CN113048836A - 一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统 - Google Patents

一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，包括依次连接的水泵、气体蓄能罐、单向阀、水力冲击阀、弹性逆止阀等，水流经泵流过第一单向阀，回路I中弹性逆止阀呈关闭状态，流体经管路II进入水力冲击阀，当流速较大时，冲击阀关闭，产生高压力的水锤效应，弹性逆止阀在高压力作用下打开，流体进入回路I，脉动水流进入到板式换热器，经回路II泄压，冲击阀重新打开，弹性逆止阀重新关闭，开始下一循环。本发明创性之处在于：无需对板式换热器或复杂管路进行拆装，通过水力冲击阀和弹性逆止阀的巧妙配合，产生周期性的高压脉动流，并伴随空化效应气泡，对换热器内部壁面或复杂管路进行反复冲击，达到清洗除垢之目的。

Description

一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统
技术领域
本发明涉及清洗除垢设备，特别是涉及一种水锤脉动清洗系统。
背景技术
目前板式换热器的清洁方式较多采用机械清洗的方式，需要对板式换热器进行拆解清洗，通过重新组装才可投入使用。在拆解及清洗过程中，外力容易导致换热器内部结构产生变形或损坏。板式换热器这类设备对密封元件要求很高，在清洗过程中也会对密封件造成损伤，因此对清洗过程要求很高，此外拆解及清洗的难易程度根据板式换热器结构以及内部结垢附着程度而定。
中国专利号[200820152201.3]公开了一种低噪声水锤式液压系统管路清洗设备，在回油接头与液压油箱之间安装换向阀和滤油器，在换向阀第一出液口与第二出液口之间安装节流阀，通过换向阀开关产生的水锤效应带来的液压变化实现管路清洗，安装节流阀减小噪音及缓冲水锤作用对其他设备的损坏。但其水锤效应的产生涉及对换向阀的精准电控制，系统较为复杂；中国专利号[201320483102.4]公开了一种针对大型船用板式换热器采用不间断反冲洗方式进行除垢，在系统中通过转换手柄改变阀门方向控制流体流通路径，实现流体不同流向对板式换热器内部污垢冲刷作用，。但是这一系统是通过压力表压差监测板式换热器内部清洁程度，压差达到允许范围停止冲洗作用，这种方法在实际中并不易把握。而且冲刷污垢的流体流速和工作流速一致，对污垢清洗作用较弱。
水锤效应在中国专利号[201610839359.7]中用于强化换热，通过调节阀控制冲击阀的开关发生水锤作用，并与带弹簧单向阀的储能罐配合，产生脉动流实现板式换热器对船舶水余热回收利用，脉动系统的实现主要是通过水力冲击阀与带弹簧单向阀的储能罐的相互配合实现，系统的主要问题在于：1.带弹簧单向阀的储能罐内气体的压力不易控制，从而使配合失效；2.系统没有考虑因水力空化效应带来的水蒸汽积累问题，从而使水力冲击阀的水锤效应越来越剧烈，而损坏管件。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，清洗除垢效果好，具有省时省力、操作简单、适用范围广等特点。
技术方案：本发明所述的一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其设有水锤式脉动元件，包括依次连接的系统入口、水泵、气体蓄能罐、第一单向阀，以及水力冲击阀和弹性逆止阀；第一单向阀出口一路通过弹性逆止阀与出水口相连以形成第一管路，第一单向阀出口另一路通过水力冲击阀、第二单向阀与出水口相连以形成第二管路。利用该系统产生的高压脉动流体对板式换热器或复杂管路进行除垢清洗。
当流体由水箱经泵流过第一单向阀后，压力不足以克服弹性逆止阀，回路I处于关闭状态，流体经管路II进入水力冲击阀，阀体在流体冲击下关闭，管路II流体压力骤增，产生高压力返流，流体进入回路I，弹性逆止阀打开，释放流体压力，泄压后水力冲击阀会重新打开，开始下一循环；高压脉动流体反复进入板式换热器，通过水力冲击波作用和空化效应，达到对板式换热器(或复杂管路)除垢之目的。
可选的，板式换热器安装于系统出口处，或安装于第一管路且位于弹性逆止阀和第一单向阀之间。其中，板式换热器也可以替换为复杂管路。
当所述板式换热器安装于系统出口处，流体经入口进入系统，在水泵作用下经气体蓄能罐和第一单向阀流入第二管路的水力冲击阀，水力冲击阀随流体不断冲击，流通路径关闭，第二管路产生高压返流，流体回流至第一管路，弹性逆止阀打开释放流体压力，第一管路导通，流体进入板式换热器，完成一次循环；泄压后水力冲击阀重新打开，往复进行。即：当流体由水箱经泵流过第一单向阀后，此时系统压力较小，回路I(第一管路)中弹性逆止阀处于关闭状态，流体经管路II(第二管路)进入水力冲击阀，水力冲击阀的阀盘在随流体不断冲击流通路径关闭，产生水锤现象，管路II流体压力骤增，产生高压返流，由于第一单向阀的存在，流体进入回路I，弹性逆止阀打开释放流体压力，泄压后系统压力降低，水力冲击阀阀盘回落，水力冲击阀会重新打开，开始下一循环，循环往复。回路I的高压脉动流体进入到板式换热器，通过脉冲式的水力冲击波作用，以及水力空化效应产生大量汽泡，对附着在通道壁面的水垢等杂质反复冲击，达到对板式换热器或复杂管路除垢之目的。
当所述板式换热器安装于第一管路且位于弹性逆止阀和第一单向阀之间，流体经入口进入系统，在水泵作用下经气体蓄能罐和第一单向阀流入第二管路的水力冲击阀，水力冲击阀随流体不断冲击，流通路径关闭，第二管路产生高压返流，流体回流至第一管路并依次流经板式换热器和弹性逆止阀，弹性逆止阀打开释放流体压力，第一管路导通，完成一次循环；泄压后水力冲击阀重新打开，往复进行。
优选地，所述水力冲击阀通过与所述弹性逆止阀的相互配合，实现高压脉动冲击波的形成，在该过程中是通过压力控制脉动流的形成。水力冲击阀关闭时所需的临界压力要小于弹性逆止阀打开时的临界压力。
其中，所述第一单向阀保证水流只能单向运动，以对泵进行有效保护；所述第二单向阀保证第二管路中的水流只可单向运动。
其中，所述弹性逆止阀包括压紧弹簧与仅可单向打开的阀门，所述水力冲击阀通过与弹性逆止阀的相互配合，实现脉动高压冲击。
在高压力的冲击波返流作用下，所述弹性逆止阀内部弹簧开关被打开，压力会降低为负压，此时会出现水力空化现象，空化气泡对板式换热器的清洗具有助益作用。
优选地，弹性逆止阀包括压紧弹簧与阀门，压紧弹簧仅可通过入口端高压力作用打开。在入口端高压力的冲击波作用下所述弹性逆止阀内部所述阀门被打开，压力会降低为负压，出现水力空化现象，水力空气效应产生的气泡有助于板式换热器的清洗。其中，第一管路中的弹性逆止阀之弹簧需有足够预紧力，只有在高压力作用下，才能克服弹簧预紧力，使阀门打开。
优选地，所述气体蓄能罐中充注有一定量的空气，可有效缓冲单向阀关闭对泵的影响。
优选地，所述水力冲击阀属于无源式水力冲击阀，不需要消耗外界能量。水力冲击阀包含冲击杆、阀盘和阀体，所述阀体为空腔结构，阀体内设有沿阀体运动的冲击杆，冲击杆下端设有阀盘，在阀体上设有进口端和出口端；所述出口端均匀分布有若干个圆孔结构。可选的，所述阀盘为一薄形金属圆盘，所述冲击杆上端焊有一圆形挡球，下端与阀盘焊接为一体。
当水流从进口端流入阀体内，当流速高于一定值时。冲击杆在压差作用下，向出口端运动，关闭阀体出口端圆孔，造成水锤效应，从而形成高压力的冲击波。在阀杆上设有配重质量体，以调节冲击阀的开关频率，或装设一复位弹簧，保证系统泄压后及时打开冲击阀。
发明原理：水流经泵流过第一单向阀，当压力较小，回路I中弹性逆止阀呈关闭状态，流体经管路II进入水力冲击阀，当流速较大时，冲击阀关闭，产生水锤效应，管路II水流压力骤增，产生高压力的返流，克服弹簧逆止阀的弹簧预紧力流体进入回路I；高压脉动水流直接进入到板式换热器，流体经回路II泄压后，水力冲击阀会重新打开，弹性逆止阀重新关闭，开始下一循环。通过高压力的脉动冲击波对板式换热器或复杂管路内部水垢反复冲击，达到清洗之目的。
本发明的无需对板式换热器或复杂管路进行拆装，通过水力冲击阀和弹性逆止阀的巧妙配合，产生周期性的高压脉动流，对换热器内部壁面或复杂管路进行反复冲击，达到清洗除垢之目的。此外该系统对清洁设备要求较低，不需要进行复杂的拆解过程，只需要将设备接入系统即可，因此该系统也可用于清洁复杂的设备及管路。
有益效果：
(1)本发明通过水力冲击阀和弹性逆止阀的合理配合，产生周期性的高压脉动式冲击波和空化效应汽泡，从而达到除垢之作用。
(2)通过调整水力冲击阀的阀盘重量(或复位弹簧的弹性力)，可调整脉动式冲击波的周期和压力振幅。
(3)板式换热器不需要进行拆解与重新组装，防止拆解与再组装过程中对设备造成损坏。
(4)本发明通过高压水锤脉动流产生的冲击作用以及空化效应汽泡，对通道内壁面沉积的杂质进行反复冲击，使其脱落至流体中，被带出板式换热器，从而达到复杂设备的除垢作用。
附图说明
图1是本发明的系统装置示意图一；
图2是本发明的系统装置示意图二；
图3是水力冲击阀的结构示意图；
图4是图3中A-A剖面图；
图5是弹性逆止阀的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明的一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，包含水箱1、过滤器2、水泵3、气体蓄能罐4、第一单向阀5、弹性逆止阀6、水力冲击阀7、第二阀单向阀8、板式换热器9等。
水箱1中的水在水泵2的驱动作用下，经气体蓄能罐4和第一单向阀5，系统流体压力难以克服弹性逆止阀6的预紧力，管路I处于关闭状态。
流体直接经管路II进入水力冲击阀7，初始状态时水力冲击阀7处于开启状态。调整泵的流量，直至水力冲击阀内的阀盘在流体压差作用下，向出口端运动，关闭阀体出口端，产生水锤效应，产生高压力的冲击波回流，克服管路I中的弹性逆止阀预紧力，导通管路I，水流急速进入板式换热器内，进行冲洗除垢，同时系统压力也不断下降，水力冲击阀7的阀盘也复位打开，循环往复，形成的高压冲击波对附着在换热器内壁面上的水垢进行反复冲击，直至水垢脱落至流体中，完成板式换热器的清洁。
实施例2
如图2所示，本发明的一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，包含水箱1、过滤器2、水泵3、气体蓄能罐4、第一单向阀5、弹性逆止阀6、水力冲击阀7、第二阀单向阀8、板式换热器9等。
水箱1中的水在水泵2的驱动作用下，经气体蓄能罐4和第一单向阀5，系统流体压力难以克服弹性逆止阀6的弹簧预紧力，管路I处于关闭状态。流体直接经管路II进入水力冲击阀7，初始状态时水力冲击阀7处于开启状态。调整泵的流量，直至水力冲击阀内的阀盘在压差作用下，向进口端运动，关闭阀体出口端，产生水锤效应，产生高压力的冲击波逆流，进通过管路I水流急速进入板式换热器内，进行冲洗除垢，克服管路I中的弹性逆止阀的弹簧预紧力，导通管路I，同时系统压力也不断下降，水力冲击阀的阀盘也复位打开，循环往复，形成的高压冲击波和空化效应汽泡对附着在换热器内壁面上的水垢进行反复冲击，直至水垢脱落至流体中，完成板式换热器的清洁。
本实施例与实施例1相比，板式换热器位于弹性逆止阀入口前，避免弹性逆止阀在泄压过程中压力损失导致换热器壁面冲洗作用的削弱。
如图3所示为水力冲击阀的结构示意图，所述水力冲击阀7包含阀体11、冲击杆12、阀盘13、螺母14、流通圆孔15等结构，阀体11内部形成空腔结构，阀体11设有进口端和出口端，阀体11内部设有沿阀体运动的冲击杆12，冲击杆的上端焊接有一圆形挡球，冲击杆12的下端设有阀盘13，并设有螺母14固定，阀盘13为一薄形金属圆盘；如图4所示为所述流通圆孔15的位置分布，即阀体出口端均匀分布有若干个圆孔结构。流体由进口端进入对阀盘13形成冲击作用，当流体压力增大，阀盘13通过冲击杆12连接向上运动堵塞小圆孔15，出口端关闭流体形成返流；随后流体压力会逐渐减小，压力不足以克服阀盘13重量时，通道圆孔15重新打开，流体从出口端流出，完成一次流体脉动循环。
如图5所示为弹性逆止阀的结构示意图，所述弹性逆止阀6包含左侧进口端16、压紧弹簧17、阀门19和出口端18等结构，压紧弹簧17安装于阀门19上；流体由左侧进口端16进入，阀门19在压紧弹簧17作用下使通道起初处于关闭状态，随流体速度的增大，阀门19所受压力越来越大，当压力大于弹簧17临界力，阀门19打开，流体由出口端18流出，流体的压力不断下降，直至小于弹簧力时通道再次关闭。
由于压力波动较大，产生的脉冲作用会对管路及元件设备起到清洁作用，此外系统对清洁设备要求较低，不需要进行复杂的拆解过程，只需要将设备接入系统即可，因此该系统也可用于清洁复杂的设备及管路。

Claims (10)

1.一种应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：包括依次连接的系统入口、水泵、气体蓄能罐、第一单向阀，以及水力冲击阀和弹性逆止阀；第一单向阀出口一路通过弹性逆止阀与出水口相连以形成第一管路，第一单向阀出口另一路通过水力冲击阀、第二单向阀与出水口相连以形成第二管路；
当流体经水泵流过第一单向阀后，压力不足以克服弹性逆止阀，回路I处于关闭状态，流体经管路II进入水力冲击阀，阀体在流体冲击下关闭，管路II流体压力骤增，产生高压力返流，流体进入回路I，弹性逆止阀打开，释放流体压力，泄压后水力冲击阀会重新打开，开始下一循环；高压脉动流体反复进入板式换热器，通过水力冲击波作用和空化效应，对板式换热器或复杂管路进行除垢。
2.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述水力冲击阀包含冲击杆、阀盘和阀体，所述阀体为空腔结构，阀体内设有沿阀体运动的冲击杆，冲击杆下端设有阀盘，水力冲击阀的出口端均匀分布有若干个圆孔结构；当水流从进口端流入阀体内，当流速高于一定值时，冲击杆在压差作用下向出口端运动，阀盘关闭阀体出口端的圆孔，造成水锤效应，从而形成高压力的冲击波。
3.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述弹性逆止阀包括压紧弹簧和仅可单向打开的阀门，所述水力冲击阀通过与弹性逆止阀的相互配合，实现脉动高压冲击。
4.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：在高压力的冲击波返流作用下，所述弹性逆止阀内部弹簧开关被打开，压力降低为负压，出现水力空化现象。
5.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述气体蓄能罐中充注有空气。
6.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述第一单向阀保证水流只能单向运动，对泵进行保护；所述第二单向阀保证管路II中的水流只可单向运动。
7.根据权利要求2所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述水力冲击阀的阀杆上设有配重质量体，以调节冲击阀的开关频率。
8.根据权利要求1所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：板式换热器安装于系统出口处，或安装于第一管路且位于弹性逆止阀和第一单向阀之间。
9.根据权利要求8所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述板式换热器安装于系统出口处，流体经入口进入系统，在水泵作用下经气体蓄能罐和第一单向阀流入第二管路的水力冲击阀，水力冲击阀随流体不断冲击，流通路径关闭，第二管路产生高压返流，流体回流至第一管路，弹性逆止阀打开释放流体压力，第一管路导通，流体进入板式换热器，完成一次循环；泄压后水力冲击阀重新打开，往复进行。
10.根据权利要求8所述的应用于板式换热器或复杂管路的水锤脉动除垢系统，其特征在于：所述板式换热器安装于第一管路且位于弹性逆止阀和第一单向阀之间，流体经进口端进入系统，在水泵作用下经气体蓄能罐和第一单向阀流入第二管路的水力冲击阀，水力冲击阀随流体不断冲击，流通路径关闭，第二管路产生高压返流，流体回流至第一管路并依次流经板式换热器和弹性逆止阀，弹性逆止阀打开释放流体压力，第一管路导通，完成一次循环；泄压后水力冲击阀重新打开，往复进行。
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