CN2296508Y - 在线自动除垢扰流管式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种“在线自动除垢扰流管式热交换器”,采用管式热交换器标准结构,其特征是在普通换热管的内、外侧分别安插和套装在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统;管束以扰流栅取代传统的折流板,对换热管施行四点限位并支撑整个管束。该热交换器避免了固定式振动螺旋弹簧除垢防垢能力不足的缺陷,集旋转式和穿梭式的优点于一身,使之具有在线自动除垢扰流、强化传热、防腐减阻、节能长寿、终身自洁高效等优异特性,为消除设备污垢瓶颈实现长周期运行提供了技术支撑。

Description

在线自动除垢扰流管式热交换器

本实用新型属于热交换和传热设备，特别涉及一种在线自动除垢扰流管式热交换器。该管式热交换器包括管壳式、容积式、套管式、蛇管式、螺纹管式、横纹管式、波纹管式、波节管式、热管式、翅片管式换热器及空冷器。

在热交换器在线清洗的现有技术中，属于振动螺旋除垢清洗技术的主要有固定式、旋转式和穿梭式三种。固定式如中国专利CN 2055925(1990.04.11.)和美国专利US 4583585(1986.04.22.)，其优点是结构简单，成本低，在流体诱导振动下有强化传热作用，但除垢防垢能力不足是其严重缺陷。旋转式如中国专利CN 106787(1988.10.09.)、法国专利FR 013279(1988.10.10.)和法国专利FR 014996(1988.11.18.)，其优点是除垢能力较强，强化传热效率较高，流体阻力较小等：但对流体流速要求严格，推广应用比较困难。穿梭式尚未有专利公开和文献报导，此是现有技术的缺陷。

中国专利CN 2180963Y(1994.10.26.)及中国专利CN2186904Y(1995.01.04.)，其优点是避免了固定式振动螺旋除垢防垢能力不足的缺陷，而集上述专利技术的优点于一身，使之自洁能力更强，传热效果更佳：但其固定支架和限位挡板，增加了管口和管内流阻；中轴钢丝两端的拉振弹簧要求的技术性能很高，难度较大，实属美中不足。

本实用新型的目的在于弥补第一代在线自动除垢扰流管式热交换器专利技术(CN 2180963Y和CN 2186904Y一设计人同属本人)的不足，提供一种经过改进的结构更简单、制造更容易、流体阻力更小、除垢扰流能力更强、传热效率更高、使用寿命更长的第二代在线自动除垢扰流管式热交换器，为消除设备污垢瓶颈实现长周期运行提供技术支撑。

本实用新型的目的是这样实现的：在线自动除垢扰流管式热交换器，采用管式热交换器标准结构，换热管采用在线自动除垢扰流式换热管，即在普通换热管的内、外侧分别安插和套装在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统；管内螺旋弹簧系统由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆拉撑定位；管束以扰流栅取代传统的折流板，对换热管施行四点限位并支撑整个管束。

换热管内侧安插的螺旋弹簧系统，是由分段设置的多节结构参数相同和变异的转振弹簧组成，一般情况下至少将最后一个管程中的转振弹簧套装于中轴钢丝上，换热管内两端的螺旋弹簧或者中轴钢丝的端圈套装在由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆上，构成一个在管内流体作用下能够全方位转振灵活和梭动自如的简单机械系统。

换热管外侧套装的螺旋弹簧系统，是由分段设置的多节结构参数相同和变异的转振弹簧组成，各节弹簧由扰流栅将它们隔开，构成一个在管外流体作用下能够全方位转振灵活和梭动自如的简单机械系统。

采用上述方案，由于取消了第一代管内螺旋弹簧系统中的中轴钢丝上的限位挡板和各节转振弹簧两端的异径端圈，不仅减少了流体阻力，而且使各节弹簧在管内流体作用下能够转振灵活和梭动自如，从而充分体现了集旋转式和穿梭式振动螺旋弹簧的优点于一身；由于取消了每根换热管两端管口的固定支架，不仅避免了管口阻力的增加，而且避免了管口施焊中出现的诸多困难和难免对弹簧系统造成的伤害；由于取消了中轴钢丝两端的拉振弹簧，不仅使整个弹簧系统结构更加简化，而且避免了该拉振弹簧技术要求较高的制造难度和相对较短的使用寿命。

在线自动除垢扰流管壳式和容积式换热器，在标准结构的壳体内，装有由上述的在线自动除垢扰流式换热管和扰流栅等组成的管束。扰流栅是由园形、方形或螺旋形的杆系组成的栅圈，用以取代折流板，扰流栅每四个为一组，分别从四个方位将换热管固定并支撑管束，构成在线自动除垢扰流管壳式和容积式换热器。

本实用新型的技术原理：在线自动除垢扰流管式热交换器的换热管内插、外套的螺旋弹簧系统，能够在流体流动和该系统所具有特性的共同作用下，使该系统产生持续不断地径向、环向和轴向的振动、旋转及穿梭运动，而对换热管内、外壁进行频繁地接触、刮摩和撞击；同时该系统又反作用于流体，对管内、外流体进行充分地扰动，以及由于该系统的特殊结构和管束的扰流栅取代折流板等，因而产生了一些独到的优越效果，如：

1.自动除垢防垢：已经在管内、外壁形成的污垢，能够在该系统与管壁的频繁摩擦和撞击下逐渐被除掉：尚未来得及扩展和聚结于管壁的污垢，由于该系统对管内、外流体的充分扰动，破坏了污垢生成条件，而有效地抑制了污垢的沉积与形成，实现了在线自动除垢防垢。

2.扰流强化传热：不仅自动除垢防垢的效果体现在强化传热上，而且该系统管内、外流体的扰流作用和扰流栅(杆)对流体产生的“涡街”效应，以及消除折流存在的死区、滞流区的低热效等也都十分明显地体现在强化传热上。特别是扰流和涡街效应对管壁区层流底层的有力破坏并激发湍流，使以传导方式传递热量的层流底层(流体的导热系数都很小，故其传热的热阻主要集中于此层流底层)也变成了对流传热，则导致管内、外膜传热系数大大提高。

3.分段和摄动使弹性增强流阻减小：多节螺旋弹簧的分段设置或套装于中轴钢丝上，不仅使整个弹簧系统的弹性增强，而且由于各节弹簧处于不受拉力的柔性自由态，当弹簧系统承受载荷后即被压缩，若除去载荷，弹簧系统将以其固有的频率进行振动，故在流体作用下，随脉动而屈伸，顺流势而转振，象游鱼一样，整个弹簧系统适应流场的变化而摆动自己的躯体，簧轴相促系统谐振，这种摄动现象必然导致流阻的减小和振动的加强。

4.防腐防堵：在线自动除垢防垢，避免了对设备造成垢下腐蚀的这一严重的腐蚀因素，因而取得了一定程度的防腐效果，延长了设备的使用寿命。由于管内螺旋弹簧系统由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆拉撑定位，从而减少了管口流阻和管口积垢，又避免了大块杂质钻进管道造成堵管的问题。

5.扩展传热面积：该系统是传热良导体，由于它对管内、外壁频繁地直接接触并在流体中全方位的动态运行，故能够把管壁的热量以较高的传热速率交换出去，相当于扩展了换热器的传热面积。

6.减振低阻：在线自动除垢防垢，避免了换热器因污垢沉积流阻不断增加，而导致的动力能耗上升甚至危及正常的连续生产，消除了影响设备长周期运行的瓶颈问题；管束以扰流栅取代折流板和对换热管施行“四点限位”，使壳程流体以直流为主，避免了在折流板作用下，流体流向与管束垂直造成的高流阻，一般情况下，该换热器的壳程流阻仅是弓形折流板的1/3～1/5；同时避免了折流对换热管产生的诱导振动造成的严重损伤和失效，从而延长了换热管使用寿命。因此在线自动除垢扰流管式热交换器，为实现减振低阻和生产长周期提供了技术支撑。

本实用新型与采用传统内插物的换热器比较独具特色，其优越性十分明显：内外加簧双侧作用，旋转穿梭集优一身，分段摄动流阻减小，多节压簧弹性增强，流场无序振扰有力，使用期长多种功能，除垢防垢防腐防堵，扰动湍流自洁高效。

本实用新型与其它利用改变传热元件本身的表面形状和表面处理方法，以获得粗糙表面和扩展表面的强化传热管的换热器比较，易于制造，成本低廉，新旧设备通用，管内插外套皆宜，特别是它具有在线自动除垢防垢，扰流强化传热，防腐防堵，减振低阻，扩展传热面，节能长寿，终身自洁高热效等优异特性。

本实用新型在线自动除垢率为80％以上，螺旋弹簧系统寿命三年以上，比较普通管式换热器总传热系数可提高40％以上。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出。

实施例1：在线自动除垢扰流管壳式换热器。

管壳式换热器，包括固定管板式、浮头式和U型管式三类。

附图说明：

图1是本实用新型设计的“在线自动除垢扰流管壳式换热器”的结构示意图。

图2是图1的详图A，给出换热器管束的换热管外侧分段套装转振弹簧及扰流栅取代折流板并对换热管施行“四点限位”固定管束的结构示意图。

图3是图2的详图B，给出换热管内、外侧在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统的管系结构示意图。

图中：1.换热器壳体2.换热管3.扰流栅(杆)4.转振弹簧5.支杆6.中轴钢丝

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

在图中，标准管壳式换热器壳体(1)内装有由在线自动除垢扰流式换热管(2)和扰流栅(3)组成的管束。在换热管(2)内侧安插若干节转振弹簧(4)分段设置或套装于中轴钢丝(6)上，管内螺旋弹簧系统由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆(5)把中轴钢丝(6)拉直稳定在换热管(2)的中央，这样构成了换热管(2)内侧在线自动除垢扰流的简单机械系统。

在换热管(2)外侧套装若干节转振弹簧(4)，各节转振弹簧(4)之间由扰流栅(杆)(3)将它们隔开分段设置，这样构成了换热管(2)外侧在线自动除垢扰流的简单机械系统。

扰流栅(3)取代折流板，对换热管(2)施行“四点限位”是在线自动除垢扰流管壳式换热器的另一个突出特征。

当两种温度不同的流体在该换热器内进行热交换时，在流体流动和换热管内插、外套的螺旋弹簧系统所具特性，以及扰流栅取代折流板的共同作用下，使该系统产生持续不断地径向、环向、轴向的振动、旋转和穿梭，同时壳程流体由折流改变为直流和“涡街”效应等，必然导致该换热器具有自动除垢防垢、扰流强化传热、防腐防堵、减振低阻、节能长寿、终身自洁高效等优异特性。

实施例2：在线自动除垢扰流式热管换热器。

附图说明：

图4是本实用新型设计的“在线自动除垢扰流式热管换热器”的结构示意图。

图5是图4的详图C，给出热管内、外侧在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统的管系结构示意图。

图中：7.热管  8.上管板  9.中管板  10.下管板  11.密封环12.上盖  13.下盖  14.冷流体通道  15.热流体通道  16.冷端17.热端

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

标准热管换热器主要由热管(7)，冷流体通道(14)，热流体通道(15)，上管板(8)，中管板(9)，下管板(10)，上盖(12)下盖(13)构成，中管板(9)将热管(7)分为冷端(16)及热端(17)，上管板(8)上装有压簧使热管(7)的密封环(11)与中管板(9)的球面孔紧密接触，达到密封并保证热管(7)受热的自由膨胀而不破坏密封。

该换热器管束的热管(7)采用在线自动除垢扰流式换热管(与实施例1同)，其内插、外套的转振弹簧(4)，在管内工质和管外冷、热流体的作用下产生全方位的振动、转动和穿梭，从而实现了热管(7)内、外侧的在线自动除垢扰流，保持热管换热器高导热能力的终身自洁高热效。

实施例3：在线自动除垢扰流式空冷器。

附图说明：

图6是本实用新型设计的“在线自动除垢扰流式空冷器”的管束结构示意图。

图5也是图6的详图C，给出翅片管内、外侧在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统的管系结构示意图。

图中：18.翅片管  19.管箱  20.侧梁  21.横梁

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。

标准空冷器由管束、风机和构架组成。管束是空冷器的主要部分，它是由翅片管(18)、管箱(19)、侧梁(20)、横梁(21)等组成，管束的翅片管(18)采用在线自动除垢扰流式换热管(与实施例1同)。当冷空气在风机的驱动下经风筒通过管束与翅片管(18)内的热流体进行换热时，翅片管(18)内插、外套的转振弹簧(4)，分别在管内流体与管外空气的作用下，产生全方位的振动、转动和穿梭，从而实现了翅片管(18)内、外侧的在线自动除垢扰流，使之能够成为具有自洁能力的终身高效空冷器。

Claims (5)

1.一种“在线自动除垢扰流管式热交换器”，采用管式热交换器标准结构，其特征是：换热管采用在线自动除垢扰流式换热管，即在普通换热管的内、外侧分别安插和套装在线自动除垢扰流螺旋弹簧系统：管内螺旋弹簧系统由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆拉撑定位；管束以扰流栅取代传统的折流板，对换热管施行四点限位并支撑整个管束。

2.根据权利要求1所述的“在线自动除垢扰流管式热交换器”，其特征是：标准结构的管式热交换器，包括管壳式、容积式、套管式、蛇管式、螺纹管式、横纹管式、波纹管式、波节管式、热管式、翅片管式换热器及空冷器。

3.根据权利要求1所述的“在线自动除垢扰流管式热交换器”，其特征是：换热管内侧安插的螺旋弹簧系统，是由分段设置的多节结构参数相同和变异的转振弹簧组成，一般情况下至少将最后一个管程中的转振弹簧套装于中轴钢丝上，换热管内两端的螺旋弹簧或者中轴钢丝的端圈套装在由固定于两端管板上的支架支撑起来的支杆上。

4.根据权利要求1所述的“在线自动除垢扰流管式热交换器”，其特征是：换热管外侧套装的螺旋弹簧系统，是由分段设置的多节结构参数相同和变异的转振弹簧组成，各节弹簧由扰流栅将它们隔开。

5.根据权利要求1所述的“在线自动除垢扰流管式热交换器”，其特征是：扰流栅是由园形、方形或螺旋形的杆系组成的栅圈，扰流栅每四个为一组，分别从四个方位将换热管固定并支撑整个管束。

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