CN110822984A - 一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构 - Google Patents

Abstract

一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，在轨道端面的作用下，自转的钩头轴带动清洗螺旋产生轴向的往复运动，有效地强化清洗螺旋自动清洗能力。轨道端面的上坡段，使清洗螺旋的旋转减速为缓慢旋转，可靠的防止磨损的发生。压缩弹簧巧妙地为钩头轴在下坡急降行程时提供软着陆，弹性压缩的蓄能又为增大上升高度提供助推动力。压缩弹簧支撑的浮动端面轴承，降低了钩头轴对轨道端面的压力和磨损速度，降低了清洗螺旋旋转的总阻力矩，有助于清洗螺旋实现较大的往复行程。这种自动清洗机构的自动清洗能力强，清洗均匀性好，防止磨损的可靠性高，适用于较高流速的列管式换热器的自动清洗和传热强化。

Description

一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构

技术领域

本发明的一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，涉及换热管内壁液体软垢硬垢的在线连续自动清洗防垢和换热管内侧的对流传热强化。它通用于换热管内料液会产生软垢硬垢的列管式冷凝器、蒸发器和结晶器.。

背景技术

对换热管内壁液体污垢能够在线连续自动清洗的技术有多种。众所周知，最早成功的是胶球清洗装置，它对电厂汽轮机配套的冷凝器这样的大型换热器优势显著，但是，对石化行业中数以百计的小面积冷凝器就显得过于复杂昂贵，而不适用。自转清洗螺旋清洗技术(自动旋转螺旋线传热技术的试验研究，化工装备技术,1997年，第5期)结构简单、阻力不大，但是存在磨损管内壁的严重缺陷，不能满足工程可靠性的基本要求。

2014.10.15授权的发明专利ZL201110211151.8《一种流体动力弹性变形蓄能式自转清洗螺旋》，比较好的解决了自转清洗螺旋对换热管内壁的磨损问题，但是由于大部分时间不自转，又出现了自动清洗功能不足的新问题。

一种换热管内硬垢的自动清洗装置(ZL201210241282.5)，虽然能够往复运动清洗硬垢，但是需要复杂的外部动力和精密的传动机构，并且挡叶与换热管出口的安装间隙大小太敏感、精度要求太高，大幅度提高了传热设备的制造难度和组装费用，可靠性不够，在大工业生产中应用试验中的效果不佳。

发明内容

本发明专利提出的一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，能够继承自转清洗螺旋清洗技术的基本优点，又从机构运动学和动力学的角度，比较好的解决了先前自转清洗螺旋的磨损问题和污垢清洗不均匀问题：清洗螺旋的轴向往复运动，有效地增强了除垢清洗能力，显著提高了自动清洗的均匀性，借助往复运动的轨道上坡的结构减速，使自转的清洗螺旋可靠地降低到缓慢旋转状态，避免了清洗螺旋快速旋转磨损换热管内壁的发生，保障了换热设备的使用寿命。

本发明专利的技术方案为：一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，主要零部件有轨道端面轴承、浮动端面轴承、压缩弹簧、清洗螺旋、钩头轴、塑料耐磨环、换热管。浮动端面轴承和压缩弹簧设计在轨道端面轴承的轨道圆筒里。在轨道端面轴承下部的定位轴承座和浮动定位轴的约束作用下，使浮动端面轴承和压缩弹簧始终保持与换热管中心线平行度而不会歪斜。清洗螺旋的钢丝头部穿过定位轴承座和浮动端面轴承后，再弯制成为钩头轴，压在轨道端面上，下端悬挂塑料耐磨环，完成预装。自动清洗机构总装时，将换热管内的清洗螺旋挂在塑料耐磨环上，再将已经预装好的轨道端面轴承整体固定在换热管的入口端。

轨道端面轴承采用高耐磨塑料注塑制造。轨道端面轴承由轨道圆筒、轨道端面、定位轴承座、通流孔、支撑筋板、固定管段组成。轨道端面的最大高差H0，就是清洗螺旋的轴向往复运动行程，依据自动清洗强度的实际需要，在6～28mm范围内选择，受清洗螺旋自转动力矩大小的制约，与换热管的内径大小、管内液体的流速大小、液体密度大小三者都是一致性关系。轨道圆筒的尺寸H1是轨道端面的设计磨损量20～45mm，按磨损寿命设计计算确定。轨道圆筒的轨道端面的直径尽可能小，以便减少摩擦阻力矩，增大往复行程。但是，轨道端面的上升坡度角α，必须显著低于钩头轴与轨道端面之间的摩擦角。从有利于增大往复行程H0的角度考虑，下降段的坡度角β可以较大，在50°～75°范围选取。轨道圆筒的中心线与钢丝轴孔中心线之间的偏心距为δ。钢丝轴孔中心线偏向轨道端面的最高点，这一偏心结构有利于改善轨道端面周向360度的[PV]值大小变化的稳定性，提高磨损的均匀性。因为在较高位端面段滑动时，压缩弹簧为钩头轴分担的轴向力较少，钩头轴对端面的接触压力较旋转较大，但是半径较小，自转线速度较小；反之，在较低位端面段滑动时，压缩弹簧为钩头轴分担的轴向力较多，端面接触压力较小，但是半径较大，自转线速度大。偏心距大小δ以保证压缩弹簧自由伸缩为原则，定位轴承座与轨道圆筒内壁之间的最小间隙为1.5～2.0mm。定位轴承座的高度H2取值20～35mm，必须大于压缩弹簧工作过程中的最小尺寸，取值较大有利于保障钩头轴旋转时与换热管中心线之间的平行度，减少钩头轴旋转摇晃，避免下端与清洗螺旋的连接处发生磨损换热管的可能性。轨道端面轴承的底部通流孔，主要是防止晶体沉积，保障压缩弹簧的伸缩自如，也有利于增加通流面积，减少入口阻力。

轨道端面轴承的入口窗的高度H3取(1.2～1.5)D1，以便安装，保障流体有足够大的入口面积，减低入口阻力。轨道端面轴承的支撑筋的数量2～3条，内径大于25mm的换热管取3，其它取2。轨道端面轴承的.固定管段高度H4取换热管内径D1的(1.5～2.0)倍，与换热管采用过盈配合。

压缩弹簧功能强，作用之一，是减低轨道端面的接触压力和磨损速度，延长磨损寿命；作用之二，是减低摩擦总阻力矩，有利于增大往复行程；作用之三，是大坡度急遽下坡时，有利于钩头轴对端面的软着陆，避免对轨道端面的冲击性损伤。压缩弹簧采用直径0.6～1.0mm的不锈钢弹簧钢丝制造。由于在长期运转过程中轨道端面逐渐磨损变矮，压缩弹簧的工作高度随之逐渐减少，压缩力则同步变大，在轨道轴承设计磨损量耗尽时，并且钩头轴旋转到轨道端面最低点时，压缩弹簧承受的压缩力达到最大值，该值取略低于清洗螺旋承受的换热管内流体的轴向冲力Fa。反之，轨道轴承在刚开始使用时，并且钩头轴旋转到轨道端面的最高点时，压缩弹簧受到的压缩力达到最小Fmin，设计取Fmin＝(0.3～0.6)Fa。Fmin取值愈大，钩头轴旋转一周时对轨道端面的压力变化幅度愈小，磨损愈均匀。但是，压缩弹簧的弹性系数C＝(Fa—Fmin)/H0＝(0.3～0.6)Fa/H0的计算值就愈小，对压缩弹簧的总高尺寸Hmax＝H0(Fa/Fmin)就要求愈高。压缩弹簧设计在轨道圆筒里的，因此直径只能由结构设计确定。压缩弹簧的弹簧蝸线是圆柱弹簧的最末圈，即端面圈，其内径比浮动端面轴承的浮动定位轴大0.10mm以上。

浮动端面轴承的浮动轴承的磨损量高度H6取值，略大于轨道端面轴承的设计磨损量H1。浮动定位轴的长度L要求是以组装时能够插到定位轴承座的深度在15mm以上。浮动盘的外径与轨道圆筒滑动配合。

清洗螺旋采用1.0～2.5mm的钢丝制造。清洗螺旋的外径与换热管内径之间的直径间隙为2～8mm，螺距为换热管内径的1.0～2.0倍，长度比换热管短150～400mm，应该略大于清洗螺旋在轴向力Fa作用下的弹性伸长量，防止清洗螺旋伸长到换热管出口外后，与邻近换热管的清洗螺旋相互缠绕。.

生产运行时，清洗螺旋在换热管内料液流动能的带动下缓慢自转。在轨道端面的作用下，旋转的钩头轴带动清洗螺旋产生轴向的往复运动，显著提高了清洗螺旋自动清洗能力和污垢清洗的均匀性。钩头轴的钩头在轨道端面的上坡段的结构减速，使清洗螺旋的被控制为缓慢旋转状态，达到可靠地自然防止磨损发生的目的。压缩弹簧巧妙地为钩头轴的急降下坡行程提供软着陆，弹性压缩的蓄能又为随后的上坡行程提供助推动力。压缩弹簧支撑的浮动端面轴承，降低了钩头轴对轨道端面的压力和磨损速度，降低了清洗螺旋旋转的总阻力矩，有助于清洗螺旋实现较大的往复行程。清洗螺旋的行程H0的往复运动、缓慢自转、和快速径向振动敲击管内壁的污垢，实现换热管内壁污垢自动清洗功能的显著强化，同时大大提高旋转清洗污垢的均匀性。此外，由于换热管内流体在清洗螺旋的导向下改变为螺旋线流，增大了流体相对于换热管内壁的相对流速和扰动，使得换热管内侧的对流传热过程得到强化。

附图说明

图1是本发明的一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构的总图。

图2是轨道端面的周向展开图。

图3是本发明的轨道端面轴承的结构图。

图4是浮动轴承结构图

图5是压缩弹簧结构图

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3、图4、图5，对本发明作进一步详细的描述。

图中的：1轨道端面轴承 2浮动端面轴承 3压缩弹簧 4钩头轴 5管板 6耐磨塑料环 7清洗螺旋 8换热管 9轨道端面 10轨道圆筒 11定位轴承座 12通流孔 13入口窗 14支撑筋板 15固定管段 16浮动定位轴 17浮动盘 18浮动轴承 19弹簧蝸线头 20圆柱弹簧段

本发明专利的技术方案为：一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，主要零部件有轨道端面轴承1、浮动端面轴承2、压缩弹簧3、清洗螺旋7、钩头轴4、耐磨塑料环6、换热管8。浮动端面轴承1和压缩弹簧3设计在轨道端面轴承1的轨道圆筒10里面。在轨道端面轴承1下部的定位轴承座11和浮动定位轴16的约束作用下，使浮动端面轴承1和压缩弹簧3能够始终保持与换热管8中心线保持平行度而不歪斜。组装时，清洗螺旋7的钢丝穿过轨道端面轴承1和浮动端面轴承2后，再弯制成为钩头轴4压在轨道端面9上，下端悬挂耐磨塑料环6。自动清洗机构总装时，将换热管8内的清洗螺旋7挂在耐磨塑料环6上，再将已经预装好的轨道端面轴承1，整体安装固定在换热管8的入口端。

轨道端面轴承1采用耐磨耐温的工程塑料注塑制造。轨道端面轴承1由轨道圆筒10、轨道端面9、定位轴承座11、通流孔12、支撑筋板14、固定管段15组成。轨道圆筒10的轨道端面9的最大高差H0，就是清洗螺旋7轴向往复运动的行程，范围为6～28mm。对于自动清洗的强度和均匀性要求愈高者，系数取值也就比较大，但是上限受清洗螺旋7自转动力矩大小的制约。清洗螺旋7的自转动力矩大小，与换热管8内径大小、管内液体的流速大小、液体密度大小三者都是一致性关系。轨道端面9的上升坡度角α，必须显著低于钩头轴4与轨道端面9之间的摩擦角，下降段的坡度角β较大，在50°～75°范围选取，以便达到较大的往复行程H0。轨道圆筒10的尺寸H1是轨道端面的设计磨损量，取20～45mm。定位轴承座11的偏心距δ，以保证压缩弹簧3自由伸缩为原则，定位轴承座11与轨道圆筒10之间的最小间隙为1.5～2.0mm。定位轴承座11的高度H2取值20～35mm，必须大于压缩弹簧3工作过程中的最小尺寸，取值较大有利于保障钩头轴4旋转时与换热管8中心线之间的平行度，减少钩头轴4旋转摇晃，避免下端与清洗螺旋7连接部发生磨损换热管8的可能性。轨道端面轴承1底部的通流孔12，用来增加通流面积，减少入口阻力，防止晶体沉积，保障压缩弹簧3的伸缩自如。

轨道端面轴承1的入口窗13的高度H3取(1.2～1.5)D1，便于安装，保障流体有足够大的入口面积，减低入口阻力。轨道端面轴承1的轴承筋14的数量2～3条，内径大于25mm的换热管8取3，其它取2。轨道端面轴承1的固定管段15的高度H4取换热管8内径D1的(1.5～2.0)倍，与换热管8采用过盈配合。

压缩弹簧3采用直径0.6～1.0mm的不锈钢弹簧钢丝制造。由于在长期运转过程中轨道端面9逐渐磨损变矮，压缩弹簧4的工作高度随之逐渐减少，压缩力则同步变大，在轨道端面轴承1的设计磨损量耗尽，并且钩头轴4旋转到轨道端面9最低点时达到最大值。此时的最大压缩力取值略小于清洗螺旋7承受的换热管8流体轴向冲力Fa。相反，在轨道端面轴承1刚刚开始使用，并且钩头轴4旋转到在轨道端面9的最高点时，压缩弹簧3受到的压缩力降低到最小Fmin，设计取值Fmin＝(0.3～0.6)Fa。Fmin取值愈大，钩头轴4旋转一周时对轨道端面9的压力变化幅度愈小，磨损愈均匀。但是，压缩弹簧3的弹性系数C＝(Fa—Fmin)/H0＝(0.3～0.6)Fa/H0的计算值就愈小，对压缩弹簧3的总高尺寸Hmax＝H0(Fa/Fmin)就要求愈高。压缩弹簧3是组装在轨道端面轴承1的轨道圆筒10里的，因此直径只能由结构设计确定。压缩弹簧3的圆柱弹簧段20的基本结构尺寸按圆柱弹簧设计计算公式设计。弹簧蝸线16是压缩弹簧3的最末圈，也是端面圈，内径比浮动端面轴承1的浮动定位轴16大0.05～0.10mm。

浮动端面轴承2的浮动轴承18的高度H6取值略大于轨道端面轴承1的设计磨损量H1。浮动轴承18与浮动定位轴16的内径取2.5～3.0mm，壁厚取1.5～2.5mm。浮动定位轴16的长度是以组装时能够插到定位轴承11的孔内深度不小于10mm为限。浮动盘17的外径比弹簧蝸线头19的外径大1.0～2.0mm。

清洗螺旋7采用直径1.0～2.5mm的不锈钢钢丝制造。清洗螺旋7的长度比换热管8短150～300mm，取值稍大于清洗螺旋7在轴向力Fa作用下的弹性伸长量，防止清洗螺旋7伸长到换热管8出口外后，与邻近换热管8的清洗螺旋7相互缠绕。清洗螺旋7的外径与换热管8内径之间的直径间隙有2～8mm。清洗螺旋7的螺距为换热管8内径的1.0～2.0倍。

生产运行时，清洗螺旋7在换热管8内料液流动能的带动下自转。在轨道端面9的作用下，旋转的钩头轴4产生轴向的往复运动，有效地强化清洗螺旋7的自动清洗能力。轨道端面9的上坡段减速作用，使清洗螺旋7的旋转降低为缓慢旋转状态，防止可能磨损的发生。压缩弹簧3为钩头轴4的钩头在下坡段的急降行程巧妙地提供软着陆，弹性压缩的蓄能又为随后的上升行程提供助推动力。压缩弹簧3支撑的浮动端面轴承2，降低了钩头轴4对轨道端面9的压力和磨损速度，降低了清洗螺旋7旋转的总阻力矩，有助于清洗螺旋7实现较大的往复行程。清洗螺旋7的行程H0的往复运动、缓慢自转、和快速径向振动敲击管内壁的污垢，实现换热管8内壁污垢污垢自动清洗强度的显著强化，同时大大提高转动清洗的均匀性。此外，由于换热管8内流体在清洗螺旋7的导向下改变为螺旋线流，增大了流体相对于换热管8内壁的相对流速和扰动，使得换热管8内侧的对流传热得到强化。

Claims (3)

1.一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，主要零部件有轨道端面轴承(1)、浮动端面轴承(2)、压缩弹簧(3)、钩头轴(4)、清洗螺旋(7)、换热管(8)，其特征在于：换热管(8)内流体作用在清洗螺旋(7)上的轴向力，通过钩头轴(1)同时压在浮动端面轴承(2)和轨道端面轴承(4)的轨道端面(9)上；轨道端面轴承(1)安装固定在换热管(8)的入口端；轨道端面(9)的最大高差H0就是清洗螺旋(7)的往复运动行程6～28mm，取值大小与换热管(8)的内径大小、管内液体的流速大小、液体密度大小三者都是一致性关系；轨道端面(9)的上升坡度角α必须显著低于清洗螺旋(7)的钩头轴(4)与轨道端面(9)之间的摩擦角，下降段的坡度角β可以在50°～75°范围选取，以求获得较大的往复行程H0；轨道端面轴承(1)的设计磨损量H1取20～45mm；定位轴承(11)的偏心距δ尽可能大，以保证压缩弹簧(3)自由伸缩为原则，定位轴承座(11)与轨道圆筒(10)之间的最小间隙为1.5～2.0mm；定位轴承座(11)的高度H2须大于压缩弹簧的工作时的最低高度，H2取值20～35mm，定位轴承座(11)的功能是保障浮动端面轴承(2)和钩头轴(1)旋转时，两者都能够与换热器管(8)中心线保持良好的平行度；压缩弹簧(3)的重要功能是，在钩头轴(4)下降行程时提供软着陆，储蓄弹性压缩能，在上升行程时释放弹性压缩能提供助推力，有利于增大往复行程H0，同时显著降低钩头轴(4)的钩头对轨道端面(9)的压力和磨损速度；压缩弹簧(3)的弹性系数C＝(0.3～0.6)Fa/H0，系数取值愈小，钩头轴(4)旋转一周时对轨道端面(9)的压力变化幅度愈小，磨损愈均匀，但是压缩弹簧(3)的总高就愈大；浮动端面轴承(2)的浮动轴承(18)的磨损量高度H6取值略大于轨道端面轴承(1)的设计磨损量H1，浮动定位轴(16)的长度L要求是以组装时能够插到定位轴承座(11)的深度15mm以上。

2.根据权利要求1的一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，其特征在于：轨道端面轴承(1)的入口窗(13)的高度H3取(1.2～1.5)D1；轨道端面轴承(1)的支撑筋(14)的数量2～3条，内径大于25mm的换热管(8)取3，其它取2；轨道端面轴承(1)的.固定管段(15)高度H4取换热管(8)内径D1的(1.5～2.0)倍，与换热管(8)采用过盈配合。

3.根据权利要求1的一种压簧轨道偏心轴承自动清洗机构，其特征在于：清洗螺旋(7)采用1.0～2.5mm的钢丝制造；清洗螺旋(7)的外径与换热管(8)内径之间的直径间隙为2～8mm，螺距为换热管(8)内径的1.0～2.0倍；长度比换热管(8)短150～400mm，取值应略大于清洗螺旋(7)在轴向力Fa作用下的弹性伸长量。

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