专利名称:振动除尘式热管热交换器的制作方法
本实用新型属于热交换介质不直接接触的热交换装置。
热管式热交换器是近二十年来工业中新型热交换手段之一，多用于两种介质特别是气相介质间的热量交换，典型的例子是回收工业废气中的余热。在回收无尘热废气的余热时，热管式热交换器通常由箱体、中隔板以及置于箱体中的热管群构成。中隔板作为热管的支持体，把热管分隔成热端和冷端，并把箱体分隔成两个互不相通的腔室。热废气通过热管的热端腔室时，热量通过热管被传递至冷端，加热了通过冷端腔室的气体，回收了热废气的余热。
工业条件下，热废气多含有粉尘，它会积堵在热管元件的翅片间，严重降低热交换器的效率。目前主要采用吹灰装置以及移动层式热管热交换器，以消除积尘对热交换器传热效率的影响。采用吹灰除尘时，需在热交换器上安装一套吹灰装置，依靠高压空气或蒸汽的吹喷，使聚集在热管上的粉尘跌落。这种除尘方式需要一套高压送风装置。在停止吹灰期间，热管的传热效率随积尘量的增加而下降，在含尘量较大的情况下，特别是尘粒细小并略有粘性时，传热效率将迅速下降。为保持较好的传热效率，必须频繁地吹灰，而过份频繁地吹灰也将使热交换器的传热效率下降。
《新能源》1982年第4卷第1期(科学文献出版社重庆分社出版)刊登的“移动层式热交换器的研究及其应用”一文介绍了移动层式热管热交换器，它由热交换器箱体、中隔板、热管群组成。为了除尘，专门设计有一套传热粒子的分离和提升装置。含尘热废气进入热管群上部的过滤层，在加热过滤层粒子的同时，滤去了粉尘，然后排入大气，被加热的粒子靠重力下降，经过热管群将热量传给热管之后，从定量取出机取出，用振动筛把过滤层粒子与粉尘分离，通过斗式提升机之类的输送机械把筛分出来的粒子送回到滤层顶部循环使用。一般采用的传热粒子是硅砂或钢丸。它除了需要一套分离粉尘和提升传热粒子的装置外，在设备运行时，热管及翅片还要受到移动层传热粒子的撞击和摩擦，存在热管及翅片磨损大、热管使用寿命短及设备复杂的缺陷。
本实用新型的目的，在于避免现有技术中上述不足之处，提供一种能简便地高效率去除积堵在热管及其翅片间的粉尘的热管式热交换器，它依靠机械振动方式清除热管上的积尘，从而达到提高热交换效率的效果。
本实用新型由热交换器箱体〔1〕，热管〔2〕群，作为热管支架的中隔板〔3〕，位于热管与中隔板接合处、旣允许热管在垂直于中隔板的一定圆锥角内摆动，又提供密封作用的球形密封〔4〕，由传振板〔5〕、传振导杆〔6〕等组成使热管产生振动的振动装置和使热管保持平衡的平衡装置等构成。热管能以中隔板上球形密封为静止支点产生受迫振动，以下结合附图对本实用新型予以说明。
。图1是振动除尘式热管热交换器主视图，图2是中隔板球形密封〔4〕的局部视图，图3是振动除尘式热管热交换器的A－A剖视图，图4是设置有限振板及辅助平衡装置的振动除尘式热管热交换器热端局部视图。
穿过中隔板〔3〕的热管〔2〕，中部焊有带半凸球面中隔圈〔7〕，在中隔板上，有以过渡配合装在中隔板孔中并带半凹球面的中心孔和突缘的基座〔8〕，热管穿过基座〔8〕的中心孔，半凸球面中隔圈以密动配合方式紧贴在半凹球面上，构成球形密封〔4〕。热管依靠该球形密封可在一个顶点位于热管中心线上的圆锥角范围内摆动。为使球形密封气密，在中隔圈的半凸球面上开有两条环形槽〔9〕，其内嵌装有环状密封填料。
热管两端靠近端部的外面，装有与热管紧配合的承击套管〔10〕，使热管在受迫振动时不易撞坏，延长使用寿命。热管冷端端部穿过塔形压缩弹簧〔11〕，从作为压缩弹簧基座的角钢〔12〕上的孔中伸出，角钢〔12〕上的孔的直径略大于承击套管的外径。压缩弹簧的底部卡在焊固于角钢〔12〕孔外的定位圈中，而其顶部则套在热管端部第一块翅片的基部。角钢〔12〕将同一水平位置的热管组成一个热管组，若干不同水平位置的热管组，组成了热交换器的热管群。这些水平角钢的两端，用螺栓紧固在热交换器箱体〔1〕内壁的垂直角钢〔13〕上。
为增强球形密封的密封力，使热管更好地保持在平衡位置，在热管的热端可设置辅助平衡装置，它是用拉伸弹簧〔14〕钩住热管端部，拉伸弹簧的另一端则钩在调节螺栓〔15〕的尾部，该螺栓穿过有略大于其直径的孔的拉簧角钢〔16〕，如同热管冷端压缩弹簧基座的角钢〔12〕一样，拉簧角钢〔16〕用螺栓水平地固定于垂直安装在箱体〔1〕内壁的另一角钢〔17〕上，同一水平位置的热管形成一个热管组。旋转调节螺栓〔15〕的螺母〔18〕，即可调节每支热管的拉伸弹簧的拉力。热管冷端的压缩弹簧的压力和热端拉伸弹簧的拉力，提供了热管中部和中隔板之间的球形密封的密封力，使热管热端腔室的含尘热废气不会泄溢到冷端腔室的洁净介质之中。压缩弹簧和拉伸弹簧还使热管保持平衡，在停止振动时使热管回复到静止状时的平衡位置。
热交换器靠近热管热端设置有传振板〔5〕，传振板上按中隔板孔位开有略大于承击套管的孔〔19〕，热管热端的承击套管穿过该孔，传振板将热管联结成群。传振板的上部有二个轴销〔20〕，在下部有两根传振导杆〔6〕。轴销和传振导杆是用焊在它们上面的连接板〔21〕通过螺栓与传振板紧固成一体。传振板与中隔板平行安装。传振板上部的轴销穿过热交换器箱体外壳面的轴瓦和密封、圈〔22〕、压缩弹簧〔23〕，轴销顶端车有螺纹，用两个调节螺母〔24〕调节压缩弹簧〔23〕的弹力，并紧固定位。传振板下部的传振导杆〔6〕通过热交换器底部箱体外壳面上的轴瓦和密封圈〔25〕之后，其端部与振动源相联接。轴销〔20〕的压缩弹簧〔23〕主要用于承受传振板的荷载，因此，在传振导杆与振动源相联接之前调整两个调节螺母〔24〕，压缩弹簧，使其压缩后产生的变形力足以支撑传振板并保持适当的高度，使各支热管穿过传振板的孔中无明显受力现象；传振导杆与振动源联接时则应使传振导杆无明显轴向受力现象。
为限制热管在起振或停振时产生振幅过大的振动，在传振板靠近中隔板的一侧，可设置有与其平行的限振板〔26〕，限振板的开孔位置与传振板完全一样，孔径与传振板上的孔相同或稍大。限振板上部结构与传振板的上部结构相同，它的下部则是两支导向短轴〔27〕，导向短轴〔27〕穿过热交换器箱体外壳面的轴瓦和密封圈〔28〕。这样，限振板本身在受迫振动时旣不会产生窜动，利用其惰性，又可阻止热管在振动时产生的振幅过大；在热管振动触及限振板时，其撞击作用有利于振落附着在翅片间的粉尘。
为使振动不触及箱体，传振板和限振板的四周边沿与箱体之间，均留有间隙。
轴销、传振导杆和导向短轴等部件也可在箱体的两侧横向安装。此时，应在传振导杆和导向短轴上安装与轴销相似的平衡弹簧，与传振导杆相联的振动源产生的振动，将使热管产生横向受迫振动。
当振动源产生的振动通过与其相联接的传振导杆传达到传振板时，传振板将撞击承击套管，使热管群产生以中隔板上球形密封为支点的振动。热管振动的振幅、频率和振动的时间长短，视热废气含尘浓度高低及粉尘性质，调节振动源的振幅、频率和振动时间长短予以控制。本实用新型采用频率1～60赫兹，振幅0.75～2毫米的振动。
本实用新型的实施例之一如图1所示，用金属材料制造。箱体〔1〕制成两段式，用螺栓紧固在中隔板〔3〕的两侧。热管中部的球形密封，包括带半凹球面的基座〔8〕，焊在热管中部的中隔圈〔7〕均在热管串装翅片之前装配完成。为使热管能从中隔板上的球形密封基座安装孔中穿过，热管翅片直径应比中隔板上的安装孔孔径至少小1毫米。
箱体上盖板和两端的端部盖板，用螺栓紧固在箱体上并加以密封。热管从冷端腔室穿过中隔板及传振板上的孔，并使带半凹球面的基座〔8〕装入到中隔板的孔中，两者为过渡配合，基座突缘压在中隔板面上。
同一水平位置的热管用塔形压缩弹簧〔11〕套在热管的翅片基部后，装上作为压缩弹簧基座的角钢〔12〕，使弹簧基部卡在焊固于角钢上的定位圈中，热管端部穿过角钢〔12〕上的开孔，该孔的孔径应比热管端部承击套管外径大4毫米，角钢〔12〕压紧弹簧〔11〕，用螺栓将角钢〔12〕紧固在热交换器内壁的垂直角钢〔13〕上。角钢〔12〕和〔13〕用螺栓相互紧固的孔，各自开成顺角钢方向的椭圆形，用以调节角钢〔12〕的位置，以控制每组热管热端的空间位置。
热管热端的端部穿过传振板〔5〕上的孔，传振板开孔的孔径比热管端部承击套管外径大1.5毫米。传振板与中隔板平行安装，其四周边沿与箱体内壁之间留有30毫米间隙。角钢〔12〕、中隔板〔3〕、传振板〔5〕三者相对应的孔，由角钢〔12〕的位置和传振板上部轴销〔20〕的两个调节螺母〔24〕调节同心度。在调节至最佳状态时，每支热管均不与角钢〔12〕和传振板〔5〕相接触。
安装并调整好传振板〔5〕、热管〔2〕群及压缩弹簧〔11〕、角钢〔12〕的相对位置，使各支热管穿过传振板的孔中无明显受力现象后，把传振导杆〔6〕与振动源联接起来。振动源与传振导杆联接时，应使传振导杆无明显的轴向受力现象。微弱的轴向力使传振板沿传振导杆轴向产生的位移，可通过调整轴销〔20〕的螺母〔24〕使之恢复到联接振动源之前的状态。
最后，将热交换器的热端在下，冷端在上，向上成十五度倾斜安装，将热交换器热端腔室的进出口接入热废气烟道系统，冷端腔室接入回收余热的气体管道系统，振动除尘式热管热交换器即可投入使用。
本实用新型在振动频率23赫兹，振幅1.5毫米的连续振动时，给入烟气含尘量高达40克／标立方米，温度300℃的含尘热废气的条件下，与给入无烟尘的气体相比，热管的传热效率变化小于10％。
本实用新型实施例之二，除热交换器热管热端部份外，其余结构、参数及安装与实施例一相同。实施例二的热管热端部份如图4所示。在传振板〔5〕靠近中隔板的一侧设置有与传振板平行的限振板〔26〕，限振板〔26〕上用以穿过热管的开孔，孔径比承击套管大2毫米。限振板的大小，开孔位置，厚度，材质与传振板相同，两板相距50毫米。限振板上部结构与传振板的上部结构相同，安装时亦使在静止状态时不触及从孔中穿过的热管。限振板的下部是两支导向短轴〔27〕它穿过箱体外壳面上的轴瓦〔28〕和密封圈，以控制限振板只能产生上下受迫振动。
实施例之二的热管热端还用拉伸弹簧〔14〕钩在调节螺栓〔15〕的尾部，该螺栓穿过开有略大于其直径的孔的角钢〔16〕，角钢〔16〕用螺栓水平地固定在垂直安装在箱体内壁的另一角钢〔17〕上，调节螺栓〔15〕的螺母〔18〕，可调节每一支热管的拉伸弹簧的拉力。
本实用新型适于冶金、化工、陶瓷、火力发电等多种行业工业炉窑的含尘热废气的余热回收利用。
权利要求
1.一种热管式热交换器，它包含箱体，由热管组成的热管群，将热管分隔成热端和冷端，把箱体分隔成两个互不相通的腔室，并作为热管支撑体的中隔板，其特征在于它是一种由允许热管摆动的球形密封，使热管产生振动的振动装置和使热管保持平衡的平衡装置构成的振动除尘式热管热交换器，所述的球形密封由以过渡配合嵌装在中隔板孔中，带有半凹球面及突缘的基座和焊固于热管中部的半凸球面中隔圈构成，所述的振动装置由与中隔板平行安装的传振板，与振动源联接的传振导杆以及轴销，压缩弹簧，调节螺母组成，所述的平衡装置由安装在热管冷端的塔形压缩弹簧和作为该压缩弹簧基座的水平角钢构成。
2.按权利要求
1所述的振动除尘式热管热交换器，其特征在于所述的半凸球面中隔圈上开有可嵌入密封填料的环形槽。
3.按权利要求
1所述的振动除尘式热管热交换器，其特征在于所述的振动装置还可设置与传振板平行安装的限振板。
4.按权利要求
1所述的振动除尘式热管热交换器，其特征在于每支热管的两端端部有以紧配合方式安装的承击套管。
5.按权利要求
1所述的振动除尘式热管热交换器，其特征在于还可在热管热端设置由拉伸弹簧，作为拉伸弹簧基座的水平角钢及拉簧调节螺栓组成的辅助平衡装置。
6.按权利要求
1所述的振动除尘式热管热交换器，其特征在于热管作连续或间断式受迫振动的振动频率为1～60赫兹，振幅为0.75～2毫米。
专利摘要
一种振动除尘式热管热交换器，它由箱体、热管群，中隔板，热管与中隔板之间的球形密封以及保持热管平衡的弹簧，使热管产生振动的传振机构组成。该热交换器结构简单，用于含尘热废气余热回收，与无尘时相比，高达40克/标立方米的尘量，传热效率变化小于10％。
文档编号F28D15/02GK87204145SQ87204145
公开日1988年5月4日 申请日期1987年4月20日
发明者任泽民, 李栋芳, 刘景韶, 黄贤芳, 钟仪威, 李辉 申请人:湖南有色金属研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan