一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器的制作方法

本发明涉及一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器，涉及反向自然循环蒸发器加热管内的对流传热强化和盐结晶垢的自动清洗。它主要适用于正压和常压的要结晶盐垢的溶液的蒸发器和蒸发结晶器。

背景技术：

众所周知，高盐溶液蒸发器都非常容易结盐垢。加热管内结盐垢后，能耗显著升高，产能降低，因而被迫停车清洗，严重影响蒸发生产的效益。为此，高盐溶液大多采用强制循环蒸发器，加热管内的流速普遍设计在2(m/s)以上。大流量的大型循环泵配大功率的电机，每年运行电费少则数十万元，多数百万元，高者更是数百万元、甚至上千万元。问题还在于，采用如此高能耗的强制循环泵后，虽然可以借助溶液中悬浮的晶体对加热管内壁进行冲洗，能够减缓结垢的速度，延长停车清洗的周期，但是仍然不能从根本上解决结晶盐垢带来的周期性停车清洗、能耗高和蒸发生产效益低下的根本问题。

技术实现要素：

本发明提出一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器，加热管内安装的清洗螺旋不仅有较好的对流强化功能，而且还能够慢速自转，有比较强的自动清洗功能。反向自然循环蒸发器可以避免加热管内沸腾汽化，显著减缓结垢速度，降低自动清洗的难度。在此基础上，采用冲浪头作为自动清洗的动力头，有效利用中心循环管出口的冲浪流的强大动力，驱动圆锥压缩弹簧—清洗螺旋，产生上下数十毫米的往复运动，激发频繁、有力的横向振动，敲击管内壁结晶盐垢，实现均匀地、高效地除盐清洗，达到避免周期性频繁停车清洗、提高产能、降低能耗的目的。

本发明的技术方案为：一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室、中心循环管、加热室、底室、反向循环喷汽环、加热管、冲浪头、圆锥压缩弹簧、清洗螺旋、管口座。

蒸发室、中心循环管、加热室、加热管、反向循环喷汽环、底室，组成传统结构的反向自然循环蒸发器。本发明方案的主要特点在于：有冲浪头、清洗螺旋、圆锥压缩弹簧、管口座组成的自动清洗机构。冲浪头是该自动清洗机构的动力头，冲浪头的顶部能够有效地利用冲浪流提供的强大动力。冲浪头压在圆锥压缩弹簧上。清洗螺旋穿过圆锥压缩弹簧和冲浪头的轴承台后弯钩悬挂在冲浪头上。圆锥压缩弹簧的上端的钢丝穿过冲浪头的组装孔固定，圆锥压缩弹簧的下端的钢丝穿过管口座的固定孔固定。管口座插装在加热管的上口内。

冲浪头采用耐高温、低摩擦磨损的塑料制造，结构元素有轴承台、冲浪盘、冲浪裙、组装孔。轴承台的作用是给清洗螺旋提供轴向固定的自转滑动轴承面，轴承台的外径8～20mm、高度δ为10～30mm，穿越钢丝清洗螺旋的中心轴孔直径2.5～5mm。冲浪盘的外径d1为加热管内径d0的0.60～0.95倍。冲浪裙为圆锥形结构，冲浪裙的圆锥角须≥圆锥压缩弹簧的圆锥角，冲浪裙的高度h为加热管内径d0的0.5～1.2倍。冲浪裙上开设3～6个入口窗的总面积要求≥加热管的流通截面积，以保障圆锥压缩弹簧极限压缩后仍然有足够大的通流面积。

圆锥压缩弹簧采用直径1.2～2.0mm的不锈钢丝或钛合金钢丝制造。工作压缩量δh设计值为30～60mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，都要求取值较大。它的大端外径≥加热管的外径，小端外径13～26mm，圈数8～20，按照5n作用力下发生的压缩变形量在60～120mm的原则确定。

加热管内安装的清洗螺旋不仅是对流传热强化元件，同时又是自动清洗元件。清洗螺旋采用不锈钢丝和钛合金钢丝制造，钢丝直径1.6～3.0mm。清洗螺旋的外径比加热管内径小4.0～8.0mm，清洗螺旋的螺距20～40mm。加热管外径最常用的是和两种，长度范围4000～6000mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，长度取值都愈大。

管口座有插管、固定孔和法兰盘组成。法兰盘外径要求大于加热管外径。插管的外径d0与加热管内径相同，插管的壁厚0.8～2.0mm，插管的插入深度取25～60mm，插管向上伸出法兰盘的高度5～10mm。固定孔的直径3～6mm。管口座采用耐高温的塑料制造，或耐腐蚀的金属制造。

中心循环管的截面积≥所有加热管的流通总面积，以便充分汽化，减少出口汽液两相流的速度过高造成的动能损失，提高自然循环的有效推动力。中心循环管出口端的上伸堰的高度h1要求≥300mm，保证自然循环的冲浪流对冲浪头有足够大的冲压力。循环管进口端的下伸段的高度h2要求≥100mm，避免中心循环管的进口流对周边的清洗螺旋尾端的横向作用力过大而引发相互缠绕。中心循环管的下方，设置有反向循环喷汽环，反向循环喷汽环的上侧均布开设3～10mm的喷汽孔，是用来开车时启动反向自然循环的。

开车时，蒸发室内的溶液温度达到沸点后，打开给反向循环喷汽环送加热蒸汽，使中心循环管内充满大量的蒸汽泡，与加热管内的单相流形成较大的密度差，产生反向自然循环大推动力所需的静压差，引发反向循环的高流速流动，待反向循环稳定后即可关停反向循环喷汽环送加热蒸汽。溶液在加热管内向下流动过程中温度虽然逐步提高，但是静压也逐步增大，因而不会发生明显的沸腾汽化，能够维持反向自然循环的稳定运行。蒸发压力愈高，传热温差愈大，汽化深度愈大，反向循环的推动力愈大，反循环就愈稳定；并且，小汽泡合并长大的时间也愈长，大蒸汽泡愈多，出口流速的波动强度愈大，为清洗螺旋的上下往复运动提供的动力就愈大，因而自动清洗的效果也愈好。

生产运行时，加热管内的较高流速对清洗螺旋的螺旋导流作用，不仅有较好的对流传热强化作用，还驱动清洗螺旋的低速自转和每分钟100次以上的横向振动，敲击加热管内壁面，除垢清洗效果显著。冲浪头在承受较大幅度波动的两相流的冲浪流的大冲压力作用时，冲压力变化的幅度也比较大，由此引起的圆锥压缩弹簧的伸缩量大，带动了清洗螺旋上下大往复运动。这种上下往复运动的行程大小是随机变化的，但是通过圆锥压缩弹簧的刚度设计，控制在30～60mm范围内。由于清洗螺旋弯钩对冲浪头的作用力，总是值落在冲浪头的一侧，圆锥压缩弹簧的压缩变形自然就是弯向这一侧，因此圆锥压缩弹簧也始终随著清洗螺旋的自转作倾斜弯曲的旋转运动，增大了清洗螺旋对加热管内壁盐垢清洗的横向力，提高了自动清洗的效果。

附图说明

图1为本发明一实施例中的一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器的示意图；图2为本发明一实施例中的冲浪头、清洗螺旋、圆锥压缩弹簧和管口座组成的自动清洗机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、图2，对本发明作进一步详细的描述。

图中的：1、蒸发室，2、上伸堰，3、冲浪流，4、冲浪头，5、圆锥压缩弹簧，6、管口座，7、清洗螺旋，8、加热管，9、加热室，10、中心循环管，11、下伸段，12、底室，13、反向循环喷汽环，14、法兰盘，15、固定孔，16、插管，17、入口窗，18、组装孔，19、轴承台，20、冲浪盘，21、冲浪裙。

一种冲浪清洗式反向自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室1、中心循环管10、加热室9、底室12、反向循环喷汽环13、加热管8、冲浪头4、圆锥压缩弹簧5、清洗螺旋7、管口座6。蒸发室1、中心循环管10、加热室9、加热管8、反向循环喷汽13、底室12，组成传统结构的反向自然循环蒸发器。本发明方案的主要特点在于：有冲浪头4、清洗螺旋7、圆锥压缩弹簧5、管口座6组成的自动清洗机构。冲浪头4是该自动清洗机构的动力头，冲浪头4的顶部能够有效地利用冲浪流3提供的强大动力。冲浪头4压在圆锥压缩弹簧5上。清洗螺旋7穿过圆锥压缩弹簧5和冲浪头4的轴承台19后弯钩悬挂在冲浪头4上。圆锥压缩弹簧5的上端的钢丝穿过冲浪头4的组装孔18固定，圆锥压缩弹簧5的下端的钢丝穿过管口座6的固定孔15固定。管口座6插装在加热管8的上口内。

冲浪头4采用耐高温、低摩擦磨损的塑料制造，结构元素有轴承台19、冲浪盘20、冲浪裙21、组装孔18。轴承台19的作用是给清洗螺旋7提供轴向固定的自转滑动轴承台19，轴承台19的外径8～20mm、高度δ为10～30mm，穿越钢丝清洗螺旋7的中心轴孔直径2.5～5mm。冲浪盘20的外径d1为加热管8内径d0的0.60～0.95倍。冲浪裙21为圆锥形结构，冲浪裙21的圆锥角须≥圆锥压缩弹簧5的圆锥角，冲浪裙21的高度h为加热管8内径d0的0.5～1.2倍。冲浪裙21上开设3～6个入口窗17的总面积要求≥加热管8的流通截面积，以保障圆锥压缩弹簧5极限压缩后仍然有足够大的通流面积。

圆锥压缩弹簧5采用直径1.2～2.0mm的不锈钢丝或钛合金钢丝制造。工作压缩量δh设计值为30～60mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，都要求取较大值。它的大端外径≥加热管8的外径，小端外径13～26mm，圈数8～20，按照5n作用力下发生的压缩变形量在60～120mm的原则确定。

加热管8内安装的清洗螺旋7不仅是对流传热强化元件，同时又是自动清洗元件。清洗螺旋7采用不锈钢丝和钛合金钢丝制造，钢丝直径1.6～3.0mm。清洗螺旋7的外径比加热管8内径小4.0～8.0mm，清洗螺旋7的螺距20～40mm。加热管8外径最常用的是和两种，长度范围4000～6000mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，长度都取值愈大。

管口座6有插管16、固定孔15和法兰盘14组成。法兰盘14外径要求大于加热管8外径。插管16的外径d0与加热管8内径相同，插管16的壁厚0.8～2.0mm，插管16的插入深度取25～60mm，插管16向上伸出法兰盘14的高度5～10mm。固定孔15的直径3～6mm。管口座6采用耐高温的塑料制造，或耐腐蚀的金属制造。

中心循环管10的截面积≥所有加热管8的流通总面积，以便充分汽化，减少出口汽液两相流的速度过高造成的动能损失，提高自然循环的有效推动力。中心循环管出口端的上伸堰2的高度h1要求≥300mm，保证自然循环的冲浪流3对冲浪头4有足够大的冲压力。中心循环管10进口端的下伸段11的高度h2要求≥100mm，避免中心循环管10的进口流对周边的清洗螺旋8尾端的横向作用力过大而引发相互缠绕。中心循环管10的下方，设置有反向循环喷汽环13，反向循环喷汽环13的上侧均布开设3～10mm的喷汽孔，是用来开车时启动反向自然循环的。

开车时，蒸发室1内的溶液温度达到沸点后，给反向循环喷汽环13送加热蒸汽，使中心循环管10内充满大量的蒸汽泡，与加热管8内的单相流形成较大的密度差，产生反向自然循环大推动力所需的静压差，引发反向循环的高流速流动，待反向循环稳定后即可关停反向循环喷汽环13。溶液在加热管内向下流动过程中温度虽然逐步提高，但是静压也逐步增大，因而不会发生明显的沸腾汽化，能够维持反向自然循环的稳定运行。蒸发压力愈高，传热温差愈大，汽化深度愈大，反向循环的推动力愈大，反循环就愈稳定；并且，小汽泡合并长大的时间也愈长，大蒸汽泡愈多，出口流速的波动强度愈大，为清洗螺旋8的上下往复运动提供的动力就愈大，因而自动清洗的效果也愈好。

生产运行时，加热管8内的较高流速对清洗螺旋7的螺旋导流作用，不仅有较好的对流传热强化作用，还驱动清洗螺旋7的低速自转和每分钟100次以上的横向振动，敲击加热管8内壁面，除垢清洗效果显著。冲浪头4在承受较大幅度波动的两相流的冲浪流的大冲压力作用时，冲压力变化的幅度也比较大，由此引起的圆锥压缩弹簧5的伸缩量大，带动了清洗螺旋7上下大往复运动。这种上下往复运动的行程大小是随机变化的，但是通过圆锥压缩弹簧5的刚度设计，控制在30～60mm范围内。由于清洗螺旋7弯钩对冲浪头4的作用力，总是落在冲浪头4的一侧，圆锥压缩弹簧5的压缩变形自然就是弯向这一侧，因此圆锥压缩弹簧5也始终随著清洗螺旋7的自转作倾斜弯曲的旋转运动，增大了清洗螺旋7对加热管8内壁盐垢清洗的横向力，提高了自动清洗的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。