專利名稱：立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)。這種結(jié)構(gòu)的立式水冷器可以廣泛地應(yīng)用于冷凍機組的立式水冷器及其它立式水冷設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的立式水冷器的冷卻水在管內(nèi)自上而下流動，平均流速低，各管的水量分布很不均勻，又容易結(jié)垢，冷卻效率普遍很低，冰機機組運行能耗高。
防治立式水冷器管內(nèi)水垢的辦法，比較多的采用洗管器和高壓水槍及其射流，洗管器容易刮傷管內(nèi)壁，高壓水槍除垢的清潔度不高，射流的成本太高，并且三者的清洗作業(yè)都勞動強度大。比較先進的技術(shù)之一是管內(nèi)螺旋自動清洗技術(shù)。據(jù)論文(周立等，立式水冷器污垢自動清洗紐帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2001，23(1)88-90)報道，采用小扭距的光滑扭帶的使用效果好，既能在低流速下自動清洗管內(nèi)的污垢，又能夠提高傳熱系數(shù)27.5％。但是長期運行中發(fā)現(xiàn)兩個問題尚未能得到進一步解決由于各管的水量分布很不均勻，有一定比例的水冷管因水量太少扭帶不能旋轉(zhuǎn)；管口軸承磨損過快，可靠性不夠，費用較高。比較先進的技術(shù)之二是管程內(nèi)循環(huán)流態(tài)化換熱器技術(shù)，例如專利EP262725和中國專利ZL91106682.9，據(jù)論文(俞秀民，管程內(nèi)循環(huán)流態(tài)化高效換熱器研究，1996，湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1996，18(1)82-85)報道的技術(shù)使用效果的確很好，既能夠自動清洗管內(nèi)的污垢，又能夠大幅度地提高設(shè)備的冷卻冷凝能力。但是，數(shù)年運行以后，在可靠性方面暴露出兩個問題一是流態(tài)化顆粒容易從出口室跑到設(shè)備外，造成流態(tài)化顆粒的流失，尤其是流量大幅度波動時；二是篩板的篩孔逐漸地發(fā)生積累性的顆粒堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利旨在更好地解決立式水冷器管內(nèi)污垢清洗現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，借助旋轉(zhuǎn)噴氣管產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)脈沖氣流帶動立式水冷管內(nèi)的清洗元件的上下往復(fù)運動，實現(xiàn)管內(nèi)水垢的快速清洗，達到顯著提高運行效率的目的，并且本體結(jié)構(gòu)保持不變，制造費用很少增加，清洗費用十分低廉。
本發(fā)明專利的技術(shù)方案是立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，其立式水冷設(shè)備由水冷管、殼體、底室、清洗元件、氣隔板、旋轉(zhuǎn)噴氣管、調(diào)速板等構(gòu)成。每根水冷管內(nèi)放置一定量的清洗元件，上下兩端均裝有管口罩，使清洗元件始終保持在各水冷管內(nèi)。清洗元件可以是圓球形、橢球形、或其它形狀的固體顆粒，也可以是清洗刷。但是，無論清洗顆?；蚴乔逑此ⅲ浣孛娴淖畲笾睆骄箫@著地小于水冷管內(nèi)徑，并且其最小截面的直徑均必須大于水冷管管口罩的網(wǎng)孔尺寸。清洗元件的的沉降速度必須大于水冷器管內(nèi)的冷卻水的速度。進口底室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)的、產(chǎn)生脈沖氣流的旋轉(zhuǎn)噴氣管。旋轉(zhuǎn)噴氣管上安裝的調(diào)速板與垂直面之間的角度可以通過調(diào)位螺釘和定位孔板改變。氣流的脈沖周期可以通過改變調(diào)速板與垂直面之間的角度來顯著改變其旋轉(zhuǎn)阻力，實現(xiàn)周期調(diào)節(jié)的目的。
生產(chǎn)運行時，冷卻水自下而上以緩慢的速度u1向上，顯著地低于清洗元件在冷卻水里的自由沉降速度u3，因此清洗元件都停留在下端的管口罩內(nèi)。管內(nèi)水垢需要清洗時，打開進氣閥，噴氣管噴氣，借助噴氣的反推力作用緩慢地自動旋轉(zhuǎn)。噴出的氣體迅速上浮到氣隔板分割的空間，經(jīng)該區(qū)域的水冷管向上浮升運動。在同一時間里，這些受噴氣管噴氣的水冷管內(nèi)的氣泡體積逐漸地增多，與其它沒有受到噴氣管噴氣的大多數(shù)水冷管之間形成具有很大靜壓差的連通器。在此大靜壓差的作用下，這些受噴氣管噴氣的水冷管內(nèi)的氣-水混合物產(chǎn)生快速流，其速度u2顯著地大于清洗元件在冷卻水里的自由沉降速度u3，帶動清洗元件一起向上運動。由于氣-液兩相混合物的流動過程中，氣泡相對于冷卻水的浮升運動對水攪動十分劇烈，清洗元件向上運動是有波動、有旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜運動，與水冷管內(nèi)壁頻繁地碰撞摩擦，能快速、有效地將管內(nèi)壁的污垢清洗除去。清洗元件運動到水冷管的上端由管口罩檔住，清洗氣體浮升到在出口室的液面排至大氣。噴氣管旋轉(zhuǎn)離開這些水冷管后，這些水冷管內(nèi)不再有氣體，又回復(fù)到低流速u1，顯著地低于清洗元件在重力作用下的自由沉降速度u3，在水冷管上端管口罩的清洗元件以(u3-u1)的速度下沉直到下端的管口罩。因此，旋轉(zhuǎn)噴氣管每旋轉(zhuǎn)一周，各水冷管內(nèi)的清洗元件就在水冷管內(nèi)上下往復(fù)運動，對水冷管內(nèi)壁的污垢清洗一次。如此重復(fù)，能夠很快地將水冷管內(nèi)的水垢清洗得干干凈凈。旋轉(zhuǎn)噴氣管上安裝的調(diào)速板與垂直面之間的角度可以經(jīng)過手孔借助調(diào)位螺釘和定位孔板改變，以此顯著地增大或減低其旋轉(zhuǎn)阻力，達到調(diào)節(jié)氣流脈沖周期的目的。
因此，這種結(jié)構(gòu)的立式水冷器不僅可以實現(xiàn)在線清洗，清洗速度快。清洗氣體需要克服的殼程液體靜壓不大，只需要低壓氣體源。清洗時間短，清洗氣體的用量少，動力費用低廉。通過周期性的清洗，可以及時除去管內(nèi)壁污垢，保障設(shè)備長期的高效運行。


圖1立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理2氣隔板結(jié)構(gòu)A-A剖面3噴氣管調(diào)速結(jié)構(gòu)原理(B向)示意中的1.出口室 2管口罩 3.殼體 4.水冷管 5.清洗刷 6.清洗顆粒 7氣隔板8底室 9旋轉(zhuǎn)噴氣管 10進氣管 11氣壓表 12氣閥 13調(diào)速板 14手孔 15調(diào)位螺釘 16定位孔板 17不轉(zhuǎn)軸
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖1說明本發(fā)明專利的具體實施方案立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，在每根水冷管4內(nèi)放置清洗刷5或清洗顆粒6，清洗顆粒6可以是圓球形的或橢球形的，也可以是其它形狀的粗大固體顆粒。清洗刷5或清洗顆粒6的密度ρs必須大于冷卻水的密度ρw，其比值(ρs/ρw)在1.3～2.6范圍。清洗元件在冷卻水的自由沉降速度u3須顯著地高于水冷管4內(nèi)的冷卻水流速u1。清洗刷5或清洗顆粒6可以采用工程塑料制造，例如尼龍，不僅耐腐蝕，耐老化，而且可以根據(jù)需要制造調(diào)不同密度的清洗元件。清洗刷5或清洗顆粒6截面的最大直徑dmax均須小于水冷管4的內(nèi)徑D，比值(dmax/D)在0.85以下。水冷管4的上下兩端均裝有管口罩2。在底室8的頂部被氣隔板7分割為水平不相互連通的空間區(qū)域。底室8的中心安裝有旋轉(zhuǎn)噴氣管9。
生產(chǎn)運行時，冷卻水自下而上以緩慢的速度u1通過水冷管4，顯著地低于清洗刷5或清洗顆粒6在冷卻水里的自由沉降速度u3，因此清洗刷5或清洗顆粒6都停留在水冷管4下端的管口罩2里面。當水冷管4內(nèi)的水垢需要清洗時，打開氣閥12，調(diào)節(jié)氣壓使氣壓表11達到一個預(yù)定值，旋轉(zhuǎn)噴氣管9正常噴氣，借助噴氣的反推力作用緩慢地自動旋轉(zhuǎn)。噴出的氣體上浮到氣隔板7分割的空間，經(jīng)該區(qū)域的水冷管4向上浮升運動。在同一時間里，這些受旋轉(zhuǎn)噴氣管9噴氣的水冷管4內(nèi)的氣泡體積逐漸地增多，與其它沒有受到旋轉(zhuǎn)噴氣管9噴氣的大多數(shù)水冷管4之間形成具有很大靜壓差的連通器。在此大靜壓差的作用下，這些受旋轉(zhuǎn)噴氣管9噴氣的水冷管4內(nèi)的氣-水混合物產(chǎn)生向上的快速流，其速度u2顯著地大于清洗刷5或清洗顆粒6在冷卻水里的自由沉降速度u3，帶動清洗刷5或清洗顆粒6一起向上運動。由于氣-液兩相混合物的流動過程中，氣泡相對于冷卻水的浮升運動對水攪動十分劇烈，清洗刷5或清洗顆粒6的復(fù)雜運動是波動、旋轉(zhuǎn)、頻繁地與水冷管內(nèi)壁碰撞摩擦，能快速、有效地將水冷管4內(nèi)壁的污垢清洗除去。清洗刷5或清洗顆粒6運動到水冷管4的上端由管口罩2檔住，清洗氣體浮升到在出口室1的液面排至大氣。旋轉(zhuǎn)噴氣管旋轉(zhuǎn)離開這些水冷管4后，這些水冷管4內(nèi)不再有氣體，冷卻水又回復(fù)到低流速u1，顯著地低于清洗刷5或清洗顆粒6在重力作用下的自由沉降速度u3，在水冷管4上端管口罩2的清洗刷5或清洗顆粒6以(u3-u1)的速度下沉直到下端的管口罩2。因此，旋轉(zhuǎn)噴氣管9每旋轉(zhuǎn)一周，各水冷管4內(nèi)的清洗刷5或清洗顆粒6就在水冷管內(nèi)上下往復(fù)運動一次，對水冷管4內(nèi)壁的污垢清洗一次。如此重復(fù)若干次，半個小時左右就可以將水冷管4內(nèi)的水垢清洗得干干凈凈。顯然，脈沖氣流的周期必須大于旋轉(zhuǎn)噴氣管9的旋轉(zhuǎn)周期。若旋轉(zhuǎn)噴氣管9的旋轉(zhuǎn)速度過快或太慢，小于調(diào)節(jié)周期時，可以經(jīng)過手孔14借助調(diào)位螺釘15和定位孔板16改變調(diào)速板13與垂直面之間的角度，來增大或減低其旋轉(zhuǎn)阻力，達到調(diào)節(jié)氣流脈沖周期的目的。
實例1，在Φ25×2.5×5000的立式碳鋼管水冷器內(nèi)試驗，清洗顆粒6的直徑13.7mm、密度1100Kg/m3，清洗顆粒6向上運動的平均速度達到1.71m/s，向下運動的平均速度為0.23m/s。清洗顆粒6每次上下往復(fù)清洗運動一次的時間約2.6秒，水冷管4每根每次的清洗氣體用量為2.80×10-4m3。每根水冷管4內(nèi)裝5個清洗顆粒6、冷卻水流速在0.05m/s～0.32m/s時的流體阻力只有120Pa～1080Pa；每根水冷管4內(nèi)裝10個清洗顆粒6、冷卻水流速在0.05m/s～0.32m/s時的流體阻力只有150Pa～1710Pa。
對于冷卻面積200m2的立式水冷器，按此計算的氣體用量只需要72m3/h左右；清洗氣體的壓力要求也很低，60Kpa以上就足夠，耗電費1元左右。因此，這種新結(jié)構(gòu)的立式水冷器不僅可以實現(xiàn)在線清洗，清洗速度快。清洗氣體需要克服的殼程液體靜壓不大，只需要低壓氣體源。操作簡便，清洗時間短，清洗氣體的用量很少，費用十分低廉。通過周期性的清洗，及時除去管內(nèi)污垢，保障設(shè)備長期的高效運行。
權(quán)利要求
1.立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，由水冷管(4)，殼體(3)、底室(8)、氣隔板(7)、旋轉(zhuǎn)噴氣管(9)、調(diào)速板(13)等構(gòu)成的立式水冷設(shè)備，其特征在于水冷管(4)內(nèi)放置有清洗刷(5)或清洗顆粒(6)，上下兩端裝有管口罩(2)，底室(8)內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)噴氣管(6)，旋轉(zhuǎn)噴氣管(9)上安裝的調(diào)速板(13)與垂直面之間的角度可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，其特征在于旋轉(zhuǎn)噴氣管(9)上安裝的調(diào)速板(13)與垂直面之間的角度可以通過調(diào)位螺釘(15)和定位孔板(16)改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，其特征在于清洗顆粒(6)可以是圓球形、橢球形、或其它形狀的固體顆粒，其截面的最小直徑必須大于水冷管(4)的管口罩(2)的網(wǎng)孔尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)，其特征在于清洗刷(5)，要求其截面的最大直徑dmax顯著地小于水冷管(4)的內(nèi)徑D，其比值(dmax/D)小于0.85。
全文摘要
立式水冷設(shè)備管內(nèi)污垢氣流脈沖清洗技術(shù)的水冷管內(nèi)放置清洗顆?；蚴乔逑此?，兩端管口由管口罩網(wǎng)住。進口底室內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生脈沖氣流的旋轉(zhuǎn)噴氣管，旋轉(zhuǎn)周期可以通過調(diào)速板調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)噴氣管旋轉(zhuǎn)每一周，噴出的清洗氣體就能夠帶動水冷管內(nèi)的清洗元件劇烈地上下往復(fù)運動清洗一次，以此實現(xiàn)在線、快速清洗，保障長期高效運行的目的。這種水冷器結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，清洗氣體的壓力低，消耗量少，能耗低，清洗費用低廉。
文檔編號F28G1/00GK1727834SQ200410046610
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者彭德其, 俞秀民, 俞天蘭, 支校衡, 劉桂英, 蔣少青 申請人:株洲工學(xué)院