CN112432547A - 一种管式换热器旋转式在线冲洗装置及工艺系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管式换热器旋转式在线冲洗装置，包括进液管总成、液力转向机构、出液管总成和换热管冲洗喷头，液力转向机构包括壳体、直角插管以及主动锥形齿轮和从动锥形齿轮，直角插管的两端口分别接通进液管总成的出液口和出液管总成的进液口，主动锥形齿轮和从动锥形齿轮分别套设在直角插管的两直角边管道外侧，进液管总成带动主动锥形齿轮转动，从动锥形齿轮带动出液管总成转动；本发明还提供了一种带有所述管式换热器旋转式在线冲洗装置的工艺系统。该管式换热器旋转式在线冲洗装置及工艺系统具有设计科学、不易损坏、传动顺畅、使用可靠，以及能实现包括高压水冲洗、加药清洗功能于一体的优点。

Description

一种管式换热器旋转式在线冲洗装置及工艺系统

技术领域

本发明涉及一种清洗装置，具体的说，涉及了一种管式换热器旋转式在线冲洗装置及工艺系统。

背景技术

列管式换热器是目前工业领域常用的一种换热器，其在运行过程中由于存在热交换和冷却水的浓缩，换热管或换热片内会产生积泥和结垢，这就需要进行对其进行清洗。原来换热器的常规清洗方式主要是采用人工机械清洗或化学清洗，清洗时均需要停机并解体换热器，清洗人员通过人孔进入换热器水室，对换热管进行清洗和检查，不仅费工费材料，人员劳动环境差，而且影响机组正常运行。

对于产生硬垢的列管式换热器，采用化学清洗需要在停机后才能进行，无法及时清除硬垢，运行中会产生大量的能源消耗；列管式换热器结垢严重时还会产生腐蚀泄漏或爆管事故，导致管壳侧水质污染，进而造成供热系统水质恶化，给生产带来不安全、不经济问题。

为了解决上述问题，申请人发明设计了一种针对列管式换热器的线清洗装置，该清洗装置从换热器封头的侧壁进入，通过转向机构将清洗液输送至一字型喷射母管上，一字型喷射母管正对换热管管口设置，清洗时通过一字型喷射母管的旋转，即可对各换热管进行冲洗，不清洗时，也不影响换热器的正常使用，达到在线冲洗的目的。

由于换热器内流体与清洗装置内清洗液温差大，清洗液输送管道需要转弯的同时兼顾旋转动力的传输，其在密封性和传输稳定性上具有一定难度。例如，申请人在申请号为201420601506.3的发明专利中提供了一种“液力转向装置”，该装置即为用于列管式换热器在线冲洗装置中的转向机构，其具有以下缺点：（1）转向传动过程中，仅在轴套和直角插管端部间安装轴承，锥形齿轮固定在轴套前端，导致锥形齿轮整体“悬空”，容易晃动，导致啮合不顺畅，增加磨损；（2）清洗液入口处内外温差大，流体将入口管道外围完全浸泡，此处热胀冷缩更为明显，长时间的转动，容易导致入口管道与安装孔间的密封损坏，造成漏液；（3）上壳体和下壳体通过突出边沿上的螺栓紧固在一起，由于热胀冷缩和振动的原因，螺栓连接处容易摔坏，导致开裂，管程流体进入壳体内部，容易损害液力转向传动装置。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、不易损坏、传动顺畅、使用寿命长的管式换热器旋转式在线冲洗装置及工艺系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种管式换热器旋转式在线冲洗装置，包括进液管总成、液力转向机构、出液管总成和连接在所述出液管总成出液口的换热管冲洗喷头，所述液力转向机构包括壳体、设置在所述壳体内的直角插管以及啮合在一起的主动锥形齿轮和从动锥形齿轮，所述直角插管的两端口分别接通所述进液管总成的出液口和所述出液管总成的进液口，所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿轮分别套设在所述直角插管的两直角边管道外侧，所述进液管总成带动所述主动锥形齿轮转动，所述从动锥形齿轮带动所述出液管总成转动。

基于上述，所述液力转向机构还包括进液轴套和出液轴套，所述壳体上开设有输入端口和输出端口，所述进液轴套可转动地安装在所述输入端口内，所述出液轴套可转动地安装在所述输出端口内，所述进液轴套的出液口和所述出液轴套的进液口分别套设在所述直角插管的两端口外侧，所述进液轴套两端分别与所述主动锥形齿轮和所述进液管总成的出液口固定连接，所述出液轴套两端分别与所述从动锥形齿轮和所述出液管总成的进液口固定连接，所述主动锥形齿轮、所述进液轴套、所述从动锥形齿轮和所述出液轴套与所述直角插管的管道之间分别安装有一轴承。

基于上述，所述进液管总成的进液端设置有过渡转换接头，所述过渡转换接头包括固定过渡转换接头座、轴瓦和进液管转轴，所述固定过渡转换接头座轴向开设有环槽，所述环槽开口方向与所述进液管转轴出液方向相同，所述进液管转轴的进液端通过轴承安装在所述固定过渡转换接头座内壁上，所述轴瓦垫设在所述进液管转轴中间段与所述固定过渡转换接头座中间段之间。

基于上述，所述壳体由两个半壳对接而成，两个所述半壳对称设置在所述直角插管中心轴所在平面的两侧，所述壳体在所述直角插管的中心轴延伸方向上分别设置有圆柱形凸角，每个所述圆柱形凸角端部外表面均开设有环槽，所述环槽内安装有抱箍。

基于上述，所述壳体在正对所述出液管总成的圆柱形凸角端部设置有弧形端帽，所述弧形端帽的形状为圆弧形或者水滴形。

基于上述，所述壳体在正对所述进液管总成的圆柱形凸角端部安装有固定轴，所述固定轴另一端设置有封头安装座；所述固定轴内穿设有加油管和排水管，所述加油管的一端延伸至锥形齿轮附近，所述加油管的另一端伸出所述封头安装座设置，所述抽水管的一端延伸至所述壳体内的低位，所述抽水管的另一端伸出所述封头安装座设置。

基于上述，所述换热管冲洗喷头为一字型喷头，所述一字型喷头上排布有两列喷嘴，两列所述喷嘴间相互留存相邻换热管间距，两列所述喷嘴呈齿形交叉排布。

基于上述，所述一字型喷头中心设置有大容量分流器，所述出液管总成的出液端接通所述大容量分流器的进液口。

本发明还提供一种管式换热器旋转式在线冲洗工艺系统，包括高压水泵、安装在所述高压水泵出水口的供液总管、加药搅拌器和多个如上所述的旋转式在线冲洗装置，所述加药搅拌器的出料口连通在所述供液总管上，所述供液总管通过多根供液支管连通各个所述旋转式在线冲洗装置的清洗液入口。

基于上述，每根所述供液支管均设置有一电动阀门，所述电动阀门由一PLC控制器控制启闭，所述高压水泵的进水口连通有进液总管，所述进液总管上安装有过滤器。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过所述液力转向装置的设置，在保证清洗液转向的同时，使旋转动力也实现转向，使所述换热管冲洗喷头能够转动着冲洗换热管。

进一步地，在所述主动锥形齿轮、所述进液轴套、所述从动锥形齿轮和所述出液轴套与所述直角插管的管道之间分别安装有一轴承，使锥形齿轮在传动过程中不再是悬空状态，传动过程中不会晃动，从而避免出现卡顿或者摩擦力增大的现象。

进一步地，所述过渡转换接头用于与换热器封头安装，使用过程中，换热器中的流体会进入所述环槽内，由于温度变化，所述固定过渡转换接头座容易热胀冷缩，所述轴瓦的设置为该处预留了胀缩空间，当所述固定过渡转换接头座较为膨胀时，所述轴瓦与所述进液管转轴之间分离，当所述固定过渡转换接头座较为收缩时，所述轴瓦与所述进液管转轴夹紧并一起转动，这样不会导致所述进液管转轴和所述固定过渡转换接头座之间的硬接触，不易磨损，延长使用寿命。

进一步地，所述壳体设置所述圆柱形凸角，并用所述抱箍将其固定，没有螺栓连接，各处热胀冷缩比较均匀，连接处不会因震动或者热胀冷缩开裂。

进一步地，所述弧形端帽在使用时正对换热器的流体入口，弧形对流体的阻力较小，一方面减轻换热器端头的震动，另一方面对换热器流体的扰流影响较小。

进一步地，所述固定轴与所述过渡转换接头从两端将所述液力转向机构固定，固定更为稳固；所述加油管的设置，可以向锥形齿轮喷射润滑油，方便对其进行保养，使用过程中，由于所述壳体内外温度不同，所述壳体内的蒸汽容易凝结成水滴，所述抽水管方便将水及时抽离。

进一步地，两列所述喷嘴的位置对应两列换热管，清洗时，一次可以对两列换热管进行冲洗，提高冲洗效率；所述大容量分流器的设置，可使液体压力能够传递到远处喷嘴，使各喷嘴流量均匀。

进一步地，所述高压水泵通过多根所述供液支管可以同时向多个在线冲洗装置供液，既可以对多个换热器依次清洗，又也可以同时清洗；所述加药搅拌器，可根据现场情况，确定是否向清洗液中加入化学清洗剂，既可采用原循环水升压后冲洗换热管，又可吸入化学清洗药剂，进行在线化学清洗；所述电动阀门和所述PLC控制器的设置，方便对换热管清洗的自动化控制，所述过滤器的设置，可防止清洗液中的杂物堵塞喷嘴。

附图说明

图1是实施例1中管式换热器旋转式在线冲洗装置的安装结构示意图。

图2是实施例1中液力转向机构的内部结构及连接结构示意图。

图3是实施例1中过渡转换接头的内部结构及安装结构示意图。

图4是实施例1中一字型喷射母管的正面结构示意图。

图5是实施例2中管式换热器旋转式在线冲洗工艺系统的结构示意图。

图中：1. 换热器；2. 封头；3. 进液管总成；4. 液力转向机构；5. 出液管总成；6.换热管冲洗喷头；7. 固定轴； 11. 高压水泵；12. 供液总管；13. 加药搅拌器；14. 供液支管；15. 进液总管；16. 过滤器；31. 过渡转换接头；41. 壳体；42. 弧形端帽；43. 进液轴套；44. 出液轴套；45. 主动锥形齿轮；46. 从动锥形齿轮；47. 直角插管；48. 轴承；49.抱箍；61. 一字型喷射母管；62. 喷嘴；63. 大容量分流器；71. 封头安装座；72. 加油管；73. 排水管；311. 固定过渡转换接头座；312. 环槽；313. 轴瓦；314. 进液管转轴。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1-4所示，一种管式换热器旋转式在线冲洗装置，包括进液管总成3、液力转向机构4、出液管总成5和连接在所述出液管总成5出液口的换热管冲洗喷头6。

所述液力转向机构4具体包括壳体41、进液轴套43、出液轴套44、设置在所述壳体41内的直角插管47以及啮合在一起的主动锥形齿轮45和从动锥形齿轮46；所述壳体41上开设有输入端口和输出端口，所述进液轴套43可转动地安装在所述输入端口内，所述出液轴套44可转动地安装在所述输出端口内，所述进液轴套43的出液口和所述出液轴套44的进液口分别套设在所述直角插管47的两端口外侧，所述主动锥形齿轮43和所述从动锥形齿轮44分别套设在所述直角插管47的两直角边管道外侧。

所述进液轴套43两端分别与所述主动锥形齿轮45和所述进液管总成3的出液口固定连接，使直角插管47的一端口与进液管总成3的出液口接通，所述进液管总成3通过进液轴套43带动所述主动锥形齿轮45转动；所述出液轴套44两端分别与所述从动锥形齿轮46和所述出液管总成5的进液口固定连接，使直角插管47的另一端口与所述出液管总成5的进液口接通，从动锥形齿轮46通过出液轴套44带动出液管总成5转动。从而在实现管道直角转弯的同时，改变转动方向。

为了使锥形齿轮在转向中更加稳定，所述主动锥形齿轮43、所述进液轴套45、所述从动锥形齿轮44和所述出液轴套46与所述直角插管47的管道之间分别安装有一轴承48；使用时，锥形齿轮在传动过程中不再是悬空状态，传动过程中不会晃动，从而避免出现卡顿或者摩擦力增大的现象，使转向更加稳定。

由于换热管内流体的温度较高，进液管内清洗液的温度较低，内外温差变化大，再加上进液管总成3转动会产生振动，在进液管总成3与封头2的连接处较容易出现密封不严、卡顿的情况，为了解决该问题，在所述进液管总成3的进液端设置有过渡转换接头31，过渡转换接头31用于和封头2安装，所述过渡转换接头31包括固定过渡转换接头座311、轴瓦313和进液管转轴314，所述固定过渡转换接头座311轴向开设有环槽312，所述环槽312开口方向与所述进液管转轴314出液方向相同，所述进液管转轴314的进液端通过轴承安装在所述固定过渡转换接头座311内壁上，所述轴瓦313垫设在所述进液管转轴314中间段与所述固定过渡转换接头座311中间段之间；使用时，固定过渡转换接头座311的外壁端部与封头2密封连接，这样换热器内的流体能够进入环槽312中，对固定过渡转换接头座311的热胀冷缩较为明显，所述轴瓦313为该处预留了胀缩空间，当所述固定过渡转换接头座311较为膨胀时，所述轴瓦313与所述进液管转轴314之间分离，当所述固定过渡转换接头座311较为收缩时，所述轴瓦313与所述进液管转轴314夹紧并一起转动，这样避免了所述进液管转轴314和所述固定过渡转换接头座311之间的直接硬接触，不易磨损，从而延长使用寿命，所述轴瓦313的设置，还可以在此处再多增加几处密封，提高密封性能。

为了提高壳体耐用性，所述壳体41由两个半壳对接而成，两个所述半壳对称设置在所述直角插管47中心轴所在平面的两侧，所述壳体41在所述直角插管47的中心轴延伸方向上分别设置有圆柱形凸角，每个所述圆柱形凸角端部外表面均开设有环槽，所述环槽内安装有抱箍49；与原有螺栓固定的方式相比，抱箍49将两个半圆卡合在一起，各处热胀冷缩都是比较均匀的，因此连接处不会因震动或者热胀冷缩开裂，在生产过程中，可加热抱箍49后，套在所述环槽内，待冷却后，抱箍49即可紧紧抱在两个半圆外侧；这种抱箍热紧固定的方式具有结构简单，流线型好，运行水阻小等优点。在其它实施例中，也可以采用法兰螺栓的紧固方式。

为了减轻换热器流体对液力转向机构4的冲击，所述壳体41在正对所述出液管总成5的圆柱形凸角端部设置有弧形端帽42，所述弧形端帽42的形状具体可以是圆弧形，也可以是水滴形；使用时，弧形对流体的阻力较小，一方面减轻所述换热器端头的震动，提高耐用性，另一方面对换热器流体的扰流影响较小，对换热管的正常使用影响更小。

为了使该在线冲洗装置安装更稳固，所述壳体41在正对所述进液管总成3的圆柱形凸角端部安装有固定轴7，所述固定轴7另一端设置有封头安装座71；使用时，封头安装座71用于与封头2密封安装，封头安装座71和过渡转换接头31从两端对液力转向机构4进行固定，从而使安装更稳定。此外，所述固定轴7内还穿设有加油管72和排水管73，所述加油管72的一端延伸至锥形齿轮附近，所述加油管72的另一端伸出所述封头安装座71设置，加油管72可以向锥形齿轮喷射润滑油，方便对其进行保养，所述抽水管73的一端延伸至所述壳体41内的低位，所述抽水管73的另一端伸出所述封头安装座71设置，所述抽水管73可外接抽水泵，由于壳体41内外温度不同，壳体41内的蒸汽容易凝结成水滴，所述抽水管73方便将水及时抽离。

为了提高冲洗效率和冲洗效果，所述换热管冲洗喷头6为一字型喷射母管61，所述一字型喷射母管61上排布有两列喷嘴62，两列所述喷嘴间62相互留存相邻换热管间距，两列所述喷嘴62呈齿形交叉排布，所述一字型喷射母管61中心设置有大容量分流器63，所述出液管总成5的出液端接通所述大容量分流器63的进液口；使用时，两列所述喷嘴62的位置对应两列换热管，清洗时，一次可以对两列换热管进行冲洗，提高冲洗效率，大容量分流器63可使液体压力能够传递到远处喷嘴62，使各喷嘴62流量均匀。

具体使用时，通过过渡转换接头31和封头安装座71将该在线冲洗装置安装在封头2的两侧，使一字型喷射母管61上的喷嘴62设置在换热管前方，清洗液依次流经进液管总成3、进液轴套43、直角插管47、出液轴套44、出液管总成5后进入一字型喷射母管61，喷嘴62一次性可以对齐两列换热管，清洗1-2分钟后，通过所述液力转向机构4对传动进行转向，进液管总成3的转动，最终转化为一字型喷射母管61的转动，使喷嘴62对齐下两列换热管，再清洗1-分钟，依次类推，直到清洗完成。由于本专利针对各处结构均进行了优化，使该在线冲洗装置更加不易损坏，大大延长了使用寿命，使在线冲洗变得更加好用。

实施例2

如图5所示，一种管式换热器旋转式在线冲洗工艺系统，包括高压水泵11、安装在所述高压水泵11出水口的供液总管12、加药搅拌器13和多个实施例1中的旋转式在线冲洗装置，所述加药搅拌器13的出料口连通在所述供液总管12上，所述供液总管12通过多根供液支管14连通各个所述旋转式在线冲洗装置的清洗液入口。每根所述供液支管14均设置有一电动阀门，所述电动阀门由一PLC控制器控制启闭，所述高压水泵11的进水口连通有进液总管15，所述进液总管15上安装有过滤器16。

使用时，高压水泵11既可以从换热器的进水管路取水，也可以从公用系统取水，所述高压水泵11通过多根所述供液支管14可以同时向多个在线冲洗装置供液，既可以对多个换热器依次清洗，又也可以同时清洗；所述加药搅拌器13，可根据现场情况，确定是否向清洗液中加入化学清洗剂，既可采用原循环水升压后冲洗换热管，又可吸入化学清洗药剂，进行在线化学清洗；所述电动阀门和所述PLC控制器的设置，方便对换热管清洗的自动化控制，所述过滤器16的设置，可防止清洗液中的杂物堵塞喷嘴。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：包括进液管总成、液力转向机构、出液管总成和连接在所述出液管总成出液口的换热管冲洗喷头，所述液力转向机构包括壳体、设置在所述壳体内的直角插管以及啮合在一起的主动锥形齿轮和从动锥形齿轮，所述直角插管的两端口分别接通所述进液管总成的出液口和所述出液管总成的进液口，所述主动锥形齿轮和所述从动锥形齿轮分别套设在所述直角插管的两直角边管道外侧，所述进液管总成带动所述主动锥形齿轮转动，所述从动锥形齿轮带动所述出液管总成转动。

2.根据权利要求1所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述液力转向机构还包括进液轴套和出液轴套，所述壳体上开设有输入端口和输出端口，所述进液轴套可转动地安装在所述输入端口内，所述出液轴套可转动地安装在所述输出端口内，所述进液轴套的出液口和所述出液轴套的进液口分别套设在所述直角插管的两端口外侧，所述进液轴套两端分别与所述主动锥形齿轮和所述进液管总成的出液口固定连接，所述出液轴套两端分别与所述从动锥形齿轮和所述出液管总成的进液口固定连接，所述主动锥形齿轮、所述进液轴套、所述从动锥形齿轮和所述出液轴套与所述直角插管的管道之间分别安装有一轴承。

3.根据权利要求1或2所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述进液管总成的进液端设置有过渡转换接头，所述过渡转换接头包括固定过渡转换接头座、轴瓦和进液管转轴，所述固定过渡转换接头座轴向开设有环槽，所述环槽开口方向与所述进液管转轴出液方向相同，所述进液管转轴的进液端通过轴承安装在所述固定过渡转换接头座内壁上，所述轴瓦垫设在所述进液管转轴中间段与所述固定过渡转换接头座中间段之间。

4.根据权利要求3所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述壳体由两个半壳对接而成，两个所述半壳对称设置在所述直角插管中心轴所在平面的两侧，所述壳体在所述直角插管的中心轴延伸方向上分别设置有圆柱形凸角，每个所述圆柱形凸角端部外表面均开设有环槽，所述环槽内安装有抱箍。

5.根据权利要求4所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述壳体在正对所述出液管总成的圆柱形凸角端部设置有弧形端帽，所述弧形端帽的形状为圆弧形或者水滴形。

6.根据权利要求4或5所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述壳体在正对所述进液管总成的圆柱形凸角端部安装有固定轴，所述固定轴另一端设置有封头安装座；所述固定轴内穿设有加油管和排水管，所述加油管的一端延伸至锥形齿轮附近，所述加油管的另一端伸出所述封头安装座设置，所述抽水管的一端延伸至所述壳体内的低位，所述抽水管的另一端伸出所述封头安装座设置。

7.根据权利要求1-5任一项所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述换热管冲洗喷头为一字型喷头，所述一字型喷头上排布有两列喷嘴，两列所述喷嘴间相互留存相邻换热管间距，两列所述喷嘴呈齿形交叉排布。

8.根据权利要求7所述的管式换热器旋转式在线冲洗装置，其特征在于：所述一字型喷头中心设置有大容量分流器，所述出液管总成的出液端接通所述大容量分流器的进液口。

9.一种管式换热器旋转式在线冲洗工艺系统，其特征在于：包括高压水泵、安装在所述高压水泵出水口的供液总管、加药搅拌器和多个如权利要求1-8任一项所述的旋转式在线冲洗装置，所述加药搅拌器的出料口连通在所述供液总管上，所述供液总管通过多根供液支管连通各个所述旋转式在线冲洗装置的清洗液入口。

10.根据权利要求9所述的管式换热器旋转式在线冲洗工艺系统，其特征在于：每根所述供液支管均设置有一电动阀门，所述电动阀门由一PLC控制器控制启闭，所述高压水泵的进水口连通有进液总管，所述进液总管上安装有过滤器。

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