CN101506611B - 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)之间设有将该对转动件(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的中国专利申请公开了一种双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根扭带不能顺利转动，并且其动力矩不足。此外，两种装置均采用一端与固定架相连接，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动件分隔成二组或二组以上的转动件组。

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限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架上，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组，使得不同分组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热与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2具有供支撑轴穿过的中心孔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分隔成二组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2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起部配合的凹槽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2的转动件组20中相邻的转动件2的两相邻端面之间也可设有相配合的凸凹配合结构。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22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2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2的一端设置有凸起部71，而与之配合的相邻转动件2的与该凸起部相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组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固定约束在固定架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，从而对介质进行过滤。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2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2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。采用高分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，根据实际情况转动件2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 (12)

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动件分隔成二组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组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，使该转动件组的各转动件之间以及转动件与限位件之间具有轴向间隙。

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，所述固定架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，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。

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