CN107702587B - 耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，其特征在于：自然循环蒸发器的加热管上安装有清洗头、螺旋、耦合弹簧、弹簧架组成的耦合螺旋清洗机构。蒸发生产时，加热管口段汽液两相流对清洗头的冲压，带动螺旋较强的径向振动、每分钟5～30转的自转、每分钟5～20次30～180mm上下大往复运动，对加热管内壁的盐垢进行有效的自动清洗，同时实现自然循环液流的对流传热的强化。不要强制循环泵，结构简单，自动清洗能力能够满足大多数盐溶液自然循环蒸发器长周期连续高效生产的工程要求。

Description

耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器

技术领域

本发明涉及一种耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，涉及自然循环蒸发器加热管内的自动清洗和传热强化。它主要适用于高盐废水和无机盐溶液浓缩结晶蒸发器的加热管内的对流传热强化和自动清洗。

背景技术

众所周知，自然循环蒸发器结构最简单，但是无法应用于高盐废水和无机盐溶液的浓缩结晶蒸发。因为自然循环流速低，加热管内结垢比其它结构类型的蒸发器更快更厚，需要停车清洗更频繁，效率最低、能耗最高。

虽然曾有不多的文献报道了自然循环蒸发器自动清洗技术研究。例如，文献(中国井矿盐2012年第1期的三相流蒸发防垢节能技术；无机盐工业2008年第8期的蒸发装置防垢新技术及其在氯化钙生产中的应用)介绍的汽液固三相流态化技术清洗能力较大，但是技术难度大(管束粒子均匀分布困难、粒子外循环系统复杂)，流态化粒子不可避免的混入结晶盐中严重威胁到产品质量的合格问题，无法推广应用。文献(盐蒸发器加热管结晶盐自动清洗技术研究.海湖盐与化工,2001,30(4):28-30)介绍的塑料扭带自动清洗技术，在蒸发生产的高温中应用的效果不能满足蒸发生产的工程要求。

发明内容

本发明提出的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，采用清洗头结构部件来利用加热管出口段蒸汽泡与母液两相流的流动能，在耦合弹簧的共同作用下，驱动螺旋作复杂的清洗运动，对加热管壁的结晶盐垢实现自动清洗。

本发明的技术方案为：耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室、加热室、中心循环管、底罐、加热管、清洗头、螺旋、耦合弹簧、弹簧架、筛网。蒸发室、加热室、中心循环管、底罐构成传统结构的自然循环蒸发器。加热管、清洗头、螺旋、耦合弹簧、弹簧架组成耦合螺旋清洗机构。清洗头插装在加热管的出口端，螺旋悬挂在清洗头下端的悬挂孔内，耦合弹簧悬挂连接在螺旋的尾端，耦合弹簧的下端钢丝穿过弹簧架后弯钩在轴承头上固定，弹簧架插装固定在加热管的下端管口。

清洗头的结构有斜板齿、直板筋、限位钩、中心轴、顶帽、悬挂孔等元素。斜板齿是其中最重要的结构元素，它既是自转清洗的动力机构，也是向上运动的动力机构，又是加热管管口段自动清洗的工作机构，还是清洗头上下运动过程中保障自身竖直的定向机构。斜板齿的斜角β在45°～65°之间，传热温差大者，取其较大值；自动清洗强度要求高者，取其较小值。斜板齿的外切圆直径D1比加热管内径D0小1.5～4.5mm。斜板齿的总长度L2在100～280mm范围选取，管口段自动清洗强度要求愈高者，长度就选取较大值。直板筋的作用是清洗头自转过快时的阻尼机构，防止螺旋与加热管之间发生可能的磨损。直板筋的外切圆直径与斜板齿相同，它的长度L1为40～60mm,自动清洗强度要求高者，取其较大值。限位钩的作用是对清洗头和螺旋向下位移的限位结构。直板筋上的限位钩的宽度B须≥加热管的外径，高度h1≥10mm。中心轴是整个清洗头的骨架,刚度要求直径d≥10mm。中心轴下端悬挂孔的直径要求2.5～4.0mm。顶帽板的外径D2必须稍大于筛网的网孔，厚度h2是磨损寿命要求≥8mm。顶帽板的作用是清洗头上冲筛网时避免钩肩直接触碰，使得阻力矩较小，有利于继续自转。筛网安装在清洗头的上方，限制清洗头的向上运动，在最高位时仍然有一组完整的斜板齿留存在加热管内。筛网采用不锈钢粗丝制造，选用3～5目的筛网。

耦合弹簧的弹性系数的范围为10—50(N/m)，取值大小事关螺旋的上下往复运动的行程大小和往复频率的高低和相应的自动清洗能力的强弱，一般取值30(N/m)左右，最优化耦合须依据自动清洗的强度要求通过试验确定。传热温差愈大、加热管愈长、蒸发压力愈低、自动清洗强度要求愈高，弹性系数选取就愈高。螺旋是最重要的工作元件，安装在加热管内是低阻力的对流传热强化元件，运动状态时又是自动清洗工作元件。螺旋选用不锈钢丝制造。不锈钢丝的直径在1.5～3.0mm范围内选取，螺旋的外径比加热管的内径小2.5～10mm，螺旋的螺距为加热管内径D0的(0.6～1.60)倍。弹簧架有固定管、法兰、筋板门、轴承头组成。固定管的外径与加热管的内径D0相同，固定管的高度H3在30mm以上，上限与管板厚度相同。法兰盘的直径D4不小于加热管的外径即可。筋板门的高度H4要求不小于加热管内径D0的一半，以确保入口流的面积不小于加热管的流通面积。轴承头的高度H5取12～20mm，以保障有适当的磨损寿命，塑料的耐磨损性愈好，溶液中悬浮的微细晶体愈少、微细晶体的硬度愈低，高度取值就选取愈小。

生产运行时，安装在加热管出口段的清洗头，受到汽液两相流的波动流速的冲压，引发螺旋较强的径向振动，同时带动螺旋每分钟5～30转的速度、时快时慢地自转，还驱动螺旋每分钟5～20次上下往复运动，行程30～180mm、个别甚至可以达到200～300mm。凭借这种随机、强烈的三维复杂运动，螺旋对加热管内壁的盐垢进行有效的自动清洗。当然，悬挂在加热管内的螺旋对自然循环液流会发生必然的扰动，自然也同时实现了加热管内对流传热的强化。

附图说明

图1为本发明一实施例中的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的清洗头的结构放大图；

图3为本发明一实施例中的弹簧架的结构放大图。

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。

下面结合附图1、图2、图3，对本发明作进一步详细的描述。

图中的：1、蒸发室，2、超高段，3、筛网，4、视镜，5、清洗头，6、中心循环管，7、螺旋，8、加热管，9、加热室，10、耦合弹簧，11、弹簧架，12、底室，13、底段，14、液位计，15、顶帽，16、限位钩，17、直板筋，18、中心轴，19、斜板齿，20、悬挂孔，21、固定管，22、法兰，23、筋板门，24、轴承头。

耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室1、加热室9、中心循环管6、底罐12、加热管8、清洗头5、螺旋7、耦合弹簧10、弹簧架11、筛网3。蒸发室1、加热室9、中心循环管6、底罐12构成传统结构的自然循环蒸发器。加热管8、清洗头5、螺旋7、耦合弹簧10、弹簧架11组成耦合螺旋清洗机构。清洗头5插装在加热管8的出口端，螺旋7在清洗头5下端的悬挂孔20内，耦合弹簧10悬挂连接在螺旋7的尾端，耦合弹簧10的下端钢丝穿过弹簧架11后弯钩在轴承24上固定，弹簧架11插装固定在加热管8的下端管口。

清洗头5的结构有斜板齿19、直板筋17、限位钩16、中心轴18、顶帽15、悬挂孔20等元素。斜板齿19是其中最重要的结构元素，它既是自转清洗的动力机构，也是向上运动的动力机构，又是加热管8管口段自动清洗的工作机构，还是清洗头5上下运动过程中保障自身竖直的定向机构。斜板齿19的斜角β在45°～65°之间，传热温差大者，取其较大值；自动清洗强度要求高者，取其较小值。斜板19的外切圆直径D1比加热管8内径D0小1.5～4.5mm。斜板齿19的总长度L2在100～280mm范围选取，管口段自动清洗强度要求愈高者，长度就选取较大值。直板筋17的作用是清洗头自转过快时的阻尼机构，防止螺旋与加热管8之间发生可能的磨损。直板筋17的外切圆直径与斜板齿19相同，它的长度L1为40～60mm,自动清洗强度要求高者，取其较大值。限位钩16的作用是对清洗头5和螺旋7向下位移的限位结构。直板筋1上的限位钩16的宽度B须≥加热管8的外径，高度h1≥10mm。中心轴18是整个清洗头的骨架,刚度要求直径d≥10mm。中心轴18下端的悬挂孔20的直径要求2.5～4.0mm。顶帽15的外径D2必须稍大于筛网3的网孔，顶帽15的厚度h2是磨损寿命要求≥8mm。顶帽15的作用是清洗头5上冲时避免限位钩16直接触碰筛网3，使得阻力矩较小，有利于清洗头5继续自转。筛网3安装在清洗头5的上方，限制清洗头5的向上运动，限制清洗头5的向上运动，在最高位时仍然有一组完整的斜板齿19留存在加热管8内。筛网3采用不锈钢粗丝制造，选用3～5目的筛网3

耦合弹簧10的弹性系数的范围为10—50(N/m)，取值大小事关螺旋7的上下往复运动的行程大小、往复频率的高低和相应的自动清洗能力的强弱，一般取值30(N/m)左右，最优化耦合须依据自动清洗的强度要求通过试验确定。传热温差愈大、加热管愈长、蒸发压力愈低、自动清洗强度要求愈高，弹性系数选取就愈高。螺旋7是最重要的工作元件，安装在加热管8内是低阻力的对流传热强化元件，运动状态时又是自动清洗工作元件。螺旋7选用不锈钢丝制造，不锈钢丝的直径在1.5～3.0mm范围内选取。螺旋7的外径比加热管8的内径小2.5～10mm，螺旋7的螺距为加热管8内径D0的(0.6～1.60)倍。弹簧架11有固定管21、法兰22、筋板门23、轴承头2组成。固定管21的外径与加热管8的内径D0相同，固定管21的高度H3在30mm以上，上限与管板厚度相同。法兰22的直径D4不小于8的外径即可。筋板门23的高度H4要求不小于加热管8内径D0的一半，以确保入口流的面积不小于加热管8的流通面积。轴承头的高度H5取12～20mm，以保障有适当的磨损寿命，塑料的耐磨损性愈好，溶液中悬浮的微细晶体愈少、微细晶体的硬度愈低，高度取值就选取愈小。

生产运行时，安装在加热管8出口段的清洗头5，受到汽液两相流的波动流速的冲压，引发螺旋7较强的径向振动，同时带动螺旋7每分钟5～30转的速度、时快时慢地自转，还驱动螺旋7每分钟5～20次上下往复运动，行程30～180mm、个别甚至可以达到200～300mm。凭借这种随机、强烈的三维复杂运动，螺旋7对加热管8内壁的盐垢进行有效的自动清洗。当然，悬挂在加热管8内的螺旋7对自然循环液流会发生必然的扰动，自然也同时实现了加热管8内对流传热的强化。

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 (5)

1.耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室(1)、加热室(9)、中心循环管(6)、底罐(12)、加热管(8)、清洗头(5)、螺旋(7)、耦合弹簧(10)、弹簧架(11)、筛网(3)，其特征在于：加热管(8)上安装有清洗头(5)、螺旋(7)、耦合弹簧(10)、弹簧架(11)组成的耦合螺旋清洗机构；清洗头(5)插装在加热管(8)的出口端，螺旋(7)在清洗头(5)下端的悬挂孔(20)内，耦合弹簧(10)悬挂连接在螺旋(7)的尾端，耦合弹簧(10)的下部是钢丝轴和弯钩，钢丝轴可以在轴承头(24)的轴承孔内旋转和轴向移动，弯钩和轴承头(24)的下端面形成清洗机构向上运动的限位结构；弹簧架(11)插装固定在加热管(8)的下端管口；清洗头(5)的斜板齿(19)是自动清洗工作机构、自动清洗的动力机构，又是清洗头(5)上下运动保障自身竖直的定向机构；斜板齿(19)的斜角β在45°～65°之间，传热温差大者取其较大值，自动清洗强度要求高者取其较小值；斜板齿(19)的外切圆直径D1比加热管(8)内径D0小1.5～4.5mm；斜板齿(19)总长度L2在200～280mm范围内选取，管口段自动清洗强度要求愈高者，长度就选取较大值；长度L1为40～60mm的直板筋(17)是防止过快自转磨损的阻尼机构，直板筋(17)的外切圆直径与斜板齿(19)相同；限位钩(16)的作用是对清洗头(5)向下位移的限位，直板筋(17)上的限位钩(16)宽度B≥加热管(8)的外径、高度h1≥10mm；清洗头(5)的中心轴(18)是整个清洗头(5)的骨架，刚度要求直径d≥10mm；耦合弹簧(10)的弹性系数的大小与螺旋(7)的上下往复运动的行程大小、往复频率的高低和相应的自动清洗能力的强弱相匹配，且最优化耦合须依据自动清洗的强度要求通过试验确定。

2.根据权利要求1所述的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，其特征在于：安装在加热管(8)内的螺旋(7)是对流传热强化和自动清洗的工作元件，螺旋(7)选用直径1.5～3.0mm的不锈钢丝制造，螺旋(7)的外径比加热管(8)的内径小2.5～10mm，螺旋(7)的螺距为加热管(8)内径D0的(0.6～1.6)倍。

3.根据权利要求1所述的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，其特征在于：弹簧架(11)有固定管(21)、法兰(22)、筋板门(23)、轴承头(24)组成；固定管(21)的高度H3在30mm以上，上限与管板厚度相同；法兰(22)的直径D4不小于加热管(8)的外径即可；筋板门(23)的高度H4不小于加热管(8)内径D0的一半，以确保入口流的面积不小于加热管(8)的流通面积；轴承头(24)的高度H5取12～20mm，以保障有适当的磨损寿命。

4.根据权利要求1所述的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，其特征在于：筛网(3)安装在清洗头(5)的上方，限制清洗头(5)的向上运动，在最高位时仍然有一组完整的斜板齿(19)留存在加热管(8)内；采用不锈钢粗丝制造，选用3～5目的筛网(3)。

5.根据权利要求1所述的耦合螺旋清洗式自然循环蒸发器，其特征在于：耦合弹簧(10)的弹性系数在10～50(N/m)的范围内。