制作， 其可以为注射、 模压、 机加工、 焊接等成型方式， 所采用材料或成型方式由 传热管介质的物理性质决定。 固定架采用塑料或不锈钢材料制作。 采用高分 子材料制作的转动件还具有低成本、 耐腐蚀、 耐高温、 抗老化等特点。

本发明'的管内自清洁强化传热装置由于采用限位件将转动件分成多个 組， 使得不同分組之间的转动件没有任何影响， 而组内转动件影响极小， 这 样可以最大限度地减少转动件之间的干涉， 获得了充分的转动力矩， 不但延 长转动件的使用寿命， 降低了装配和现场安装的难度， 提高了转动件强化传 自清洁技术运行可靠性，而且增强了换热设备的强化传热与自清洁效果。 该装置具有清洗污垢更彻底、 强化传热效果更好、 安全系数更高、 安装更方 便、应用范围更广等诸多优点，特别适用于现有管壳式换热设备的技术改造。 此外， 转动件在水流的冲击下快速旋转自动找中， 从而转动件不会磨损传热 管， 有效地保证了设备的安全运行。 另外， 本发明的分组方式使得转动件的 旋转只与介质流速有关， 而与传热管长度无关， 所以极大地拓展了转动件强 化传热与自清洁技术的应用场合和范围。 附图说明

图 1是本发明的管内自清洁强化传热装置结构示意图；

图 2是本发明转动件的结构示意图；

图 3是图 2的端面示意图；

图 4是本发明固定架的结构示意图；

图 5是图 4的侧视图；

图 6是转动件之间以及转动件与限位件之间的配合结构示意图； 图 7是限位件的另一种结构示意图； .

图 8是本发明带有滤罩的管内自清洁强化传热装置结构示意图； 图 9是图 8'中的固定架与限位件的配合结构示意图；

图 10是本发明的滤罩结构示意图；

图 11是图 10的端面结构示意图；

图 12是本发明的管内自清洁强化传热装置的另一种结构示意图。 具体实施方式

如图 1 - 12所示， 本发明的管内自清洁强化传热装置包括有多个设置在 传热管 1内的转动件 2，在传热管 1两端部通过承插联接设置有固定架 3，在 该固定架 3上固定支撑有穿过所述传热管 1的支撑轴 4 , 所述多个转动件 1 升 供支撐轴穿过的中心孔 21 ,该中心孔 21的孔径略大于支撑轴 4的轴径， 从而该多个转动件 2可转动地支撑于该支撑轴 4上， 并且至少在一对相邻的 转动件 2之间设有将该对转动件 2的相邻端部隔开的限位件 5 , 该限位件 5 固定于支撑轴 4上，由该限位件 5将所述多个转动件 2分隔成二組或二组以上 的转动件组 20。 这样， 通过限位件 5将转动件 2分成多个组， 使得不同分组 之间的转动件 2没有任何影响， 从而减少了转动件 2之间的干涉， 获得了充 分的转动力矩， 不但延长转动件 2的使用寿命， 而且增强了换热设备的强化 传热与自清洁效果。 另外， 本发明的分组方式使得转动件 2的旋转只与介质 流速有关， 而与传热管 1的长度无关， 所以极大地拓展了转动件 2强化传热 与自清洁技术的应用场合和范围。

如图 1所示， 在本发明中， 在所述转动件 2与固定架 3之间也可设有限 位件 5 , 从而将转动件 2与固定架的端面分隔开， 避免在转动件 2转动时与 固定架 3产生干涉。

在本发明中， 一个所述的转动件组 20可仅包括一个转动件 2， 也可包括 有两个或两个以上的转动件 2。 在管内自清洁强化传热装置中可包括有多个 转动件组 20 ,这些转动件组 20可具有相同数目的转动件 2 ,也可分别具有不 同数目的转动件 2 , 其具体设置方式可根据实际需要而确定， 在本发明中不 作具体限制。图 1仅示出的是每组转动件组 20包括三个转动件 2的一个例子。

在本发明中， 如图 12 作为一个具体的例子， 可在每两相邻的转动件 2 之间均设有限位件 5,从而由该限位件 5分隔成的每组转动件组 20均只具有 一个转动件 2。 这样。 在各个转动件 2转动时， 由于均被限位件 5分隔， 多 个转动件 2各自互不干涉， 从而更进一步减少了转动件 2间的摩擦干扰， 延 长转动件 2的使用寿命。

在本发明中，如图 6所示，可至少在所述限位件 5的其中一端部 51和与 该端部 51相邻的转动件 1之间设有凸凹配合结构。该凸凹配合结构可包括形 成在限位件 5和转动件 2其中一方上的凸起部 71和形成在另一方上的与该凸 ^配合的凹槽 72。 这样， 在流体介质的冲击下， 该转动件 2发生快速旋转 时， 通过转动件 2与限位件 5上的凸起部 71、 凹槽 72的配合， 可限制转动 件 2的径向跳动， 有利于转动件 2的自动找中， 从而避免转动件 2与传热管 1以及支撑轴 4的刮擦， 保证了换热设备的安全。

在本发明中， 如图 1、 图 6所示， 所述具有两个或者两个以上转动件 1 合结构。 作为一种可选的例子， 该相邻转动件 2的两相邻端面上可分别设有 突出于端面且径向尺寸小于转动件 2端面径向尺寸的连接部 22，所述的凸凹 配合结构形成于该两突出的连接部 22上， 从而在该凸凹配合结构相配合时， 通过该两连接部 22将两相邻端面分隔开，从而减少了相邻转动件 2的端面之 间的摩擦干扰。

在本发明中， 所述的凸凹配合结构包括形成在两相邻转动件 2其中一方 上的凸起部 73和形成在另一方上的与该凸起部 73配合的凹槽 74。 这样， 在 转动件 2发生快速旋转时， 通过相邻转动件 2之间的凸起部 73、 凹槽 74的 配合， 可限制转动件 2的径向跳动， 使转动件 2能够自动找中， 从而避免转 动件 2与传热管 1以及支撑轴 4的刮擦， 保证了换热设备的安全。

如图 6所示， 示出了在转动件 2的一端的连接部 11上设有凸起部 73 , 而在另一端的连接部 22上设有凹槽 74的情况。 该转动件 1也可为两端的连 接部 22上均设置有凸起部 73, 而与该两端分别相邻的两个相邻转动件 2的 相邻端部上均设置为凹槽 74 , 来形成相邻转动件 2之间的凸凹配合结构。 如 图 6 , 为制造方便， 可不管是否需要凸凹配合结构， 所有的转动件 2均为一 端具有凸起部 73、 一端具有凹槽 74的结构。 当然， 也可仅在需要凸凹配合 的转动件 2的两相邻端部上设置相配合的凸起部 73和凹槽 74， 只要能够在 转动件 2之间形成凸凹配合结构即可。 对于限位件 5 , 可如图 6所示， 仅在 一端设置有凹槽 72， 以与转动件 2上的凸起部 71相配合； 也可如图 7所示， 在限位件 1的一端设置有凸起部 71 , 而与之配合的相邻转动件 2的与该凸起 ^1邻的端部上设置凹槽 72。 或者， 也可以在该限位件 5的两端均设有与转 动件 2配合的结构， 如两端均设置有凸起部 71或者两端均设置有凹槽 72或 者一端设置凸起部 71 , 另一端设置凹槽 72 ,从而该限位件 5的两端均可与相 邻的转动件 2形成凸凹配合结构。

在本发明中，所述的凸起部 71、 73的形状可为圆柱、圆台或半圆球状等， 所述的凹槽 72、 74也相应为圆柱状凹槽、 圆台状凹槽或者半球状凹槽等。 当 然该凸起部 71、 73和凹槽 72、 74也可为其它没有列出的形状， 只要能够形 成凸凹配合， 并且不影响转动件 2的转动即可， 其具体形状在本发明中不作 具体限制。 作为示例， 在本发明的附图中示出了形状为圆台状的例子。

在本发明中， 如图 1、 图 8、 图 12所示， 所述转动件组 20两端的限位件 5之间所限定的轴向距离略大于转动件組 20的长度， 使该转动件组 20的各 转动件 2之间以及转动件 2与限位件 5之间具有轴向间隙。 这样， 在转动时 可在该轴向间隙中形成液膜， 起到自润滑作用， 从而减小该些部件之间的相 互摩擦， 降低了磨损， 进一步提高了转动件的使用寿命。 在图 1、 图 2中， ： 由于该轴向间隙比较小， 为便于表示该轴向间隙， 仅在限位件 5的一端和转 动件 2之间的位置较为夸张地示出了该轴向间隙。

本发明的上述转动件 2之间以及转动件 2与限位件 5之间形成的凸凹配 合结构可以起到限制转动件 2的径向跳动和形成液膜达到自润滑的作用。

在发明中， 如图 4、 图 5所示， 所述固定架 3轴向有两个或两个以上的 流孔 32, 该流孔 32的总面积等于或大于传热管 1的内截面面积， 以便介质 顺畅地流入传热管内。 该固定架 3中心有一个与传热管 1同心的轴孔 31 , 所 述支撑轴 4穿过轴孔 31由轴端固定件 8约束在固定架 3上，同时防止固定架 3与传热管 1发生相对位移。 所述的轴端固定件 8可为支撑轴 4直接打结而 形成的凸起的结节或者为卡子、铆钉或者为所述限位件等， 如图 1、 图 8、 图 9示出了该轴端固定件 8为限位件的一个例子， 但该轴端固定件 8并不限于 上述列出的形式， 其还可采用其他现有的轴端固定方式， 只要能够将支撑轴 4 定约束在固定架 3上即可， 其具体结构可不作限定。

在发明中， 如图 8、 图 10、 图 11所示， 根据需要进入传热管 1的介质的 情况， 可在介质进口端的固定架 3上卡设有滤罩 9 , 从而对介盾进行过滤。 为保证介质的畅通， 该滤罩 9的流通面积大于或等于传热管 1流通面积。

在发明中，支撑轴 4可由不锈钢丝绳或不锈钢丝或柔性高分子材料做成。 所述的转动件 2可以为转子、分段扭带、分段螺旋线或几种转动件的组合等。 其中，一个转动件组 20所包含的转动件 1的个数、种类及分段长度等可根据 实际情况需要而确定。

在本发明由于采用通过支撑轴 4固定于固定架 3的方式将多个转动件 2 支撑于传热管 1内， 与现有管内自清洁强化传热装置相比， 降低了装配和现 场安装的难度， 提高了转动件强化传热与自清洁技术运行可靠性。

在本发明中， 如图 6、 图 7所示， 所述的限位件 5具有供所述支撑轴 4 穿过的中心孔 55 , 该限位件 5在穿设于支撑轴 4上后， 通过塑性变形固定于 支撑轴 4上， 从而起到轴向限位的作用。

本发明的管内自清洁强化传热装置在运行时， 管程介质通过固定架 3轴 向的流孔 32流入传热管 1中，转动件 1在流体的推动作用下绕支撑轴 4旋转, 转动件 2旋转运动可以刮擦传热管 1管壁污垢， 并且在转动件 2与管壁的间 隙通过流体高速冲击管壁， 有效地破坏了污垢形成的条件， 预防污垢沉积在 传热管 1内壁上， 从而对传热管 1起到了自清洁作用。 在流体的推动作用下 转动件 2旋转运动使得传热管 1内的介质发生多次置换， 并不断扰动传热管 1内壁边界滞留层， 因此同时实现强化传热作用。

本发明的管内自清洁强化传热装置适用于管壳式换热设备， 包括卧式换 热器和立式换热器、 凝汽器等传热管内壁易于结垢的场合。

本发明的转动件 2可采用高分子材料、陶瓷、复合材料或金属材料制作， 其可以为注射、 模压、 机加工、 焊接等成型方式， 所采用材料或成型方式由 传热管 1介质的物理性质决定。 固定架 3采用塑料或不锈钢材料制作。 采用 肉刀子材料制作的转动件 2还具有低成本、耐腐蚀、 耐高温、 抗老化等特点。 本发明的自清洁强化传热装置可采用下述方式进行装配： 支撑轴 4穿过 固定架 3的轴孔 31、 转动件 2的中心孔 21和限位件 5的中心孔 55 , 使得固 定架 3分布在支撑轴 4的一端， 并由构成轴端固定件 8的限位件 5固定， 而 转动件 2分布在支撑轴 4上， 才艮据实际情况转动件 1由限位件 5分成不同的 组数。 限位件 5中心孔 55穿过支撑轴 4， 通过中心孔 55的塑性变形固定在 支撑轴 4上。随后把装置以未安装固定架 3的一端穿入并放置到传热管 1内 , 并使得固定架 3与传热管 1承插固定后， 支撑轴 4再穿入另一端的固定架 3, 同样采用限位件 5固定到传热管 1上，最后把滤罩 9通过卡扣 91约束在介质 进口端的固定架 3上。 ·

上述实施例为本发明的几种具体实施方式， 仅用于说明本发明， 而非用 于限制本发明。

Claims (1)

1. 权利要求书

   1、一种管内自清洁强化传热装置，其包括有多个设置在传热管内的转动 件， 其特征在于， 在传热管两端部设有固定架， 在该固定架上固定支撑有穿 过所述传热管的支撑轴， 所述多个转动件具有供支撑轴穿过的中心孔， 该中 心孔的孔径略大于支撑轴的轴径，该多个转动件可转动地支撑于该支撑轴上， 并且至少在一对相邻的转动件之间设有将该对转动件的相邻端部隔开的限位 件，该限位件固定于支撑轴上，由该限位件将所述多个转子分隔成二組或二组 以上的转动件组。

   2、 如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 在所述 转动件与固定架之间设有所述限位件。

   3、 如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 在一个 所述的转动件組中仅具有一个转动件或者， 在一个所述的转动件组中具有两 个或者两个以上的转动件。

   4、如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述的 限位件的端部和与该端部相邻的转动件之间设有凸凹配合结构， 所述的凸凹 配合结构包括形成在限位件和转动件其中一方上的凸起部和形成在另一方上 的与该凸起部配合的凹槽。

   5、 如权利要求 3所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 在所述 的具有两个或者两个以上的转动件的转动件组中， 相邻的转动件的两相邻端 面之间设有相配合的凸凹配合结构， 所述的凸凹配合结构包括形成在两相邻 转动件其中一方上的凸起部和形成在另一方上的与该凸起部配合的凹槽。

   6、 如权利要求 2所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述转 动件组两端的限位件之间所限定的轴向距离略大于转动件组的长度， 使该转

   7、如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述固 木轴向具有两个或两个以上的流孔， 该流孔的总面积等于或大于传热管的 内截面面积。

   8、如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述固 定架中心有一个与传热管同心的轴孔， 所述支撑轴穿过轴孔由轴端固定件约 束在固定架上。

   9、 如权利要求 8所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述的 轴端固定件可为支撑轴直接打结而形成的凸起的结节或者为卡子、 铆钉或者 为所述限位件。

   10、 如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 在介 质进口端的固定架上卡设有滤罩， 该滤罩的流通面积等于或大于传热管流通 面积。

   11、 如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 所述 转动件为转子、 分段扭带或分段螺旋线， 或者它们的组合。

   12、 如权利要求 1所述的管内自清洁强化传热装置， 其特征在于， 述 的限位件具有供所述支撑轴穿过的中心孔， 该限位件在穿设于支撑轴上后， 通过中心孔的塑性变形固定于支撑轴上。