CN2430663Y - 新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器 - Google Patents

Abstract

一种新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器,有定向流式和换向流式二种型式,二者均采用管式热交换器标准结构,其特征是在换热管内插至少一节转振弹簧,由挡杆栅将其封挡在管内;换热管外套若干节转振弹簧,由扰流栅将其各节隔开并支撑整个管束;该热交换器的换向流式是在该热交换器的进、出管路上分别装设定时换向装置,冷换热管内、外流体定时换向流动;该热交换器具有在线自动除垢防垢、强化传热、减振低阻、防腐防堵、节能长寿、终身自洁高效等优异特性。

Description

新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器

本实用新型属于热交换和传热设备，涉及一种新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，该热交换器属于振动螺旋在线自动除垢清洗和强化传热技术，该热交换器有定向流式和换向流式二种型式，二者均采用管式热交换器标准结构，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、翅片管式热交换器及空冷器。

在热交换器的振动螺旋在线自动除垢清洗和强化传热的现有技术中，主要有固定式和旋转式二种。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 FR 014996(1988．11．18．)，其优点是除垢能力较强，强化传热效率较高，但对流体流速要求严格，推广应用比较困难。上述现有技术只局限于螺旋拉伸弹簧作用于换热管内单侧定向流。

中国专利 ZL 93244997．2 (1993．11．20．)、ZL 94204736．2(1994．02．07．)和 ZL 96218486．1 (1996．08．21．)，是本人设计开发的螺旋压缩弹簧作用于换热管内、外双侧定向流的第一代、第二代在线自动除垢扰流新技术、新设备，其优点是克服了固定式螺旋拉伸弹簧除垢防垢能力不足的缺陷，但其换热管内设置的螺旋弹簧系统和管口封挡结构较复杂，实属美中不足；而本新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，尚未有其他专利公开和文献报导。

本实用新型的目的在于弥补第一代 ZL 93244997．2和 ZL94204736．2、第二代 ZL 96218486．1在线自动除垢扰流管式热交换器的不足，提供一种结构更简单、制造更容易、流体阻力更小、自动除垢能力更强、传热效率更高、使用寿命更长的第三代即新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，填补螺旋压缩弹簧作用于换热管内、外双侧换向流的在线自动除垢清洗和强化传热技术的空白，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：新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，有定向流式和换向流式二种型式，二者均采用管式热交换器标准结构，其特征是：在换热管内插至少一节转振弹簧，它们是由圆形、椭圆形、方形或螺旋形弹簧钢丝制成的螺旋压缩弹簧，其结构长度、螺距、丝径和簧径随工况的不同而改变，它们是不受任何拉力的自由个体，由固定于两端管板上的挡杆栅将其封挡在管内；挡杆栅是由若干个圆形或椭圆形金属棒制成的管口挡杆组成的栅圈，每根管口挡杆绕制或焊制若干个挡圈或挡针，每个挡圈或挡针对准换热管中心，管内转振弹簧套住挡圈或挡针而不能滑脱出管外；每根管口挡杆还绕制或焊制一个或二个支圈或支座支在或点焊在管桥上，支撑整个挡杆栅与管口保持适当距离，以减少流阻。换热管外套若干节转振弹簧，它们是不受任何拉力的自由个体；在标准结构的管壳式热交换器中由扰流栅将各节转振弹簧分开，扰流栅是由圆形、椭圆形、方形或螺旋形的杆系组成的栅圈，每四个为一组，对换热管施行四点限位并支撑整个管束。该热交换器，应用范围很广，适于300℃以下的各种工况。

该热交换器的换向流式和定向流式具有相同的设备结构，区别在于换向流式是在该热交换器的进、出管路上分别装设“S”型液封管，使换热流体充满整个热交换器；同时在该热交换器的进、出管路上分别装设流体定时换向装置，采用标准电动、气动或手动三通阀，也可分别装设一组进、出管连通旁路阀，采用普通的电动、气动或手动闸阀，定时开关，令换热管内、外流体定时换向流动；在定时换向流动次数比较频繁的情况下，热交换器换热管内插外套的转振弹簧做往复穿梭运动，可将管内转振弹簧的数量减少至1／2管长或至少一节；在需要延长定时换向周期(一周至一个月)情况下，换热管内插外套的转振弹簧做间歇反冲运动，应增加管内转振弹簧的数量至全管长。该热交换器的换向流式适用于水冷却器或允许换热流体的流量在定时换向的瞬间发生变化的热交换器及空冷器。

采用上述方案，由于将原来第二代结构较复杂的换热管内插的螺旋弹簧系统(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)，简化为换热管内插至少一节转振弹簧，因而大大减少了管内流阻；由于封挡技术的改进，设计的简单而有效的管口挡杆，既减少了管口流阻和管口积垢，又避免了原来成排布置的支杆和支架的制造、安装复杂和组装热交换器前、后端管箱时容易受损等诸多弊病；由于管内、外流体的定时换向流动，实现了穿梭式和反冲式振动螺旋的自动清洗，能够把较大颗粒的管内杂物反冲出去，避免了其它型式振动螺旋的清洗死区和管内杂物不易排除的问题，使之能够在流体压力、流速较低，流体较脏，换热温度较高的恶劣工况下，振动螺旋的自动清洗和强化传热的效果大大增强。

本实用新型的技术原理：换热管内插、外套的转振弹簧，能够在流体对流传热、沸腾、定时换向流动和螺旋弹簧相互作用下，促使该弹簧持续不断地产生径向、环向和轴向的振动、旋转及穿梭、反冲运动，从而对换热管内、外壁进行频繁地接触、刮摩和撞击；同时该弹簧反作用于流体，对管内、外流体进行充分地扰动，加之换热管两端以管口挡杆取代带端圈的管内两端螺旋弹簧和中轴钢丝及支杆和支架，在标准结构的管壳式热交换器中以扰流栅取代传统的折流板等，因而使之独具优异特性如下：

1．自动除垢防垢：已经在管内、外壁形成的污垢，能够在转振弹簧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，由于转振弹簧对管内、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：转振弹簧对管内、外流体产生的扰流作用，扰流栅对流体产生的“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；自动除垢防垢消除了污垢热阻，也导致总传热系数大大提高，从而实现了双效节能。

3．强振低阻高寿命：螺旋压缩弹簧具有承受载荷时即被压缩，除去载荷则以其固有的频率进行振动并恢复其原来形状和长度的特性，在流动的流体作用下它能够产生诱导转动和振动，管内螺旋弹簧处于柔性自由态，故可随流体的脉动而屈伸，顺其流势而转振，在无序的流场中管内螺旋弹簧的转振和撞击也是无序和全方位的，必然导致转振效果的增强。而以换热管内插至少一节转振弹簧取代充满换热管全长的若干节转振弹簧系统，以管口挡杆取代由支架支撑起来的支杆及套装其上的带端圈的中轴钢丝和管内两端的螺旋弹簧等技术措施，更大大地降低了管内流阻。在标准结构的管壳式热交换器中以扰流栅取代传统的折流板，使壳程流体以直流为主，避免了在折流板作用下流体折流造成的高流阻，一般情况下，该管壳式热交换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诱导振动造成的严重损伤和失效，从而延长了换热管的使用寿命。由于转振弹簧较为细小，换热流体的流速又不是很高，因而产生的诱导振动不会对换热管壁造成磨损；作为自由个体的螺旋压缩弹簧的使用寿命，远高于那种固定式螺旋拉伸弹簧的使用寿命。

4．防腐防堵长周期：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。自动除垢防垢从根本上杜绝了热交换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。换热管内流体的定时换向流动，不仅可以诱导管内转振弹簧作全方位的持续转振和穿梭反冲运动，对管壁进行彻底地清洗，同时还能够把已经堵在管口或一些进入管内不便排除的较大颗粒杂物反冲出去，避免了因杂质核导致的污垢扩展积聚造成的堵管现象，从而消除了影响设备长周期运行的瓶颈问题。

本实用新型与采用传统内插物的热交换器比较独具特色，其优越性十分明显：内外压簧双侧作用，分段设置自由转振，穿梭反冲往复清洗，除垢防垢防腐防堵，强振低阻节能长寿，在线自洁终身高效。

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热交换器比较，易于制造，成本低廉，新旧设备通用，安装简便，转振弹簧内插外套皆宜，因需择用，特别是它具有在线自动除垢防垢防腐防堵，终身自洁高热效的优异特性是其它热交换器无法与之比拟的。

本实用新型在线自动除垢率为85％以上，转振弹簧寿命三年以上，比较普通管式热交换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：新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，采用标准结构的管壳式热交换器。

附图说明：

图1是本实用新型设计的新型自动除垢扰流双效节能管壳式热交换器的结构示意图。

图2是图1的详图A，给出热交换器管束的换热管外侧分段套装转振弹簧及扰流栅对换热管施行“四点限位”并支撑管束的结构示意图。

图3是图2的详图B，给出换热管内插外套转振弹簧结构示意图。

图中：

1．热交换器壳体  2．换热管  3．扰流栅  4．转振弹簧

5．管口挡杆      6．挡圈    7．支圈

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，标准结构的管壳式热交换器壳体(1)内装有由内插、外套转振弹簧的自动除垢换热管(2)和扰流栅(3)组成的管束。在换热管(2)内插至少一节转振弹簧(4)，由固定于两端管板上的管口挡杆(5)组成的挡杆栅把转振弹簧(4)封挡在换热管(2)内；管口挡杆(5)自身绕制的挡圈(6)对准换热管(2)中心，在流体作用下，管内转振弹簧(4)套住挡圈(6)不能滑脱出换热管(2)外；管口挡杆(5)自身绕制的支圈(7)支在或点焊在管桥上支撑整个挡杆栅与管口保持适当距离，以减少流阻。

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(3)将它们隔开分段设置。扰流栅(3)取代折流板，对换热管(2)施行“四点限位”并支撑整个管束是新型自动除垢扰流双效节能管壳式热交换器的另一个特征。

当两种温度不同的流体在该热交换器进行热交换时，由于在管内、外流体进、出管路上分别装设“S”型液封管和流体定时换向装置，采用的标准三通阀(或分别装设一组进、出管连通旁路阀)的定时转动(或开关)，使换热管内、外流体定时换向流动，作用于换热管(2)内插、外套的转振弹簧(4)，使之产生持续不断地径向、环向、轴向的振动和旋转穿梭运动，又由于扰流栅(3)取代折流板使壳程流体由折流改变为直流随之产生的“涡街”效应及消除对换热管(2)的诱导振动等，必然导致该热交换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：新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，采用标准结构的翅片管式空冷器。

附图说明：

图4是本实用新型设计的新型自动除垢扰流双效节能翅片管式空冷器的管束结构示意图。

图5是图4的详图C，给出翅片管内插外套转振弹簧结构示意图。

图中：8．翅片管 9．管箱 10．侧梁 11．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(8)、管箱(9)、侧梁(10)、横梁(11)等组成，管束的翅片管(8)采用转振弹簧自动除垢换热管。当冷空气在风机的驱动下经风筒通过管束与翅片管(8)内的热流体进行换热时，翅片管(8)内插、外套的转振弹簧(4)，分别在管内流体定时换向流动(与实施例1同)与管外空气流和湿式空冷器喷水的作用下，产生全方位的振动、转动和穿梭运动，从而实现了翅片管(8)内、外侧的在线自动除垢和强化传热，使之能够成为具有自洁能力的终身高效空冷器。

Claims (4)

1．一种新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，有定向流式和换向流式二种型式，二者均采用管式热交换器标准结构，其特征是：在换热管内插至少一节转振弹簧，由固定于两端管板上的挡杆栅将其封挡在管内；换热管外套若干节转振弹簧，由扰流栅将其各节隔开，扰流栅对换热管施行四点限位并支撑整个管束；换向流式是在该热交换器进、出管路上分别装设“S”型液封管和流体定时换向装置。

2．根据权利要求1所述的新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，其特征是：采用管式热交换器标准结构，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、翅片管式热交换器及空冷器。

3．根据权利要求1所述的新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，其特征是：换热管内插至少一节转振弹簧，转振弹簧是由圆形、椭圆形、方形或螺旋形弹簧钢丝制成的螺旋压缩弹簧，其结构长度、螺距、丝径和簧径随工况的不同而改变，转振弹簧由固定于两端管板上的挡杆栅将其封挡在管内；挡杆栅是由若干个圆形或椭圆形金属棒制成的管口挡杆组成的栅圈，每根管口挡杆绕制或焊制若干个挡圈或挡针，每个挡圈或挡针对准换热管中心，每根管口挡杆还绕制或焊制一个或二个支圈或支座支在或点焊在管桥上，支撑整个挡杆栅与管口保持适当距离；换热管外套若干节转振弹簧，在标准结构的管壳式热交换器中由扰流栅将其各节隔开，扰流栅是由圆形、椭圆形、方形或螺旋形的杆系组成的栅圈，每四个为一组，对换热管施行四点限位并支撑整个管束。

4．根据权利要求1所述的新型自动除垢扰流双效节能管式热交换器，其特征是：该热交换器的换向流式是在该热交换器的进、出管路上分别装设“S”型液封管和流体定时换向装置，采用标准电动、气动或手动三通阀，也可分别装设一组进、出管连通旁路阀，采用普通的电动、气动或手动闸阀；该热交换器的换向流式可将管内转振弹簧的数量减少至1／2管长或至少一节。

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