專利名稱：新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于熱交換和傳熱設(shè)備，涉及一種新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，該熱交換器屬于振動螺旋在線自動除垢清洗和強化傳熱技術(shù)，該熱交換器有定向流式和換向流式二種型式，二者均采用管式熱交換器標準結(jié)構(gòu)，包括管殼式、容積式、套管式、蛇管式、螺紋管式、橫紋管式、波紋管式、波節(jié)管式、翅片管式熱交換器及空冷器。
在熱交換器的振動螺旋在線自動除垢清洗和強化傳熱的現(xiàn)有技術(shù)中，主要有固定式和旋轉(zhuǎn)式二種。固定式如中國專利 CN 2055925(1990．04．11)和美國專利 US 4583585 (1986．04．22．)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在流體誘導振動下有強化傳熱作用，但除垢防垢能力不足是其嚴重缺陷。旋轉(zhuǎn)式如中國專利 CN 106787 (1988．10．09．)、法國專利 FR 013279(1988．10．10)和 FR 014996(1988．11．18．)，其優(yōu)點是除垢能力較強，強化傳熱效率較高，但對流體流速要求嚴格，推廣應用比較困難。上述現(xiàn)有技術(shù)只局限于螺旋拉伸彈簧作用于換熱管內(nèi)單側(cè)定向流。
中國專利 ZL 93244997．2 (1993．11．20．)、ZL 94204736．2(1994．02．07．)和 ZL 96218486．1 (1996．08．21．)，是本人設(shè)計開發(fā)的螺旋壓縮彈簧作用于換熱管內(nèi)、外雙側(cè)定向流的第一代、第二代在線自動除垢擾流新技術(shù)、新設(shè)備，其優(yōu)點是克服了固定式螺旋拉伸彈簧除垢防垢能力不足的缺陷，但其換熱管內(nèi)設(shè)置的螺旋彈簧系統(tǒng)和管口封擋結(jié)構(gòu)較復雜，實屬美中不足；而本新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，尚未有其他專利公開和文獻報導。
本實用新型的目的在于彌補第一代 ZL 93244997．2和 ZL94204736．2、第二代 ZL 96218486．1在線自動除垢擾流管式熱交換器的不足，提供一種結(jié)構(gòu)更簡單、制造更容易、流體阻力更小、自動除垢能力更強、傳熱效率更高、使用壽命更長的第三代即新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，填補螺旋壓縮彈簧作用于換熱管內(nèi)、外雙側(cè)換向流的在線自動除垢清洗和強化傳熱技術(shù)的空白，為消除設(shè)備污垢瓶頸實現(xiàn)長周期運行提供技術(shù)支撐。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，有定向流式和換向流式二種型式，二者均采用管式熱交換器標準結(jié)構(gòu)，其特征是在換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，它們是由圓形、橢圓形、方形或螺旋形彈簧鋼絲制成的螺旋壓縮彈簧，其結(jié)構(gòu)長度、螺距、絲徑和簧徑隨工況的不同而改變，它們是不受任何拉力的自由個體，由固定于兩端管板上的擋桿柵將其封擋在管內(nèi)；擋桿柵是由若干個圓形或橢圓形金屬棒制成的管口擋桿組成的柵圈，每根管口擋桿繞制或焊制若干個擋圈或擋針，每個擋圈或擋針對準換熱管中心，管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧套住擋圈或擋針而不能滑脫出管外；每根管口擋桿還繞制或焊制一個或二個支圈或支座支在或點焊在管橋上，支撐整個擋桿柵與管口保持適當距離，以減少流阻。換熱管外套若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，它們是不受任何拉力的自由個體；在標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器中由擾流柵將各節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧分開，擾流柵是由圓形、橢圓形、方形或螺旋形的桿系組成的柵圈，每四個為一組，對換熱管施行四點限位并支撐整個管束。該熱交換器，應用范圍很廣，適于300℃以下的各種工況。
該熱交換器的換向流式和定向流式具有相同的設(shè)備結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于換向流式是在該熱交換器的進、出管路上分別裝設(shè)“S”型液封管，使換熱流體充滿整個熱交換器；同時在該熱交換器的進、出管路上分別裝設(shè)流體定時換向裝置，采用標準電動、氣動或手動三通閥，也可分別裝設(shè)一組進、出管連通旁路閥，采用普通的電動、氣動或手動閘閥，定時開關(guān)，令換熱管內(nèi)、外流體定時換向流動；在定時換向流動次數(shù)比較頻繁的情況下，熱交換器換熱管內(nèi)插外套的轉(zhuǎn)振彈簧做往復穿梭運動，可將管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧的數(shù)量減少至1／2管長或至少一節(jié)；在需要延長定時換向周期(一周至一個月)情況下，換熱管內(nèi)插外套的轉(zhuǎn)振彈簧做間歇反沖運動，應增加管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧的數(shù)量至全管長。該熱交換器的換向流式適用于水冷卻器或允許換熱流體的流量在定時換向的瞬間發(fā)生變化的熱交換器及空冷器。
采用上述方案，由于將原來第二代結(jié)構(gòu)較復雜的換熱管內(nèi)插的螺旋彈簧系統(tǒng)(由分段設(shè)置的多節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)相同和變異的轉(zhuǎn)振彈簧組成，一般情況下至少將最后一個管程中的轉(zhuǎn)振彈簧套裝于中軸鋼絲上，換熱管內(nèi)兩端的螺旋彈簧或者中軸鋼絲的端圈套裝在由固定于兩端管板上的支架支撐起來的支桿上)，簡化為換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，因而大大減少了管內(nèi)流阻；由于封擋技術(shù)的改進，設(shè)計的簡單而有效的管口擋桿，既減少了管口流阻和管口積垢，又避免了原來成排布置的支桿和支架的制造、安裝復雜和組裝熱交換器前、后端管箱時容易受損等諸多弊病；由于管內(nèi)、外流體的定時換向流動，實現(xiàn)了穿梭式和反沖式振動螺旋的自動清洗，能夠把較大顆粒的管內(nèi)雜物反沖出去，避免了其它型式振動螺旋的清洗死區(qū)和管內(nèi)雜物不易排除的問題，使之能夠在流體壓力、流速較低，流體較臟，換熱溫度較高的惡劣工況下，振動螺旋的自動清洗和強化傳熱的效果大大增強。
本實用新型的技術(shù)原理換熱管內(nèi)插、外套的轉(zhuǎn)振彈簧，能夠在流體對流傳熱、沸騰、定時換向流動和螺旋彈簧相互作用下，促使該彈簧持續(xù)不斷地產(chǎn)生徑向、環(huán)向和軸向的振動、旋轉(zhuǎn)及穿梭、反沖運動，從而對換熱管內(nèi)、外壁進行頻繁地接觸、刮摩和撞擊；同時該彈簧反作用于流體，對管內(nèi)、外流體進行充分地擾動，加之換熱管兩端以管口擋桿取代帶端圈的管內(nèi)兩端螺旋彈簧和中軸鋼絲及支桿和支架，在標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器中以擾流柵取代傳統(tǒng)的折流板等，因而使之獨具優(yōu)異特性如下1．自動除垢防垢已經(jīng)在管內(nèi)、外壁形成的污垢，能夠在轉(zhuǎn)振彈簧與管壁的頻繁摩擦和撞擊下逐漸被除掉；尚未來得及擴展和聚結(jié)于管壁的污垢，由于轉(zhuǎn)振彈簧對管內(nèi)、外流體的充分擾動，破壞了污垢生成條件，而有效地抑制了污垢的沉積與形成，實現(xiàn)了在線自動除垢防垢。
2．擾流強化傳熱轉(zhuǎn)振彈簧對管內(nèi)、外流體產(chǎn)生的擾流作用，擾流柵對流體產(chǎn)生的“渦街”效應，以及消除折流存在的死區(qū)、滯流區(qū)的低熱效等明顯地體現(xiàn)在強化傳熱上。特別是擾流和渦街效應對管壁區(qū)層流底層的有力破壞并激發(fā)湍流，使以傳導方式傳遞熱量的層流底層(流體的導熱系數(shù)都很小，故傳熱的熱阻主要集中于此層流底層)也變成了對流傳熱，則導致管內(nèi)、外膜傳熱系數(shù)大大提高；自動除垢防垢消除了污垢熱阻，也導致總傳熱系數(shù)大大提高，從而實現(xiàn)了雙效節(jié)能。
3．強振低阻高壽命螺旋壓縮彈簧具有承受載荷時即被壓縮，除去載荷則以其固有的頻率進行振動并恢復其原來形狀和長度的特性，在流動的流體作用下它能夠產(chǎn)生誘導轉(zhuǎn)動和振動，管內(nèi)螺旋彈簧處于柔性自由態(tài)，故可隨流體的脈動而屈伸，順其流勢而轉(zhuǎn)振，在無序的流場中管內(nèi)螺旋彈簧的轉(zhuǎn)振和撞擊也是無序和全方位的，必然導致轉(zhuǎn)振效果的增強。而以換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧取代充滿換熱管全長的若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧系統(tǒng)，以管口擋桿取代由支架支撐起來的支桿及套裝其上的帶端圈的中軸鋼絲和管內(nèi)兩端的螺旋彈簧等技術(shù)措施，更大大地降低了管內(nèi)流阻。在標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器中以擾流柵取代傳統(tǒng)的折流板，使殼程流體以直流為主，避免了在折流板作用下流體折流造成的高流阻，一般情況下，該管殼式熱交換器的殼程流阻僅是弓形折流板的1／3～1／5；同時避免了折流對換熱管產(chǎn)生誘導振動造成的嚴重損傷和失效，從而延長了換熱管的使用壽命。由于轉(zhuǎn)振彈簧較為細小，換熱流體的流速又不是很高，因而產(chǎn)生的誘導振動不會對換熱管壁造成磨損；作為自由個體的螺旋壓縮彈簧的使用壽命，遠高于那種固定式螺旋拉伸彈簧的使用壽命。
4．防腐防堵長周期自動除垢防垢，避免了對設(shè)備造成垢下腐蝕的這一嚴重的腐蝕因素，因而取得了一定程度的防腐效果，延長了設(shè)備的使用壽命。自動除垢防垢從根本上杜絕了熱交換器因污垢沉積流阻不斷增加，而導致的動力能耗上升甚至危及正常的連續(xù)生產(chǎn)。換熱管內(nèi)流體的定時換向流動，不僅可以誘導管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧作全方位的持續(xù)轉(zhuǎn)振和穿梭反沖運動，對管壁進行徹底地清洗，同時還能夠把已經(jīng)堵在管口或一些進入管內(nèi)不便排除的較大顆粒雜物反沖出去，避免了因雜質(zhì)核導致的污垢擴展積聚造成的堵管現(xiàn)象，從而消除了影響設(shè)備長周期運行的瓶頸問題。
本實用新型與采用傳統(tǒng)內(nèi)插物的熱交換器比較獨具特色，其優(yōu)越性十分明顯內(nèi)外壓簧雙側(cè)作用，分段設(shè)置自由轉(zhuǎn)振，穿梭反沖往復清洗，除垢防垢防腐防堵，強振低阻節(jié)能長壽，在線自潔終身高效。
本實用新型與其它利用改變傳熱元件本身的表面形狀和表面處理方法，以獲得粗糙表面和擴展表面的強化傳熱管的熱交換器比較，易于制造，成本低廉，新舊設(shè)備通用，安裝簡便，轉(zhuǎn)振彈簧內(nèi)插外套皆宜，因需擇用，特別是它具有在線自動除垢防垢防腐防堵，終身自潔高熱效的優(yōu)異特性是其它熱交換器無法與之比擬的。
本實用新型在線自動除垢率為85％以上，轉(zhuǎn)振彈簧壽命三年以上，比較普通管式熱交換器總傳熱系數(shù)可提高40％以上。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下實施例及其附圖給出。
實施例1新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，采用標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器。


圖1是本實用新型設(shè)計的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的詳圖A，給出熱交換器管束的換熱管外側(cè)分段套裝轉(zhuǎn)振彈簧及擾流柵對換熱管施行“四點限位”并支撐管束的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2的詳圖B，給出換熱管內(nèi)插外套轉(zhuǎn)振彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1．熱交換器殼體 2．換熱管 3．擾流柵 4．轉(zhuǎn)振彈簧5．管口擋桿 6．擋圈7．支圈
以下結(jié)合附圖詳細說明依據(jù)本實用新型提出的具體裝置的細節(jié)及工作情況。
在圖中，標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器殼體(1)內(nèi)裝有由內(nèi)插、外套轉(zhuǎn)振彈簧的自動除垢換熱管(2)和擾流柵(3)組成的管束。在換熱管(2)內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧(4)，由固定于兩端管板上的管口擋桿(5)組成的擋桿柵把轉(zhuǎn)振彈簧(4)封擋在換熱管(2)內(nèi)；管口擋桿(5)自身繞制的擋圈(6)對準換熱管(2)中心，在流體作用下，管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧(4)套住擋圈(6)不能滑脫出換熱管(2)外；管口擋桿(5)自身繞制的支圈(7)支在或點焊在管橋上支撐整個擋桿柵與管口保持適當距離，以減少流阻。
在換熱管(2)外側(cè)套裝若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧(4)，各節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧(4)之間由擾流柵(3)將它們隔開分段設(shè)置。擾流柵(3)取代折流板，對換熱管(2)施行“四點限位”并支撐整個管束是新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管殼式熱交換器的另一個特征。
當兩種溫度不同的流體在該熱交換器進行熱交換時，由于在管內(nèi)、外流體進、出管路上分別裝設(shè)“S”型液封管和流體定時換向裝置，采用的標準三通閥(或分別裝設(shè)一組進、出管連通旁路閥)的定時轉(zhuǎn)動(或開關(guān))，使換熱管內(nèi)、外流體定時換向流動，作用于換熱管(2)內(nèi)插、外套的轉(zhuǎn)振彈簧(4)，使之產(chǎn)生持續(xù)不斷地徑向、環(huán)向、軸向的振動和旋轉(zhuǎn)穿梭運動，又由于擾流柵(3)取代折流板使殼程流體由折流改變?yōu)橹绷麟S之產(chǎn)生的“渦街”效應及消除對換熱管(2)的誘導振動等，必然導致該熱交換器具有自動除垢防垢、擾流強化傳熱、防腐防堵、減振低阻、節(jié)能長壽、終身自潔高效等優(yōu)異特性。
實施例2新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，采用標準結(jié)構(gòu)的翅片管式空冷器。

圖4是本實用新型設(shè)計的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能翅片管式空冷器的管束結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的詳圖C，給出翅片管內(nèi)插外套轉(zhuǎn)振彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中8．翅片管 9．管箱 10．側(cè)梁 11．橫梁
以下結(jié)合附圖詳細說明依據(jù)本實用新型提出的具體裝置的細節(jié)及工作情況。
標準空冷器由管束、風機和構(gòu)架組成。管束是空冷器的主要部分，它是由翅片管(8)、管箱(9)、側(cè)梁(10)、橫梁(11)等組成，管束的翅片管(8)采用轉(zhuǎn)振彈簧自動除垢換熱管。當冷空氣在風機的驅(qū)動下經(jīng)風筒通過管束與翅片管(8)內(nèi)的熱流體進行換熱時，翅片管(8)內(nèi)插、外套的轉(zhuǎn)振彈簧(4)，分別在管內(nèi)流體定時換向流動(與實施例1同)與管外空氣流和濕式空冷器噴水的作用下，產(chǎn)生全方位的振動、轉(zhuǎn)動和穿梭運動，從而實現(xiàn)了翅片管(8)內(nèi)、外側(cè)的在線自動除垢和強化傳熱，使之能夠成為具有自潔能力的終身高效空冷器。
權(quán)利要求1．一種新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，有定向流式和換向流式二種型式，二者均采用管式熱交換器標準結(jié)構(gòu)，其特征是在換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，由固定于兩端管板上的擋桿柵將其封擋在管內(nèi)；換熱管外套若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，由擾流柵將其各節(jié)隔開，擾流柵對換熱管施行四點限位并支撐整個管束；換向流式是在該熱交換器進、出管路上分別裝設(shè)“S”型液封管和流體定時換向裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，其特征是采用管式熱交換器標準結(jié)構(gòu)，包括管殼式、容積式、套管式、蛇管式、螺紋管式、橫紋管式、波紋管式、波節(jié)管式、翅片管式熱交換器及空冷器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，其特征是換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，轉(zhuǎn)振彈簧是由圓形、橢圓形、方形或螺旋形彈簧鋼絲制成的螺旋壓縮彈簧，其結(jié)構(gòu)長度、螺距、絲徑和簧徑隨工況的不同而改變，轉(zhuǎn)振彈簧由固定于兩端管板上的擋桿柵將其封擋在管內(nèi)；擋桿柵是由若干個圓形或橢圓形金屬棒制成的管口擋桿組成的柵圈，每根管口擋桿繞制或焊制若干個擋圈或擋針，每個擋圈或擋針對準換熱管中心，每根管口擋桿還繞制或焊制一個或二個支圈或支座支在或點焊在管橋上，支撐整個擋桿柵與管口保持適當距離；換熱管外套若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧，在標準結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器中由擾流柵將其各節(jié)隔開，擾流柵是由圓形、橢圓形、方形或螺旋形的桿系組成的柵圈，每四個為一組，對換熱管施行四點限位并支撐整個管束。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器，其特征是該熱交換器的換向流式是在該熱交換器的進、出管路上分別裝設(shè)“S”型液封管和流體定時換向裝置，采用標準電動、氣動或手動三通閥，也可分別裝設(shè)一組進、出管連通旁路閥，采用普通的電動、氣動或手動閘閥；該熱交換器的換向流式可將管內(nèi)轉(zhuǎn)振彈簧的數(shù)量減少至1／2管長或至少一節(jié)。
專利摘要一種新型自動除垢擾流雙效節(jié)能管式熱交換器,有定向流式和換向流式二種型式,二者均采用管式熱交換器標準結(jié)構(gòu),其特征是在換熱管內(nèi)插至少一節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧,由擋桿柵將其封擋在管內(nèi);換熱管外套若干節(jié)轉(zhuǎn)振彈簧,由擾流柵將其各節(jié)隔開并支撐整個管束;該熱交換器的換向流式是在該熱交換器的進、出管路上分別裝設(shè)定時換向裝置,冷換熱管內(nèi)、外流體定時換向流動;該熱交換器具有在線自動除垢防垢、強化傳熱、減振低阻、防腐防堵、節(jié)能長壽、終身自潔高效等優(yōu)異特性。
文檔編號F28F13/12GK2430663SQ00205500
公開日2001年5月16日 申請日期2000年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月23日
發(fā)明者呂剛, 呂志元 申請人:呂志元