專利名稱：一種換熱管在線清洗除垢元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種清洗除垢元件，特別是關于一種利用流體運動作動力對換熱管進行清洗的換熱管在線清洗除垢元件。
背景技術：
管殼式換熱器在電力、化工和石油等工業(yè)領域被大量而廣泛的應用，換熱器在運行中絕大部分都有積污和結垢的現(xiàn)象，特別是采用循環(huán)水冷卻的冷凝器、水冷器等。換熱器的積污和結垢導致設備傳熱系數(shù)降低，能耗增大，甚至出現(xiàn)堵管而導致設備無法正常運行；結垢還會形成垢下腐蝕，縮短設備的使用壽命。目前，管殼式換熱器換熱管內的清洗和除垢方式有在線方式和非在線方式，在線清洗除垢由于不影響生產的正常進行而具有獨特的優(yōu)勢。目前換熱器管內在線除垢主要有螺旋紐帶/片類除垢、往復螺旋彈簧除垢和膠球清洗除垢等方式，但這些除垢方式都存在一定的不足而影響其使用。螺旋紐帶/片類除垢和往復螺旋彈簧除垢方式，需要在換熱管內掛插除垢物件而影響流道，流動阻力較大，同時使流體中的夾帶物易于堵塞換熱管。在線膠球清洗技術在電廠凝汽器中應用較為普遍，但目前使用的膠球為多微孔柔軟的彈性體結構，在使用過程中膠球的濕態(tài)直徑和比重難以準確受控，也易于被污泥、污垢和微生物等所附著，造成清洗除垢效果不夠理想、收球率低、易于堵管等問題。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種清洗除垢效果好、流動阻力小，不易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象的換熱管在線清洗除垢元件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于它包括一球狀元件，所述球狀元件具有若干與中心旋轉軸線成螺旋或傾斜的流道，所述流道是由螺旋或傾斜的凸起將所述球狀元件的球形空間分隔而成；所述球狀元件的外徑因浸沒而產生的改變不大于2％，球狀元件的密度因浸沒而產生的變化不大于5％，球狀元件的密度與輸送的流體密度誤差不大于10％。
所述球狀元件的最大外輪廓呈球形、橢球形、近似球形和近似橢球形中的一種。
所述螺旋或傾斜的凸起為螺旋狀或傾斜狀葉片、螺旋狀或傾斜狀肋片、螺旋狀排列的毛刷中的至少一種或一種以上的結合。
所述凸起的螺旋角或傾斜角為10°～80°，所述流道為左旋或左傾和右旋或右傾中的一種。
所述球狀元件內設置有調節(jié)球狀元件密度的調節(jié)腔體，所述調節(jié)腔體內設置有用于調節(jié)球狀元件密度的介質。
所述最大外輪廓為非光滑表面，所述非光滑表面為微細條狀、網(wǎng)狀、突起、凹陷中的一種。
所述球狀元件的材料為非泡沫高分子材料和非泡沫高分子復合材料中的一種。
本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、由于該清洗除垢元件的最大外輪廓呈球形或橢球形以及近似球形或橢球形，具有與某旋轉軸線螺旋或傾斜的流道，流體在其螺旋或傾斜的流道中通過時，使在待清洗除垢的換熱管內處于自由狀態(tài)的球狀元件產生快速旋轉，因而具有清洗除垢效果好、流動阻力小、不易于堵塞換熱管的特點。2、由于該清洗除垢元件的制作材料為非泡沫高分子材料(如塑料、橡膠等)及其復合材料，浸沒時結構尺寸穩(wěn)定，密度可控和穩(wěn)定，相對于多微孔柔軟清洗膠球而言，具有不易于堵塞換熱管，不易被磨損、損壞和跑漏球，也不易于被污泥、污垢和微生物等所附著，因而具有更長的壽命。3、由于該清洗除垢元件采用高分子聚合材料制成，具有自潤滑，耐腐，耐磨，抗老化特性，在運行時可避免與金屬的硬摩擦，保護了金屬表面的氧化膜，有效地延長了換熱管的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的實施例一結構組裝示意2是本發(fā)明的工作原理示意3是本發(fā)明的多個螺旋葉片外輪廓為橢球形結構示意4是本發(fā)明的旋轉軸為空心不等徑回轉殼體結構示意5是本發(fā)明的旋轉軸為空心圓柱和空心球組成的回轉殼體結構示意6是本發(fā)明的螺旋葉片頂部設置毛刷的結構示意7是本發(fā)明的螺旋葉片側面設置毛刷的結構示意8是本發(fā)明的中空圓柱體外周向布置螺旋毛刷排的結構示意9是本發(fā)明的實施例二結構示意10是本發(fā)明的實施例三結構示意11是本發(fā)明的實施例四結構示意圖(一)圖12是本發(fā)明的實施例四結構示意圖(二)圖13是本發(fā)明的實施例四結構示意圖(三)
圖14是本發(fā)明的實施例五結構示意15是本發(fā)明的實施例六結構示意16是本發(fā)明的環(huán)形球殼外測為直肋片的結構示意17是本發(fā)明的環(huán)形球殼外測為菱形凸起的結構示意18是本發(fā)明的環(huán)形球殼外測為傾斜排列毛刷的結構示意19是本發(fā)明的實施例七結構示意20是實施例的七剖視示意21是本發(fā)明的中空球體內部為圓型腔體的結構示意22是本發(fā)明的中空球體內部為圓型腔體的剖視示意圖具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
實施例1如圖1所示，本發(fā)明包括一中空圓柱狀密度調節(jié)腔體1，調節(jié)腔體1的一端封閉，另一端密封連接一端蓋2，端蓋2與調節(jié)腔體1的連接可采用過盈配合，也可以采用粘接，還可以是倒鉤連接等方式連接。在調節(jié)腔體1的腔體內設置有調節(jié)介質3，在調節(jié)腔體1外周向以調節(jié)腔體1的軸線為旋轉軸線均勻布置有四個螺旋葉片4，螺旋葉片4的螺旋角為β，四個螺旋葉片4和調節(jié)腔體1的最大外輪廓共同形成一近似球形的球形元件，各螺旋葉片4之間的空間形成四個螺旋狀流道5。
本實施例中，螺旋葉片4與調節(jié)腔體1的制作材料采用非泡沫型高分子材料之一——聚氯乙烯材料，其還可以采用其它非泡沫型高分子材料或者非泡沫型高分子復合材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯等塑料類非泡沫型高分子材料或者塑料類非泡沫型高分子復合材料，如順丁橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠等橡膠類非泡沫型高分子材料或者橡膠類非泡沫型高分子復合材料。本發(fā)明采用上述材料是為了保證球狀元件的外徑因浸沒而產生的改變(即浸沒流體浸入球狀元件而使被浸入球狀元件的外徑發(fā)生的改變)不大于2％，球狀元件的密度因浸沒而產生的變化(即浸沒流體浸入球狀元件而使被浸入球狀元件的密度發(fā)生的改變)不大于5％，而且其浸沒外徑的改變和密度的變化的一致性也明顯優(yōu)于目前使用的多微孔柔軟彈性膠球。
本實施例的調節(jié)腔體1的內徑為6mm，長度為16mm，壁厚為2mm，螺旋葉片4的厚度為0.5～1.5mm。本實施例的球狀元件的密度為1.02±0.02g/cm3，可以用于電廠的凝汽器換熱管的在線清洗除垢。本實施例所采用的材料使得本發(fā)明浸沒時幾乎不膨脹和變形，因浸沒而產生的球狀元件外徑的改變不大于2％，因此球形元件可以采用比較準確和穩(wěn)定的尺寸。本實施例的球形外輪廓的直徑為Φ23.2±0.05mm，可用于公稱內徑為Φ23.4mm以上的換熱管(如圖2所示)的清洗除垢。對于不同管徑的待清洗換熱管，可根據(jù)使用材料的軟硬不同選擇合適的間隙或過盈量，選擇適當直徑的本發(fā)明。
本實施例中，調節(jié)腔體1內的調節(jié)介質可以是空氣、泡沫、水或金屬等，用以調節(jié)本發(fā)明球狀元件的密度，使其濕態(tài)密度與輸送流體的密度相近。一般應使本發(fā)明的球狀元件的密度與待清洗的換熱管內流體的密度誤差控制在不超過10％。本實施例的螺旋葉片4的螺旋角β為45°，一般螺旋角β的范圍為10°～80°；本實施例的螺旋葉片4為右旋，也可為左旋。本實施例的螺旋葉片4為周向均勻布置，也可為周向非均勻布置。當螺旋葉片4為周向非均勻布置時，本實施例在工作狀態(tài)下依然存在一個旋轉軸線，即作向前和旋轉運動并具有最小流動阻力的方向，但可能與連接螺旋葉片4的調節(jié)腔體1的軸線不重合。
如圖2所示，本發(fā)明的一種清洗除垢元件用于換熱管6清洗除垢的原理如下球狀元件工作時位于被清洗除垢的換熱管6中，流體從換熱管6的一端進入(如圖2中箭頭7所示)，從換熱管6的另一端流出，球狀元件在換熱管6內流體的作用下隨流體流動的方向運動。由于換熱管6內壁附近的流體粘性阻力和接觸磨擦等原因，球狀元件向前運動的速度小于換熱管內流體的平均流動速度，因而換熱管6內的流體必將在球狀元件的螺旋狀流道5內流過(如圖2中箭頭8所示)，并推動球狀元件1在隨流體流動的方向向前運動(如圖2中箭頭9所示)的同時產生快速旋轉(如圖2中箭頭10所示)，而刮擦換熱管壁面，從而實現(xiàn)對換熱管6進行在線清洗除垢的目的。
通過以上清洗除垢的原理描述可以看出，由于繞球狀元件1的中心軸線均勻設置的螺旋葉片4，即球狀元件1在換熱管中，在流體的推動下繞該旋轉軸線旋轉。當球狀元件1的旋轉軸線與換熱管6的軸線重合或偏離較小時，流體在球狀元件1的螺旋狀流道5內流過的流動阻力最小，因此，處于工作狀態(tài)的本發(fā)明在換熱管6內總是尋求和保持該最小流動阻力的運動方向，作沿換熱管6軸線的向前和旋轉運動。為了使得球狀元件在換熱管內更好地按設定的方向運動，還可以在球狀元件表面安設控制方向的尾繩類。由于球狀元件1在換熱管6內的受力不可能完全對稱，球狀元件1在換熱管6內除向前運動和旋轉外，還存在隨機的擺動和微小的徑向運動。同時，由于球狀元件1在換熱管6內對流體的擾動也使得換熱管的換熱效果得到了強化。
在本實施例的基礎上，本發(fā)明還可以采取其它結構設計，比如如圖3所示，螺旋葉片4為六個，螺旋角β為60°，螺旋葉片4與調節(jié)腔體1的最大外輪廓為橢球形。如圖4所示，調節(jié)腔體1為一空心不等徑回轉殼體11；調節(jié)腔體1還可以是一段空心圓柱12與一空心球13共同組成的回轉殼體(如圖5所示)。如圖6所示，螺旋葉片4上可以設置有頂部毛刷14，或在螺旋葉片4的側面設置毛刷15(如圖7所示)，或將螺旋葉片設置成毛刷排16(如圖8所示)，以進一步提高清洗除垢效果。上述毛刷14、15、16可以是與螺旋葉片4一次成型加工制作的，也可采用粘接的方法等連接在一起。本實施例的最大外輪廓為光滑表面，也可為非光滑表面，如微細條狀(如圖14、圖19、圖21所示)、網(wǎng)狀、突起(如圖17所示)、凹陷等結構表面，以進一步提高清洗除垢效果。本實施例為螺旋葉片4和螺旋流道5，也可為傾斜葉片/肋片和傾斜流道(如圖19、圖21所示)。
本發(fā)明球狀元件在換熱設備中的輸送和收集方式，可采用目前廣泛使用和比較成熟的膠球清洗的輸送和收集方式。即裝球室內的球狀元件由泵輸送至換熱器管程入口，在換熱器管程流體進出口壓力差的作用下隨流體并旋轉通過換熱管，對換熱管內壁進行刮擦，從而達到清洗除垢作用；然后球狀清洗除垢元件隨管程工質進入收球元件，由泵抽出重新回到裝球室。如此循環(huán)往復對換熱器管內實現(xiàn)連續(xù)在線清洗除垢。
實施例2如圖9所示，本實施例與實施例1的不同之處是旋轉軸為一實心圓柱體17，即實心圓柱體17的軸線為球狀清洗除垢元件的旋轉軸線，在實心圓柱體17的周向均勻布置四個螺旋葉片18，螺旋葉片18的螺旋角β為60°，四個螺旋葉片與實心圓柱體17的最大外輪廓為球形球狀元件；在四個螺旋葉片之間形成了四個螺旋空間即螺旋流體通道，流體在該螺旋流道中流過時，將使本發(fā)明球狀元件產生快速旋轉。本實施例的主體材料為非泡沫型橡膠——順丁橡膠+丁苯橡膠。為了改善或改變橡膠制品的性能(如強度、密度、耐磨特性和抗老化特性等)還需要添加一些改性材料如碳黑等，添加數(shù)量比例要根據(jù)性能的需要確定。本實施例的球狀元件的密度由主體材料和改性材料的密度和比例等決定，其密度為1.00±0.04g/cm3，可以用于電廠的凝汽器換熱管的在線清洗除垢，也不排除其它換熱器的清洗除垢。
實施例3如圖10所示，本發(fā)明由四個螺旋葉片19連接而成，其連接方式為一次成型或粘接的，螺旋葉片的螺旋角β為45°，四個螺旋葉片19組成的最大外輪廓為球形球狀元件，四個螺旋葉片19在周向均勻布置，本實施例中球狀元件旋轉軸線為四個螺旋葉片的對稱中心線，在四個螺旋葉片19之間形成了四個螺旋空間即螺旋流體通道，流體在該螺旋流道中流過時將使球形清洗除垢元件產生快速旋轉。本實施例未設置密度調節(jié)腔體，其密度由材料的密度決定，可選擇合適的材料保證其密度與輸送流體的密度比較接近。
實施例4如圖11所示，本實施例與上述實施例的不同之處是球狀元件的旋轉軸向的兩端為兩個實心短柱體20，四個螺旋葉片21在兩個實心短柱體20周向均勻布置，其四個螺旋葉片21在兩個實心短柱體20之間相互連接，實心短柱體20起到連接和加強螺旋葉片21的作用，螺旋葉片21的螺旋角β為45°，四個螺旋葉片21與兩個實心短柱體20的最大外輪廓為球形的球狀元件，在四個螺旋葉片21之間形成了四個螺旋空間即螺旋流體通道，流體在該螺旋流道中流過時將使球形清洗除垢元件產生快速旋轉。本實施例的球狀元件的旋轉軸線為四個螺旋葉片的對稱中心線。本實施例的有益效果與前述的區(qū)別是采用不同結構加強其連接強度。
本實施例的旋轉軸向兩端是兩個實心短柱體20，還可以是旋轉軸向的中間為一個實心小柱體22(如圖12所示)或旋轉軸向的中間為一實心小球體23(如圖13所示)。
實施例5如圖14所示，本實施例包括一中空圓柱體24，中空圓柱體24的軸線即為球狀元件的旋轉軸線，在中空圓柱體24的外側周向均勻設置有八個螺旋葉片25，外螺旋葉片25的螺旋角β為30°，在中空圓柱體24的內側周向均勻設置有四個內螺旋葉片或肋片26，內螺旋葉片或肋片26的螺旋角β為15°，外螺旋葉片25與中空圓柱體24的最大外輪廓為球形的球狀元件，在八個外螺旋葉片25之間形成了八個螺旋空間即螺旋流體通道，在四個內螺旋葉片26之間形成了四個內螺旋空間即螺旋流體通道，流體在該螺旋流道中流過時，將使球狀元件產生快速旋轉。
實施例6如圖15所示，本實施例包括一實心圓柱體27，實心圓柱體27的軸線即為球狀元件的旋轉軸線，在實心圓柱體27的周向均勻設置有四個螺旋葉片28，螺旋葉片28的螺旋角β為45°，在螺旋葉片28的邊緣連接有環(huán)形球殼29，在環(huán)形球殼29的外側設置有傾斜肋片30，傾斜肋片的傾斜角為30°。螺旋葉片28與實心圓柱體27為一次成型連接，傾斜肋片30與環(huán)形球殼29為一次成型連接，螺旋葉片28和環(huán)形球殼29的連接方法為粘接或脹緊。本實施例實心圓柱體27和螺旋葉片28為塑料制品，四個內螺旋葉片28將球形空間分隔為四個內螺旋流道，環(huán)形球殼29和傾斜肋片30為橡膠制品，在環(huán)形球殼29外的傾斜肋片30的主要作用是增強清洗效果。在本實施例中，流體在內螺旋槽道中流過時，將使球狀元件產生快速旋轉。本實施例為不同材料制作，也可為同種材料制作。
本實施例中，環(huán)形球殼29的外側還可以設置為直肋片31(如圖16所示)、菱形凸起32或其它結構的凸起(如圖17所示)、或傾斜排列的毛刷33(如圖18所示)等。在環(huán)形球殼29的外側設置的傾斜肋片、直肋片、菱形凸起、傾斜排列的毛刷是與環(huán)形球殼29一次加工成型的，還可以是粘接的方式固定連接。
實施例7如圖19、圖20所示，本實施例包括一中空球體34，中空球體34內部為一端封閉的圓柱型腔體，圓柱型腔體的軸線即為該球狀元件的旋轉軸線，其腔體另一端設置有端蓋35，在中空球體34外開有四個傾斜槽36，形成四個不等厚螺旋肋片37，在中空球體34外殼表面設置有微槽紋38，傾斜槽36的傾斜角β為45°，在四個不等厚螺旋肋片37之間形成了四個螺旋空間即螺旋流體通道，流體在傾斜槽道中流過時，將使球狀元件產生快速旋轉，本實施例球體是一次成型制作的。
本實施例的中空球體內部還可以是圓型腔體39，圓型腔體內可以填充多孔材料等填充材料(如圖21、圖22所示)。
本發(fā)明的制作材料為非泡沫高分子材料(如塑料、橡膠等)及其復合材料，浸沒時結構尺寸穩(wěn)定，浸沒變形不大于2％，而且其浸沒外徑的改變的一致性也明顯優(yōu)于目前使用的多微孔柔軟彈性膠球，因而可以采用更為準確和穩(wěn)定尺寸的球形元件，而不會像目前使用的多微孔柔軟彈性膠球那樣因浸沒膨脹不均或過脹而出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，或者因浸沒膨脹不足而出現(xiàn)清洗除垢效果較差的現(xiàn)象。即使在管壁存在污垢突起，該旋轉清洗除垢球在刮擦管壁的污垢突起的同時，使較高的污垢突起在該旋轉清洗除垢球的螺旋/傾斜流道間通過而不會產生堵管現(xiàn)象，而經旋轉清洗除垢球多次的刮擦，將使換熱管內較高突起的污垢被逐漸清除。
本發(fā)明的制作材料為非泡沫高分子材料(如塑料、橡膠等)及其復合材料，浸沒時密度穩(wěn)定，浸沒密度變化不大于5％，而且其浸沒密度的變化的一致性也明顯優(yōu)于目前使用的多微孔柔軟彈性膠球；同時，該清洗除垢元件可根據(jù)使用需要設置密度調節(jié)腔體體，使其濕態(tài)表觀密度與輸送流體的密度非常相近，且球狀元件的密度穩(wěn)定，一般球狀元件的密度與輸送流體密度接近且相差不大于10％，因而不會像海綿狀膠球因密度差較大的原因而出現(xiàn)大量滯留在管程內的流動死區(qū)和渦流區(qū)。
以上盡管公開了若干實施例，清洗除垢元件的結構及材料還是可以變化的，本發(fā)明不應受到上述各實施例的限制，凡根據(jù)本發(fā)明原理進行的等效變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于它包括一球狀元件，所述球狀元件具有若干與中心旋轉軸線成螺旋或傾斜的流道，所述流道是由螺旋或傾斜的凸起將所述球狀元件的球形空間分隔而成；所述球狀元件的外徑因浸沒而產生的改變不大于2％，球狀元件的密度因浸沒而產生的變化不大于5％，球狀元件的密度與輸送的流體密度誤差不大于10％。
2.如權利要求1所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述球狀元件的最大外輪廓呈球形、橢球形、近似球形和近似橢球形中的一種。
3.如權利要求1所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述螺旋或傾斜的凸起為螺旋狀或傾斜狀葉片、螺旋狀或傾斜狀肋片、螺旋狀排列的毛刷中的至少一種或一種以上的結合。
4.如權利要求2所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述螺旋或傾斜的凸起為螺旋狀或傾斜狀葉片、螺旋狀或傾斜狀肋片、螺旋狀排列的毛刷中的至少一種或一種以上的結合。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述凸起的螺旋角或傾斜角為10°～80°，所述流道為左旋或左傾和右旋或右傾中的一種。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述球狀元件內設置有調節(jié)球狀元件密度的調節(jié)腔體，所述調節(jié)腔體內設置有用于調節(jié)球狀元件密度的介質。
7.如權利要求5所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述球狀元件內設置有調節(jié)球狀元件密度的調節(jié)腔體，所述調節(jié)腔體內設置有用于調節(jié)球狀元件密度的介質。
8.如權利要求1所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述最大外輪廓為非光滑表面，所述非光滑表面為微細條狀、網(wǎng)狀、突起、凹陷中的一種
9.如權利要求2所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述最大外輪廓為非光滑表面，所述非光滑表面為微細條狀、網(wǎng)狀、突起、凹陷中的一種。
10.如權利要求1～9所述的一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于所述球狀元件的材料為非泡沫高分子材料和非泡沫高分子復合材料中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換熱管在線清洗除垢元件，其特征在于它包括一球狀元件，所述球狀元件具有若干與中心旋轉軸線成螺旋或傾斜的流道，所述流道是由螺旋或傾斜的凸起將所述球狀元件的球形空間分隔而成；所述球狀元件的外徑因浸沒而產生的改變不大于2％，球狀元件的密度因浸沒而產生的變化不大于5％，球狀元件的密度與輸送的流體密度誤差不大于10％。本發(fā)明的清洗除垢元件的最大外輪廓呈球形或橢球形以及近似球形或橢球形，具有與某旋轉軸線螺旋或傾斜的流道，流體在其螺旋或傾斜的流道中通過時，使在待清洗除垢的換熱管內處于自由狀態(tài)的球狀元件產生快速旋轉，因而具有清洗除垢效果好、流動阻力小、不易于堵塞換熱管的特點。
文檔編號F28G1/00GK101033929SQ200710098489
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月18日 優(yōu)先權日2007年4月18日
發(fā)明者孟繼安 申請人:清華大學