CN1227506C - 一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管 - Google Patents
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Abstract
一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，在传热管内安装可以自由旋转的塑料螺旋齿管，它的内腔装填流动性好的液体或滚珠，整体密度与管内的传热流体密度相同，始终处于悬浮状态。运行时，传热液体以较大的旋流半径快速冲推螺旋齿面产生较强的旋转力矩，能够使0.20m/s以上的低流速传热管内的螺旋齿管自转，并且与传热管自动保持同心旋转清洗，在内腔里的液体或滚珠的惯性激励下又产生径向晃动，进一步提高了污垢清洗的效率和均匀性，达到自动连续清洗防垢的目的。由于传热管内的流体转变为为在螺旋流道内的快速螺旋线流动，使对流传热得以有效强化。因此，该技术可以广泛地应用于各种低流速的列管式传热设备的自动清洗防垢。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管。它适用于列管式结构的各种传热设备，如换热器、冷凝器、蒸发器等。
背景技术
中国专利ZL91213000.8和文献(自动旋转螺旋线传热技术的试验研究，化工装备技术，1997，N5，P4～8)报道了一种传热管内钢丝螺旋线除垢防垢及其传热强化技术，钢丝螺旋在管内传热液体流动能的带动下自转，刮扫管内壁的污垢，有在线、自动、连续清洗防垢的功能；由于钢丝螺旋的导流作用使液体作螺旋线流动和钢丝螺旋对管内边界层有扰动作用，使管内的对流传热也得到强化。但是，该技术存在三个重要缺陷：一是生产运转过程中自转的钢丝螺旋与传热管壁之间的旋转磨损问题难以解决，二是要求传热管内有0.8m/s以上的较高流速而不能在低流速传热设备中应用，三是卧式传热管内的污垢清洗不均匀，上半周污垢清洗不干净。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是上述自转钢丝螺旋线清洗技术存在的的磨损问题和低流速(在0.2m/s-0.7m/s范围)传热设备难以应用的及其卧式传热管内的污垢清洗不均匀问题，提出一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，既不会磨损传热管壁，又能成倍地增大自转清洗力矩，可以在低流速传热设备中广泛应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，它有塑料螺旋齿管、管口固定装置、传热管。塑料螺旋齿管的结构组成，一是替代钢丝螺旋线的塑料螺旋齿线；二是通过将塑料螺旋齿线固定在塑料内管上成为一个整体的办法，非常有效地增强塑料螺旋齿线的刚度，彻底解决塑料螺旋齿线刚度太差这一根本问题；三是装在塑料内管的内腔，用来灌液或填充滚珠调整密度、并且利用灌液或滚珠的惯性激励作用提高清洗效率和清洗的均匀性。螺旋齿管的长度与传热管基本相等。螺旋齿管采用不会磨损传热管壁的工程塑料制造，可以是整体制造，也可以分段制造再串接组装。螺旋齿管的轴向固定，是在传热管的料液入口端，经轴头与转轴连接，通过转轴安装到管口固定装置上。
传热设备运行时，塑料内管使传热管的有效通流面积显著减少，流道内的实际流速得到成倍提升，增速后的传热流体作用在螺旋齿面上的冲推力矩，比螺旋线的自转力矩增大数倍，能够使0.2m/s左右的低流速的传热管内的塑料螺旋齿管自转而实行连续清洗防垢。通过内管的内腔装填灌液或滚珠，使塑料螺旋管的整体密度调整到与传热流体相等，处于悬浮状态自转状态的螺旋齿管可以与传热管始终保持自动对中旋转，解决卧式传热管内的污垢上半周污垢清洗不干净的问题，并且借助内腔装填的灌液或滚珠的惯性激励作用产生径向晃动，进一步提高了污垢清洗的效率和均匀性。采用不会磨损传热管壁的工程塑料制造使传热管的磨损问题彻底解决。由于传热管内流体实际上是在螺旋流道内作快速螺旋线流动，因此使管内的对流传热过程得到强化，对流传热系数提高50％以上。并且，螺旋齿管与钢丝螺旋线相比，刚度大不易变形，便于包装运输和现场组装。
附图说明
图1是本发明的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管结构技术原理示意图。
图2是本发明的塑料螺旋齿管的横剖面图。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明作进一步详细描述。
图中的 1.转轴 2.管口固定装置 3.轴头 4.灌液5.内管 6.螺旋齿 7.传热管8滚珠 9塑料螺旋齿管 10.内腔
一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，由内管5和螺旋齿6构成。内管5的外表面上设置的螺旋齿6的剖面形状是齿顶窄、齿底宽，优选方案为便于制造的梯形。螺旋齿6的螺旋角在25°～70°范围。螺旋齿6的齿高h与传热管7的内径D的比值h/D在(0.10～0.35)范围，螺旋齿6与传热管7之间的齿顶间隙h0在(0.020～0.35)D范围，对小直径的传热管7取其较大的比值，大管径取其较小的比值。螺旋齿6的螺旋头数为1～4不等，一般用双头螺旋齿，在大管径大螺距时采用多头螺旋齿。
塑料螺旋齿管9的内管5的横截面与传热管7的横截面的面积比在0.20～0.75的范围，比值选择的原则是传热管内的名义流速愈低，比值选用就愈大，实际流速的增大幅度就愈高。螺旋塑料管9的内腔10使塑料螺旋齿管9的整体平均密度远低于传热流体的密度，以便在内腔10灌装流动性好的灌液4或滚珠8以后将塑料螺旋管9的整体密度调整到与传热流体接近相等，旋转时始终保持处于悬浮状态，运行时自动地与传热管7趋于同心，并且利用装在内腔10的灌液4或滚珠8的惯性运动，激励悬浮旋转的塑料螺旋齿管9产生径向晃动，提高碰擦清洗的效率和均匀性。内管5还使螺旋齿6具有较大的刚度，防止变形，保持直线度，便于运输和现场组装。
对于小直径的传热管7，螺旋齿管9也可以选用密度接近管内流体的塑料制成无内腔10的实体结构。
螺旋齿管9选用不磨损管壁、摩擦系数较低、自身耐磨损性能好的工程塑料制造。
螺旋齿管9的长度与传热管7长度基本相同。螺旋齿管9可以是一根整体管，也可以是分段结构制造后再串接组装。组装时注意保持螺旋齿6的连续性。
螺旋齿管9在传热管7内的轴向固定，是转轴1的尾端与组装在液体入口端的螺旋齿管9上的轴头3连接，靠转轴1的另一端安装在管口固定装置2上。
Claims (8)
1.一种管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，由塑料螺旋齿管(9)、转轴(1)、管口固定装置(2)组成，其特征在于：塑料螺旋齿管(9)由螺旋齿(6)和内管(5)以及内管(5)的内腔(10)填装的灌液(4)或滚珠(8)组成。
2.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：塑料螺旋齿管(9)采用不会磨损传热管壁的工程塑料制造。
3.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：塑料螺旋齿管(9)的长度与传热管(7)基本相等，可以是整体一根，也可以分段制造再串接组装。
4.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：塑料螺旋齿管(9)的螺旋齿(6)的剖面形状是齿顶窄，齿底宽。
5.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：螺旋齿(6)的螺旋角在25°～70°范围。
6.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：螺旋齿(6)的齿高h与传热管(7)内径D的比值h/D在0.10～0.35范围。
7.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：螺旋齿(6)和传热管(7)之间的齿顶间隙h0，与传热管(7)内径D的比值h0/D在0.020～0.35范围。
8.根据权利要求1的管内自转式清洗及传热强化的塑料螺旋齿管，其特征在于：螺旋齿(6)可以为单头螺旋，也可以为多头螺旋头。
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