CN206504660U - 一种螺旋纽带防垢及强化换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种螺旋纽带防垢及强化换热装置。该装置包括由螺旋纽带支架和螺旋纽带；其中：该螺旋纽带支架由防护罩、磁悬浮装置、陶瓷片、转轴、支架、固定环、固定筒组成；该支架上设置磁悬浮装置，该磁悬浮装置中间设置有陶瓷片；该转轴依次穿过磁悬浮装置、陶瓷片、支架，且其下端与螺旋纽带连接；该磁悬浮装置上方设置防护罩，该支架下端通过固定环连接固定筒；该螺旋纽带由纽带基体、加合物、改性聚四氟涂层组成；该螺旋纽带设置在固定筒内。本实用新型主要解决纽带本身结垢、变形和阻力的问题题。本实用新型的优点在于：保证螺旋纽带在换热管长时间的旋转时自身表面不结垢不脏污，始终保持高效旋转，起到防垢除垢和强化换热的目的。另外在旋转过程中不伤害换热管。

Description

一种螺旋纽带防垢及强化换热装置

技术领域

本实用新型涉及换热装置，特别是一种螺旋纽带防垢及强化换热装置。

背景技术

汽轮机凝汽器和管壳式换热器结垢不但会造成重大的能源浪费，而且会带来垢下腐蚀、水阻增加加大水泵电耗、增加设备检修量等一系列问题；为了实现在线防垢除垢，以行业标准的形式，火电厂凝汽器配备胶球在线清洗设备，该设备在防垢除垢应用中的效果存在一定的偶然性，而且水阻较大，还没有强化换热效果。

近年来一种物理插入物防垢方式-螺旋纽带技术在电厂凝汽器得到应用，不但具有防垢除垢的效果，还具有强化换热的功能，在个别电厂获得应用成功，为推动该类项目发展，国家节能减排推广项目列入了凝汽器螺旋纽带防垢装置，由此该项技术得到快速应用，而问题伴随而生。为了查清出现问题的主要原因，首先需要充分了解市场上在螺旋纽带装置的制造、构造及工作机理。

螺旋纽带装置主要由螺旋纽带、支架和转轴、连接环和垫片三部分组成。螺旋纽带由高分子聚合材料加工而成，厚度在1.5mm，要求具有较好的强度、刚度、弹性、韧性、耐腐蚀性、耐高温性及较好的化学稳定性；材料比水的密度略大，在流体多方向力的作用下，能较好的浮动在换热管中心部位。支架和转轴由化学合成材料加工而成，具有高强度、耐磨损和耐腐蚀性；连接环和垫片由不锈钢制作（或陶瓷片），具有一定的强度。

出现问题的关键在于，螺旋纽带在通过旋转过程中破坏换热管壁的滞流层，却无法打破其自身表面的滞留层，虽然使用的是具有一定不粘性的高分子材料，但时间久了，还会出现螺旋纽带表面结垢，随着其厚度的增加，水阻成倍增加，循环水流速降低，从而降低螺旋纽带转速，当螺旋纽带转速降低到一定数值时，其防垢除垢功能消失，而且会造成换热效果比无螺旋纽带的换热效果差很多，此时螺旋纽带起到了相反的换热效果，造成机组运行恶化，只有停机处理。

另外一个问题在于螺旋纽带的制造问题上，由于螺旋纽带是由1.5mm厚的高分子聚合材料制成，在换热管内旋转时，会占据循环水的空间，增大水阻；另外高分子聚合材料螺旋纽带的弹性和韧性有限，在换热管内长时间旋转和摆动，会引起纽带的螺旋度降低，使流体对于纽带的切向速度减小，即减小了水流传递给纽带的动量矩，使纽带转速降低，从而降低防垢效果和传热效果。

还有一个小问题就是螺旋纽带支架的体积比较大，安装在冷凝器的入口也会产生较大水阻。在轴向支架和转轴之间虽然加装了陶瓷垫片，但螺旋纽带比较长，轴向压力也比较大，也会产生比较大的摩擦力，不但增加转动阻力，也会影响使用寿命。

螺旋纽带技术虽然具有安装维护简单，对原有设备工艺不改变，具有防垢除垢和强化换热效果、没有二次污染的优点，在凝汽器清洗技术中具有独特的优势。但大量的研究和实践证明，未经特殊处理的螺旋纽带不但不会起到预期的防垢除垢和强化换热效果，反而会起到传热恶化的相反作用。

为此，若要长久的、持续的发挥螺旋纽带的作用，需要改进螺旋纽带的制造材料和结构，只有解决了上述的各项问题，该项技术才会拥有更加广阔的应用前景，才能发挥应有的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种螺旋纽带防垢及强化换热装置，主要解决上述纽带本身结垢、变形和阻力的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：它包括螺旋纽带支架和螺旋纽带；

其中：该螺旋纽带支架由防护罩、磁悬浮装置、陶瓷片、转轴、支架、固定环、固定筒组成；该支架上设置磁悬浮装置，该磁悬浮装置中间设置有陶瓷片；该转轴依次穿过磁悬浮装置、陶瓷片、支架，且其下端与螺旋纽带连接；该磁悬浮装置上方设置防护罩，该支架下端通过固定环连接固定筒；

该螺旋纽带由纽带基体、加合物、改性聚四氟涂层组成；该螺旋纽带设置在固定筒内。

所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该支架的直径为2-3mm在其上面焊接有一个带孔的不锈钢圆板，在圆板上设置有磁悬浮装置。

所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：在支架的下面焊接有固定环，并且和固定筒焊接在一起，固定筒有刚度和韧性，厚度不超过0.2mm。

所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该螺旋纽带的纽带基体通过加合物与改性聚四氟涂层连接。

所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该纽带基体上具有凹凸点以形成锚状结构。

一种用于制作如上所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置的方法，其特征在于：通过加合物将改性的聚四氟乙烯涂料附着于金属纽带基体表面的凹凸点上，形成锚状结构，实现粒子的嵌锁作用力，从而金属纽带基体表面实现稳固的改性的聚四氟乙烯涂层。

本实用新型的优点在于：保证螺旋纽带在换热管长时间的旋转时自身表面不结垢不脏污，始终保持高效旋转，起到防垢除垢和强化换热的目的。另外在旋转过程中不伤害换热管。

附图说明

图1为本实用新型螺旋纽带防垢及强化换热装置的的结构示意图。

图2为本实用新型中螺旋纽带的结构示意图。

图3为使用本实用新型的应用状态结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

请参阅图1、2，本实用新型揭示了一种螺旋纽带防垢及强化换热装置。如图所示：它包括螺旋纽带支架1和螺旋纽带2。其中：该螺旋纽带支架1由防护罩1.1、磁悬浮装置1.2、陶瓷片1.3、转轴1.4、支架1.5、固定环1.6、固定筒1.7组成；该支架1.5上设置磁悬浮装置1.2，该磁悬浮装置1.2中间设置有陶瓷片1.3；该转轴1.4依次穿过磁悬浮装置1.2、陶瓷片1.3、支架1.5，且其下端与螺旋纽带2连接；该磁悬浮装置1.2上方设置防护罩1.1，该支架1.5下端通过固定环1.6连接固定筒1.7；该螺旋纽带2由纽带基体2.1、加合物2.2、改性聚四氟涂层2.3组成；该螺旋纽带2设置在固定筒1.7内。

本实用新型中，旋纽带支架1各部分组成一个整体可以自由插入换热管内部，并比较牢固，不易松动，而且要求水阻小，其作用是支持螺旋纽带在换热管内长时间的旋转。支架1.5是由很好强度的不锈钢材料制成，直接2～3mm，在其上面焊接有一个带孔的不锈钢圆板，在圆板上设置有磁悬浮装置1.2，以实现最小摩擦阻力；在磁悬浮装置1.2中间设置有陶瓷片1.3，作为二次保护用，以防止循环水流速突然增大时的防护；转轴1.4穿过上述部件延伸到换热管内和螺旋纽带2连接，并具有一定的活动空间。在支架1.5的下面焊接有固定环1.6，并且和固定筒1.7焊接在一起，固定筒1.7要求要薄而且有刚度和韧性，厚度不超过0.2mm。

如图2所示，螺旋纽带2的综合性能是本实用新型的关键，其中最核心的问题是要保证螺旋纽带2在换热管长时间的旋转时自身表面不结垢不脏污，始终保持高效旋转，才能起到防垢除垢和强化换热的目的。另外必须注意在旋转过程中不能伤害换热管。

有关螺旋纽带2的宽度和螺距等问题，要根据现场换热器的具体情况再设计。

下面简述不结垢不脏污的制造工艺：

聚四氟乙烯是目前所有材料中摩擦系数最小的，摩擦系数仅为0.04，而其化学稳定性又是现有塑料中最高的，它具有优良的不粘性和自润滑性。 但通过大量CaCO₃结垢实验发现一种改性的聚四氟乙烯涂层具有更优良的防粘性、耐磨性、附着力、耐蚀性、耐高温性等综合性能。

但是改性的聚四氟乙烯涂料的临界表面张力极低，且在有机化合物中C-F键的键能最高,造成涂层和金属薄板纽带表面的附着性极差。

本实用新型采用加合物和锚固效应兼用的综合涂装工艺路线，通过加合物将改性的聚四氟乙烯涂料附着于金属薄板纽带表面的凹凸点上，形成锚状结构，实现粒子的嵌锁作用力，从而金属薄板纽带表面实现稳固的改性的聚四氟乙烯涂层。

加合物必须对金属和聚四氟乙烯均有很好的粘结力，而且耐高温、具有很高的刚性，与氟树脂的加工温度和加工条件很相近,才可以并用。

工艺流程如下：试样-表面处理-预热-喷涂底漆-底漆烘干-喷涂面层-清理粉末-烧结成膜-涂层性能检测。该过程按照工艺要求要连续进行，防止停留时间过长或其它原因致使基体表面明显变质时，应重新进行处理。

在烧结工艺中，烧结时间与烧结温度是需要严格控制。

涂层厚度的增加会带来涂层与基体的结合强度的降低，同时增加成本。

影响涂层结合强度的主次顺序为：烧结温度＞涂层厚度＞烧结时间。

通过本实用新型的工艺喷涂涂层，进行表面形貌观察，发现涂层表面光滑，有光泽，无凹坑、气泡等缺陷。对涂层－基体界面进行微观分析，从界面微观图发现，基体与涂层结合紧密、无分离、无开裂，致密性高、连续性好，无气孔、夹杂物等缺陷，完整地覆盖于基体表面，可见熔融流平性良好。

喷涂后测得涂层的结合强度为23.3MPa。

为了验证本实用新型的螺旋纽带在旋转过程中对换热管是否有伤害，又做了大量实验发现：当螺旋纽带与金属换热管对磨时,能在换热管内表面形成一层牢固附着0.02～0.03微米厚的转移膜,使得界面上螺旋纽带对金属的摩擦变成了四氟材料对四氟材料之间的摩擦。改性四氟材料具有平滑的分子表面结构,因而大大改善了界面上的摩擦状态,起到润滑及减摩作用。螺旋纽带在换热管内正常运行时，纽带和换热管内壁还有1mm左右的间隙，螺旋纽带对换热管内壁的磨损将会更小。

螺旋纽带防垢除垢和强化传热机理:

本实用新型螺旋纽带的在实际中的应用如图3所示，即在每一根换热管内安装本实用新型的螺旋纽带，本实用新型螺旋纽带具有目前已知材料最好的不粘性和很低的水阻特性，确保了本实用新型能够长久的、安全的发挥防垢除垢和强化传热的作用。

除垢机理：纽带本身具有一定柔性,旋转时还产生径向摆动。纽带的边刃对污垢层产生碰撞挤压,侧刃刮扫对污垢层作用以周向的剪切力。在径向碰撞挤压和周向刮扫剪切的共同作用下,达到对已有污垢的连续、自动的清洗目的,对原本无垢的传热面则具有很好的自动防垢作用。

防垢机理：水在纽带的作用下形成涡流不断冲刷管壁,对层流边界层产生强烈扰动,基本不存在沿管壁低流速层,使冷却水中的CaCO3、污垢和微小杂物等不易在管壁内停留而全部带出换热管,有效防止污垢在管壁上集结,起到了防垢的作用。

强化换热机理：当冷却水带动螺旋纽带转动时, 引起管内流体的强制旋流和二次流,增大近壁区的紊流强度,有效地干扰边界滞流层,加强了边界层流体与主流流体的混合, 加快了冷热水之间的混和，使对流传热过得以强化，从而提高总传热系数K。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：它包括螺旋纽带支架（1）和螺旋纽带（2）；

其中：该螺旋纽带支架（1）由防护罩（1.1）、磁悬浮装置（1.2）、陶瓷片（1.3）、转轴（1.4）、支架（1.5）、固定环（1.6）、固定筒（1.7）组成；该支架（1.5）上设置磁悬浮装置（1.2），该磁悬浮装置（1.2）中间设置有陶瓷片（1.3）；该转轴（1.4）依次穿过磁悬浮装置（1.2）、陶瓷片（1.3）、支架（1.5），且其下端与螺旋纽带（2）连接；该磁悬浮装置（1.2）上方设置防护罩（1.1），该支架（1.5）下端通过固定环（1.6）连接固定筒（1.7）；

该螺旋纽带（ 2）由纽带基体（2.1）、加合物（2.2）、改性聚四氟涂层（2.3）组成；该螺旋纽带（ 2）设置在固定筒（1.7）内。

2.根据权利要求1所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该支架（1.5）的直径为2-3mm在其上面焊接有一个带孔的不锈钢圆板，在圆板上设置有磁悬浮装置（1.2）。

3.根据权利要求1所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：在支架（1.5）的下面焊接有固定环（1.6），并且和固定筒（1.7）焊接在一起，固定筒（1.7）有刚度和韧性，厚度不超过0.2mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该螺旋纽带（ 2）的纽带基体（2.1）通过加合物（2.2）与改性聚四氟涂层（2.3）连接。

5.根据权利要求4所述的螺旋纽带防垢及强化换热装置，其特征在于：该纽带基体（2.1）上具有凹凸点以形成锚状结构。