一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构
技术领域
本发明涉及的是换热管内一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构。它主要适用于中低流速的卧式换热器(如换热器、冷凝器、变温结晶换热器等)管内硬垢的自动清洗和对流传热强化。例如，石化行业和有机合成工业管外传热系数不是太高的有机产品冷凝器，结晶速度不是太快的变温结晶工艺换热器，管外高温冷却的管内钙镁类硬垢的水冷器。本发明也可以应用于长期运行会结硬垢的输送管道。
背景技术
自转塑料扭带高效传热设备(中国专利ZL95110822.8)，内置异形等间距扭带的管内传热与流动特性对比(热能动力工程,2017,32(2):11-16)，螺旋带装置在300MW机组凝汽器中的研究与应用(沈阳工程学院学报(自然科学版),2015,11(3):236-240)，等文献，报道了这种塑料螺旋扭带已经在许多卧式水冷设备的软水垢自动清洗应用中，取得良好的效果。但是，发现塑料螺旋扭带对于温度较高的水冷器内形成的钙镁类硬垢和浓缩结晶或蒸发结晶的盐类硬垢清洗，基本上无效。例如，天津某化工大厂的列管冷却结晶换热器，曾试用过这类塑料纽带自动清洗技术，塑料螺旋纽带安装好后，投入运行考核，结果不到两天就惨重失败，塑料螺旋纽带全部被结晶盐卡咬住后变成一体化了。被迫立即停车，用热水把盐溶解后，拆除所有塑料螺旋纽带。原因就是塑料螺旋扭带能够比较好地自动清洗表层的软污垢，却不能清洗换热管内的结晶盐垢和紧贴管内壁面的白色钙镁类硬垢。
此外，现有技术的塑料螺旋纽带，对换热管内的流速要求较高，一般需要1.0m/s以上，很多会结晶盐析出的工艺换热器达不到这样的高流速要求，例如蒸发器前的预热器，普遍难以达到，因此工程应用范围受到很大的影响。
发明内容
本发明主要针对现有技术的塑料螺旋扭带没有自动清洗硬垢能力和流速要求较高的两大问题，提出一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，利用塑料包芯管内填装的铁芯自重，使自动清洗的塑料螺旋片获得对管内硬垢清洗所需的压力，大大增强硬垢自动清洗的能力；同时利用塑料包芯管横截面减少换热管内的实际流通面积，可以大幅度增大液体流速，既能显著强化对流传热，又能够有效地增大自动清洗的动力矩，降低换热管内的流速要求。这种铁芯螺旋扭带自动清洗机构，能够很好地保留了现有自转塑料扭带自动清洗技术结构简单、制造成本低廉的优势，又拓展了中低流速换热管内硬垢自动清洗的新市场。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，主要针对中低流速的卧式换热器管内硬垢的自动清洗和对流传热强化。这种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，主要有中孔塑料螺旋扭带、塑料轴承、钢丝钩头轴组成。中孔塑料螺旋扭带通过钢丝钩头轴，挂到塑料轴承上，塑料轴承安装固定在换热管入口端。
这种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，也可以应用于输送管道的自动清洗防堵。不同点只是塑料轴承一般安装固定在输送管道拐弯部位。
中孔塑料螺旋纽带由塑料螺旋片、铁芯、塑料包芯管、锁定钢丝、锁定孔组成。
塑料螺旋片是直接刮洗硬垢的结构部件。塑料螺旋片厚度0.8～3mm，自动清洗硬垢的强度要求愈高，厚度取值愈大；换热管内径愈大，厚度取值也愈大。塑料螺旋片与换热管内壁之间的间隙大小为2～8mm，取值与换热管内径大小、与换热管的长度，均为一致性关系；塑料螺旋片的螺距为换热管内径的2～6倍，换热管内径愈大，倍数取值愈小。
塑料包芯管的外径是依据没有中孔塑料螺旋纽带时的空管流速需要增大的幅度多少，再计算中孔塑料螺旋纽带需要的截面积大小。塑料包芯管的壁厚0.8～2.0mm，换热管内径愈大、单根塑料螺旋纽带长度愈长，厚度取值均愈大。塑料包芯管内径由需要填装的铁芯的最大直径决定。塑料包芯管与最粗铁芯之间须有1.0mm以上的填装间隙。
中孔塑料螺旋纽带采用耐腐蚀、耐温度、耐磨损的塑料制造，并且对塑料添加剂的选择有两条特别要求，第一是硬度显著高于被清洗的硬垢，第二密度尽可能大，以利于增大中孔塑料螺旋纽带自重对硬垢的清洗压力。
铁芯的功能就是增大塑料螺旋片对硬垢旋转刮洗硬垢所需的压力，提高硬垢清洗强度。铁芯一般采用分段铁丝结构，也可以诸如金属球类的重物。塑料包芯管内径由容许填装的最粗的分段铁丝决定，以便选择填装不同硬垢清洗自重压力相应的分段铁丝。分段铁丝粗细的直径系列，常用的有1.5、1.8、2.0、2.5、3.0、3.5mm，对应的自重压力分别0.11、0.20、0.32、0.46、0.63(N/m)。分段铁丝直径的选择办法是，硬垢的自动清洗强度要求愈高，需要的自重压力(扣除溶液浮力后的有效)值就愈大。图示的设计参考的试验曲线，是在这样严重结垢的试验条件下获得的：换热管在没有使用中孔塑料螺旋纽带自动清洗时，从无盐垢开始的冷却结晶盐垢的生长速度为每小时3.5mm。因此，铁芯塑料螺旋扭带的有效自重压力选择一般是：钙镁类水垢0.15(N/m)左右，循环蒸发浓缩结晶盐垢0.28(N/m)左右，冷却或加热结晶盐垢0.45(N/m)左右。分段铁丝的长度100～1000mm，取值原则是分段铁丝直径愈大，分段铁丝的长度取值就愈短，避免影响中孔塑料螺旋扭带的柔软性，保障自动清洗的强度和均匀性。
锁定钢丝的功能是防止铁芯在塑料包芯管内的相互串位，保持轴向排布的均匀性，也防止铁芯从中孔塑料螺旋纽带的尾端外跑。
塑料轴承的磨损裕量高度H1按运行2～3年更换一次设计。塑料轴承的入流窗的面积必需显著大于换热管内的流通面积。钩头轴采用直径1.5～3.0mm不锈钢钢丝制造。
一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，安装在卧式的列管换热器内，生产运行时，由于中孔塑料螺旋纽带占据了换热管内的部分流通截面积，因此换热管内流速得到较大幅度的增大，增大了的液流冲动塑料螺旋片，提高了中孔塑料螺旋纽带自转动力矩。所以能够较大幅度降低自转对空管名义流速大小的要求。在铁芯自重加压下，塑料螺旋片能够有效的刮洗换热管内壁的硬垢。在自动清洗的同时，由于换热管内液流速度增大和塑料螺旋片的扰动，使得对流传热过程也得以更有效地强化。
附图说明
图1是本发明的一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构方案图。
图2是图1A部的放大图。
图3是图1B部的放大图。
图4是铁芯有效自重压力影响的塑料螺旋片硬垢清洗效果引起的总传热系数变化试验曲线
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3，对本发明作进一步详细描述。
图中的 1塑料轴承 2钢丝钩头轴 3中孔塑料螺旋纽带 4铁芯 5塑料包芯管 6换热管 7塑料螺旋片 8锁定孔 9锁定钢丝 10管板 11入流窗 12分段铁丝
一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，主要针对中低流速的卧式换热器管内硬垢的自动清洗和对流传热强化。一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，主要有中孔塑料螺旋扭带3、塑料轴承1、钢丝钩头轴2组成。中孔塑料螺旋扭带3通过钢丝钩头轴2，挂到塑料轴承1上，塑料轴承1安装固定在换热管6的入口端。
这种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，也可以应用于输送管道的自动清洗防堵。不同点只是塑料轴承一般安装固定在输送管道拐弯部位。
中孔塑料螺旋纽带3由塑料螺旋片7、铁芯4、塑料包芯管5、锁定钢丝9、锁定孔8组成。
塑料螺旋片7是直接刮洗硬垢的结构部件。塑料螺旋片7的厚度0.8～3mm，自动清洗硬垢的强度要求愈高，厚度取值愈大；换热管6内径愈大，厚度取值也愈大。塑料螺旋片3与换热管6内壁之间的间隙大小为2～8mm，取值与换热管6内径大小、与换热管6的长度，均为一致性关系；塑料螺旋片7的螺距为换热管6内径的2～6倍，换热管6的内径愈大，倍数取值就愈小。
塑料包芯管5的外径是依据没有中孔塑料螺旋纽带3时的空管流速需要增大的幅度多少，再计算中孔塑料螺旋纽带3的截面积需要多大。塑料包芯管5的壁厚0.8～2.0mm，换热管6内径愈大，单根中孔塑料螺旋纽带3长度愈长，厚度取值均愈大。塑料包芯管5内径由设计需要填装的铁芯4的最大直径决定。塑料包芯管5与最粗铁芯4之间须有1.0mm以上的填装间隙。
中孔塑料螺旋纽带3采用耐腐蚀、耐温度、耐磨损的塑料制造，并且对塑料添加剂的选择有两条特别要求，第一是硬度显著高于被清洗的硬垢，第二密度尽可能大，有助于增大中孔塑料螺旋纽带3自重对硬垢的清洗压力。
铁芯4的功能是增大塑料螺旋片7对旋转刮洗的硬垢所需的压力，提高硬垢清洗强度。铁芯4一般采用分段铁丝12结构。塑料包芯管5的内径容许填装不同粗细的分段铁丝12，以便选择填装不同硬垢清洗自重压力要求相应的分段铁丝12。分段铁丝12的系列直径，常用的有1.5、1.8、2.0、2.5、3.0、3.5mm，对应的自重压力分别0.11、0.20、0.32、0.46、0.63(N/m)。分段铁丝12直径的选择办法是，硬垢的自动清洗强度要求愈高，自重压力(扣除溶液浮力后的)有效值就愈大，图示的设计参考曲线的试验条件是，换热管6在没有使用中孔塑料螺旋纽带3自动清洗时，从无盐垢开始的冷却结晶盐垢的生长速度为每小时3.5mm。因此，铁芯塑料螺旋扭带3的有效自重压力选择一般是：钙镁类水垢0.15(N/m)左右，循环蒸发浓缩结晶盐垢0.28(N/m)左右，冷却或加热结晶盐垢0.45(N/m)左右。铁芯4的长度100～1000mm，取值原则是铁芯4直径愈大，铁芯4的长度愈短，避免影响中孔塑料螺旋扭带3的柔软性，保障自动清洗的强度和均匀性。
锁定钢丝9的功能是防止铁芯4在塑料包芯管5内的相互串位，保持轴向排布的均匀性，也防止铁芯4从中孔塑料螺旋纽带3的尾端外跑。
塑料轴承1的磨损裕量高度H1按2～3年更换一次设计。塑料轴承1的入流窗11的面积必需显著大于换热管6内的流通面积。
钩头轴2采用直径1.5～3.0mm不锈钢钢丝制造。
一种铁芯塑料螺旋扭带自动清洗机构，安装在卧式的列管换热器内。生产运行时，由于中孔塑料螺旋纽带3占据了换热管6内的一部分流通截面积，使换热管6内流速得到较大幅度的增大，加快的液流冲动塑料螺旋片7，增大了中孔塑料螺旋纽带3自转动力矩，降低了自转清洗对名义流速的要求。在合适的铁芯4自重加压下，塑料螺旋片7能够有效的刮洗换热管6内壁的硬垢。在自动清洗的同时，由于换热管6内液流速度加快和塑料螺旋片7的扰动，使得对流传热过程也得以更有效地强化。
