本實(shí)用新型涉及換熱裝置，特別是一種螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置。

背景技術(shù)：

汽輪機(jī)凝汽器和管殼式換熱器結(jié)垢不但會(huì)造成重大的能源浪費(fèi)，而且會(huì)帶來垢下腐蝕、水阻增加加大水泵電耗、增加設(shè)備檢修量等一系列問題；為了實(shí)現(xiàn)在線防垢除垢，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式，火電廠凝汽器配備膠球在線清洗設(shè)備，該設(shè)備在防垢除垢應(yīng)用中的效果存在一定的偶然性，而且水阻較大，還沒有強(qiáng)化換熱效果。

近年來一種物理插入物防垢方式-螺旋紐帶技術(shù)在電廠凝汽器得到應(yīng)用，不但具有防垢除垢的效果，還具有強(qiáng)化換熱的功能，在個(gè)別電廠獲得應(yīng)用成功，為推動(dòng)該類項(xiàng)目發(fā)展，國家節(jié)能減排推廣項(xiàng)目列入了凝汽器螺旋紐帶防垢裝置，由此該項(xiàng)技術(shù)得到快速應(yīng)用，而問題伴隨而生。為了查清出現(xiàn)問題的主要原因，首先需要充分了解市場(chǎng)上在螺旋紐帶裝置的制造、構(gòu)造及工作機(jī)理。

螺旋紐帶裝置主要由螺旋紐帶、支架和轉(zhuǎn)軸、連接環(huán)和墊片三部分組成。螺旋紐帶由高分子聚合材料加工而成，厚度在1.5mm，要求具有較好的強(qiáng)度、剛度、彈性、韌性、耐腐蝕性、耐高溫性及較好的化學(xué)穩(wěn)定性；材料比水的密度略大，在流體多方向力的作用下，能較好的浮動(dòng)在換熱管中心部位。支架和轉(zhuǎn)軸由化學(xué)合成材料加工而成，具有高強(qiáng)度、耐磨損和耐腐蝕性；連接環(huán)和墊片由不銹鋼制作（或陶瓷片），具有一定的強(qiáng)度。

出現(xiàn)問題的關(guān)鍵在于，螺旋紐帶在通過旋轉(zhuǎn)過程中破壞換熱管壁的滯流層，卻無法打破其自身表面的滯留層，雖然使用的是具有一定不粘性的高分子材料，但時(shí)間久了，還會(huì)出現(xiàn)螺旋紐帶表面結(jié)垢，隨著其厚度的增加，水阻成倍增加，循環(huán)水流速降低，從而降低螺旋紐帶轉(zhuǎn)速，當(dāng)螺旋紐帶轉(zhuǎn)速降低到一定數(shù)值時(shí)，其防垢除垢功能消失，而且會(huì)造成換熱效果比無螺旋紐帶的換熱效果差很多，此時(shí)螺旋紐帶起到了相反的換熱效果，造成機(jī)組運(yùn)行惡化，只有停機(jī)處理。

另外一個(gè)問題在于螺旋紐帶的制造問題上，由于螺旋紐帶是由1.5mm厚的高分子聚合材料制成，在換熱管內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)占據(jù)循環(huán)水的空間，增大水阻；另外高分子聚合材料螺旋紐帶的彈性和韌性有限，在換熱管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，會(huì)引起紐帶的螺旋度降低，使流體對(duì)于紐帶的切向速度減小，即減小了水流傳遞給紐帶的動(dòng)量矩，使紐帶轉(zhuǎn)速降低，從而降低防垢效果和傳熱效果。

還有一個(gè)小問題就是螺旋紐帶支架的體積比較大，安裝在冷凝器的入口也會(huì)產(chǎn)生較大水阻。在軸向支架和轉(zhuǎn)軸之間雖然加裝了陶瓷墊片，但螺旋紐帶比較長(zhǎng)，軸向壓力也比較大，也會(huì)產(chǎn)生比較大的摩擦力，不但增加轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，也會(huì)影響使用壽命。

螺旋紐帶技術(shù)雖然具有安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)原有設(shè)備工藝不改變，具有防垢除垢和強(qiáng)化換熱效果、沒有二次污染的優(yōu)點(diǎn)，在凝汽器清洗技術(shù)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但大量的研究和實(shí)踐證明，未經(jīng)特殊處理的螺旋紐帶不但不會(huì)起到預(yù)期的防垢除垢和強(qiáng)化換熱效果，反而會(huì)起到傳熱惡化的相反作用。

為此，若要長(zhǎng)久的、持續(xù)的發(fā)揮螺旋紐帶的作用，需要改進(jìn)螺旋紐帶的制造材料和結(jié)構(gòu)，只有解決了上述的各項(xiàng)問題，該項(xiàng)技術(shù)才會(huì)擁有更加廣闊的應(yīng)用前景，才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，主要解決上述紐帶本身結(jié)垢、變形和阻力的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于：它包括螺旋紐帶支架和螺旋紐帶；

其中：該螺旋紐帶支架由防護(hù)罩、磁懸浮裝置、陶瓷片、轉(zhuǎn)軸、支架、固定環(huán)、固定筒組成；該支架上設(shè)置磁懸浮裝置，該磁懸浮裝置中間設(shè)置有陶瓷片；該轉(zhuǎn)軸依次穿過磁懸浮裝置、陶瓷片、支架，且其下端與螺旋紐帶連接；該磁懸浮裝置上方設(shè)置防護(hù)罩，該支架下端通過固定環(huán)連接固定筒；

該螺旋紐帶由紐帶基體、加合物、改性聚四氟涂層組成；該螺旋紐帶設(shè)置在固定筒內(nèi)。

所述的螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于：該支架的直徑為2-3mm在其上面焊接有一個(gè)帶孔的不銹鋼圓板，在圓板上設(shè)置有磁懸浮裝置。

所述的螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于：在支架的下面焊接有固定環(huán)，并且和固定筒焊接在一起，固定筒有剛度和韌性，厚度不超過0.2mm。

所述的螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于：該螺旋紐帶的紐帶基體通過加合物與改性聚四氟涂層連接。

所述的螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于：該紐帶基體上具有凹凸點(diǎn)以形成錨狀結(jié)構(gòu)。

一種用于制作如上所述的螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置的方法，其特征在于：通過加合物將改性的聚四氟乙烯涂料附著于金屬紐帶基體表面的凹凸點(diǎn)上，形成錨狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)粒子的嵌鎖作用力，從而金屬紐帶基體表面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的改性的聚四氟乙烯涂層。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：保證螺旋紐帶在換熱管長(zhǎng)時(shí)間的旋轉(zhuǎn)時(shí)自身表面不結(jié)垢不臟污，始終保持高效旋轉(zhuǎn)，起到防垢除垢和強(qiáng)化換熱的目的。另外在旋轉(zhuǎn)過程中不傷害換熱管。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置的的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中螺旋紐帶的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為使用本實(shí)用新型的應(yīng)用狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。

請(qǐng)參閱圖1、2，本實(shí)用新型揭示了一種螺旋紐帶防垢及強(qiáng)化換熱裝置。如圖所示：它包括螺旋紐帶支架1和螺旋紐帶2。其中：該螺旋紐帶支架1由防護(hù)罩1.1、磁懸浮裝置1.2、陶瓷片1.3、轉(zhuǎn)軸1.4、支架1.5、固定環(huán)1.6、固定筒1.7組成；該支架1.5上設(shè)置磁懸浮裝置1.2，該磁懸浮裝置1.2中間設(shè)置有陶瓷片1.3；該轉(zhuǎn)軸1.4依次穿過磁懸浮裝置1.2、陶瓷片1.3、支架1.5，且其下端與螺旋紐帶2連接；該磁懸浮裝置1.2上方設(shè)置防護(hù)罩1.1，該支架1.5下端通過固定環(huán)1.6連接固定筒1.7；該螺旋紐帶2由紐帶基體2.1、加合物2.2、改性聚四氟涂層2.3組成；該螺旋紐帶2設(shè)置在固定筒1.7內(nèi)。

本實(shí)用新型中，旋紐帶支架1各部分組成一個(gè)整體可以自由插入換熱管內(nèi)部，并比較牢固，不易松動(dòng)，而且要求水阻小，其作用是支持螺旋紐帶在換熱管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間的旋轉(zhuǎn)。支架1.5是由很好強(qiáng)度的不銹鋼材料制成，直接2～3mm，在其上面焊接有一個(gè)帶孔的不銹鋼圓板，在圓板上設(shè)置有磁懸浮裝置1.2，以實(shí)現(xiàn)最小摩擦阻力；在磁懸浮裝置1.2中間設(shè)置有陶瓷片1.3，作為二次保護(hù)用，以防止循環(huán)水流速突然增大時(shí)的防護(hù)；轉(zhuǎn)軸1.4穿過上述部件延伸到換熱管內(nèi)和螺旋紐帶2連接，并具有一定的活動(dòng)空間。在支架1.5的下面焊接有固定環(huán)1.6，并且和固定筒1.7焊接在一起，固定筒1.7要求要薄而且有剛度和韌性，厚度不超過0.2mm。

如圖2所示，螺旋紐帶2的綜合性能是本實(shí)用新型的關(guān)鍵，其中最核心的問題是要保證螺旋紐帶2在換熱管長(zhǎng)時(shí)間的旋轉(zhuǎn)時(shí)自身表面不結(jié)垢不臟污，始終保持高效旋轉(zhuǎn)，才能起到防垢除垢和強(qiáng)化換熱的目的。另外必須注意在旋轉(zhuǎn)過程中不能傷害換熱管。

有關(guān)螺旋紐帶2的寬度和螺距等問題，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)換熱器的具體情況再設(shè)計(jì)。

下面簡(jiǎn)述不結(jié)垢不臟污的制造工藝：

聚四氟乙烯是目前所有材料中摩擦系數(shù)最小的，摩擦系數(shù)僅為0.04，而其化學(xué)穩(wěn)定性又是現(xiàn)有塑料中最高的，它具有優(yōu)良的不粘性和自潤滑性。 但通過大量CaCO₃結(jié)垢實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一種改性的聚四氟乙烯涂層具有更優(yōu)良的防粘性、耐磨性、附著力、耐蝕性、耐高溫性等綜合性能。

但是改性的聚四氟乙烯涂料的臨界表面張力極低，且在有機(jī)化合物中C-F鍵的鍵能最高,造成涂層和金屬薄板紐帶表面的附著性極差。

本實(shí)用新型采用加合物和錨固效應(yīng)兼用的綜合涂裝工藝路線，通過加合物將改性的聚四氟乙烯涂料附著于金屬薄板紐帶表面的凹凸點(diǎn)上，形成錨狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)粒子的嵌鎖作用力，從而金屬薄板紐帶表面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的改性的聚四氟乙烯涂層。

加合物必須對(duì)金屬和聚四氟乙烯均有很好的粘結(jié)力，而且耐高溫、具有很高的剛性，與氟樹脂的加工溫度和加工條件很相近,才可以并用。

工藝流程如下：試樣-表面處理-預(yù)熱-噴涂底漆-底漆烘干-噴涂面層-清理粉末-燒結(jié)成膜-涂層性能檢測(cè)。該過程按照工藝要求要連續(xù)進(jìn)行，防止停留時(shí)間過長(zhǎng)或其它原因致使基體表面明顯變質(zhì)時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行處理。

在燒結(jié)工藝中，燒結(jié)時(shí)間與燒結(jié)溫度是需要嚴(yán)格控制。

涂層厚度的增加會(huì)帶來涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度的降低，同時(shí)增加成本。

影響涂層結(jié)合強(qiáng)度的主次順序?yàn)椋簾Y(jié)溫度＞涂層厚度＞燒結(jié)時(shí)間。

通過本實(shí)用新型的工藝噴涂涂層，進(jìn)行表面形貌觀察，發(fā)現(xiàn)涂層表面光滑，有光澤，無凹坑、氣泡等缺陷。對(duì)涂層－基體界面進(jìn)行微觀分析，從界面微觀圖發(fā)現(xiàn)，基體與涂層結(jié)合緊密、無分離、無開裂，致密性高、連續(xù)性好，無氣孔、夾雜物等缺陷，完整地覆蓋于基體表面，可見熔融流平性良好。

噴涂后測(cè)得涂層的結(jié)合強(qiáng)度為23.3MPa。

為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的螺旋紐帶在旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)換熱管是否有傷害，又做了大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)螺旋紐帶與金屬換熱管對(duì)磨時(shí),能在換熱管內(nèi)表面形成一層牢固附著0.02～0.03微米厚的轉(zhuǎn)移膜,使得界面上螺旋紐帶對(duì)金屬的摩擦變成了四氟材料對(duì)四氟材料之間的摩擦。改性四氟材料具有平滑的分子表面結(jié)構(gòu),因而大大改善了界面上的摩擦狀態(tài),起到潤滑及減摩作用。螺旋紐帶在換熱管內(nèi)正常運(yùn)行時(shí)，紐帶和換熱管內(nèi)壁還有1mm左右的間隙，螺旋紐帶對(duì)換熱管內(nèi)壁的磨損將會(huì)更小。

螺旋紐帶防垢除垢和強(qiáng)化傳熱機(jī)理:

本實(shí)用新型螺旋紐帶的在實(shí)際中的應(yīng)用如圖3所示，即在每一根換熱管內(nèi)安裝本實(shí)用新型的螺旋紐帶，本實(shí)用新型螺旋紐帶具有目前已知材料最好的不粘性和很低的水阻特性，確保了本實(shí)用新型能夠長(zhǎng)久的、安全的發(fā)揮防垢除垢和強(qiáng)化傳熱的作用。

除垢機(jī)理：紐帶本身具有一定柔性,旋轉(zhuǎn)時(shí)還產(chǎn)生徑向擺動(dòng)。紐帶的邊刃對(duì)污垢層產(chǎn)生碰撞擠壓,側(cè)刃刮掃對(duì)污垢層作用以周向的剪切力。在徑向碰撞擠壓和周向刮掃剪切的共同作用下,達(dá)到對(duì)已有污垢的連續(xù)、自動(dòng)的清洗目的,對(duì)原本無垢的傳熱面則具有很好的自動(dòng)防垢作用。

防垢機(jī)理：水在紐帶的作用下形成渦流不斷沖刷管壁,對(duì)層流邊界層產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng),基本不存在沿管壁低流速層,使冷卻水中的CaCO3、污垢和微小雜物等不易在管壁內(nèi)停留而全部帶出換熱管,有效防止污垢在管壁上集結(jié),起到了防垢的作用。

強(qiáng)化換熱機(jī)理：當(dāng)冷卻水帶動(dòng)螺旋紐帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 引起管內(nèi)流體的強(qiáng)制旋流和二次流,增大近壁區(qū)的紊流強(qiáng)度,有效地干擾邊界滯流層,加強(qiáng)了邊界層流體與主流流體的混合, 加快了冷熱水之間的混和，使對(duì)流傳熱過得以強(qiáng)化，從而提高總傳熱系數(shù)K。

這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。