本實用新型涉及換熱裝置，特別是一種螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置。

背景技術：

汽輪機凝汽器和管殼式換熱器結垢不但會造成重大的能源浪費，而且會帶來垢下腐蝕、水阻增加加大水泵電耗、增加設備檢修量等一系列問題；為了實現在線防垢除垢，以行業標準的形式，火電廠凝汽器配備膠球在線清洗設備，該設備在防垢除垢應用中的效果存在一定的偶然性，而且水阻較大，還沒有強化換熱效果。

近年來一種物理插入物防垢方式-螺旋紐帶技術在電廠凝汽器得到應用，不但具有防垢除垢的效果，還具有強化換熱的功能，在個別電廠獲得應用成功，為推動該類項目發展，國家節能減排推廣項目列入了凝汽器螺旋紐帶防垢裝置，由此該項技術得到快速應用，而問題伴隨而生。為了查清出現問題的主要原因，首先需要充分了解市場上在螺旋紐帶裝置的制造、構造及工作機理。

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

出現問題的關鍵在于，螺旋紐帶在通過旋轉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，但時間久了，還會出現螺旋紐帶表面結垢，隨著其厚度的增加，水阻成倍增加，循環水流速降低，從而降低螺旋紐帶轉速，當螺旋紐帶轉速降低到一定數值時，其防垢除垢功能消失，而且會造成換熱效果比無螺旋紐帶的換熱效果差很多，此時螺旋紐帶起到了相反的換熱效果，造成機組運行惡化，只有停機處理。

另外一個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，在換熱管內旋轉時，會占據循環水的空間，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，在換熱管內長時間旋轉和擺動，會引起紐帶的螺旋度降低，使流體對于紐帶的切向速度減小，即減小了水流傳遞給紐帶的動量矩，使紐帶轉速降低，從而降低防垢效果和傳熱效果。

還有一個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產生較大水阻。在軸向支架和轉軸之間雖然加裝了陶瓷墊片，但螺旋紐帶比較長，軸向壓力也比較大，也會產生比較大的摩擦力，不但增加轉動阻力，也會影響使用壽命。

螺旋紐帶技術雖然具有安裝維護簡單，對原有設備工藝不改變，具有防垢除垢和強化換熱效果、沒有二次污染的優點，在凝汽器清洗技術中具有獨特的優勢。但大量的研究和實踐證明，未經特殊處理的螺旋紐帶不但不會起到預期的防垢除垢和強化換熱效果，反而會起到傳熱惡化的相反作用。

為此，若要長久的、持續的發揮螺旋紐帶的作用，需要改進螺旋紐帶的制造材料和結構，只有解決了上述的各項問題，該項技術才會擁有更加廣闊的應用前景，才能發揮應有的作用。

技術實現要素：

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

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置，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罩、磁懸浮裝置、陶瓷片、轉軸、支架、固定環、固定筒組成；該支架上設置磁懸浮裝置，該磁懸浮裝置中間設置有陶瓷片；該轉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置防護罩，該支架下端通過固定環連接固定筒；

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

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

所述的螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置，其特征在于：在支架的下面焊接有固定環，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化換熱裝置，其特征在于：該紐帶基體上具有凹凸點以形成錨狀結構。

一種用于制作如上所述的螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置的方法，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上，形成錨狀結構，實現粒子的嵌鎖作用力，從而金屬紐帶基體表面實現穩固的改性的聚四氟乙烯涂層。

本實用新型的優點在于：保證螺旋紐帶在換熱管長時間的旋轉時自身表面不結垢不臟污，始終保持高效旋轉，起到防垢除垢和強化換熱的目的。另外在旋轉過程中不傷害換熱管。

附圖說明

圖1為本實用新型螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置的的結構示意圖。

圖2為本實用新型中螺旋紐帶的結構示意圖。

圖3為使用本實用新型的應用狀態結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本實用新型的優選實施例。

請參閱圖1、2，本實用新型揭示了一種螺旋紐帶防垢及強化換熱裝置。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由防護罩1.1、磁懸浮裝置1.2、陶瓷片1.3、轉軸1.4、支架1.5、固定環1.6、固定筒1.7組成；該支架1.5上設置磁懸浮裝置1.2，該磁懸浮裝置1.2中間設置有陶瓷片1.3；該轉軸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上方設置防護罩1.1，該支架1.5下端通過固定環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設置在固定筒1.7內。

本實用新型中，旋紐帶支架1各部分組成一個整體可以自由插入換熱管內部，并比較牢固，不易松動，而且要求水阻小，其作用是支持螺旋紐帶在換熱管內長時間的旋轉。支架1.5是由很好強度的不銹鋼材料制成，直接2～3mm，在其上面焊接有一個帶孔的不銹鋼圓板，在圓板上設置有磁懸浮裝置1.2，以實現最小摩擦阻力；在磁懸浮裝置1.2中間設置有陶瓷片1.3，作為二次保護用，以防止循環水流速突然增大時的防護；轉軸1.4穿過上述部件延伸到換熱管內和螺旋紐帶2連接，并具有一定的活動空間。在支架1.5的下面焊接有固定環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的綜合性能是本實用新型的關鍵，其中最核心的問題是要保證螺旋紐帶2在換熱管長時間的旋轉時自身表面不結垢不臟污，始終保持高效旋轉，才能起到防垢除垢和強化換熱的目的。另外必須注意在旋轉過程中不能傷害換熱管。

有關螺旋紐帶2的寬度和螺距等問題，要根據現場換熱器的具體情況再設計。

下面簡述不結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最小的，摩擦系數僅為0.04，而其化學穩定性又是現有塑料中最高的，它具有優良的不粘性和自潤滑性。 但通過大量CaCO₃結垢實驗發現一種改性的聚四氟乙烯涂層具有更優良的防粘性、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。

本實用新型采用加合物和錨固效應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上，形成錨狀結構，實現粒子的嵌鎖作用力，從而金屬薄板紐帶表面實現穩固的改性的聚四氟乙烯涂層。

加合物必須對金屬和聚四氟乙烯均有很好的粘結力，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-預熱-噴涂底漆-底漆烘干-噴涂面層-清理粉末-燒結成膜-涂層性能檢測。該過程按照工藝要求要連續進行，防止停留時間過長或其它原因致使基體表面明顯變質時，應重新進行處理。

在燒結工藝中，燒結時間與燒結溫度是需要嚴格控制。

涂層厚度的增加會帶來涂層與基體的結合強度的降低，同時增加成本。

影響涂層結合強度的主次順序為：燒結溫度＞涂層厚度＞燒結時間。

通過本實用新型的工藝噴涂涂層，進行表面形貌觀察，發現涂層表面光滑，有光澤，無凹坑、氣泡等缺陷。對涂層－基體界面進行微觀分析，從界面微觀圖發現，基體與涂層結合緊密、無分離、無開裂，致密性高、連續性好，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。

噴涂后測得涂層的結合強度為23.3MPa。

為了驗證本實用新型的螺旋紐帶在旋轉過程中對換熱管是否有傷害，又做了大量實驗發現：當螺旋紐帶與金屬換熱管對磨時,能在換熱管內表面形成一層牢固附著0.02～0.03微米厚的轉移膜,使得界面上螺旋紐帶對金屬的摩擦變成了四氟材料對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構,因而大大改善了界面上的摩擦狀態,起到潤滑及減摩作用。螺旋紐帶在換熱管內正常運行時，紐帶和換熱管內壁還有1mm左右的間隙，螺旋紐帶對換熱管內壁的磨損將會更小。

螺旋紐帶防垢除垢和強化傳熱機理:

本實用新型螺旋紐帶的在實際中的應用如圖3所示，即在每一根換熱管內安裝本實用新型的螺旋紐帶，本實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，確保了本實用新型能夠長久的、安全的發揮防垢除垢和強化傳熱的作用。

除垢機理：紐帶本身具有一定柔性,旋轉時還產生徑向擺動。紐帶的邊刃對污垢層產生碰撞擠壓,側刃刮掃對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,達到對已有污垢的連續、自動的清洗目的,對原本無垢的傳熱面則具有很好的自動防垢作用。

防垢機理：水在紐帶的作用下形成渦流不斷沖刷管壁,對層流邊界層產生強烈擾動,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停留而全部帶出換熱管,有效防止污垢在管壁上集結,起到了防垢的作用。

強化換熱機理：當冷卻水帶動螺旋紐帶轉動時, 引起管內流體的強制旋流和二次流,增大近壁區的紊流強度,有效地干擾邊界滯流層,加強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，使對流傳熱過得以強化，從而提高總傳熱系數K。

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