專利名稱：管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件。
背景技術(shù)：
管殼式換熱器在電力、化工和石油等工業(yè)領(lǐng)域被大量而廣泛的應(yīng)用，換熱器在運 行中絕大部分都有積污和結(jié)垢的現(xiàn)象，特別是采用循環(huán)水冷卻的冷凝器和水冷器，以及制 堿的堿蒸發(fā)器等。換熱器的積污和結(jié)垢導(dǎo)致設(shè)備傳熱系數(shù)降低，能耗增大，甚至出現(xiàn)堵管而 導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行；結(jié)垢還會形成垢下腐蝕，縮短了設(shè)備的使用壽命。目前，管殼式換 熱器換熱管內(nèi)的清洗和除垢方式有在線方式和非在線方式，而在線清洗除垢由于不影響生 產(chǎn)的正常進行而具有獨特的優(yōu)勢。目前換熱器管內(nèi)在線除垢主要有可旋轉(zhuǎn)的螺旋紐帶/片 /轉(zhuǎn)子類清洗除垢、旋轉(zhuǎn)/往復(fù)螺旋彈簧除垢和膠球清洗除垢等方法，但這些清洗除垢方式 都存在一定的不足而影響其推廣應(yīng)用。可旋轉(zhuǎn)的螺旋紐帶/片/轉(zhuǎn)子類除垢方法，其換熱管 內(nèi)掛插螺旋紐帶/片/轉(zhuǎn)子除垢物件，明顯增加了流體與管內(nèi)插件的固體壁面的接觸面積， 由于流體的粘性和壁面無滑移特性使流動阻力顯著地增加， 一般阻力可增加3-5倍甚至更 多；同時該類可旋轉(zhuǎn)除垢方法的螺旋紐帶/片/轉(zhuǎn)子一般沿?fù)Q熱管軸向比較長，流體對螺旋 紐帶/片/轉(zhuǎn)子的作用力比較大，比較容易出現(xiàn)故障而失效；并且該類可旋轉(zhuǎn)除垢方法的螺 旋紐帶/片/轉(zhuǎn)子的湍流換熱強化作用比較有限， 一般管內(nèi)單側(cè)對流換熱增強不超過30 % 。 "轉(zhuǎn)子式自清潔強化傳熱裝置"(中國專利號200520127121. 9)由于采用了分段軸向固定 方式，分散了流體對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的作用力，從而基本消除了因流體對長螺旋紐帶/片/轉(zhuǎn)子的 較大作用力而比較容易出現(xiàn)故障的問題，但仍然存在流動阻力增加偏大等不足。旋轉(zhuǎn)螺旋 彈簧除垢方法，其長螺旋彈簧通過可旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)掛在換熱管的進口處，由于流體對長螺旋 彈簧的較大作用力而使得其旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)故障；單頭螺旋彈簧的螺距比較小，再加上 由于強度的考慮，其彈簧絲的直徑比較大，因而其流動阻力增加也比較大顯著，通常阻力增 加3-10倍。往復(fù)螺旋彈簧除垢方法，其防垢除垢作用有限，有時在結(jié)垢比較嚴(yán)重等情況下 甚至容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；同時往復(fù)螺旋彈簧為單頭螺旋彈簧，同樣也存在類似上述流動阻 力較大的不足。分段旋轉(zhuǎn)多頭彈簧式自清潔強化換熱裝置(中國專利號200810117680)部 分克服上述不足，但阻力仍然偏大，加工制造也比較復(fù)雜，成本較高。上述換熱管內(nèi)清洗除 垢技術(shù)還都存在頻繁刮擦換熱管壁面，嚴(yán)重影響其清洗除垢元件的使用壽命以及換熱管的 使用壽命，在重力的作用下出現(xiàn)明顯偏離換熱管中心而使得清洗除垢不均勻，從而也影響 了其清洗除垢性能。 綜上所述，目前的清洗除垢技術(shù)都存在一定的不足，如清洗和除垢效果不佳、強化 換熱效果有限、容易出現(xiàn)故障、加工制造復(fù)雜、成本高、特別是流動阻力比較大、由于存在頻 繁刮擦換熱管壁而影響其使用壽命、在重力的作用下出現(xiàn)明顯偏離換熱管中心而使得清洗 除垢不均勻等問題，因而影響其推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種流動阻力小、具有自定心作用而不易刮
擦換熱管壁、在重力的作用下不會產(chǎn)生清洗除垢元件明顯偏離換熱管中心的現(xiàn)象、同時還
具有清洗和除垢效果佳、可明顯強化對流換熱以及長壽命的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心
清洗除垢元件，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 —種用于換熱管內(nèi)清洗除垢和強化換熱的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除 垢元件，其特征在于含有扭曲片、中心套、拉桿和連接加強肋，其中， 拉桿，共有兩個，每根所述拉桿的兩端各有一個與所述拉桿的主體連接成一體的
弧狀連接頭，所述兩個拉桿分別對稱位于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件
的徑向兩側(cè)，兩個拉桿與待清洗的換熱管內(nèi)壁面之間形成具有旋轉(zhuǎn)自定心的楔形空間； 中心套，共有兩個，每個所述中心套開有一個中心孔，兩個所述中心套為同軸布
置，分別位于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端； 扭曲片，共有4片，每2片組成1組共兩組，每組所述扭曲片分別中心對稱布置在
所述中心套的兩側(cè)，且所述扭曲片的內(nèi)側(cè)分別與所述兩個中心套外圓柱面相連接，使得每
組所述扭曲片的幾何旋轉(zhuǎn)軸線與所述中心套的幾何旋轉(zhuǎn)軸線同軸，兩組所述扭曲片分別位
于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端，每組所述扭曲片的外側(cè)分
別與所述兩個拉桿的端部連接，以便多個管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件用兩
端固定在所述換熱管內(nèi)且位于換熱管中心的軟軸穿過多個所述中心套的中心孔連接起來
時，在換熱管內(nèi)流體和固定在軟軸上的限位擋件的作用下，使所述扭曲片帶動所述中心套
和所述拉桿作自定心旋轉(zhuǎn)運動； 連接加強肋，共有4個，分別與所述扭曲片和所述拉桿連接，使得所述扭曲片和所 述拉桿的連接更為牢固。 所述拉桿的橫剖面的形狀為部分圓形、或圓形、或三角形、或部分橢圓形、或梯形。
所述拉桿上設(shè)置有凸起以增強清洗除垢和強化換熱效果。
所述清洗除垢元件的外徑比所述換熱管內(nèi)徑小0. 5mm-2mm。 管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，是安裝在待清洗的換熱管內(nèi)，通過 其中心孔套在換熱管內(nèi)中心安裝的一軟軸/繩(如不銹鋼絲繩、鈦絲、復(fù)合材料繩等)上， 軸向通過限位擋件限位并可繞軟軸旋轉(zhuǎn)；管內(nèi)流體作用在其扭曲片上的作用力使其產(chǎn)生自 旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中拉桿與換熱管內(nèi)壁面的楔形空間的流體產(chǎn)生了一種向心作用力，從而 使得其在旋轉(zhuǎn)過程中具有自定心作用而不易刮擦換熱管，在重力的作用下不會產(chǎn)生清洗除 垢元件明顯偏離換熱管中心的現(xiàn)象。由于其自旋轉(zhuǎn)擾流作用，使得其具有較好的清洗除垢 和強化換熱效果。 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點由于具有自定心作用而不易刮 擦換熱管，從而具有長壽命；由于其與流體的接觸面積明顯減少且拉桿旋轉(zhuǎn)對流體的阻礙 作用較小，因而阻力明顯減低；由于具有自定心作用，在重力的作用下不會產(chǎn)生清洗除垢元 件明顯偏離換熱管中心的現(xiàn)象，而使得清洗除垢均勻，清洗除垢性能更佳。


圖l是本發(fā)明的實施例- 圖2是本發(fā)明的實施例- 圖3是本發(fā)明的實施例- 圖4是本發(fā)明的實施例- 圖5是本發(fā)明的實施例- 圖6是本發(fā)明的實施例- 圖7是本發(fā)明的實施例- 圖8是本發(fā)明的實施例- 圖9是本發(fā)明的實施例二 圖10是本發(fā)明的實施例 圖ll是本發(fā)明的實施例 圖12是本發(fā)明的實施例 圖13是本發(fā)明的實施例 圖14是本發(fā)明的實施例 圖15是本發(fā)明的實施例 圖16是本發(fā)明的實施例 圖17是本發(fā)明的實施例 圖18是本發(fā)明的實施例 圖19是本發(fā)明的實施例 圖20是本發(fā)明的實施例
-結(jié)構(gòu)示意圖
-的A向結(jié)構(gòu)示意圖
-的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖
-的自定心工作原理示意圖
-的三維結(jié)構(gòu)示意圖
-的三維局部結(jié)構(gòu)示意圖
-的三維扭曲片結(jié)構(gòu)示意圖
-的三維拉桿結(jié)構(gòu)示意圖
二結(jié)構(gòu)示意圖(短凸起)
二的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖(短凸起)
二結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)
二的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)
二的三維結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)
二的三維局部結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)
二的三維拉桿結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)
三的軸向結(jié)構(gòu)示意圖
三的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖
四的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖
五的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖
六的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。
實施例一 如圖1所示，本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，包括兩組共 4個扭曲片1、兩個拉桿2、兩個中心套3、4個連接加強肋4等組成。 每根拉桿的兩端各有一個與拉桿的主體連接成一體的弧狀連接頭，兩個拉桿分別 對稱位于管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的徑向兩側(cè)。 每個中心套開有一個中心孔，兩個中心套為同軸布置，分別位于管內(nèi)拉桿連接扭 曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端。 每組扭曲片分別中心對稱布置在中心套的兩側(cè)，且扭曲片的內(nèi)側(cè)分別與兩個中心 套外圓柱面相連接，使得每組扭曲片的幾何旋轉(zhuǎn)軸線與中心套的幾何旋轉(zhuǎn)軸線同軸，兩組 扭曲片分別位于管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端，每組扭曲片的外 側(cè)分別與兩個拉桿的端部連接。 圖2為圖1中的A向結(jié)構(gòu)示意圖，圖中Ds為管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除 垢元件的旋轉(zhuǎn)體的外徑，其外徑Ds —般小于換熱管內(nèi)徑0. 5-2mm。圖3為圖1中的B-B剖 面結(jié)構(gòu)示意圖，其拉桿橫剖面為部分圓形并其菱角被倒圓。圖1中L為管內(nèi)拉桿連接扭曲 片式自定心清洗除垢元件的總長度，M為扭曲片的長度，本實施例中L = 100mm，M = 10mm。
5本實施例的中心套的長度大于扭曲片的長度，其目的是設(shè)置一定的磨損量以延長其使用壽 命。 圖4為該實施例的自定心工作原理示意圖，圖中1為扭曲片，2為拉桿，5為換熱 管，在橫剖面為部分圓形并其菱角被倒圓的拉桿2與換熱管5的內(nèi)壁之間形成楔形空間 6(陰影部分)。在圖4中，扭曲片1在管內(nèi)流體和固定在軟軸上的限位擋件的作用下產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)(S旋向)，扭曲片1的旋轉(zhuǎn)帶動拉桿2 —起旋轉(zhuǎn)，而由于拉桿2的旋轉(zhuǎn)使得拉桿2與換 熱管5內(nèi)部之間的楔形空間6內(nèi)的流體產(chǎn)生繞拉桿2的流動(S向+軸向)，楔形空間6內(nèi) 的流體的流動產(chǎn)生了使拉桿向心的推力。當(dāng)一側(cè)的拉桿靠近換熱管壁面時，其楔形空間減 小而其向心推力增加，反之，其楔形空間增大而其向心推力減小，從而使得其在旋轉(zhuǎn)過程中 具有自定心作用而不易刮擦換熱管，以及不會產(chǎn)生明顯偏離換熱管中心而使得清洗除垢均 勻。扭曲片和拉桿的旋轉(zhuǎn)使得換熱管內(nèi)流體特別是楔形空間的流體產(chǎn)生了強旋轉(zhuǎn)擾動，在 產(chǎn)生明顯的清洗除垢效果的同時還強化了對流換熱。 圖5是本發(fā)明的實施例一的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的實施例一的三維局 部結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的實施例一的三維扭曲片結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的實施 例一的三維拉桿結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5、圖6、圖7和圖8中，1為扭曲片，2為拉桿，3為中心 套、4為連接加強肋。中心套3與扭曲片1連接為一體，中心套3內(nèi)有中心孔，兩個拉桿將兩 端的兩組扭曲片連接為一體，連接加強肋4使得其連接更為牢固。在中心套的中心孔內(nèi)穿 插一設(shè)置有限位擋件的軟軸/繩后，本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件 可繞該軟軸自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)穿套多個該洗除垢元件和限位擋件的軟軸/繩固定在換熱管兩端 且位于換熱管中心時，該洗除垢元件在換熱管內(nèi)流體和限位擋件的作用下產(chǎn)生快速旋轉(zhuǎn)， 從而達到清洗除垢和強化換熱的效果。
實施例二 如圖9所示，本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，包括扭曲片 7、拉桿8、中心套9、連接加強肋10、凸起11等組成，其兩端的兩組4個扭曲片7與兩個拉桿 8相連接，每組扭曲片的兩個扭曲片分別對稱與中心套9外周相連接，中心套內(nèi)有中心孔， 拉桿8上設(shè)置有凸起11以增強清洗除垢和強化換熱效果。圖10為圖9中的橫剖面結(jié)構(gòu)示 意圖。圖9和圖IO所示的本實施例為多個短凸起，也可以是少量的長凸起，如圖11和圖12 所示。在圖11中，兩端的兩組扭曲片12通過兩個拉桿13連接，連接加強肋15使得扭曲片 和拉桿的連接更可靠，每組扭曲片的兩個扭曲片分別對稱與中心套外圓柱面相連接，中心 套內(nèi)有中心孔，拉桿13上設(shè)置有長凸起16以增強清洗除垢和強化換熱效果。圖13是本發(fā) 明的實施例二的三維結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)。圖14是本發(fā)明的實施例二的三維局部結(jié)構(gòu)示 意圖(長凸起)。圖15是本發(fā)明的實施例二的三維拉桿結(jié)構(gòu)示意圖(長凸起)。為了加強 拉桿與扭曲片的連接強度，在拉桿的兩端各設(shè)置了一個加強用部分球體17，使得拉桿與扭 曲片的連接更為牢固。 實施例二與實施例一的不同之處是，實施例二的拉桿上設(shè)置有凸起以增強清洗除
垢和強化換熱效果。 實施例三 圖16是本發(fā)明的實施例三的軸向結(jié)構(gòu)示意圖，圖17是橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明 的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，包括扭曲片18、拉桿19、中心套2Q、連接加強肋等組成，其兩端的兩組扭曲片18通過兩個拉桿19連接，每組扭曲片的兩個扭曲片分 別對稱與中心套外圓柱面相連接，中心套內(nèi)有中心孔。本實施例的拉桿19橫剖面為圓形， 即拉桿為圓柱拉桿。
實施例四 圖18是本發(fā)明的實施例四的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片
式自定心清洗除垢元件，包括扭曲片21、拉桿22、中心套23、連接加強肋等組成，其兩端的
兩組扭曲片21通過兩個拉桿22連接，每組扭曲片的兩個扭曲片分別對稱與中心套外圓柱
面相連接，中心套內(nèi)有中心孔。本實施例的拉桿22橫剖面為三角形并其菱角被倒圓。其特
征是倒圓的三角形拉桿與換熱管內(nèi)壁面之間形成楔形空間，所形成楔形空間使得其在旋轉(zhuǎn)
過程中具有自定心作用而不易刮擦換熱管，以及不會產(chǎn)生明顯偏離換熱管中心而使得清洗
除垢均勻。 實施例五 圖19是本發(fā)明的實施例五的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片 式自定心清洗除垢元件，包括扭曲片24、拉桿25、中心套26、連接加強肋等組成，其兩端的 兩組扭曲片24通過兩個拉桿25連接，每組扭曲片的兩個扭曲片分別對稱與中心套外圓柱 面相連接，中心套內(nèi)有中心孔。本實施例的拉桿25橫剖面為部分橢圓形。其特征是部分橢 圓形拉桿與換熱管內(nèi)壁面之間形成楔形空間，所形成楔形空間使得其在旋轉(zhuǎn)過程中具有自 定心作用而不易刮擦換熱管，以及不會產(chǎn)生明顯偏離換熱管中心而使得清洗除垢均勻。
實施例六 圖20是本發(fā)明的實施例六的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的管內(nèi)拉桿連接扭曲片 式自定心清洗除垢元件，包括扭曲片27、拉桿28、中心套29、凸起30、連接加強肋等組成， 其兩端的兩組扭曲片27通過兩個拉桿28連接，每組扭曲片的兩個扭曲片分別對稱與中心 套外圓柱面相連接，中心套內(nèi)有中心孔，拉桿27上設(shè)置有長凸起30以增強清洗除垢和強化 換熱效果。本實施例的拉桿27橫剖面為梯形。其特征是梯形拉桿與換熱管內(nèi)壁面之間形 成楔形空間，所形成楔形空間使得其在旋轉(zhuǎn)過程中具有自定心作用而不易刮擦換熱管，以 及不會產(chǎn)生明顯偏離換熱管中心而使得清洗除垢均勻。
權(quán)利要求
管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，其特征在于含有扭曲片、中心套、拉桿和連接加強肋，其中，拉桿，共有兩個，每根所述拉桿的兩端各有一個與所述拉桿的主體連接成一體的弧狀連接頭，所述兩個拉桿分別對稱位于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的徑向兩側(cè)，兩個拉桿與待清洗的換熱管內(nèi)壁面之間形成具有旋轉(zhuǎn)自定心的楔形空間；中心套，共有兩個，每個所述中心套開有一個中心孔，兩個所述中心套為同軸布置，分別位于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端；扭曲片，共有4片，每2片組成1組共兩組，每組所述扭曲片分別中心對稱布置在所述中心套的兩側(cè)，且所述扭曲片的內(nèi)側(cè)分別與所述兩個中心套外圓柱面相連接，使得每組所述扭曲片的幾何旋轉(zhuǎn)軸線與所述中心套的幾何旋轉(zhuǎn)軸線同軸，兩組所述扭曲片分別位于所述管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件的軸向兩端，每組所述扭曲片的外側(cè)分別與所述兩個拉桿的端部連接，以便多個管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件用兩端固定在所述換熱管內(nèi)且位于換熱管中心的軟軸穿過多個所述中心套的中心孔連接起來時，在換熱管內(nèi)流體和固定在軟軸上的限位擋件的作用下，使所述扭曲片帶動所述中心套和所述拉桿作自定心旋轉(zhuǎn)運動；連接加強肋，共有4個，分別與所述扭曲片和所述拉桿連接，使得所述扭曲片和所述拉桿的連接更為牢固。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，其特征在于 所述拉桿的橫剖面的形狀為部分圓形、或圓形、或三角形、或部分橢圓形、或梯形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，其特征在于 所述拉桿上設(shè)置有凸起以增強清洗除垢和強化換熱效果。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，其特征在于所述清洗除垢元件的外徑比所述換熱管內(nèi)徑小0. 5mm-2mm。
全文摘要
一種管內(nèi)拉桿連接扭曲片式自定心清洗除垢元件，屬于換熱管在線清洗除垢技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，含有4個扭曲片、2個中心套、2個拉桿和多個連接加強肋，其中，扭曲片分別中心對稱連接在兩個中心套的兩側(cè)，并與兩個中心對稱布置的拉桿的端部相連接，所述清洗除垢元件的外徑比待清洗的換熱管內(nèi)徑小0.5mm-2mm，兩個所述拉桿與換熱管內(nèi)壁面之間形成具有旋轉(zhuǎn)自定心的楔形空間，當(dāng)多個所述清洗除垢元件用兩端固定在換熱管內(nèi)且位于換熱管中心的軟軸穿過所述多個中心套的中心孔連接起來時，在換熱管內(nèi)流體和固定在軟軸上的限位擋件的作用下，使所述清洗除垢元件作自定心旋轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明具有壽命長、流阻低、清洗除垢均勻的優(yōu)點。
文檔編號F28G3/00GK101769697SQ201010118148
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者孟繼安 申請人:清華大學(xué)