[发明专利]分段旋转多头弹簧式自清洁强化换热装置

说明书

技术领域

本发明属于自清洁强化换热技术领域，特别是关于一种安装于换热管内并在管内流体作用下绕旋转轴分段旋转的多头弹簧式自清洁强化换热装置。

背景技术

管壳式换热器在电力、化工和石油等工业领域被大量而广泛的应用，换热器在运行中绝大部分都有积污和结垢的现象，特别是采用循环水冷却的冷凝器和水冷器，以及制碱的碱蒸发器等。换热器的积污和结垢导致设备传热系数降低，能耗增大，甚至出现堵管而导致设备无法正常运行；结垢还会形成垢下腐蚀，缩短了设备的使用寿命。目前，管壳式换热器换热管内的清洗和除垢方式有在线方式和非在线方式，而在线清洗除垢由于不影响生产的正常进行而具有独特的优势。目前换热器管内在线除垢主要有可旋转的螺旋纽带/片/转子类清洗除垢、旋转/往复螺旋弹簧除垢和胶球清洗除垢等方法，但这些清洗除垢方式都存在一定的不足而影响其推广应用。可旋转的螺旋纽带/片/转子类除垢方法，其换热管内挂插螺旋纽带/片/转子除垢物件，明显增加了流体与固体壁面的接触面积，由于流体的粘性和壁面无滑移特性使流动阻力显著地增加，一般阻力可增加3-6倍；同时该类可旋转除垢方法的螺旋纽带/片/转子一般沿换热管轴向比较长，流体对螺旋纽带/片/转子的作用力比较大，比较容易出现故障而失效；并且该类可旋转除垢方法的螺旋纽带/片/转子的湍流换热强化作用比较有限，一般管内单侧对流换热增强不超过30％。“转子式自清洁强化传热装置”(中国专利号：200520127121.9)由于采用了分段轴向固定方式，分散了流体对旋转转子的作用力，从而基本消除了因流体对长螺旋纽带/片/转子的较大作用力而比较容易出现故障的问题，但仍然存在流动阻力增加偏大等不足。旋转螺旋弹簧除垢方法，其长螺旋弹簧通过可旋转的结构挂在换热管的进口处，由于流体对长螺旋弹簧的较大作用力而使得其旋转结构容易出现故障；单头螺旋弹簧的螺距比较小，再加上由于强度的考虑，其弹簧丝的直径比较大，因而其流动阻力增加也比较大显著，通常阻力增加3-10倍。往复螺旋弹簧除垢方法，其防垢除垢作用有限，有时在结垢比较严重等情况下甚至容易出现堵塞现象；同时往复螺旋弹簧为单头螺旋弹簧，同样也存在类似上述流动阻力较大的不足。目前的在线胶球清洗技术在电厂凝汽器中应用较为普遍，但目前使用的胶球为多微孔柔软的弹性体结构，在使用过程中胶球的湿态直径和比重难以准确受控，也易于被污泥、污垢和微生物等所附着，造成清洗除垢效果还不够理想、收球率低、易于堵管等问题；胶球清洗也几乎不存在强化对流换热的作用。综上所述，目前的清洗除垢技术都存在一定的不足，如流动阻力比较大、清洗和除垢效果不佳、强化换热效果有限、容易出现故障等问题，因而影响其推广应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种流动阻力小、清洗和除垢效果佳、可显著强化对流换热以及长寿命的自清洁强化换热装置，以克服上述现有技术的不足。

本发明提出的分段旋转多头弹簧式自清洁强化换热装置，含有固定在换热管两端支撑架上的软轴、套在并固定在软轴上的轴向定位套、套在软轴上并可绕软轴旋转的两个以上的自旋转转子，其特征在于：所述每一个自旋转转子含有可在管内流体驱动下绕所述软轴旋转的至少一个旋转驱动叶轮和弹簧组；所述旋转驱动叶轮含有套在软轴上的旋转轴套，弹簧组与所述旋转轴套连接为一体，并随旋转轴套共同绕软轴旋转；所述弹簧组含有至少两头弹簧，该弹簧组在旋转时对换热管内壁清洗除垢和强化换热；所述弹簧组的弹簧截面的当量直径与换热管内径比值的取值范围为1％-15％；所述弹簧组的弹簧的螺距与换热管内径之比的取值范围为大于等于0.4。

所述弹簧组中的弹簧是单旋向结构，或双旋向结构。所述弹簧是丝状结构或片状结构。所述弹簧的横截面是圆形、椭圆形、多边形或倒圆多边形。

所述自旋转转子含有一个长度短于弹簧组旋转轴向长度的短旋转驱动叶轮，位于弹簧组的任意一端。

所述自旋转转子含有两个长度短子弹簧组旋转轴向长度一半的短旋转驱动叶轮，分别位于弹簧组的两端。

所述自旋转转子含有一个长度长于或等于弹簧组旋转轴向长度的长旋转驱动叶轮，其两端分别通过旋转轴套与弹簧组的两端连接为一体。

所述弹簧组与旋转轴套连接为一体的方式是通过叶片和连接环连接为一体；所述叶片的一端与旋转轴套固定而另一端与连接环固定，连接环与弹簧组的端部固定。

所述弹簧组与旋转轴套连接为一体的方式是通过叶片连接为一体；所述叶片的一端固定在旋转轴套上，弹簧组的端部与所述叶片固定。

所述弹簧组与旋转轴套连接为一体的方式是：弹簧组的端部与旋转轴套直接固定。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：