專(zhuān)利名稱(chēng)：一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及的是一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋。它適用于各種列管式結(jié)構(gòu)的傳熱設(shè)備，如蒸發(fā)器、膜式蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器、降膜式冷卻器等列管式換熱器管內(nèi)的除垢防垢和傳熱強(qiáng)化。
背景技術(shù)：
中國(guó)專(zhuān)利ZL91213000. 8和文獻(xiàn)(自動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺旋線傳熱技術(shù)的試驗(yàn)研究，化工裝備技術(shù)，1997，N5, P4-8)報(bào)道了一種傳熱管內(nèi)鋼絲螺旋線除垢防垢及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)。鋼絲螺旋線在管內(nèi)傳熱液體流動(dòng)能的帶動(dòng)下自轉(zhuǎn)，刮掃管內(nèi)壁的污垢，有在線、自動(dòng)、連續(xù)清洗防垢的功能；由于鋼絲螺旋線的導(dǎo)流作用使管內(nèi)液體作螺旋線流動(dòng)，還有鋼絲螺旋線對(duì)管內(nèi)邊界層的擾動(dòng)作用，使管內(nèi)的對(duì)流傳熱也得到強(qiáng)化。該技術(shù)的原理和功能確實(shí)比較理想，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但無(wú)法解決自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋線與傳熱管壁之間的磨損問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利 ZL2004200351029(傳熱管內(nèi)在線自動(dòng)清洗的流體動(dòng)力塑包螺旋線，2005. 02. 23.授權(quán))的塑包螺旋線也還存在較多的新問(wèn)題塑包層太薄，塑包層的磨損壽命太短，長(zhǎng)期運(yùn)行仍然存在與換熱管內(nèi)壁相互磨損的問(wèn)題；若塑包層加厚，塑包鋼絲的直徑又太大，只能適用于換熱管直徑大的設(shè)備，并且流體阻力又太大，還要受塑料溫度的限制，又需要高流速驅(qū)動(dòng)，制造成本成倍提高，只有很少數(shù)換熱管設(shè)備適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專(zhuān)利的目的是同時(shí)解決現(xiàn)有自轉(zhuǎn)清洗鋼絲螺旋線與換熱管壁之間的相互磨損問(wèn)題、和自轉(zhuǎn)塑包鋼絲存在的基本問(wèn)題，提出一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，通過(guò)彈性變形機(jī)構(gòu)使鋼絲螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)殚g歇性自轉(zhuǎn)的辦法，大幅度降低鋼絲螺旋的自轉(zhuǎn)清洗速度和自轉(zhuǎn)的時(shí)間比例來(lái)解決鋼絲螺旋與換熱管壁之間相互磨損問(wèn)題，因而無(wú)需鋼絲螺旋的塑料包層，自然也無(wú)塑包鋼絲螺旋的弊病，并且在傳熱強(qiáng)化功能與流體阻力之間的性?xún)r(jià)比方面，比現(xiàn)有自轉(zhuǎn)清洗鋼絲螺旋線和塑包鋼絲螺旋都有成倍的提升，制造成本依然低廉，適用范圍十分廣泛。本發(fā)明專(zhuān)利的目標(biāo)是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，主要由鋼絲螺旋、螺旋鉤頭、彈性擋桿、管口軸承架、換熱管組成。每根換熱管內(nèi)安裝一條鋼絲螺旋。鋼絲螺旋軸向固定在換熱管入口端的管口軸承架上,周向可以旋轉(zhuǎn)。管口軸承架的磨損頭的高度h為5 15mm。鋼絲螺旋的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)，鋼絲螺旋的外徑為換熱管內(nèi)徑的O. 70 O. 90倍，鋼絲螺旋的螺距為換熱管內(nèi)徑的O. 60 I. 60倍。螺旋鉤頭由螺旋鉤頭滑動(dòng)臂和螺旋鉤頭曲臂構(gòu)成，前者的作用是與管口軸承架磨損頭組成鋼絲螺旋軸向固定的滑動(dòng)摩擦副；后者的作用是與彈性擋桿組成一個(gè)彈性彎曲變形機(jī)構(gòu)，使鋼絲螺旋的連續(xù)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為間歇性旋轉(zhuǎn)。螺旋鉤頭曲臂的曲臂傾斜角β在15° 75°范圍內(nèi)，換熱管內(nèi)流速愈高，傾斜角β取值愈小。彈性擋桿的形狀是彎折形的、或圓弧曲線形的、或直線形的；制造彈性擋桿的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)；彈性擋桿的彈性擋臂長(zhǎng)度L的范圍為15 80mm。彈性擋桿固定在管口軸承架上。每個(gè)管口軸承架上固定的彈性擋桿數(shù)為I或2，流速高者取其二，一般流速取其一。螺旋鉤頭的另一種結(jié)構(gòu)方案，是將螺旋鉤頭與鋼絲螺旋分為兩個(gè)獨(dú)立的零件，便于螺旋鉤頭標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提高質(zhì)量、降低制造成本，并且對(duì)安裝也很方便(只需將螺旋鉤頭的掛鉤與鋼絲螺旋的彎鉤掛鉤一起就可以)。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，鋼絲螺旋將換熱管內(nèi)的液流導(dǎo)流為螺旋流，換熱管內(nèi)液體對(duì)鋼絲螺旋的反作用，使鋼絲螺旋獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱管內(nèi)壁污垢的自轉(zhuǎn)清洗。但是，螺旋鉤頭曲臂的旋轉(zhuǎn)必然會(huì)受到彈性擋桿的阻擋；受到阻擋后，兩者同時(shí)開(kāi)始猶如彈性梁那樣的彈性彎曲變形，并且逐漸增大，增大到一定程度后，鉤頭曲臂滑過(guò)彈性擋桿繼續(xù)自轉(zhuǎn)。鋼絲螺旋如此停停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由原來(lái)的連續(xù)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成為間歇性地自轉(zhuǎn)。由于鋼絲螺旋停轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)流傳熱強(qiáng)化幅度比連續(xù)自轉(zhuǎn)時(shí)高近一倍。因此，鋼絲螺旋停轉(zhuǎn)的時(shí)間所占的比例愈大，愈有利于傳熱強(qiáng)化。并且鋼絲螺旋停轉(zhuǎn)所占的時(shí)間比例愈 大，自轉(zhuǎn)速度也愈低，管內(nèi)壁的磨損、鋼絲螺旋自身的磨損及其管口軸承架的磨損都愈輕微，可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制磨損達(dá)到使用壽命足夠長(zhǎng)。而且停轉(zhuǎn)期間鋼絲螺絲的軸向拉伸彈性變形逐步增大到最大，整根鋼絲螺旋的彈性變形能的蓄能量也達(dá)到最大；管內(nèi)液體給鋼絲螺旋的自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也同時(shí)增大到最大。因而，當(dāng)鋼絲螺旋再次開(kāi)始自轉(zhuǎn)時(shí)，最大的彈性變形能自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和最大的管內(nèi)液體動(dòng)力自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相疊加，產(chǎn)生比鋼絲螺旋連續(xù)自轉(zhuǎn)力矩大倍數(shù)的啟動(dòng)力矩，很有利于鋼絲螺旋防止旋轉(zhuǎn)清洗過(guò)程中被卡咬，提高鋼絲螺旋自轉(zhuǎn)清洗的可靠性。因此，這種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)清洗鋼絲螺旋的綜合優(yōu)勢(shì)顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、傳熱強(qiáng)化幅度大、磨損輕微使用壽命長(zhǎng)、污垢清洗自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大、可靠性高、使用范圍廣，對(duì)換熱管內(nèi)流速高或較高、管外傳熱系數(shù)比管內(nèi)更高的蒸發(fā)器、膜式蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器、降膜式冷卻器等尤為適用。


圖I是本發(fā)明專(zhuān)利的一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋原理圖。圖2是本發(fā)明專(zhuān)利的螺旋鉤頭的另一種結(jié)構(gòu)方案圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I和附圖2對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖中I鋼絲螺旋2換熱管3管板4彈性擋桿5螺旋鉤頭曲臂6螺旋鉤頭滑動(dòng)臂7螺旋鉤頭8軸承架磨損頭9管口軸承架10軸承架進(jìn)液孔11螺旋鉤頭的掛鉤12鋼絲螺旋的彎鉤一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，主要由鋼絲螺旋I、螺旋鉤頭7、彈性擋桿4、管口軸承架9、換熱管2組成。每根換熱管2內(nèi)安裝一條鋼絲螺旋I。鋼絲螺旋I軸向固定在換熱管2入口端的管口軸承架9上，周向可以旋轉(zhuǎn)。管口軸承架9的磨損頭8的高度h為5 15mm。鋼絲螺旋I的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)，鋼絲螺旋I的外徑為換熱管2內(nèi)徑的O. 70 O. 90倍，鋼絲螺旋I的螺距為換熱管2內(nèi)徑的O. 60 I. 60倍。螺旋鉤頭7由螺旋鉤頭滑動(dòng)臂6和螺旋鉤頭曲臂5構(gòu)成，前者的作用是與管口軸承架磨損頭8組成鋼絲螺旋I軸向固定的滑動(dòng)摩擦副；后者的作用是與彈性擋桿4組成一個(gè)彈性彎曲變形機(jī)構(gòu)，使鋼絲螺旋I的連續(xù)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為間歇性旋轉(zhuǎn)。螺旋鉤頭曲臂5的曲臂傾斜角β在15° 75°范圍內(nèi)，換熱管2內(nèi)流速愈高，傾斜角β取值愈小。彈性擋桿4的形狀是彎折形的、或圓弧曲線形的、或直線形；制造彈性擋桿4的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)；彈性擋桿4的彈性擋臂長(zhǎng)度L的范圍為15 80mm。彈性擋桿4固定在管口軸承架9上。每個(gè)管口軸承架9上固定的彈性擋桿4數(shù)為I或2，流速高者取其二，一般流速取其一。螺旋鉤頭7的另一種結(jié)構(gòu)方案，是將螺旋鉤頭7與鋼絲螺旋I分為各自獨(dú)立的兩個(gè)零件，便于螺旋鉤頭7標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提高質(zhì)量、降低制造成本，并且對(duì)安裝也很方便(只需將螺旋鉤頭的掛鉤11與鋼絲螺旋的彎鉤掛鉤12 —起就可以)。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，鋼絲螺旋I將換熱管2內(nèi)的液流導(dǎo)流為螺旋流，換熱管2內(nèi)液體對(duì)鋼絲螺旋I的反作用，使鋼絲螺旋I獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱管2內(nèi)壁污垢的自轉(zhuǎn)清洗。但是，螺旋鉤頭曲臂5的旋轉(zhuǎn)必然會(huì)受到彈性擋桿4的阻擋；受到阻擋后，兩者同時(shí)開(kāi)始猶如彈性梁那樣的彈性彎曲變形，并且逐漸增大，增大到一定程度后，鉤頭曲臂5滑過(guò)彈性擋 桿4繼續(xù)自轉(zhuǎn)。鋼絲螺旋I如此停停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由原來(lái)的連續(xù)自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成為間歇性地自轉(zhuǎn)。由于鋼絲螺旋I停轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)流傳熱強(qiáng)化幅度比連續(xù)自轉(zhuǎn)時(shí)高近一倍。因此，鋼絲螺旋I停轉(zhuǎn)的時(shí)間所占的比例愈大，愈有利于傳熱強(qiáng)化。并且鋼絲螺旋I停轉(zhuǎn)所占的時(shí)間比例愈大，自轉(zhuǎn)速度也愈低，換熱管2內(nèi)壁的磨損、鋼絲螺旋I自身的磨損及其軸承架磨損頭8的磨損都愈輕微，可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制磨損達(dá)到使用壽命足夠長(zhǎng)。而且停轉(zhuǎn)期間鋼絲螺絲I的軸向拉伸彈性變形逐步增大到最大，整根鋼絲螺旋I的彈性變形能的蓄能量也達(dá)到最大；管內(nèi)液體給鋼絲螺旋I的自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也同時(shí)增大到最大。因而，當(dāng)鋼絲螺旋I再次開(kāi)始自轉(zhuǎn)時(shí)，最大的彈性變形能自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和最大的管內(nèi)液體動(dòng)力自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩相疊加，產(chǎn)生比鋼絲螺旋I連續(xù)自轉(zhuǎn)力矩大倍數(shù)的啟動(dòng)力矩，很有利于鋼絲螺旋I防止旋轉(zhuǎn)清洗過(guò)程中被卡咬，提高鋼絲螺I旋自轉(zhuǎn)清洗的可靠性。因此，這種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)清洗鋼絲螺旋的綜合優(yōu)勢(shì)顯著，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、傳熱強(qiáng)化幅度大、磨損輕微使用壽命長(zhǎng)、污垢清洗自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大、可靠性高、使用范圍廣，對(duì)換熱管內(nèi)流速高或較高、管外傳熱系數(shù)比管內(nèi)更高的蒸發(fā)器、膜式蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器、降膜式冷卻器等尤為適用。
權(quán)利要求
1.一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，主要由鋼絲螺旋(I)、螺旋鉤頭(7)、彈性擋桿(4)、管口軸承架(9)、換熱管(2)組成，技術(shù)特征為每根換熱管(2)內(nèi)安裝一條鋼絲螺旋(I)，鋼絲螺旋(I)軸向固定在換熱管(2)入口端的管口軸承架(9)上，周向可以旋轉(zhuǎn)；鋼絲螺旋(I)的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)，鋼絲螺旋(I)的外徑為換熱管(2)內(nèi)徑的O. 70 O. 90倍，鋼絲螺旋(I)的螺距為換熱管(2)內(nèi)徑的O. 60 I. 60倍；螺旋鉤頭(7)由螺旋鉤頭滑動(dòng)臂(6)和螺旋鉤頭曲臂(5)構(gòu)成，前者與管口軸承架磨損頭(8)組成鋼絲螺旋(I)軸向固定的滑動(dòng)摩擦副，后者與彈性擋桿(4)組成一個(gè)彈性彎曲變形機(jī)構(gòu)；螺旋鉤頭曲臂(5)的曲臂傾斜角β在15° 75°范圍內(nèi)；制造彈性擋桿(4)的鋼絲直徑在I 3mm范圍內(nèi)，彈性擋桿(4)的彈性擋臂長(zhǎng)度L的范圍為15 80mm，彈性擋桿(4)固定在管口軸承架(9)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，其特征在于螺旋鉤頭(7)的另一種結(jié)構(gòu)方案，是將螺旋鉤頭(7)與鋼絲螺旋(I)分為各自獨(dú)立的兩個(gè)零件，安裝時(shí)只需將螺旋鉤頭的掛鉤(11)與鋼絲螺旋的彎鉤掛鉤(12) —起就可以。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，其特征在于彈性擋桿(4)的形狀是彎折形的、或直線形的、或圓弧曲線形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，其特征在于每個(gè)管口軸承架(9)上固定的彈性擋桿⑷的根數(shù)為I或2。
全文摘要
一種流體動(dòng)力彈性變形蓄能式自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋，每根換熱管內(nèi)安裝一根鋼絲螺旋。運(yùn)行時(shí)，鋼絲螺旋的鉤頭自轉(zhuǎn)，其曲臂受到固定在管口軸承架上的彈性擋桿所阻擋。阻擋發(fā)生的彈性彎曲變形逐漸增大到一定程度后，鉤頭曲臂就會(huì)滑過(guò)彈性擋桿繼續(xù)自轉(zhuǎn)，以此使原本連續(xù)自轉(zhuǎn)的鋼絲螺旋變?yōu)殚g歇性自轉(zhuǎn)。由于不轉(zhuǎn)所占的時(shí)間比例較大，不僅使鋼絲螺旋、管內(nèi)壁及其軸承架的磨損都可以控制在輕微水平，滿(mǎn)足工程的使用壽命要求；同時(shí)可以成倍提高傳熱強(qiáng)化幅度、成倍增大自轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩、提升自轉(zhuǎn)清洗的可靠性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種新結(jié)構(gòu)的自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋不增加材料消耗和制造費(fèi)用，適用范圍廣泛，對(duì)列管式蒸發(fā)器、膜式蒸發(fā)器、再沸器、冷凝器、降膜式冷卻器等尤為適用。
文檔編號(hào)F28G3/00GK102901399SQ20111021115
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者俞天翔, 吳金香, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名 申請(qǐng)人:俞天翔