低流速传热管内的自动清洗及其传热强化技术.docx

1、第34卷Vol.34中SB井矿盆CHINAWELLANDROCKSALT低流速传热管内的自动清洗及其传热强化技术刘桂英金天兰I,命秀民'蒋少青'吴金香、彭德其I（1.株洲T学院机械清洗研究所412008；2.长电力学院410007）摘要：数量录多的低流速列管式传热设备的污垢何题豪尸立。在本丈研完皂料螺款自动清洗和停热是化技术中，吸取了钥汝螺款具有自动清洗和传热是化双立功蛇、浪体阻力小的优点，采用复料解决钢丝螺我整以解决的对管壁磨损何题，又在站构设计中将皂料螺废困定在堂料内管上，同时解决堂料螺成的刚柱何题和减少流体面枳增大管内实际波速的何题。关词：塑料；螺我；自动清洗；传热事化；

2、沈体阻力中图分类号:TS33文院识码：A文章I号：1001-0335（2003）03-0038-03TheSelf-CleaningandHeatTransferEnhancementTechnologyforHeatTransferTubesatLowFlowingVelocityLiuGuiying%YuTianlan'YuXiumin1,JiangShaoqing1,WuJinxiangPengDeqi1(l.MechanicaJCleanInstitute,ZhuzhouInstituteofTechnology.Zhuzhou.HunanProvince,4120082.Ch

3、angshaElectricityCollege,Changsha,HunanProvince,410007)Abstract:Thcfoulingproblemisthemostseriousfortheshell-tubeheatexchangersoflowflowingvelocity,whosenumberisthelargest.Thenewtechnologywithplasticspiralhasnotonlytheadvantagesofselfremovingfouling,enhancingheattransfer,lowflowingresistanceandsolvi

4、ngthewearandtearproblembutalsoimprovetherigidityoftheplasticspiralsandactualflowingvelocitybymodifyingthestructuredesign,i.e.mountingtheplasticspiralaroundaplasticinnertube.Keywords：Plastic,spiral,sclC-cleaning,heattransferenhancement,flowingresistance国内换热器的面积设计保守，设计流速偏低。工程应用的后果是较低流速容易结污垢，运行效率下降，传热能

5、力不能满足要求。用户常用的、也是最简单的解决办法就是再加大换热面积，或者增加换作者简介：、枝美（1964-）.女，渐南来潭人，长沙电力学院副赦授。件结构等密切相关。冷速过快，焊接热影响区会形成过多的帙素体而使工件脆化，同时，过多的铁素体很容易析出氯化物，而使韧性和耐蚀性下降，过慢的冷速和过高的线能最会导致焊接热影响区粗晶和金属间相的析出，过低的佚素体还能引起应力腐蚀断裂，因此必须采用适合的线能It,并进行多层焊，以改善焊接热影响区组织和性能。另外，焊缝金属从高温冷却时，铁素体向奥氏体的转变极不平衡，影响转变的因素主要与焊缝金属的成分以及冷速有关,为保持焊缝金属的化学成分和相比，一般要求其合金元

6、素含应比母材更高。应采用低碳高馅、镰、铜、氟的焊材，为了保证接头的性能,2205钢焊接热输入应控制在0.5kJ/mmZ5kJ/mm范围内为宜，如果采用电孤焊最佳值为】.0kJ/mm1.5kJ/mm。热器的台数。其结果是流速更低，更容易长垢，运行效率更低、甚至进一步恶化。因此，专题调研报告认为污垢使我国换热器的运行效率下降的平均幅度50%七这种低流速的换热器数景最多，实际生3结论双相钢是-种金相组织特殊的不锈钢.在设计选用时，要对其耐蚀性能、力学性能和使用温度范国有充分的认识，特别是要对制造过程中的冷加工及焊接工艺高度黛视，唯有如此，才能使双相不锈钢应用在制盐设备的各种场合，充分发择芦抗ci-腐

7、蚀的优势。，考文金相分析技术M.上海市机械制造工艺研究所.1 胡掘昌.金属结构与抗蚀麻启承.金JI材料及热处理M.上海化工学院.2 李金桂，赵国彦.盛蚀和腐蚀控制手册M.（收槁日期：2003-03-28）（丁辑/格影）一8B19»Htt自动清洗的椅H理产对月垢自动清洗技术的企盼也最迫切。但是，传热管内污垢自动清洗技术的现状，是适于高流速和较高流速的比较多，其中比较理想的是自转钢丝自动清洗技术风,而且应用效果也好。可是，钢丝螺旋对管壁的磨损何题长期得不到解决，以至无法工程应用。为此，本文研究采用塑料螺旋来克服钢丝螺旋对管壁的磨损难题，并且同时解决低流速传热设备的自动清洗间题。1自转清洗

8、塑料旋的结构原理塑料螺旋自动清洗的结构原理如图1所示。塑料螺旋代替钢丝螺旋，并且设置内管，一是用来固定塑料螺旋解决刚度问题；二是显著减少流通面积成倍增大实际流速。传热管内设置塑料螺旋以后，传热管内流体在塑料螺旋与传热管之间的螺旋流道作快速螺旋线流动，获得一个数值比较大的动矩。按照力学第三定律，传热流体也同时对塑料螺旋施以反作用力，使螺旋获得等值、反向动量矩，此即塑料螺旋的工作力矩。塑料螺旋因此自转实行管内壁污垢的自动连续清洗。2塑料蛔旋的动力矩理论研究为了使螺旋的结构设计有一个正确合理的设计原则，下面利用质点系动力矩定理来研究塑料螺旋的动力矩与，旋的基本尺寸之间的关系。螺旋的螺距为t=2”Rt

9、ga单周螺旋流道长度为l=2”R/cosa螺旋流道的流通截面积为8=tcoca.(h+hQ)slTTRsinaf+hq)体积流量W时，螺旋流道内的流速为V=W/tcoca.(h+ho)=W/2”Rsina(h+ho)因此，流体相对于螺旋的螺旋流道的相对角速度为：s=2”V/l=W/2rRsina(h+h0)螺旋的旋转速度值3是流体的牵连运动，其方向是与流体的相对角速度S相反，因此流体的合成角速度是：(i)=u)1-<02=W/27rR2tga(h+ho)-<«)2传热流体在进入螺旋流道前是直线淹道，动量矩以为零。螺旋流道出口处，时间内流出的流体具有的动量矩L,计算。由于螺

10、旋流道的径向尺寸h和ho都远小于内管直径d,动力矩积分计算中的变半径r的变化幅度小，为了简化起见就近似地用平均半径R代替。于是算得：LQ=R.R(ocosa.wAtpsWRAtW/2”R2(h十hojtgaj-ah由于研究的是稳定过程，因此鼻旋得到的动力矩是：M=(L2-L1)/At=WR2p(W/2ttR2(h+htga-.因此，螺旋的动力矩在螺旋不转时达到最大值，其值为：MspW2/2n(h+h<)tga由上式可见，最大动力矩是与流(流速)近似二次方关系，在结构设计中采用较小的螺旋角和较大的内管直径d(或较小的h)都有利于动力矩的增大。3塑料蝴旋的动力矩试验研究按照上述理论分析的结果

11、，设计制造了2060.1760.1260三种不同结构参数的螺旋，进行了螺距特性测试。由于被演的力矩绝对值很小，为了保障测试结果的可靠性和精度，自制了能触测微小力矩值的扭矩计。为了便于比较，包括光清螺旋扭带在内的自转力矩特性曲线的测得的结果都表示在图2中。可见，试验结果与理论分析一致，内管直径较大的螺旋的动力矩较大。但是，螺旋角试验的结果并不是理论分析式展示的愈小愈好。原因是前面的理论分析只是自转的动力矩，而实际测量的是克服旋转摩擦力矩以后的工作力矩。由于嫌旋角愈小，螺旋承受的轴向力愈大，摩擦力矩也愈大，因此两者相抵的结果才是工作力矩，工作力矩最大值要求的螺旋角则必须大于一定的值。其中2060型

12、螺旋是力矩比较大的一种结构，在试验中，名义流速达到0.13824m/s就开始自转。它的力矩比光滑纽带平均提高141%。光滑螺旋扭带的自转力矩与管内流速是线性关系叫由此可以推断，塑料螺旋在0.4m/s时的力矩大小与光滑扭带流速l.Om/s时的力矩相当。因此，螺旋能停用于低流速下的传热管内污垢的自动清洗，其工程应用范围相当广阔。4自转塑料蝶旋的传热强化传热管内安装塑料螺旋后，管内流体由原先的低速直线流动，转变为贴近管壁的、快速螺旋线流动，这当然有利于管内对流传热过程的强化。因此，在理论上，螺旋应该有比螺旋扭带更好的传热强化效果。图3传热强化试验结果图3给出了2060型和1760型塑料螺旋及其光滑扭

13、带的传热强化试验对比。由图可见，在与Re25000以下对应的低流速的试验范围内，螺旋的传热系数将比光滑扭带提高50%左右。5自转塑料螺旋的流体阻力传热管内安装塑料螺旋后，不仅管内流体截面大幅度减少，流体速度成倍加快，而且由原先的直线流动转变螺旋流道内的螺旋线流动，其阻力无疑会增大很多。但是，是不是仍然在一般过程许可的范围内？为此，对工作力矩最大、传热效果也最好的2030型塑料螺旋的流体阻力特性进行了试验测量，其结果如图4的阻力曲线所示。由图4可见，即使在0.60m/s时，每米管内的流体阻力是O.55KP&,对于长度6米的4管程设备的阻力是13.2KPa,仍然不大，在一般工程许可范围内的

14、。6小结在低流速范围内，2030型塑料螺旋的自转力矩是塑料光滑扭带的241%。塑料螺旋可以在0.30m/s以上的低流速传热设备中广泛应用。2030型塑料螺旋的传热强化作用比塑料光滑扭带提高了50%。虽然塑料螺旋比塑料螺旋扭带的阻力大，但是在低流速传热设备中使用时的流体总阻力仍然不大，在一般工程许可范围内。理论分析和试验结果都一致的表明，塑料螺旋采用较大直径内管是有利于域大自转力矩的。但是，螺旋角设计存在一个最小值，小于该值的螺旋将不能自行启动。参者文献余德源.我国换地器研究及其工业化进程M.机械部兰州石油机械研究所，1988,10.P3.2 XiuminYu,Thehighefficientself-Cleaningtechniqueofself-rotatingandv