专利名称：立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术。这种结构的立式水冷器可以广泛地应用于冷冻机组的立式水冷器及其它立式水冷设备。
背景技术：
传统结构的立式水冷器的冷却水在管内自上而下流动，平均流速低，各管的水量分布很不均匀，又容易结垢，冷却效率普遍很低，冰机机组运行能耗高。
防治立式水冷器管内水垢的办法，比较多的采用洗管器和高压水枪及其射流，洗管器容易刮伤管内壁，高压水枪除垢的清洁度不高，射流的成本太高，并且三者的清洗作业都劳动强度大。比较先进的技术之一是管内螺旋自动清洗技术。据论文(周立等，立式水冷器污垢自动清洗纽带结构优化研究，湘潭大学自然科学学报，2001，23(1)88-90)报道，采用小扭距的光滑扭带的使用效果好，既能在低流速下自动清洗管内的污垢，又能够提高传热系数27.5％。但是长期运行中发现两个问题尚未能得到进一步解决由于各管的水量分布很不均匀，有一定比例的水冷管因水量太少扭带不能旋转；管口轴承磨损过快，可靠性不够，费用较高。比较先进的技术之二是管程内循环流态化换热器技术，例如专利EP262725和中国专利ZL91106682.9，据论文(俞秀民，管程内循环流态化高效换热器研究，1996，湘潭大学自然科学学报，1996，18(1)82-85)报道的技术使用效果的确很好，既能够自动清洗管内的污垢，又能够大幅度地提高设备的冷却冷凝能力。但是，数年运行以后，在可靠性方面暴露出两个问题一是流态化颗粒容易从出口室跑到设备外，造成流态化颗粒的流失，尤其是流量大幅度波动时；二是筛板的筛孔逐渐地发生积累性的颗粒堵塞。
发明内容
本发明专利旨在更好地解决立式水冷器管内污垢清洗现有技术的缺陷，提出一种立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，借助旋转喷气管产生的旋转脉冲气流带动立式水冷管内的清洗元件的上下往复运动，实现管内水垢的快速清洗，达到显著提高运行效率的目的，并且本体结构保持不变，制造费用很少增加，清洗费用十分低廉。
本发明专利的技术方案是立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，其立式水冷设备由水冷管、壳体、底室、清洗元件、气隔板、旋转喷气管、调速板等构成。每根水冷管内放置一定量的清洗元件，上下两端均装有管口罩，使清洗元件始终保持在各水冷管内。清洗元件可以是圆球形、椭球形、或其它形状的固体颗粒，也可以是清洗刷。但是，无论清洗颗粒或是清洗刷，其截面的最大直径均要求显著地小于水冷管内径，并且其最小截面的直径均必须大于水冷管管口罩的网孔尺寸。清洗元件的的沉降速度必须大于水冷器管内的冷却水的速度。进口底室内设置有转速可以调节的、产生脉冲气流的旋转喷气管。旋转喷气管上安装的调速板与垂直面之间的角度可以通过调位螺钉和定位孔板改变。气流的脉冲周期可以通过改变调速板与垂直面之间的角度来显著改变其旋转阻力，实现周期调节的目的。
生产运行时，冷却水自下而上以缓慢的速度u1向上，显著地低于清洗元件在冷却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内。管内水垢需要清洗时，打开进气阀，喷气管喷气，借助喷气的反推力作用缓慢地自动旋转。喷出的气体迅速上浮到气隔板分割的空间，经该区域的水冷管向上浮升运动。在同一时间里，这些受喷气管喷气的水冷管内的气泡体积逐渐地增多，与其它没有受到喷气管喷气的大多数水冷管之间形成具有很大静压差的连通器。在此大静压差的作用下，这些受喷气管喷气的水冷管内的气-水混合物产生快速流，其速度u2显著地大于清洗元件在冷却水里的自由沉降速度u3，带动清洗元件一起向上运动。由于气-液两相混合物的流动过程中，气泡相对于冷却水的浮升运动对水搅动十分剧烈，清洗元件向上运动是有波动、有旋转的复杂运动，与水冷管内壁频繁地碰撞摩擦，能快速、有效地将管内壁的污垢清洗除去。清洗元件运动到水冷管的上端由管口罩档住，清洗气体浮升到在出口室的液面排至大气。喷气管旋转离开这些水冷管后，这些水冷管内不再有气体，又回复到低流速u1，显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，旋转喷气管每旋转一周，各水冷管内的清洗元件就在水冷管内上下往复运动，对水冷管内壁的污垢清洗一次。如此重复，能够很快地将水冷管内的水垢清洗得干干净净。旋转喷气管上安装的调速板与垂直面之间的角度可以经过手孔借助调位螺钉和定位孔板改变，以此显著地增大或减低其旋转阻力，达到调节气流脉冲周期的目的。
因此，这种结构的立式水冷器不仅可以实现在线清洗，清洗速度快。清洗气体需要克服的壳程液体静压不大，只需要低压气体源。清洗时间短，清洗气体的用量少，动力费用低廉。通过周期性的清洗，可以及时除去管内壁污垢，保障设备长期的高效运行。
图1立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术的结构原理2气隔板结构A-A剖面3喷气管调速结构原理(B向)示意中的1.出口室 2管口罩 3.壳体 4.水冷管 5.清洗刷 6.清洗颗粒 7气隔板8底室 9旋转喷气管 10进气管 11气压表 12气阀 13调速板 14手孔 15调位螺钉 16定位孔板 17不转轴
具体实施例方式
以下结合附图1说明本发明专利的具体实施方案立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，在每根水冷管4内放置清洗刷5或清洗颗粒6，清洗颗粒6可以是圆球形的或椭球形的，也可以是其它形状的粗大固体颗粒。清洗刷5或清洗颗粒6的密度ρs必须大于冷却水的密度ρw，其比值(ρs/ρw)在1.3～2.6范围。清洗元件在冷却水的自由沉降速度u3须显著地高于水冷管4内的冷却水流速u1。清洗刷5或清洗颗粒6可以采用工程塑料制造，例如尼龙，不仅耐腐蚀，耐老化，而且可以根据需要制造调不同密度的清洗元件。清洗刷5或清洗颗粒6截面的最大直径dmax均须小于水冷管4的内径D，比值(dmax/D)在0.85以下。水冷管4的上下两端均装有管口罩2。在底室8的顶部被气隔板7分割为水平不相互连通的空间区域。底室8的中心安装有旋转喷气管9。
生产运行时，冷却水自下而上以缓慢的速度u1通过水冷管4，显著地低于清洗刷5或清洗颗粒6在冷却水里的自由沉降速度u3，因此清洗刷5或清洗颗粒6都停留在水冷管4下端的管口罩2里面。当水冷管4内的水垢需要清洗时，打开气阀12，调节气压使气压表11达到一个预定值，旋转喷气管9正常喷气，借助喷气的反推力作用缓慢地自动旋转。喷出的气体上浮到气隔板7分割的空间，经该区域的水冷管4向上浮升运动。在同一时间里，这些受旋转喷气管9喷气的水冷管4内的气泡体积逐渐地增多，与其它没有受到旋转喷气管9喷气的大多数水冷管4之间形成具有很大静压差的连通器。在此大静压差的作用下，这些受旋转喷气管9喷气的水冷管4内的气-水混合物产生向上的快速流，其速度u2显著地大于清洗刷5或清洗颗粒6在冷却水里的自由沉降速度u3，带动清洗刷5或清洗颗粒6一起向上运动。由于气-液两相混合物的流动过程中，气泡相对于冷却水的浮升运动对水搅动十分剧烈，清洗刷5或清洗颗粒6的复杂运动是波动、旋转、频繁地与水冷管内壁碰撞摩擦，能快速、有效地将水冷管4内壁的污垢清洗除去。清洗刷5或清洗颗粒6运动到水冷管4的上端由管口罩2档住，清洗气体浮升到在出口室1的液面排至大气。旋转喷气管旋转离开这些水冷管4后，这些水冷管4内不再有气体，冷却水又回复到低流速u1，显著地低于清洗刷5或清洗颗粒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或清洗颗粒6以(u3-u1)的速度下沉直到下端的管口罩2。因此，旋转喷气管9每旋转一周，各水冷管4内的清洗刷5或清洗颗粒6就在水冷管内上下往复运动一次，对水冷管4内壁的污垢清洗一次。如此重复若干次，半个小时左右就可以将水冷管4内的水垢清洗得干干净净。显然，脉冲气流的周期必须大于旋转喷气管9的旋转周期。若旋转喷气管9的旋转速度过快或太慢，小于调节周期时，可以经过手孔14借助调位螺钉15和定位孔板16改变调速板13与垂直面之间的角度，来增大或减低其旋转阻力，达到调节气流脉冲周期的目的。
实例1，在Φ25×2.5×5000的立式碳钢管水冷器内试验，清洗颗粒6的直径13.7mm、密度1100Kg/m3，清洗颗粒6向上运动的平均速度达到1.71m/s，向下运动的平均速度为0.23m/s。清洗颗粒6每次上下往复清洗运动一次的时间约2.6秒，水冷管4每根每次的清洗气体用量为2.80×10-4m3。每根水冷管4内装5个清洗颗粒6、冷却水流速在0.05m/s～0.32m/s时的流体阻力只有120Pa～1080Pa；每根水冷管4内装10个清洗颗粒6、冷却水流速在0.05m/s～0.32m/s时的流体阻力只有150Pa～1710Pa。
对于冷却面积200m2的立式水冷器，按此计算的气体用量只需要72m3/h左右；清洗气体的压力要求也很低，60Kpa以上就足够，耗电费1元左右。因此，这种新结构的立式水冷器不仅可以实现在线清洗，清洗速度快。清洗气体需要克服的壳程液体静压不大，只需要低压气体源。操作简便，清洗时间短，清洗气体的用量很少，费用十分低廉。通过周期性的清洗，及时除去管内污垢，保障设备长期的高效运行。
权利要求
1.立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，由水冷管(4)，壳体(3)、底室(8)、气隔板(7)、旋转喷气管(9)、调速板(13)等构成的立式水冷设备，其特征在于水冷管(4)内放置有清洗刷(5)或清洗颗粒(6)，上下两端装有管口罩(2)，底室(8)内设置有旋转喷气管(6)，旋转喷气管(9)上安装的调速板(13)与垂直面之间的角度可以旋转调节。
2.根据权利要求1所述的立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，其特征在于旋转喷气管(9)上安装的调速板(13)与垂直面之间的角度可以通过调位螺钉(15)和定位孔板(16)改变。
3.根据权利要求1所述的立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，其特征在于清洗颗粒(6)可以是圆球形、椭球形、或其它形状的固体颗粒，其截面的最小直径必须大于水冷管(4)的管口罩(2)的网孔尺寸。
4.根据权利要求1所述的立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术，其特征在于清洗刷(5)，要求其截面的最大直径dmax显著地小于水冷管(4)的内径D，其比值(dmax/D)小于0.85。
全文摘要
立式水冷设备管内污垢气流脉冲清洗技术的水冷管内放置清洗颗粒或是清洗刷，两端管口由管口罩网住。进口底室内设置有产生脉冲气流的旋转喷气管，旋转周期可以通过调速板调节。旋转喷气管旋转每一周，喷出的清洗气体就能够带动水冷管内的清洗元件剧烈地上下往复运动清洗一次，以此实现在线、快速清洗，保障长期高效运行的目的。这种水冷器结构简单，操作简便，清洗气体的压力低，消耗量少，能耗低，清洗费用低廉。
文档编号F28G1/00GK1727834SQ200410046610
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月30日 优先权日2004年7月30日
发明者彭德其, 俞秀民, 俞天兰, 支校衡, 刘桂英, 蒋少青 申请人:株洲工学院