低流速傳熱管內(nèi)的自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù).docx

1、第34卷Vol.34中SB井礦盆CHINAWELLANDROCKSALT低流速傳熱管內(nèi)的自動(dòng)清洗及其傳熱強(qiáng)化技術(shù)劉桂英金天蘭I,命秀民'蔣少青'吳金香、彭德其I（1.株洲T學(xué)院機(jī)械清洗研究所412008；2.長電力學(xué)院410007）摘要：數(shù)量錄多的低流速列管式傳熱設(shè)備的污垢何題豪尸立。在本丈研完皂料螺款自動(dòng)清洗和停熱是化技術(shù)中，吸取了鑰汝螺款具有自動(dòng)清洗和傳熱是化雙立功蛇、浪體阻力小的優(yōu)點(diǎn)，采用復(fù)料解決鋼絲螺我整以解決的對管壁磨損何題，又在站構(gòu)設(shè)計(jì)中將皂料螺廢困定在堂料內(nèi)管上，同時(shí)解決堂料螺成的剛柱何題和減少流體面枳增大管內(nèi)實(shí)際波速的何題。關(guān)詞：塑料；螺我；自動(dòng)清洗；傳熱事化；

2、沈體阻力中圖分類號:TS33文院識碼：A文章I號：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國內(nèi)換熱器的面積設(shè)計(jì)保守，設(shè)計(jì)流速偏低。工程應(yīng)用的后果是較低流速容易結(jié)污垢，運(yùn)行效率下降，傳熱能

5、力不能滿足要求。用戶常用的、也是最簡單的解決辦法就是再加大換熱面積，或者增加換作者簡介：、枝美（1964-）.女，漸南來潭人，長沙電力學(xué)院副赦授。件結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。冷速過快，焊接熱影響區(qū)會(huì)形成過多的帙素體而使工件脆化，同時(shí)，過多的鐵素體很容易析出氯化物，而使韌性和耐蝕性下降，過慢的冷速和過高的線能最會(huì)導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)粗晶和金屬間相的析出，過低的佚素體還能引起應(yīng)力腐蝕斷裂，因此必須采用適合的線能It,并進(jìn)行多層焊，以改善焊接熱影響區(qū)組織和性能。另外，焊縫金屬從高溫冷卻時(shí)，鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變極不平衡，影響轉(zhuǎn)變的因素主要與焊縫金屬的成分以及冷速有關(guān),為保持焊縫金屬的化學(xué)成分和相比，一般要求其合金元

6、素含應(yīng)比母材更高。應(yīng)采用低碳高餡、鐮、銅、氟的焊材，為了保證接頭的性能,2205鋼焊接熱輸入應(yīng)控制在0.5kJ/mmZ5kJ/mm范圍內(nèi)為宜，如果采用電孤焊最佳值為】.0kJ/mm1.5kJ/mm。熱器的臺(tái)數(shù)。其結(jié)果是流速更低，更容易長垢，運(yùn)行效率更低、甚至進(jìn)一步惡化。因此，專題調(diào)研報(bào)告認(rèn)為污垢使我國換熱器的運(yùn)行效率下降的平均幅度50%七這種低流速的換熱器數(shù)景最多，實(shí)際生3結(jié)論雙相鋼是-種金相組織特殊的不銹鋼.在設(shè)計(jì)選用時(shí)，要對其耐蝕性能、力學(xué)性能和使用溫度范國有充分的認(rèn)識，特別是要對制造過程中的冷加工及焊接工藝高度黛視，唯有如此，才能使雙相不銹鋼應(yīng)用在制鹽設(shè)備的各種場合，充分發(fā)擇蘆抗ci-腐

7、蝕的優(yōu)勢。，考文金相分析技術(shù)M.上海市機(jī)械制造工藝研究所.1 胡掘昌.金屬結(jié)構(gòu)與抗蝕麻啟承.金JI材料及熱處理M.上?；W(xué)院.2 李金桂，趙國彥.盛蝕和腐蝕控制手冊M.（收槁日期：2003-03-28）（丁輯/格影）一8B19»Htt自動(dòng)清洗的椅H理產(chǎn)對月垢自動(dòng)清洗技術(shù)的企盼也最迫切。但是，傳熱管內(nèi)污垢自動(dòng)清洗技術(shù)的現(xiàn)狀，是適于高流速和較高流速的比較多，其中比較理想的是自轉(zhuǎn)鋼絲自動(dòng)清洗技術(shù)風(fēng),而且應(yīng)用效果也好?？墒?，鋼絲螺旋對管壁的磨損何題長期得不到解決，以至無法工程應(yīng)用。為此，本文研究采用塑料螺旋來克服鋼絲螺旋對管壁的磨損難題，并且同時(shí)解決低流速傳熱設(shè)備的自動(dòng)清洗間題。1自轉(zhuǎn)清洗

8、塑料旋的結(jié)構(gòu)原理塑料螺旋自動(dòng)清洗的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。塑料螺旋代替鋼絲螺旋，并且設(shè)置內(nèi)管，一是用來固定塑料螺旋解決剛度問題；二是顯著減少流通面積成倍增大實(shí)際流速。傳熱管內(nèi)設(shè)置塑料螺旋以后，傳熱管內(nèi)流體在塑料螺旋與傳熱管之間的螺旋流道作快速螺旋線流動(dòng)，獲得一個(gè)數(shù)值比較大的動(dòng)矩。按照力學(xué)第三定律，傳熱流體也同時(shí)對塑料螺旋施以反作用力，使螺旋獲得等值、反向動(dòng)量矩，此即塑料螺旋的工作力矩。塑料螺旋因此自轉(zhuǎn)實(shí)行管內(nèi)壁污垢的自動(dòng)連續(xù)清洗。2塑料蛔旋的動(dòng)力矩理論研究為了使螺旋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一個(gè)正確合理的設(shè)計(jì)原則，下面利用質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力矩定理來研究塑料螺旋的動(dòng)力矩與，旋的基本尺寸之間的關(guān)系。螺旋的螺距為t=2”Rt

9、ga單周螺旋流道長度為l=2”R/cosa螺旋流道的流通截面積為8=tcoca.(h+hQ)slTTRsinaf+hq)體積流量W時(shí)，螺旋流道內(nèi)的流速為V=W/tcoca.(h+ho)=W/2”Rsina(h+ho)因此，流體相對于螺旋的螺旋流道的相對角速度為：s=2”V/l=W/2rRsina(h+h0)螺旋的旋轉(zhuǎn)速度值3是流體的牽連運(yùn)動(dòng)，其方向是與流體的相對角速度S相反，因此流體的合成角速度是：(i)=u)1-<02=W/27rR2tga(h+ho)-<«)2傳熱流體在進(jìn)入螺旋流道前是直線淹道，動(dòng)量矩以為零。螺旋流道出口處，時(shí)間內(nèi)流出的流體具有的動(dòng)量矩L,計(jì)算。由于螺

10、旋流道的徑向尺寸h和ho都遠(yuǎn)小于內(nèi)管直徑d,動(dòng)力矩積分計(jì)算中的變半徑r的變化幅度小，為了簡化起見就近似地用平均半徑R代替。于是算得：LQ=R.R(ocosa.wAtpsWRAtW/2”R2(h十hojtgaj-ah由于研究的是穩(wěn)定過程，因此鼻旋得到的動(dòng)力矩是：M=(L2-L1)/At=WR2p(W/2ttR2(h+htga-.因此，螺旋的動(dòng)力矩在螺旋不轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到最大值，其值為：MspW2/2n(h+h<)tga由上式可見，最大動(dòng)力矩是與流(流速)近似二次方關(guān)系，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用較小的螺旋角和較大的內(nèi)管直徑d(或較小的h)都有利于動(dòng)力矩的增大。3塑料蝴旋的動(dòng)力矩試驗(yàn)研究按照上述理論分析的結(jié)果

11、，設(shè)計(jì)制造了2060.1760.1260三種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的螺旋，進(jìn)行了螺距特性測試。由于被演的力矩絕對值很小，為了保障測試結(jié)果的可靠性和精度，自制了能觸測微小力矩值的扭矩計(jì)。為了便于比較，包括光清螺旋扭帶在內(nèi)的自轉(zhuǎn)力矩特性曲線的測得的結(jié)果都表示在圖2中?？梢?，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致，內(nèi)管直徑較大的螺旋的動(dòng)力矩較大。但是，螺旋角試驗(yàn)的結(jié)果并不是理論分析式展示的愈小愈好。原因是前面的理論分析只是自轉(zhuǎn)的動(dòng)力矩，而實(shí)際測量的是克服旋轉(zhuǎn)摩擦力矩以后的工作力矩。由于嫌旋角愈小，螺旋承受的軸向力愈大，摩擦力矩也愈大，因此兩者相抵的結(jié)果才是工作力矩，工作力矩最大值要求的螺旋角則必須大于一定的值。其中2060型

12、螺旋是力矩比較大的一種結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)中，名義流速達(dá)到0.13824m/s就開始自轉(zhuǎn)。它的力矩比光滑紐帶平均提高141%。光滑螺旋扭帶的自轉(zhuǎn)力矩與管內(nèi)流速是線性關(guān)系叫由此可以推斷，塑料螺旋在0.4m/s時(shí)的力矩大小與光滑扭帶流速l.Om/s時(shí)的力矩相當(dāng)。因此，螺旋能停用于低流速下的傳熱管內(nèi)污垢的自動(dòng)清洗，其工程應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊。4自轉(zhuǎn)塑料蝶旋的傳熱強(qiáng)化傳熱管內(nèi)安裝塑料螺旋后，管內(nèi)流體由原先的低速直線流動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橘N近管壁的、快速螺旋線流動(dòng)，這當(dāng)然有利于管內(nèi)對流傳熱過程的強(qiáng)化。因此，在理論上，螺旋應(yīng)該有比螺旋扭帶更好的傳熱強(qiáng)化效果。圖3傳熱強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果圖3給出了2060型和1760型塑料螺旋及其光滑扭

13、帶的傳熱強(qiáng)化試驗(yàn)對比。由圖可見，在與Re25000以下對應(yīng)的低流速的試驗(yàn)范圍內(nèi)，螺旋的傳熱系數(shù)將比光滑扭帶提高50%左右。5自轉(zhuǎn)塑料螺旋的流體阻力傳熱管內(nèi)安裝塑料螺旋后，不僅管內(nèi)流體截面大幅度減少，流體速度成倍加快，而且由原先的直線流動(dòng)轉(zhuǎn)變螺旋流道內(nèi)的螺旋線流動(dòng)，其阻力無疑會(huì)增大很多。但是，是不是仍然在一般過程許可的范圍內(nèi)？為此，對工作力矩最大、傳熱效果也最好的2030型塑料螺旋的流體阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)測量，其結(jié)果如圖4的阻力曲線所示。由圖4可見，即使在0.60m/s時(shí)，每米管內(nèi)的流體阻力是O.55KP&,對于長度6米的4管程設(shè)備的阻力是13.2KPa,仍然不大，在一般工程許可范圍內(nèi)的

14、。6小結(jié)在低流速范圍內(nèi)，2030型塑料螺旋的自轉(zhuǎn)力矩是塑料光滑扭帶的241%。塑料螺旋可以在0.30m/s以上的低流速傳熱設(shè)備中廣泛應(yīng)用。2030型塑料螺旋的傳熱強(qiáng)化作用比塑料光滑扭帶提高了50%。雖然塑料螺旋比塑料螺旋扭帶的阻力大，但是在低流速傳熱設(shè)備中使用時(shí)的流體總阻力仍然不大，在一般工程許可范圍內(nèi)。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果都一致的表明，塑料螺旋采用較大直徑內(nèi)管是有利于域大自轉(zhuǎn)力矩的。但是，螺旋角設(shè)計(jì)存在一個(gè)最小值，小于該值的螺旋將不能自行啟動(dòng)。參者文獻(xiàn)余德源.我國換地器研究及其工業(yè)化進(jìn)程M.機(jī)械部蘭州石油機(jī)械研究所，1988,10.P3.2 XiuminYu,Thehighefficientself-Cleaningtechniqueofself-rotatingandv