专利名称：旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及的是一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋。它适用于各种列管式结构的传热设备，如换热器、冷凝器、蒸发器等设备的管内除垢防垢及其传热强化。
背景技术：
中国专利ZL91213000.8和文献(自动旋转螺旋线传热技术的试验研究，化工装备技术，1997，N5，P4-8)报道了一种传热管内钢丝螺旋线除垢防垢及其传热强化技术。钢丝螺旋线在管内传热液体流动能的带动下自转，刮扫管内壁的污垢，有在线、自动、连续清洗防垢的功能；由于钢丝螺旋线的导流作用使管内液体作螺旋线流动，还有钢丝螺旋线对管内边界层的扰动作用，使管内的对流传热也得到强化。该技术的原理和功能很理想，结构简单，成本低廉，但却至今未能工程应用。其根本原因两个一是自转钢丝螺旋线与传热管壁之间的磨损问题难以解决；二是要求有较高的流速驱动。中国专利ZL91213000.8和文献(自动旋转螺旋线传热技术的试验研究，化工装备技术，1997，N5，P4-8)报道的自转塑料螺旋扭带管内污垢清洗技术，虽然没有管壁磨损问题，但是同样需要较高的流速带动。但是管内液体流速在0.80m/s以下的传热设备占其大多数，却因为流速不够高、自转力矩不够大而无法应用。
发明内容
本实用新型专利为了解决现有自转螺旋在传热管内流速0.8m/s以下的清洗力矩不足和钢丝螺旋线清洗技术存在的磨损问题，提出一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，使管程液体通过螺旋式管口固定装置形成的快速旋流，冲击螺旋动力轮来显著强化塑料螺旋的旋转力矩，以便在数量最多的、0.4m/s～0.8m/s的中低流速传热设备中广泛应用。同时利用塑料解决钢丝螺旋线与传热管壁之间的磨损问题，本实用的目的是通过以下技术方案来实现的一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，它是由塑料螺旋、螺旋式管口固定装置、螺旋动力轮、传热管组成。塑料螺旋可以是塑包螺旋线，也可以是塑料螺旋扭带。塑料螺旋通过螺旋动力轮—转轴安装到螺旋式管口固定装置上。传热管的出口端安装有尾套。
设备运行时，本来轴向流动的传热管内流体在塑料螺旋的导流作用下作螺旋线流动。被导向的流体给塑料螺旋以反作用力力矩。在此力矩作用下自动旋转，并且横向振动，实行除垢防垢。由于传热管内流体作螺旋线流动，并且受旋转振动塑料螺旋的扰动，使管内的对流传热过程得到有效的强化。由于螺旋采用耐磨工程塑料制造有效地解决了现有钢丝螺旋与传热管壁间的磨损问题。管内流体经过螺旋式管口固定装置形成的快速旋流，直接冲推螺旋动力轮，这一冲推力矩不仅其值较大，并且与塑料螺旋的自转力矩同方向，叠加的结果使塑料螺旋的工作力矩显著地强化，从而有效地解决中低流速(0.8m/s～04m/s)传热管内污垢清洗力矩不足的难题，使自动旋转清洗螺旋技术的应用范围扩大了数倍。
图1是本实用新型的一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋原理图。
图2是图1中A-A剖视的塑包螺旋线结构图。
图3是本实用新型的一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋的另一种结构图。
具体实施方式
以下结合附图1、附图2和附图3对本实用新型专利作进一步详细描述。
图中的1.转轴 2.磨头 3.螺旋式管口固定装置 4.芯筒 5.螺旋片6.螺旋动力轮 7.轮毂 8.螺旋叶片 9.螺旋头部 10.塑包螺旋线 11.传热管12.尾套 13.塑料包层 14.金属螺旋线 20.螺旋塑料扭带一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，在传热管11内设置由金属螺旋线14和.塑料包层13结合的塑包螺旋线10。塑包螺旋线10通过螺旋头部9通过螺旋动力轮6、转轴1和磨头2固定在螺旋式管口固定装置3上。螺旋四扭带20通过螺旋头部9与转轴1连接后，由磨头2固定在螺旋式管口固定装置3上。螺旋式管口固定装置3由螺旋片5和芯筒4构成。螺旋动力轮6由螺旋叶片8和轮毂7构成。传热管11的出口端安装尾套12。
设备运行时，传热管11内的热流体本来是轴向流动的，在塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的导流作用下作螺旋线流动。被导向的流体给塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20以反作用力力矩。在此力矩作用下，塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20自动旋转，并且横向振动，实行自动除垢防垢。经过碳钢管内壁的人工模拟污垢(1/5水泥，4/5碳酸钙粉，乳胶调制)200小时运转试验表明自动清洗能力强。由于传热管11内热流体作螺旋线流动，并且受旋转振动的塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的扰动，使管内的对流传热过程得到有效的强化。在内径32mm、水冷却的不锈钢管、管外水蒸汽加热的条件下测试表明，传热系数平均提高了50％作用。塑包螺旋线10的塑料包层6或塑料螺旋扭带20均有效地解决了金属螺旋线5与传热管7壁间的磨损问题。
由螺旋式管口固定装置3和螺旋动力轮6组成塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的旋转力矩强化机构。传热管11的内热流体经过螺旋式管口固定装置3形成的快速旋流，直接冲击螺旋动力轮6，这一冲击力矩不仅其值较大，并且与塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的自转力矩同方向，叠加的结果使塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的工作力矩显著地强化，从而使塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20在中低流速(8.0m/s～0.4m/s)传热管内污垢清洗力矩不足的难题得以破解，使其应用范围大大的扩展。例如，在内径32mm、管内水冷却的立式不锈钢管的条件下试验表明，塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20可以在0.26m/s的条件下自动旋转。
螺旋式管口固定装置3由螺旋片5和芯筒4两部分构成。螺旋片5的螺旋方向与塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的方向都恰好相反。螺旋片5的螺旋角在20°～60°的范围，优选方案是管内流速较低者螺旋角取较小值，使流体增速较大。螺旋片5的数量为3～6，优选方案是传热管11的管径愈大螺旋片5的片数也愈多。芯筒4的作用是通过增大入流液体的旋流半径、减少入口流道面积提高流速，增大对螺旋动力轮6的冲推矩。芯筒4的优选方案是外径与传热管11的内径的比值在0.2～0.8的范围。
螺旋动力轮6由螺旋叶片8和轮毂7两部分构成。螺旋叶片8的螺旋方向与塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的方向都相同。螺旋叶片8的螺旋角一般在20°～60°的范围，优选方案是使螺旋叶片8尽量与从旋流管口固定装置3来的冲击旋流垂直，使其产生的冲击力矩最大化。螺旋叶片8的数量为3～6，优选方案是传热管11的管径愈大叶片8的片数也愈多，轮毂7的外径与传热管11的内径的比值在0.2～0.6的范围。
金属螺旋线14的制造材料可以是不锈钢、碳钢、铜与铜合金、钛与钛合金，主要依据传热管11内的热流体的腐蚀性选择。
塑料包层13的厚度在0.5mm～3.0mm的范围，采用耐磨性好、注塑工艺性好的工程塑料制造，同时考虑传热管11内的热流体的温度高低条件选择。
在传热管11的出口端安装有尾套12，作用是防止塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20的尾部与传热管11之间发生磨损，保护传热管11的出口部，并且若出现塑包螺旋线10或塑料螺旋扭带20脱落时防止随管内热流体带到下游。
权利要求1.一种旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，由传热管(11)、螺旋式管口固定装置(3)、螺旋动力轮(6)、塑包螺旋线(10)或塑料螺旋扭带(20)组成，其特征在于设置在传热管(11)内的塑包螺旋线(10)或塑料螺旋扭带(20)，利用传热管(11)内的热流体作为动力带动自动旋转和振动，实现自动除垢防垢和传热强化，其旋转清洗力矩靠螺旋式管口固定装置(3)和螺旋动力轮(6)产生的冲击力矩而大大提高，旋转的塑包螺旋线(10)或塑料螺旋扭带(20)利用自身工程塑料的磨损特性避免传热管(11)的磨损。
2.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是塑包螺旋线(10)由金属螺旋线(14)和塑料包层(13)两部分组成，塑料包层(13)的厚度在0.5mm～3.0mm的范围。
3.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是塑包螺旋线(10)经过螺旋头部(9)、螺旋动力轮(6)连接，再通过转轴(1)和磨头(2)固定到螺旋式管口固定装置(3)上。
4.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是塑料螺旋扭带(20)经过螺旋头部(9)、转轴(1)和磨头(2)固定到螺旋式管口固定装置(3)上。
5.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是螺旋动力轮(6)由螺旋叶片(8)和轮毂(7)两部分构成，螺旋叶片(8)的螺旋方向与塑包螺旋线(10)或塑料螺旋扭带(20)的螺旋方向都相同。
6.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是螺旋式管口固定装置(3)由螺旋片(5)和芯筒(4)两部分构成，螺旋片(5)的螺旋方向与塑包螺旋线(10)或塑料螺旋扭带(20)的螺旋方向都恰好相反。
7.根据权利要求1的旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，其特征是传热管(11)的出口端安装有尾套(12)。
专利摘要旋转力矩强化型管内自动除垢防垢流体动力塑料螺旋，以管内流体为动力带动旋转实行自动除垢防垢又不磨损管壁。利用塑包螺旋线或塑料螺旋扭带的导向作用使管内流体螺旋线流动强化对流传热，传热系数可以提高30％左右。利用螺旋式管口固定装置和螺旋动力轮产生的冲击力矩，使塑包螺旋线或塑料螺旋扭带的旋转力矩大大强化，能够在较低流速的各种列管式传热设备中广泛应用。这种塑料螺旋结构简单，新旧设备通用，使用方便，综合效益高。
文档编号B08B9/02GK2656032SQ03227899
公开日2004年11月17日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者彭德其, 俞秀民, 俞天兰, 蒋少青, 吴金香, 崔晓利, 支校衡, 刘桂英 申请人:株洲工学院帅科机械清洗研究所