CN110763072A - 内插组件及可智能控制其旋转的系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，涉及管壳式换热器高效传热及在线阻垢除垢技术领域，解决了现有管壳式换热器内插件传热效果差，阻垢除垢能力不足，磨损管壁，自控程度不高，对传热系统无优化的技术问题。该装置包括一种内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，包括内插组件、支撑系统、供料泵、出口阀组及PLC，内插组件包括螺旋纽带及螺旋弹簧，支撑系统包括支撑板、承载组件、制动组件，承载组件包括轴承、轴，制动组件包括轴承、轴、静牙嵌齿、动牙嵌齿、弹簧、压板，出口阀组包括两个阀门及管路，PLC控制泵及阀组让内插组件启停及变速。本发明用于智能化精确控制内插组件的在线形态。

Description

内插组件及可智能控制其旋转的系统装置

一、技术领域

本发明涉及管壳式换热器高效传热及在线阻垢除垢领域。具体的说，是一种内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，用于改变管壳式换热器管程内的流体流动状态及在线清除管壁污垢，自控程度高，对传热系统有优化。

二、背景技术

管壳式换热器的高效传热及阻垢除垢问题，一直是困扰行业技术人员的两大难题。人们除了改善换热器结构形式、材质、提高流速等条件外，在换热管里加内插件是很多业内人士认可的好办法。目前的内插件有单体件如螺旋弹簧、螺旋纽带、螺旋叶轮等，其中有的可以旋转，但是旋转状态不可控。如2017年山东豪迈集团的专利，申请号CN201720184805.5，一种螺旋形插件及采用该插件的换热管及换热器，螺旋形插件包括螺旋形主体，螺旋形主体的两侧设有附件，附件在螺旋形主体的两侧交替排列，附件沿螺旋形主体两侧均匀设置，有效防止螺旋形插件在换热管内部径向的晃动，避免对换热管内壁的磨损。该专利利用了螺旋形物体，但是在换热管内不能转动，且把插件支撑在管壁上，这样的插件可以提高传热能力，却不能在线除垢阻垢。再如北京化工大学的专利，申请号CN200910244483.9，换热管内径向非对称叶片组合式转子，它由空心轴、主叶片和辅叶片构成，转子与挂件、转轴安装于换热管内，挂件固定在换热管的两端，转轴的两端分别通过挂件进行轴向固定，转子通过其空心轴装穿在转轴上，应用中是否可以转动以及转动的状态不可知。再如1988年张士威的专利，公开号CN87203192，一种能增强换热效果的装置，申请人提出一种带有凸齿的螺旋板，当置于传热管内时，可以使物料转动，不能自转。再如2014年公开的专利，申请号CN201320470453.1，申请人在传热管内加入螺旋弹簧，可影响到边际流，没有其他搅扰中心流的设备，也没有控制弹簧旋转的装置。这些或提高传热效果，或用于除垢，性能较单一，阻力较大，不可控的转动、振动，会对管壁造成过度摩擦。

三、发明内容

本发明的目的，是提供一种内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，可强制带动内插组件旋转，这种智能控制的强制旋转弥补了以往内插件传热能力不足及除垢的缺陷，同时又限制其运动减轻内插件对管壁的摩擦。

本发明解决其实际问题所采用的技术方案是：所述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，其特征是由内插组件、支撑系统、供料泵、出口阀组及PLC构成。首先是第一步，将轴承安装在入口支撑板上的所有管口上，在三个轴承形成的间隙处与入口支撑板配钻后用内六角螺栓紧固，再将入口支撑板安装在入口管箱内的环板上紧固，将轴承和静牙嵌齿凸凹对正都安装在出口支撑板上的管口上紧固，再将出口支撑板安装在出口管箱内的环板上紧固；第二步，先组装内插组件，螺旋纽带两端都带滚花螺母，一端是固接另一端是可拆的，螺旋弹簧套在螺旋纽带外后，两端旋紧在滚花螺母的外螺纹上，再把滚花螺母与螺旋纽带连接上，把入口轴和出口轴分别与滚花螺母拧紧，这时螺旋弹簧对螺旋纽带有预拉力；第三步，用一根引绳牵引出口轴，依次从入口支撑板上的轴承、传热管、出口支撑板上的轴承和静牙嵌齿穿过，在出口轴上把导向平键安装好，再把动牙嵌齿装上，装弹簧和压板，压板和出口轴的凸凹配合好，用螺钉拧紧，动牙嵌齿有两种形式，根据装配图上的标识选择，每个传热管里的内插件都这样安装。装配好后的状态，弹簧对内插组件的拉力承受在螺旋弹簧身上一部分，对于螺旋纽带来说，是在承受一个来自螺旋弹簧的压力和一个来自弹簧的拉力，拉力大于压力，弹簧保证把内插组件被拉直且力度合理。换热器投入使用后，平时物料走出口管板和出口支撑板之间的出口，那个阀门是常开的，出口支撑板后阀门是常闭的，这时牙嵌离合器咬合处于制动状态轴不转，内插组件承受物料流动产生的扭矩，不能克服牙嵌离合器制动扭矩。当换热器结垢，传热效率降低导致物料出口温度降低，或者工艺要求换热器加大传热能力时，PLC给出动作指令使出口支撑板后阀门缓慢打开，协调减小支撑板前阀门开度，物料经出口支撑板上的导流孔从出口管板和出口支撑板之间的空间流过出口支撑板，压缩动牙嵌齿后弹簧，先推动一种动牙嵌齿沿出口轴移动，再推动另一种动牙嵌齿，轴失去制动扭矩开始旋转，产生的离心力使螺旋弹簧偏心转动，刮擦传热管壁起到除垢作用。若需要加大螺旋弹簧转数，增强刮擦力度，可以加大供料泵流量。本技术方案的原理是：把换热器与其附属的公用系统优化组合，供料泵本身就有高效传热和除垢功能。利用了物料流动的动力作为制动动力源，不需要外加动力，而出口阀组的双出口设计方式，使利用内部动力成为现实。通过PLC编程、传热计算方法发出对供料泵及出口阀组的控制指令，调整内插组件的转动时长、两次转动的间隔时间以及转数，来保证换热器一直处于高效清洁的状态。螺旋纽带设计得螺距小、直径小，可以减小阻力，重点搅扰中心流，减重降成本，不会无效摩擦传热管壁，螺旋弹簧重点搅扰边际流，钢丝较粗，保证其强度且延长寿命。流体压力、重力、两个弹簧的力彼此补偿，使螺旋纽带很少承受拉力，防止其变形。用两个支撑板把内插组件精确控制悬挂起来，使之与传热管成为一个功能体，换热器这一静设备变成了动设备。而制动组件的特殊设计，利用了牙嵌离合器这种形式，出口支撑板上带导流孔，与制动组件配合使用，实现了动力制动，在狭小空间内，结构紧凑。

上述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，所述的内插组件，是由螺旋纽带和螺旋弹簧组成，螺旋纽带的材质可以是金属或者塑料，在物料粘度很大的时候，螺旋纽带可以取消或者更换为其他内插件。

上述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，所述的支撑系统，由入口支撑板、出口支撑板、承载组件和制动组件组成，入口支撑板和出口支撑板用螺栓分别固定在入口管箱及出口管箱内，承载组件由轴承及入口轴组成，固定在入口支撑板上，制动组件由轴承、出口轴、静牙嵌齿、两种动牙嵌齿、弹簧、压板组成，静牙嵌齿通过一字凸起与轴承的一字凹槽配合防转，一起固定在出口支撑板上，动牙嵌齿通过导向平键在出口轴上定位，弹簧压在动牙嵌齿和压板之间，压板与出口轴也是通过一字凸凹定位防转，有紧固螺钉把出口轴和压板固定。

上述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，所述的供料泵，可以是换热器原有的，也可以是新增的，由泵子和其控制系统组成，流量可调。

上述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，所述的出口阀组，由出口管箱内出口支撑板两侧的两个出口管路和其上阀门加一个汇总管路组成，阀门是自动控制形式，阀门开度可调。

上述的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，所述的PLC，由电控箱、软件程序、压力表、温度表、流量表组成，操作者根据工艺要求，编程设定指令智能控制供料泵和出口阀组的动作。

本发明的有益效果是，本装置内插组件导致的湍流紊流、供料泵带来的流速合理、换热面积减小保证设计要求等优势带来的换热系数成倍提高，乱流除垢结合机械除垢，特别适合粘度大有杂质的工况，对传热计算中的很多参数有影响，尤其是污垢系数、换热系数、设计裕量等的选择变化较大，因此同比换热器体积小、重量轻、设备及人工成本低，检修方便快捷、全智能化，静止时不摩擦管壁，旋转时清除管壁无死角。本发明利用了物料自身的动力，符合流体力学的力平衡理论，液压泵阀设备与机械传动设备科学融合。利用了PLC工具，把传热计算与泵阀测量仪表联系成一体化系统，使换热器使用智能化成为现实。

四、附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明进一步说明。

图1是本发明的半体构造图，以固定管板式列管换热器为原型改造设计，图中只画出其中一根传热管内的内插组件的半剖面图。

图2是图1中A向视图。

图3是图1中B向视图。

图4是图1中C向视图。

图5是件1中件14和件16的详图。

图6是图1中件2和件13的祥图。

图中1.入口轴，2.轴承1，3.入口支撑板，4.供料泵，5.螺旋弹簧，6.PLC，7.入口管板，8.传热管，9.螺旋纽带，10.出口管板，11.出口阀组，12.出口支撑板，13.轴承2，14.静牙嵌齿，15.动牙嵌齿1，16.动牙嵌齿2，17.弹簧，18.出口轴，19.压板。

五、具体实施方式

在图1中，内插组件是由螺旋纽带(9)和套在其外的螺旋弹簧(5)组成，螺旋纽带(9)两端带滚花螺母，一端是固接的，另一端是可拆的，螺旋弹簧(5)是通过螺纹紧固在滚花螺母上的；入口支撑板(3)用螺钉固定在入口管箱内的环板上，出口支撑板(12)用螺钉固定在出口管箱内的环板上；轴承1(2)先插入入口支撑板(3)上，在每三个轴承1(2)交汇的地方，钻孔攻丝后，用内六角螺栓把轴承1(2)固定在入口支撑板(3)上，轴承2(13)和静牙嵌齿(14)二者一字凸凹对正后事先固定在出口支撑板(12)上；用入口轴(1)和出口轴(18)的轴头外螺纹与内插组件中螺旋纽带(9)的滚花螺母内螺纹连接；把由入口轴(1)、螺旋纽带(9)、螺旋弹簧(5)、出口轴(18)组成的连接体从轴承1(2)穿过，再穿过传热管(8)、轴承2(13)、静牙嵌齿(14)后，在出口轴(18)上安装导向平键，根据装配图上标识，选择动牙嵌齿1(15)或者动牙嵌齿2(16)顺导向平键套在出口轴(18)上，装上弹簧(17)，压紧弹簧(17)再把压板(19)的一字凸起与出口轴(18)的一字凹槽对正装上，拧紧紧定螺钉，各传热管(8)都依次这样行。供料泵(4)可以是利旧，也可以新增，装在入口管箱的管路上。出口阀组(11)安装在出口管箱的管路上，但两个出口分别在出口支撑板(12)一前一后。PLC(6)布置在主控室电脑上，有软件程序，通过电气元器件与电控箱、温度表、压力表、流量表及供料泵(4)及出口阀组(11)连接，依据传热理论与计算公式，智能编程控制供料泵(4)及出口阀组(11)的阀门，实现对内插组件的全自动控制。

Claims (10)

1.一种用于强化传热、在线阻垢除垢的内插组件及可智能控制其旋转的系统装置，由内插组件、支撑系统、供料泵、出口阀组及PLC组成，其特征是通过PLC控制供料泵及出口阀组的动作，利用了换热器公用系统管程自身的流体动力源，出口阀组的双出口结构形式，结合支撑系统的整体结构，实现对内插组件的精确控制，在轴不旋转时，支撑系统一直把内插组件拉直居中，使螺旋纽带不接触传热管壁，在轴旋转时，螺旋弹簧会偏心旋转刮擦传热管壁，加大供料泵流量，螺旋弹簧可以强力摩擦，该装置可智能化精确控制内插组件的启停及变速。

2.如权利要求书1所述的利用了换热器公用系统自身的流体动力源，其特征是用物料流动的动力使制动组件实现离合器的作用，只依靠出口阀组、支撑系统、PLC的设计，使内插组件得到智能控制。

3.如权利要求书1所述的智能化精确控制内插组件的启停及变速，其特征是通过PLC控制开启出口支撑板和端盖间阀门，关闭出口支撑板和管板间阀门，流体流过出口支撑板上的导流孔压缩制动组件内的弹簧使动牙嵌齿脱离静牙嵌齿，取消制动，内插组件在流体施加的扭矩作用下旋转，反之可停止旋转，在内插组件旋转时，PLC指令调整供料泵流量，可以使内插组件变转速。

4.如权利要求书1所述的内插组件，由一根螺旋纽带外套一根螺旋弹簧组成，其特征是螺旋纽带螺距小、直径小，两端有固接和可拆的滚花螺母，螺旋弹簧是通过螺纹固定在滚花螺母上的，纽带材质为金属类和化工类产品两种。

5.如权利要求书1所述的支撑系统，由支撑板、承载组件、制动组件组成，其特征是承载组件固定在入口支撑板上，该支撑板固定在入口管箱内，制动组件固定在出口支撑板上，该支撑板固定在出口管箱内。

6.如权利要求书5所述的承载组件，由轴承及入口轴组成，其特征是轴承为自润滑轴承，与入口支撑板配钻固定，入口轴一端带拉环，另一端有外螺纹。

7.如权利要求书5所述的制动组件，由轴承、出口轴，静牙嵌齿、两种动牙嵌齿、弹簧及压板组成，其特征是依靠流体压力，与出口阀组、支撑板和承载组件共同完成制动功能，轴承为自润滑轴承，在出口支撑板上固定，出口轴一端有一字凹槽和内螺纹，可以与压板一字凸起配合，用紧定螺钉固定，另一端有外螺纹，静牙嵌齿通过一字凸凹与轴承咬合防转，动牙嵌齿通过导向平键固定在出口轴上并可沿轴滑动，弹簧安装在动牙嵌齿和压板之间。

8.如权利要求书1所述的供料泵，其特征是原有或者新增，变频调速控制。

9.如权利要求书1所述的出口阀组，由两个自动控制阀门及管路组成，其特征是在管程物料出口有两个，一个布置出口支撑板前，一个布置在出口支撑板后，每个出口上安装一个自动控制阀门，阀后为一个总管，在PLC程序控制下，可自动调整每个阀门的启闭及开口大小。

10.如权利要求书1所述的PLC，由电控箱、软件程序、测量仪表组成，其特征是可根据工艺要求进行传热计算编程，将泵流量表、温度表、压力表的监测数据，智能优化后，转化为给供料泵及出口阀组的动作指令，对内插组件的转动时长、间隔时长、转数实现精确控制。

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