CN106377912A - 一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，螺旋轮作为钢丝螺旋自动清洗污垢的浪涌动力头，在蒸发室内浪涌动压力和加热管口快速两相流的冲动力的共同作用下，带动钢丝螺旋作上下往复、自转、径向振动的污垢清洗运动；免去周期性停车清洗，大幅提高产能，显著降低蒸发器单位蒸发水量的蒸汽消耗；由于钢丝螺旋径向振动频率，比上下往复运动和自转运动高一个数量级，因而相对于加热管内壁表面的往复运动和自转圆周运动都是振动跳跃式的移动，而不是贴面滑动；并且径向振动对加热管内壁的振动接触力又很轻微，所以能够有效地避免钢丝螺旋与加热管内壁表面之间发生工程磨损问题；本发明适用于自然循环蒸发器的自动清洗节能和增产增效。

Description

一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器
技术领域
本发明专利的一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，涉及自然循环蒸发器的加热管管内污垢的自动清洗和加热管内侧的传热强化节能。它主要适用于自然循环蒸发器加热管内容易生长污垢、尤其是结晶盐垢的蒸发器。
背景技术
众所周知，盐溶液的蒸发器都非常容易结垢，尤其是自然循环的高盐废水蒸发器。自然循环蒸发器的流速低，加热管内生长结垢后传热效率更低。因此，传统解决方法就是采用大功率高耗能的循环泵的强制循环，来大大加快加热管内溶液的循环流速，延缓结垢速度。即使采用如此高能耗的循环泵后，也只是比自然循环蒸发器延长了清洗的周期，仍然需要频繁地周期性停车清洗。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术问题提出一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，提出加热管口的螺旋轮作为管内钢丝螺旋自动清洗的动力头。其原理是：利用蒸发室内剧烈沸腾的浪涌和沸腾状态以及加热管出口流速大小的强烈波动，对加热管口外的螺旋轮的共同作用力，带动钢丝螺旋一起上下往复、慢速自转和径向快速振动的三维复杂运动，成功实现加热管内污垢的自动清洗和加热管内一侧的传热强化，免去周期性停车清洗，大幅提高产能，显著降低蒸发器单位蒸发水量的电耗和蒸汽消耗。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，主要零部件有蒸发室、加热室、加热管、螺旋轮、钢丝螺旋、T型轴、圆锥弹簧、弹簧架。
螺旋轮作为自然循环蒸发器钢丝螺旋自动清洗污垢的浪涌动力头，安装在加热管上管口部位。螺旋轮的底部悬挂钢丝螺旋，钢丝螺旋的下端与T型轴连接。T型轴穿过弹簧架的固定盘，圆锥弹簧组装在固定盘上。
螺旋轮采用工程塑料制造。螺旋轮的主要结构就是中心轴和螺旋叶片。中心轴结构是螺旋轮的轴向刚度需要，直径D2为5～10mm，是园管形或圆棒形结构。中心轴的下部设计有钢丝螺旋的组装孔。螺旋轮的螺旋叶片上下两段组成，为同一螺旋面，但是外径大小却不同。上段螺旋叶片的轴向高度H10mm以上，外径D0比加热管内径Di大3～8mm，目的是防止不运行时的钢丝螺旋不会因自重而弯曲卡在加热管内壁。下段螺旋叶片的外D3比加热管内径Di小1～6mm；下段螺旋叶片轴向高度L5在60～300mm范围，取值大小与加热管直径大小、除垢强度要求的行程大小、需要利用蒸发室内浪涌动压力的多少等三者有一致性关系。
螺旋叶片按三大功能原则设计。其一是提高螺旋轮上下往复运动的竖直度，减少倾斜，以防与周边的螺旋轮相互碰撞而阻碍自由的上下往复运动；其二是有利于增大自转的动力矩；其三是上下往复运动过程中对加热管口部的内壁污垢施行擦洗。因此，上下两段的螺旋叶片的螺旋方向都必须与钢丝螺旋相同，螺旋角α大小在30°～60度范围，对动力大小要求愈高，螺旋角α取值愈小。螺旋叶片的叶片数2～4，一般取2，大直径加热管可以采用多叶结构。上下两段螺旋叶片的厚度1.5～3mm，并且是根部比顶部略厚，有利于强度，也有利于注塑生产的脱模。
自然循环蒸发器运行时，蒸发室内沸腾剧烈，蒸汽泡与溶液的两相流对伸出加热管上管口的螺旋轮作用的浪涌动压力，其大小和方向都是随机多变的。加热管内近上管口的沸腾段的蒸汽泡与溶液的两相流是快速流，其流速高低和密度大小，都因为较大蒸汽泡的断续通过而大幅度的剧烈波动，对螺旋轮的冲动力大小也跟随大幅度的变化。在这两种力的共同作用下，螺旋轮带动钢丝螺旋作复杂运动：每分钟一二百次的径向振动，每分钟数次到十多次的上下往复运动和自转。由螺旋轮带动钢丝螺旋的这种复杂运动，成功地达到对加热管内壁污垢的自动清洗和加热管内侧的对流传热强化的双重目的。由于钢丝螺旋径向振动频率，比上下往复运动和自转运动高一个数量级，因而相对于加热管内壁表面的往复运动和自转圆周运动都是振动跳跃式的移动，而不是贴面滑动；并且径向振动对加热管内壁的振动接触力又很轻微，所以能够有效地避免钢丝螺旋与加热管内壁表面之间发生工程磨损问题。圆锥弹簧的作用，既能够为钢丝螺旋的向下行程提供动力，保证上下往复运动持续稳定，又能够在往复行程终点时的避免出现速度冲击。
钢丝螺旋的外径为加热管内径的0.65～0.90倍，螺距为加热管内径的0.75～2.0倍，长度比加热管短200～400mm。钢丝螺旋采用弹簧钢丝或弹簧钛丝制造，钢丝直径1.5～3.0mm。
T型轴对应往复总行程的部分长度尺寸L3的范围为60～200mm，取值大小与加热管直径大小、除垢强度要求高低为一致性关系。其中的长度L4表示螺旋轮不受圆锥弹簧阻力影响向上自由上升的行程部分，对于加热管口的两相流流速较低者，应该取≥0.6L3；对于加热管口的两相流流速较高者，取L4≦0.5L3，或圆锥弹簧的可压缩高度L0≥0.5L3，并且要求行程终点时的最大的压缩力，必须显著大于此时的两相流对螺旋轮的冲动力，确保回复行程启动后有一定的加速度，因此L0也是圆锥弹簧的结构参数设计的很重要依据。T型轴的轴径d2范围为5～10mm，主要依据塑料强度取值。T型轴轴头直径d3在10～20mm范围内取值，要求大于圆锥弹簧外径的1.5倍。
弹簧架的圆管段插装固定在加热管的下管口段，圆管段的长度L1为25～60mm。弹簧架的筋板高度L2为30～100mm。弹簧架的固定盘用于圆锥弹簧的组装固定。固定盘中心的轴孔直径d1比塑料T型轴的轴径d2大0.5mm以上，固定盘上开设多个通流孔用于部分循环液流进入加热管，防止圆锥弹簧处的结晶和盐沉积，有利于圆锥弹簧的自由伸缩，又可以降低入口阻力。
附图说明
图1是本发明专利的一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器的方案总图；
图2是螺旋轮的部件结构放大图；
图3是弹簧架的结构示意图；
图4是弹簧架固定盘的A向图；
图5是加热管下管口组装部位的放大图。
图中：1蒸发室 2沸腾液面 3螺旋轮 4钢丝螺旋 5加热管 6加热室 7中心循环管8弹簧架 9圆锥弹簧 10T型轴 11底罐 12人孔 13螺旋叶片上段 14中心轴 15螺旋叶片下段 16组装孔 17圆管段 18筋板 19固定盘 20通流孔 21轴孔
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明，显而易见地，下面描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。
下面结合图1、图2、图3、图4、图5，对本发明专利作进一步的详细说明。一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，主要部件有蒸发室1、加热室6、加热管5、螺旋轮3、钢丝螺旋4、T型轴10、圆锥弹簧9、弹簧架8。
螺旋轮3作为自然循环蒸发器钢丝螺旋4自动清洗污垢的浪涌动力头，安装在加热管5上管口部位。螺旋轮3的底部悬挂钢丝螺旋4，钢丝螺旋4的下端与T型轴10连接。T型轴10穿过弹簧架8的固定盘19，圆锥弹簧9组装在固定盘19上。
螺旋轮3采用工程塑料制造。螺旋轮3的主要结构就是中心轴14和上下两段螺旋叶片13、15。中心轴14结构是螺旋轮的轴向刚度需要，直径D2为5～10mm，是园管形或圆棒形结构。中心轴14的下部设计有钢丝螺旋4的组装孔。螺旋轮3由螺旋叶片上段13与螺旋叶片下段15组成，为同一螺旋面，但是外径大小却不同。螺旋叶片上段13的轴向高度H为10mm以上，外径D0比加热管5内径Di大3～8mm，目的是防止不运行时的钢丝螺旋4不会因自重而弯曲卡在加热管5内壁。螺旋叶下段15的外D3比加热管5内径Di小1～6mm；螺旋叶片下段15的轴向高度L5在60～300mm范围，取值大小与加热管5的直径大小、除垢强度要求的行程大小、需要利用蒸发室1内浪涌动压力的多少等三者有一致性关系。螺旋叶片下段15按三大功能原则设计。其一是提高螺旋轮3上下往复运动的竖直度，减少倾斜，以防与周边的螺旋轮3相互碰撞而阻碍自由的上下往复运动；其二是有利于增大自转的动力矩；其三是上下往复运动过程中对加热管5管口部的内壁污垢施行擦洗。螺旋叶片上段13与螺旋叶片下段15的螺旋方向都必须与钢丝螺旋4相同，螺旋角α大小在30°～60度范围，对动力大小要求愈高，螺旋角α取值愈小。螺旋叶片上段13与螺旋叶片下段15的叶片数2～4，一般取2，大直径加热管5可以采用多叶结构。螺旋叶片上段13与螺旋叶片下段15的厚度1.5～3mm，并且是根部比顶部略厚，有利于强度，也有利于注塑生产的脱模。
自然循环蒸发器运行时，蒸发室1内沸腾剧烈，蒸汽泡与溶液的两相流对伸出加热管5上管口的螺旋轮3作用的浪涌动压力，其大小和方向都是随机多变的。加热管5内近上管口的沸腾段的蒸汽泡与溶液的两相流是快速流，其流速高低和密度大小，都因为较大蒸汽泡的断续通过而大幅度的剧烈波动，对螺旋轮3的冲动力大小也跟随大幅度的变化。在这两种力的共同作用下，螺旋轮3带动钢丝螺旋4作复杂运动：每分钟一二百次的径向振动，每分钟数次到十多次的上下往复运动和自转。由螺旋轮3带动钢丝螺旋4的这种复杂运动，成功地达到对加热管5内壁污垢的自动清洗和加热管5内侧的对流传热强化的双重目的。由于钢丝螺旋4径向振动频率，比上下往复运动和自转运动高一个数量级，因而相对于加热管5内壁表面的往复运动和自转圆周运动都是振动跳跃式的移动，而不是贴面滑动；并且径向振动对加热管5内壁的振动接触力又很轻微，所以能够有效地避免钢丝螺旋4与加热管5内壁表面之间发生工程磨损问题。圆锥弹簧9的作用，既能够为钢丝螺旋4的向下行程提供动力，保证上下往复运动持续稳定，又能够在往复行程终点时的避免出现速度冲击。
钢丝螺旋4的外径为加热管5内径的0.65～0.90倍，螺距为加热管5内径的0.75～2.0倍，长度比加热管5短200～400mm。钢丝螺旋4采用弹簧钢丝或弹簧钛丝制造，钢丝直径1.5～3.0mm。
T型轴10对应于往复总行程的部分长度尺寸L3的范围为60～200mm，取值大小与加热管5直径大小、除垢强度要求高低为一致性关系。其中的长度L4表示螺旋轮3不受圆锥弹簧10阻力影响向上自由上升的行程部分，对于加热管5管口的两相流流速较低者，应该取≥0.6L3；对于加热管5管口的两相流流速较高者，取L4≦0.5L3，或圆锥弹簧9的可压缩高度L0≥0.5L3，并且要求行程终点时的最大的压缩力，必须显著大于此时的两相流对螺旋轮3的冲动力，确保回复行程启动后有一定的加速度，因此L0也是圆锥弹簧9的结构参数设计的很重要依据。T型轴10的轴径d2范围为5～10mm，主要依据塑料强度取值。T型轴10轴头直径d3在10～20mm范围内取值，要求大于圆锥弹簧外径的1.5倍。
弹簧架8的圆管段17插装固定在加热管5的下管口段，圆管段17的长度L1为25～60mm。弹簧架8的筋板高度L2为30～100mm。弹簧架8的固定盘19用于圆锥弹簧9的组装固定。固定盘19中心的轴孔直径d1比塑料T型轴10的轴径d2大0.5mm以上，固定盘19上开设多个通流孔20用于部分循环液流进入加热管，防止圆锥弹簧9处的结晶和盐沉积，有利于圆锥弹簧9的自由伸缩，又可以降低入口阻力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，主要零部件有蒸发室(1)、加热室(6)、加热管(5)、螺旋轮(3)、钢丝螺旋(4)、弹簧架(8)、圆锥弹簧(9)、T型轴(10)，其特征在于：螺旋轮(3)作为钢丝螺旋(4)自动清洗污垢的浪涌动力头，在蒸发室(1)内浪涌动压力和加热管(5)管口快速两相流冲动力的共同作用下，带动钢丝螺旋(4)作上下往复、自转、径向振动的污垢清洗运动；螺旋轮(3)安装在加热管(5)上管口部位，螺旋轮(3)的底部悬挂钢丝螺旋(4)，钢丝螺旋(4)的下端与T型轴(10)连接，T型轴(10)穿过弹簧架(8)的固定盘(19)，圆锥弹簧(9)组装固定在固定盘(19)上；螺旋轮(3)采用工程塑料制造；螺旋轮(3)的中心轴(14)的直径D2为5～10mm，是园管形或圆棒形结构；螺旋轮(3)由螺旋叶片上段(13)与螺旋叶片下段(15)组成，两段的螺旋方向都必须与钢丝螺旋(4)相同；螺旋叶片下段(15)的外D3比加热管(5)内径Di小1～6mm；螺旋叶片下段(15)的螺旋角α大小在30°～60度范围，对动力大小要求愈高，螺旋角α取值愈小；下段螺旋叶片(15)轴向高度L5在60～300mm范围，取值大小与加热管直径大小、除垢强度要求的行程大小、需要利用蒸发室内浪涌动压力的多少三者有一致性关系。
2.依据权利要求1的一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，其特征在于：弹簧架(8)的圆管段(17)插装固定在加热管(5)的下口段，圆管段(17)的长度L1为25～60mm；弹簧架(8)的筋板高度L2为30～100mm；弹簧架(8)的固定盘(19)用于圆锥弹簧(9)的组装固定，固定盘(19)上开设多个通流孔用来防止圆锥弹簧(9)处的结晶和盐沉积和降低入口阻力。
3.依据权利要求1的一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，其特征在于：T型轴(10)中对应的往复行程的长度尺寸L3的范围为60～200mm，取值大小与加热管(5)直径大小、除垢强度要求高低为一致性关系；其中螺旋轮(3)—钢丝螺旋(4)不受圆锥弹簧(9)阻力影响向上自由上升的行程部分长度L4，对于加热管(5)管口的两相流流速较低者，取≥0.6L3，对于加热管(5)管口的两相流流速较高者，取L4≦0.5L3，或圆锥弹簧(9)的可压缩高度L0≥0.5L3，并且要求向上行程终点时的最大压缩力，显著大于此时的两相流对螺旋轮(3)的冲动力，确保回复行程启动后有一定的加速度。
4.依据权利要求1的一种浪涌动力螺旋清洗蒸发器，其特征在于：钢丝螺旋(4)的外径为加热管(5)内径的0.65～0.90倍，螺距为加热管(5)内径的0.75～2.0倍，长度比加热管(5)短200～400mm；钢丝螺旋(4)采用弹簧钢丝或弹簧钛丝制造，钢丝直径1.5～3.0mm。
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