CN102161045B - 一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件 - Google Patents
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Abstract
一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，属于换热管内清洗除垢和强化传热技术领域。该自旋转清洗除垢元件含有自支撑组件、自旋转组件和垫片，其中，自支撑组件是由两端的辐射状支撑件和中心杆组成并连接为一体，辐射状支撑件的支杆外端支撑在换热管的内壁上，自旋转组件是由旋转中心套、两端连接件、扰流件、驱动叶片组成并连接为一体，自旋转组件套装在自支撑组件的中心杆上，驱动叶片在管内流体的作用下使自旋转组件获得自旋转驱动力而产生自旋转，使换热管内壁获得防垢除垢的效果。本发明具有不刮蹭换热管、高可靠性、长寿命、清洗除垢均匀的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，属于换热管内清洗除垢和强化传热技术领域。
背景技术
在石油、化工、电力、钢铁等工业领域存在大量的热交换过程，管式换热设备被广泛的应用，而换热管在运行中绝大部分都有积污、结垢和结焦的现象。换热设备的积污、结垢和结焦导致设备传热系数降低，能耗增大，甚至出现堵管而导致设备无法正常运行；结垢还会形成垢下腐蚀，缩短了设备的使用寿命。目前换热设备管内在线清洗除垢主要方法是采用固定在换热管两端的软轴(如钢丝等)将可绕该软轴旋转的内插件串接，而贯穿整个换热管的柔性软轴在多数情况下容易被拉伸变形，因此用柔性软轴串接的管内插件在重力等作用下很容易刮蹭换热管内壁，尤其在高温、长时间使用等情况下更为突出，进而可能严重影响其使用寿命和使用效果，以及在重力的作用下产生管内插件明显偏离换热管中心的现象，而使清洗除垢不均匀，清洗除垢性能欠佳。此外，该方法不适合于换热管弯曲等情况，如U型管换热设备等；目前公开的管内插在线清洗除垢元件其结构决定为塑料制品，其可靠性较低和使用寿命难以满足长周期使用的要求，以及不能在高温条件下使用。这些不足影响了管内插在线清洗除垢技术的推广应用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，以克服上述现有技术的不足。
本发明采用的技术方案为：
该清洗除垢元件放置在换热管内，包括自支撑组件、自旋转组件和垫片，其中，所述自支撑组件是由两端的辐射状支撑件以及由两端的辐射状支撑件支撑的中心杆组成，并连接为一体，辐射状支撑件的支杆外端支撑在换热管的内壁上；所述自旋转组件是由旋转中心套，两端连接件，扰流件，驱动叶片组成并连接为一体，构成矩形框体，其中，旋转中心套位于自旋转组件的两端，两端连接件的两端分别与旋转中心套和扰流件连接，驱动叶片安装在连接件上，驱动叶片在流体的作用使自旋转组件获得自旋转驱动力而产生自旋转；所述多个垫片穿套在所述自支撑组件的中心杆上，放置在转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间；若干个所述自旋转组件穿套在所述自支撑组件的中心杆上，自旋转组件可绕中心杆自由旋转，当换热管内流体作用在自旋转组件的驱动叶片上时使自旋转组件绕中心杆产生自旋转，由于旋转组件的扰流件对换热管内壁附近流体的旋转扰流作用使换热管内壁获得防垢除垢的效果。
所述两端连接件为杆状、管状或者板片状。
所述扰流件为杆状、管状或者板片状。
所述扰流件与换热管内壁存在间隙，间隙不大于0.05倍的换热管内径。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：当管内流体作用在其自旋转组件的驱动叶片上时使旋转组件产生自旋转，由于旋转组件的扰流件对换热管内壁附近流体的旋转扰流作用使换热管内壁获得防垢除垢的效果。由于具有自支撑结构而不会刮蹭换热管，既可以采用塑料等非金属材料制造又可以采用金属材料制造，当采用金属材料(如不锈钢、铜合金、钛合金等)制造时，由于金属材料的高强度、耐高温特性和耐摩特性等，因而可以用在高温等条件下，同时具有高可靠性和长寿命的特点；由于具有自支撑结构，在重力的作用下不会产生清洗除垢元件明显偏离换热管中心的现象，而使清洗除垢均匀，清洗除垢性能更佳。
附图说明
图1是本发明的实施例一的结构示意图。
图2是图1的右剖视结构示意图。
图3是本发明的实施例一放置在换热管内的结构示意图。
图4是图3的右剖视结构示意图。
图5是本发明的实施例一的三维结构示意图。
图6是本发明的实施例一的自支撑组件结构示意图(空心中心杆)。
图7是图6的左视结构示意图(4辐条)。
图8是本发明的实施例一的自支撑组件结构示意图(实心中心杆)。
图9是图6的左视结构示意图(3辐条)。
图10是图6的左视结构示意图(2辐条且外端弯曲)。
图11是图6的左视结构示意图(4辐条且外端弯曲)。
图12是图6的左视结构示意图(3辐条且外端弯曲)。
图13是图6的左视结构示意图(4辐条且外端弯曲)。
图14是图6的左视结构示意图(4辐条且外端弯曲)。
图15是本发明的实施例一的自旋转组件结构示意图(1)。
图16是图15的右剖视结构示意图(1)。
图17是本发明的实施例一的自旋转组件结构示意图(2)。
图18是本发明的实施例一的自旋转组件结构示意图(3)。
图19是本发明的实施例一的自旋转组件结构示意图(4)。
图20是图19的右剖视结构示意图。
图21是本发明的实施例二的结构示意图。
图22是图21的左视结构示意图；
图23是本发明的实施例二放置在换热管内的结构示意图。
图24是图3的左视结构示意图。
图25是本发明的实施例二的三维结构示意图。
图26是本发明的实施例二的自旋转组件结构示意图。
图27是图15的左视结构示意图(1)。
图28是图15的左视结构示意图(2)。
图29是图15的左视结构示意图(3)。
图30是本发明的实施例二的另一结构示意图。
图31是图19的左视结构示意图。
图32是本发明的实施例三的横剖面结构示意图。
图33是图21的左视结构示意图(1)。
图34是图21的左视结构示意图(2)。
图35是本发明的实施例四的自旋转组件结构示意图。
图36是图35的左视结构示意图(1)。
图37是图35的左视结构示意图(2)。
图38是图35的左视结构示意图(3)。
上述实施图图中标号：
1-自支撑组件；2-自旋转组件；3-垫片；4-换热管；11-中心杆；12-辐射状支撑件；21-旋转中心套；22-两端连接件；23-扰流件；24-驱动叶片。
具体实施方式
本发明提供了一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，下面结合附图说明及实施例对本发明进行详细的描述。
实施例一
图1是本发明的实施例一的结构示意图，图2是图1的右剖视结构示意图，图3是本发明的实施例一放置在换热管内的结构示意图，图4是图3的右剖视结构示意图，图5是本发明的实施例一的三维结构示意图。
如图1-图5所示，本发明的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管4内，包括：一个自支撑组件1、若干个自旋转组件2和多个垫片3，其中：
自支撑组件1是由两端的辐射状支撑件12和由两端的辐射状支撑件12支撑的中心杆11组成并连接为一体，辐射状支撑件12的支杆外端支撑在换热管4的内壁上；
自旋转组件2是由旋转中心套21，两端连接件22，扰流件23，驱动叶片24组成并连接为一体，并构成矩形框体，其中，旋转中心套21位于自旋转组件2的两端并为自旋转组件2的旋转中心套，两端连接件22连接旋转套21和扰流件23，扰流件23由两端连接件22支撑并与换热管内壁存在一定的间隙，其间隙一般不大于0.05倍的换热管内径，扰流件23为空心杆/管状，扰流件23在自旋转过程中起到扰流而到达清洗除垢或者防止结垢的效果，扰流件23为空心杆/管状也可以起到自定心的作用，驱动叶片24与连接件22相连接，驱动叶片24在流体的作用使自旋转组件2获得自旋转驱动力而产生自旋转；
多个垫片3穿套在自支撑组件1的中心杆11上，放置在转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间，起到防止转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间的刮蹭，以及减少其转动摩擦力，提高其运行寿命；
若干个自旋转组件2穿套在自支撑组件1的中心杆11上，自旋转组件2可绕中心杆11自由旋转，当换热管内流体作用在自旋转组件2的驱动叶片23上时使自旋转组件2绕中心杆11产生自旋转。
本实施例的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管内，在换热管内流体的作用下使管内自支撑自旋转清洗除垢元件的自旋转组件2产生自旋转，由于旋转组件2的扰流件23对换热管内壁附近流体的旋转扰流作用使换热管放置该自支撑自旋转清洗除垢元件处的管内壁获得防垢除垢的效果。在全长换热管内放置多个自支撑自旋转清洗除垢元件，即可使全长换热管内获得防止结垢和清洗除垢的效果。
本实施例的一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件包含1个自旋转组件2，也可以为2个或者2个以上的自旋转组件，当一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件上设置2个或者2个以上的自旋转组件时，可以同向旋转也可以反向旋转。管内自支撑自旋转清洗除垢元件的长度，以及一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件所设置的自旋转组件的个数，是根据其刚度确定的，其原则是在运行过程中自旋转组件2不刮蹭换热管4。
图6是本发明的实施例一的自支撑组件2的结构示意图，图7是图6的左视结构示意图。在图6和图7中，中心杆11为空心/管式中心杆，也可以为实心中心杆，如图8所示。在图6和图7中，辐射状支撑件12为4个直辐条和一个中心套组成并连接为一体式结构(整体式)，也可以为3个辐条或者2个辐条结构，辐条也可以为弯曲辐条，辐条也可以为组焊式(非整体式)，如图9、图10、图11、图12、图13、图14所示。图9是具有3个整体直辐条式辐射状支撑件结构示意图，图10是具有2个整体外端弯曲辐条式辐射状支撑件结构示意图，图11是具有4个整体外端弯曲辐条式辐射状支撑件结构示意图，图12是具有3个整体外端弯曲辐条式辐射状支撑件结构示意图，图13是具有4个组焊外端弯曲辐条式辐射状支撑件结构示意图，图14是另一种具有4个组焊外端弯曲辐条式辐射状支撑件结构示意图。
图15是本发明的实施例一的自旋转组件结构示意图，图16是图15的右剖视结构示意图。在图15和图16中，21为旋转中心套，22为两端连接件，23为扰流件，24为驱动叶片。在图15和图16中，两端连接件22与扰流件23为一体式结构，也可以为分体组焊式结构，如图17所示。在图15和图16中，两端连接件22与扰流件23为空心杆/管式结构，也可以为实心杆式结构，如图18所示。
图15所示的自旋转组件，设置了一对驱动叶片，也可以设置2对驱动叶片，如图19和图20。在图19和图20中，在自旋转组件的两端连接件22上各连接了一对驱动叶片，设置多对驱动叶片的目的是可以获得更大的旋转驱动力。
本实施例的结构，由于自支撑组件的自支撑作用，使自旋转组件在旋转过程中不会刮蹭换热管；既可以采用塑料等非金属材料也可以采用金属材料制造，当采用金属材料(如不锈钢、铜合金、钛合金等)制造时，由于金属材料的高强度、耐高温特性和耐摩特性等，因而可以用在高温等条件下，同时具有高可靠性和长寿命的特点；同时由于具有自支撑结构，在重力的作用下不会产生清洗除垢元件明显偏离换热管中心的现象，而使清洗除垢均匀，清洗除垢性能更佳。
实施例二
图21是本发明的实施例二的结构示意图，图22是图21的左视结构示意图，图23是本发明的实施例二放置在换热管内的结构示意图，图24是图23的左视结构示意图，图25是本发明的实施例二的三维结构示意图。
如图21、图22、图23、图24和图25所示，本发明的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管4内，包括：一个自支撑组件1、若干个自旋转组件2和多个垫片3，其中：
自支撑组件1是由两端的辐射状支撑件12和由两端的辐射状支撑件12支撑的中心杆11组成并连接为一体，辐射状支撑件12的支杆外端支撑在换热管4的内壁上；
自旋转组件2是由旋转中心套21，两端连接件22，扰流件23，驱动叶片24组成并连接为一体，其中，旋转中心套21位于自旋转组件2的两端并为自旋转组件2的旋转中心套，两端连接件22为板片状，两端连接件22连接旋转套21和扰流件23，扰流件23由两端连接件22支撑并与换热管内壁存在一定的间隙，扰流件23为弯曲板片状，扰流件23在自旋转过程中起到扰流而到达清洗除垢或者防止结垢的效果，扰流件23为弯曲板片状也可以起到自定心和加强扰流件刚度的作用，驱动叶片24与连接件22相连接，驱动叶片24在流体的作用使自旋转组件2获得自旋转驱动力而产生自旋转；
多个垫片3穿套在自支撑组件1的中心杆11上，放置在转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间，起到防止转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间的刮蹭，以及减少其转动摩擦力，提高其运行寿命；
若干个自旋转组件2穿套在自支撑组件1的中心杆11上，自旋转组件2可绕中心杆11自由旋转，当换热管内流体作用在自旋转组件2的驱动叶片23上时使自旋转组件2绕中心杆11产生自旋转。
本实施例的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管内，在换热管内流体的作用下使管内自支撑自旋转清洗除垢元件的自旋转组件2产生自旋转，由于旋转组件2的扰流件23对换热管内壁附近流体的旋转扰流作用使换热管放置该自支撑自旋转清洗除垢元件处的管内壁获得防垢除垢的效果。在全长换热管内放置多个自支撑自旋转清洗除垢元件，即可使全长换热管内获得防止结垢和清洗除垢的效果。
本实施例的一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件包含2个自旋转组件2，也可以为1个，也可以为2个以上，如3个、4个。其一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件所设置的自旋转组件的个数，是根据其刚度确定的，原则是在运行过程中自旋转组件不刮蹭换热管。
本实施例的2个自旋转组件2为同向自旋转，也可以是反向自旋转。当同一个为管内自支撑自旋转清洗除垢元件上的自旋转组件为同向自旋转时，应在换热管内间隔设置不同方向旋转的管内自支撑自旋转清洗除垢元件，以避免多个同向旋转的管内自支撑自旋转清洗除垢元件逐渐降低转速甚至停转。一般同向旋转的多个管内自支撑自旋转清洗除垢元件的轴向长度不应大于管内径的30倍。
图26是本发明的实施例二的自旋转组件结构示意图，图27是图26的左视结构示意图。在图26和图27中，两端连接件22、扰流件23和驱动叶片24为一体式结构，也可以为分体组焊式结构，如图28所示。在图26和图27中，两端连接件22与旋转中心套21为组焊式结构，也可以为一体式结构，如图29所示。
图26所示的自旋转组件，设置了一对驱动叶片，也可以设置2对驱动叶片，如图30和图31。在图30和图31中，在自旋转组件的两端连接件22上各连接了一对驱动叶片，设置多对驱动叶片的目的是可以获得更大的旋转驱动力。图31中所示的扰流件也与与图27至图29中所示的扰流件有所不同，图31中所示的扰流件为弧线弯曲，而图27至图29中所示的扰流件为折线弯曲。
本实施例二与前述实施例一的不同之处在于，实施例一的自旋转组件两端连接件和扰流件为杆状或者管状结构，实施例二的自旋转组件两端连接件和扰流件为板片状结构。实施例一的刚性更好，实施例二的流阻更小。
实施例三
图32是本发明的实施例三的横剖面结构示意图，图33是图32的左视结构示意图，图34是图33中2个自旋转组件2分别正反旋转30度后的结构示意图。在图32、图33和图34中，1为自支撑组件，201为逆时针自旋转组件，202为顺时针自旋转组件，3为垫片，自支撑组件1包括中心杆11和辐射状支撑件12，逆时针自旋转组件201包括逆时针自旋转组件旋转中心套211、逆时针自旋转组件两端连接件221、逆时针自旋转组件扰流件231和逆时针自旋转组件驱动叶片241，顺时针自旋转组件202包括顺时针自旋转组件旋转中心套212、顺时针自旋转组件两端连接件222、顺时针自旋转组件扰流件232和顺时针自旋转组件驱动叶片242。当图32所示的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管内时，在管内流体的作用下，逆时针自旋转组件201和顺时针自旋转组件202分别反向自旋转，从而可使换热管内获得防止结垢和清洗除垢的效果。
如图32、图33、图34所示，本发明的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管内，包括：一个自支撑组件1、逆时针自旋转组件201和顺时针自旋转组件202以及多个垫片3，其中：
自支撑组件1是由两端的辐射状支撑件12和由两端的辐射状支撑件12支撑的中心杆11组成并连接为一体，辐射状支撑件12的支杆外端支撑在换热管的内壁上；
逆时针自旋转组件201是由逆时针自旋转组件旋转中心套211，逆时针自旋转组件两端连接件221，逆时针自旋转组件扰流件231，逆时针自旋转组件驱动叶片241组成并连接为一体，其中，逆时针自旋转组件旋转中心套211位于逆时针自旋转组件201的两端并为逆时针自旋转组件201的旋转中心套，逆时针自旋转组件两端连接件221连接逆时针自旋转组件旋转中心套211和逆时针自旋转组件扰流件231，逆时针自旋转组件扰流件231由逆时针自旋转组件两端连接件221支撑，逆时针自旋转组件扰流件231为弯曲板片状，逆时针自旋转组件扰流件231在自旋转过程中起到扰流而到达清洗除垢或者防止结垢的效果，逆时针自旋转组件扰流件231为弯曲板片状也可以起到自定心和加强扰流件刚度的作用，逆时针自旋转组件驱动叶片241与逆时针自旋转组件连接件221相连接，逆时针自旋转组件驱动叶片241在流体的作用使逆时针自旋转组件201获得自旋转驱动力而产生逆时针自旋转；
顺时针自旋转组件202为是由顺时针自旋转组件旋转中心套212，顺时针自旋转组件两端连接件222，顺时针自旋转组件扰流件232，顺时针自旋转组件驱动叶片242组成并连接为一体，其中，顺时针自旋转组件旋转中心套212位于顺时针自旋转组件202的两端并为顺时针自旋转组件202的旋转中心套，顺时针自旋转组件两端连接件222连接顺时针自旋转组件旋转中心套212和顺时针自旋转组件扰流件232，顺时针自旋转组件扰流件232由顺时针自旋转组件两端连接件222支撑，顺时针自旋转组件扰流件232为弯曲板片状，顺时针自旋转组件扰流件232在自旋转过程中起到扰流而到达清洗除垢或者防止结垢的效果，顺时针自旋转组件扰流件232为弯曲板片状也可以起到自定心和加强扰流件刚度的作用，顺时针自旋转组件驱动叶片242与顺时针自旋转组件连接件222相连接，顺时针自旋转组件驱动叶片242在流体的作用使顺时针自旋转组件202获得自旋转驱动力而产生顺时针自旋转；
多个垫片3穿套在自支撑组件1的中心杆11上，放置在转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间，起到防止转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间的刮蹭，以及减少其转动摩擦力，提高其运行寿命；
本实施例三的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件放置在换热管内，在换热管内流体的作用下使管内自支撑自旋转清洗除垢元件的两组反向旋转的自旋转组件产生反向自旋转，从而到达防止换热管内放置该自支撑自旋转清洗除垢元件处的管内壁结垢，或者使换热管内放置该自支撑自旋转清洗除垢元件处的管内壁获得清洗除垢的效果。在全长换热管内放置多个自支撑自旋转清洗除垢元件，即可使全长换热管内获得防止结垢和清洗除垢的效果。
本实施例三与实施例二的不同之处在于，实施例二的同一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件上的多个自旋转组件为同向旋转，而实施例三的同一个管内自支撑自旋转清洗除垢元件上设置了分别反向旋转的多个自旋转组件。
实施例四
图35是本发明的实施例四的自旋转组件的结构示意图，图36是图35的左视结构示意图。在图36中，本实施例四的扰流件23为板片弯曲制成三角形管状，以提高扰流件的刚度和强化扰流效果。本实施例四的扰流件23的横截面为三角形管状，也可以是半圆形管状、圆形管状，如图37、图38所示。
本实施例四与实施例二的不同在于，实施例二的扰流件为板片状，实施例四扰流件为板片弯曲制成的管状。本实施例四的刚度较大，而实施例二的流阻较小。
综上所述，本发明的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件的所述两端连接件22，可以为杆状，管状或者板片状；本发明的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件的所述扰流件23，可以为杆状，管状或者板片状。
Claims (4)
1.一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，放置在换热管(4)内，其特征在于：该清洗除垢元件包括自支撑组件(1)、自旋转组件(2)和垫片(3)，其中，
所述自支撑组件(1)是由两端的辐射状支撑件(12)以及由两端的辐射状支撑件(12)支撑的中心杆(11)组成，并连接为一体，辐射状支撑件(12)的支杆外端支撑在换热管(4)的内壁上；
所述自旋转组件(2)是由旋转中心套(21)，两端连接件(22)，扰流件(23)，驱动叶片(24)组成并连接为一体，构成矩形框体，其中，旋转中心套(21)位于自旋转组件(2)的两端，两端连接件(22)的两端分别与旋转中心套(21)和扰流件(23)连接，驱动叶片(24)安装在两端连接件(22)上，驱动叶片(24)在流体的作用使自旋转组件(2)获得自旋转驱动力而产生自旋转；
所述垫片(3)为多个，穿套在所述自支撑组件(1)的中心杆(11)上，放置在转动部件与静止部件、转动部件与转动部件之间；
若干个所述自旋转组件(2)穿套在所述自支撑组件(1)的中心杆(11)上，自旋转组件(2)可绕中心杆(11)自由旋转，当换热管内流体作用在自旋转组件(2)的驱动叶片(24)上时使自旋转组件(2)绕中心杆(11)产生自旋转，由于自旋转组件(2)的扰流件(23)对换热管内壁附近流体的旋转扰流作用使换热管内壁获得防垢除垢的效果。
2.根据权利要求1所述的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，其特征在于：所述两端连接件(22)为杆状、管状或者板片状。
3.根据权利要求1所述的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，其特征在于：所述扰流件(23)为杆状、管状或者板片状。
4.根据权利要求1所述的一种管内自支撑自旋转清洗除垢元件，其特征在于：所述扰流件(23)与换热管内壁存在间隙，间隙不大于0.05倍的换热管内径。
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