CN114485257A - 一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术 - Google Patents
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Abstract
一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，在塑料螺旋扭带的同一侧靠近边缘处均布偏重块，制造螺旋纽带的塑料的添加剂的硬度必须显著地高于被清洗的硬垢，离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗机构安装在固定于换热管入口处的机架；机架头部是轴承，机架中部是两侧进液窗，机架底部根管的内壁制造有与塑料螺旋扭带方向相反的反旋螺旋导流片，使自动清洗的动力力矩值得到成倍的增大。该技术有效地解决了现有技术塑料螺旋扭带不能自动清洗硬垢的根本性缺陷问题，又保留塑料螺旋扭带自动清洗结构简单、制造成本低廉的基本优势，并且能够开拓塑料螺旋扭带自动清洗硬垢的新市场。
Description
技术领域
本发明涉及的是换热管内一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术。它主要适用于液体流速高、中速的换热器(如冷却器、冷凝器、加热器等)管内硬垢的自动清洗和对流传热强化。
背景技术
塑料螺旋扭带在换热管内自动清洗技术，在我国已经有三十年的研究应用历史了。报道的信息不少：例如，自动旋转螺旋线传热技术的试验研究，化工装备技术，1997,18(5),4-8；螺旋带装置在300MW机组凝汽器中的研究与应用[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2015,11(3):236-240；螺旋带防垢装置在低压灰水换热器中的应用，石油和化工设备,2019,22(4):73-76；等等。
但是，这些塑料螺旋扭带技术都只是对换热管的松软水垢类的自动清洗有良好的效果。至今未见塑料螺旋扭带能够对换热管内的硬垢实现有效清洗的文献信息。例如，(内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究，云南化工,2019,46(9):30-32)，内置偏心多螺旋扭带具有一定的强化传热能力，但是不能清洗硬垢，同时会造成巨大的流动阻力损失。
最近的专利信息(一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，中国专利申请号CN202010261958)，报道了一种铁芯塑料螺旋扭带，利用铁芯自重对卧式换热管内壁的压力进行硬垢清洗的技术。对其技术原理进行力学分析，不难发现这一技术存在很大的局限性：第一，自重决定了对换热管下半部有效，并且主要是正下方的区域有效，不是正下方的清洗强度低；对换热管上半部无效，更无法清洗立式换热器的换热管，第二，因其结构尺寸所限，自重的压力不大，硬垢的清洗强度也不大。
发明内容
本发明提出一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，主要针对现有塑料螺旋扭带没有自动清洗硬垢能力和铁芯塑料螺旋扭带自动清洗硬垢能力局限性严重的缺陷。利用塑料螺旋扭带快速转动时偏重块的离心力，强化塑料螺旋扭带边缘对换热管内壁的压力；机架底部根管的内壁制造有与塑料螺旋扭带方向相反的反旋螺旋导流片，使自动清洗的动力力矩值得到成倍的增大；制造螺旋扭带的塑料添加剂硬度显著地高于被清洗的硬垢；实现硬垢自动清洗的有效强化。这一新技术既能够全面保留现有塑料扭带自动清洗结构简单、制造成本低廉的优势，又可以开拓换热管内硬垢自动清洗的广阔新市场。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，主要有塑料螺旋扭带、偏重块、反旋螺旋导流片、机架、轴承、弯钩轴组成。偏重块、等距离、偏心的组装固定在塑料螺旋扭带的同一侧，塑料纽带通过弯钩轴挂到换热管的料液入口端机架的轴承上。
塑料螺旋扭带是自动清洗的动力元件，自动清洗硬垢需要比自动清洗软污垢更大的动力。自转动力矩大小是正比于螺旋纽带螺旋角α的Sin2α，因此，按自转动力矩最大化原则的结构设计要求，塑料螺旋扭带螺旋角α取值范围40°～50°，并且以接近45°为最佳。塑料螺旋扭带的厚度0.6～2.5mm，换热管内径愈大厚度取值也愈大。塑料螺旋扭带的宽度，从可靠性角度要求与换热管内壁之间取2～10mm的直径间隙，换热管内径愈大直径间隙取值也愈大。
塑料螺旋扭带是自动清洗清除内壁硬垢的工作元件，要求制造螺旋纽带的塑料的添加剂的硬度必须显著地高于被清洗的硬垢。以换热器的水垢硬度为例，碳酸钙水垢2、硫酸钙水垢2.0～2.5、重质碳酸钙水垢2.7～3.0。有些结晶盐垢的硬度也不太高，例如，氯化钠盐垢2～2.5、芒硝(十水硫酸钠)盐垢1.5～2。自动清洗这类硬垢的螺旋纽带的塑料填充剂选用玻璃纤维粉(硬度7.8)即可。但是，有些无机盐晶体就很硬，例如亚硫酸钠等，就必须选用更高硬度的填充剂，例如氧化铝、铬矿粉等作为塑料填充剂，保证塑料螺旋扭带有足够的硬度自动清洗硬垢，耐磨损更好，使用寿命更长。
塑料螺旋扭带是使偏重块获得自动清洗离心压力的机构元件。为此，偏重块均布在塑料螺旋扭带的同一侧，而且尽可能地靠近塑料螺旋扭带边缘处，兼顾使用寿命必要的磨损余量H，H取1～3mm。从增大离心压力的角度考虑塑料螺旋扭带的结构设计，也可以在与塑料螺旋扭带偏重块对称的另一侧开设减重孔。减重孔的孔形主要有椭圆形和圆形，又以椭圆形为佳；减重孔的大小，在保障塑料螺旋扭带的强度刚度的前提下尽可能大。偏重块材料选用耐腐蚀的不锈钢，偏重块的体形是低阻力的准流线型，例如，椭球形、球形，两端半球的圆柱形。结构上综合考虑制造成本，尤其是固定到塑料螺旋扭带上的组装成本，一般采用分型为两半的子母扣结构。
机架的基本功能是把整个离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗机构牢固地安装到换热管入口。机架的头部安装旋转摩擦力矩很小的轴承，轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，大多采用滚动轴承。机架的头部可以开设防止沉积物阻碍弯钩轴旋转的端面进液孔。机架中部开设两侧进液窗，尺寸设计原则是进液窗面积大于换热管内的流通面积，以便减低机架的入口流体阻力。机架底部的根管还有一个很重要的功能是使塑料螺旋扭带自动清洗的动力力矩强化。为此，根管内壁制造有与塑料螺旋扭带方向相反的反旋螺旋导流片，将入口液流导流为与塑料螺旋扭带螺旋方向相反的螺旋线流，以此强化对塑料螺旋扭带冲动力，使塑料螺旋扭带的动力力矩值得到成倍的增大。主要从自动清洗动力力矩强化的角度考虑，兼顾入口阻力不过分增大和注塑生产方便的综合原则考虑，反旋螺旋导流片的螺旋角β值的范围为20°～40°，换热管内流速愈高，螺旋角β的设计取值就愈大；换热管内污垢清洗强度要求愈高，螺旋角β就取值愈小。圆周方向均布的反旋螺旋导流片的片数2～4，换热管内径愈大，片数设计愈多。反旋螺旋导流片的厚度0.5～1.0mm，以反旋螺旋导流片的方便生产制造为原则。反旋螺旋导流片的直通区直径D3的范围3～8mm，在反旋螺旋导流片的可以注塑生产的前提下尽可能取小为原则。
钩头转轴一般采用直径1.5～3.0mm不锈钢钢丝制造。
附图说明
图1是本发明的一种自动清洗硬垢的离压塑料螺旋扭带方案图；
图2为图1中A-A横截面图；
图3为图1中B-B横截面图；
图4为图1中C-C横截面图；
图5为图1中D-D横截面图。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明作进一步详细描述。
图中：1-轴承，2-头部进液孔，3-两侧进液窗，4-机架，5-入口液流线，6-根管，7-反旋螺旋导流片，8-弯钩轴，9-塑料螺旋扭带，10-椭球形偏重块，11-换热管，12-球形偏重块，13-减重孔，14-圆柱形偏重块，15-管板，16-直通区。
一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，主要有塑料螺旋扭带9、偏重块10、反旋螺旋导流片7、机架4、轴承1、弯钩轴8组成。偏重块10、等距离、偏心的组装固定在塑料螺旋扭带9的同一侧，塑料螺旋纽带9通过弯钩轴8挂到换热管11的料液入口端机架4的轴承1上。
塑料螺旋扭带9是自动清洗的动力元件，自动清洗硬垢需要比自动清洗软污垢更大的动力。自转动力矩大小是正比于螺旋纽带9螺旋角α的Sin2α，因此，按自转动力矩最大化原则的结构设计要求，塑料螺旋扭带9螺旋角α取值范围40°～50°，并且以接近45°为最佳。塑料螺旋扭带9的厚度0.6～2.5mm，换热管11内径愈大厚度取值也愈大。塑料螺旋扭带9的宽度，从可靠性角度要求与换热管11内壁之间取2～10mm的直径间隙，换热管11内径愈大直径间隙取值也愈大。
塑料螺旋扭带9是自动清洗清除内壁硬垢的工作元件，要求制造螺旋纽带9的塑料的添加剂的硬度必须显著地高于被清洗的硬垢。以换热器的水垢硬度为例，碳酸钙水垢2、硫酸钙水垢2.0～2.5、重质碳酸钙水垢2.7～3.0。有些结晶盐垢的硬度也不太高，例如，氯化钠盐垢2～2.5、芒硝(十水硫酸钠)盐垢1.5～2。自动清洗这类硬垢的螺旋纽带的塑料填充剂选用玻璃纤维粉(硬度7.8)即可。但是，有些无机盐晶体就很硬，例如亚硫酸钠等，就必须选用更高硬度的填充剂，例如氧化铝、铬矿粉等作为塑料填充剂，保证塑料螺旋扭带9有足够硬度自动清洗硬垢，耐磨损更好，使用寿命更长。
塑料螺旋扭带9是使偏重块10获得自动清洗离心压力的机构元件。为此，偏重块10均布在塑料螺旋扭带9的同一侧，而且尽可能地靠近塑料螺旋扭带9边缘处，兼顾使用寿命必要的磨损余量H，H取1～3mm。从增大离心压力的角度考虑塑料螺旋扭带9的结构设计，也可以在与塑料螺旋扭带9偏重块10对称的另一侧开设减重孔13。减重孔13的孔形主要有椭圆形和圆形，又以椭圆形为佳；减重孔13的大小，在保障塑料螺旋扭带9的强度刚度的前提下尽可能大。偏重块10材料选用耐腐蚀的不锈钢，偏重块10的体形是低阻力的准流线型，例如，椭球形、球形，两端半球的圆柱形。结构上综合考虑制造成本，尤其是固定到塑料螺旋扭带9上的组装成本，一般采用分型为两半的子母扣结构。
机架4的基本功能是把整个离压塑料螺旋扭带9硬垢自动清洗机构的牢固地安装到换热管11入口。机架4的头部安装旋转摩擦力矩很小的轴承1，轴承1有滚动轴承和滑动轴承两种，大多采用滚动轴承。机架4的头部可以开设防止沉积物阻碍弯钩轴8旋转的头部进液孔2。机架4中部开设两侧进液窗3，尺寸设计原则是进液窗面积大于换热管11内的流通面积，以便减低机架4的入口流体阻力。机架4底部的根管6还有一个很重要的功能是使塑料螺旋扭带9自动清洗的动力力矩强化。为此，根管6内壁制造有与塑料螺旋扭带 9方向相反的反旋螺旋导流片7，将入口液流导流为与塑料螺旋扭带9螺旋方向相反的螺旋线流，以此强化对塑料螺旋扭带9冲动力，使塑料螺旋扭带9的动力力矩值得到成倍的增大。主要从自动清洗动力力矩强化的角度考虑，兼顾入口阻力不过分增大和注塑生产方便的综合原则考虑，反旋螺旋导流片7的螺旋角β值的范围为20°～40°，换热管11内流速愈高，螺旋角β的设计取值就愈大；换热管11内污垢清洗强度要求愈高，螺旋角β就取值愈小。圆周方向均布的反旋螺旋导流片7的片数2～4，换热管11内径愈大，片数设计愈多。反旋螺旋导流片7的厚度0.5～1.0mm，以反旋螺旋导流片7的方便生产制造为原则。反旋螺旋导流片7的直通区直径D3的范围3～8mm，在反旋螺旋导流片7可以注塑生产的前提下尽可能取小为原则。
弯钩轴8一般采用直径1.5～3.0mm不锈钢钢丝制造。
实施举例：对于流速1.2m/s内径34mm的换热管11，塑料螺旋扭带9的螺距75mm，自转速度一般可以达到每分钟600转。塑料螺旋扭带9的宽度为28mm，偏重块12的偏心半径8mm，不锈钢球形偏重块12的直径8mm，质量2.09克。离心压力可以达到0.42(N/m)。比照(一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，中国专利申请号CN202010261958)说明书报道的卧式换热管中有效自重对硬垢自动清洗影响的试验曲线和“有效自重压力选择一般是：钙镁类水垢0.15(N/m)左右，循环蒸发浓缩结晶盐垢0.28(N/m)左右，冷却或加热结晶盐垢0.45(N/m)左右”，本发明对于中高流速的换热器可以具有比较强的自动清洗硬垢能力。
Claims (3)
1.一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，主要部件有塑料螺旋扭带(9)、偏重块(10)、反旋螺旋导流片(7)、机架(4)、弯钩轴(8)，其技术特征在于：
在塑料螺旋扭带(9)的同一侧、靠近边缘处均布设置偏重块(10)，偏重块(10)的体形是低阻力的准流线型；塑料螺旋扭带(9)螺旋角α按自转动力力矩最大化原则设计，取值范围40°～50°，并且以接近45°为最佳；
制造塑料螺旋扭带(9)的塑料添加剂的硬度必须显著高于被清洗的硬垢，确保自动清洗硬垢的能力和高耐磨损，使用寿命更长；
安装离压塑料螺旋扭带(9)硬垢自动清洗机构的机架(4)，头部是轴承(1)，轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，大多采用滚动轴承；机架中部的两侧进液窗(3)的面积要求大于换热管(11)内的流通面积；机架(4)底部根管(6)的内壁制造有与塑料螺旋扭带(9)方向相反的反旋螺旋导流片(7)，重要功能是把入口液流线(5)导向为与塑料螺旋扭带螺旋方向相反的螺旋线流，以此强化对塑料螺旋扭带(9)的冲动力，使自动清洗的动力力矩值得到成倍的增大；反旋螺旋导流片(7)的螺旋角β大小范围20°～40°，换热管(11)内流速愈大，螺旋角β设计取值也愈大；圆周均布的反旋螺旋导流片(7)的片数2～4，换热管(11)内径愈大，片数就愈多；反旋螺旋导流片(7)的直通区(16)直径D3的范围3～8mm，在可以注塑生产的前提下尽可能取小值。
2.根据权利要求1的一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，其特征在于：偏重块(10)材料选用耐腐蚀的不锈钢制造；偏重块(10)的体形有椭球形(10)、球形(12)，两端半球的圆柱形(14)；偏重块的结构采用分型为两半的子母扣结构。
3.根据权利要求1的一种离压塑料螺旋扭带硬垢自动清洗技术，其特征在于：在塑料螺旋扭带(9)偏重块(10)的另一侧的对称位开设减重孔(13)，以此增大偏重离心压力；减重孔(13)的孔形有椭圆形和圆形，又以椭圆形为佳；减重孔的大小，在保障塑料螺旋扭带的强度刚度的前提下尽可能大。
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