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1. WO2011026263 - FRONT END SEAL HEAD PIPE BOX FOR WATER-COOLING MACHINE SET SHELL-AND-TUBE CONDENSER WITH RUBBER BALL ON-LINE CLEANING FUNCTION

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[ ZH ]
说明书

具有胶球在线清洗功能的水冷冷水机组管壳式冷凝器前端封头管箱 技术领域

[1] 本发明公开一种带胶球自动在线清洗功能的冷凝器前端封头管箱,特别是适用 于双流程的水冷冷水机组管壳式冷凝器,同吋也适用于其双流程的管壳式满液 蒸发器,以及冷却水走管程且温度不超过 80°C的双流程水冷管壳式换热器。 背景技术

[2] 现有的水冷冷水机组冷凝器胶球自动在线清洗装置有以下两类,一类是一个独 立的清洗系统装置。与冷凝器进出水管通过管道连接起来,发球机将胶球发出 进入冷却水的入水管道,胶球随冷却水流入冷凝器,清洗完毕后从冷却水出水 口流出,进入捕球器,再进入发球机内。此类清洗装置存在如下弊端: 1、需现 场安装施工,工作量大,无法和冷水机组配套出厂; 2、由于要求发球速度快, 所以发球动力功率配置较大,如水泵、空压机或需要较大压差的水流。另一类 是在冷凝器的进出口处设置四通换流向装置,冷凝器换热管内装清洗元件,通 过四通换流向使清洗元件做往复运动,清洗换热管内壁。请参看中国发明专利 :公开号 CN101451297A。此类通过换流向的自动清洗装置存在两个弊端: 1、 换向吋高温水进入冷凝器,冷水机组冷凝器内制冷剂冷凝温度瞬间变化较大, 冷水机组瞬间效率波动较大,对冷水机组的运行带来较大冲击,严重吋引起冷 水机组喘振等副作用; 2、由于水流流场在冷凝器花板的分布原因,每根换热管 内水流速不同,所以运行一段吋间,部分清洗元件无法作往复清洗运动,卡住 在阻档元件内。

发明内容

[3] 针对上述提到的现有技术中的分体式清洗装置需要现场安装,且要配备大功率 发球装置,而四通换流向装置引起的副作用,本发明提供结构紧凑简单的具有 胶球自动在线清洗功能的冷凝器前端封头管箱。

[4] 本发明解决其技术问题釆用的技术方案是:一种具有胶球在线清洗功能的水冷 冷水机组管壳式冷凝器前端封头管箱,前端封头管箱中间由分隔板分隔成上管 箱和下管箱,上管箱与冷凝器换热管出口连通,上管箱上连通有冷却水出水管 ;下管箱与冷凝器换热管入口连通,下管箱上连通有冷却水入水管,前端封头 管箱内部设置有胶球自动在线清洗装置,胶球自动在线清洗装置与前端封头管 箱一体设置,胶球自动在线清洗装置包括收球装置、胶球收集腔、发球装置、 收发胶球自动控制阀和胶球自动清洗控制器,收球装置设置在上管箱内,用于 收胶球,收球装置与胶球收集腔相连通,胶球收集腔与发球装置相连通,发球 装置与下管箱相连通,用于将胶球发送到下管箱内,收发胶球自动控制阀进水 端与冷却水入水管连通,收发胶球自动控制阀出水端与冷却水出水管连通,收 发胶球自动控制阀连接端与胶球收集腔连通,胶球自动清洗控制器控制收发胶 球自动控制阀工作。

[5] 本发明解决其技术问题釆用的技术方案进一步还包括:

[6] 所述的收球装置包括底部止回阀和 1个以上设置于上管箱内的收球过滤网,收 球过滤网呈异形喇叭状,喇叭状收球过滤网开口朝向冷凝器换热管出口,收球 过滤网开口拼接在一起与上管箱横截面形状相吻合,收球过滤网尾端通过管段 连通至胶球收集腔,管段位于胶球收集腔一端上固定安装有底部止回阀。

[7] 所述的收球过滤网设有 1至 5个。

[8] 所述的胶球收集腔的出口与下管箱连通,胶球收集腔与下管箱之间设有发球止 回阀。

[9] 所述的下管箱内固定安装有一个以上的胶球分区隔板,将下管箱分隔成两个以 上的发球区,胶球收集腔与每个发球区之间安装有一个发球止回阀,胶球分区 隔板方向为下管箱内冷却水顺流方向。

[10] 所述的下管箱内固定安装有一个竖直的胶球分区隔板,将下管箱分隔成左右两 个发球区,胶球收集腔左右两侧分别通过第一分区引流管和第二分区引流管与 冷却水出水管连通,第一分区引流管一端伸入胶球收集腔内,位于胶球收集腔 内一端上固定安装有锥形滤网,第一分区引流管另一端与冷却水出水管连通, 第一分区引流管中间安装有第一弓 I流控制电磁阀;第二分区引流管一端伸入胶 球收集腔内,位于胶球收集腔内一端上固定安装有锥形滤网,第二分区引流管 另一端与冷却水出水管连通,第二分区引流管中间安装有第二引流控制电磁阀 [11] 所述的胶球分区隔板釆用耐腐蚀材质制成,胶球分区隔板上冲有孔径为小于胶 球直径的通孔。

[12] 所述的胶球收集腔与前端封头管箱顶部固定连接在一起,胶球收集腔与前端封 头管箱的封头顶部连接处为鸭嘴形腔体,封头顶部开有圆孔,鸭嘴形腔体在封 头顶部圆孔处与收发胶球自动控制阀连接端连通。

[13] 所述的胶球收集腔侧壁上开有 1个以上圆孔,每个圆孔在胶球收集腔内侧一端 上安装有锥形滤网,每个锥形滤网抵住一个底部止回阀,圆孔另一端与鸭嘴形 腔体连通。

[14] 所述的管箱外侧固定安装有观球器,观球器中间位置设置有透明的观球视镜, 观球器入口通过管段与胶球收集腔连通,观球器入口处的管段上设有手动球阀 ;观球器出口通过管段与冷却水入水管连通,观球器出口与冷却水入水管之间 设有手动高压球阀,观球器底部设有放水阀。

[15] 所述的前端封口管箱外侧固定安装有控制箱,胶球自动清洗控制器安装在控制 箱内,胶球自动清洗控制器包括可编程控制器、显示器和输入按钮,显示器和 输入按钮分别与可编程控制器的数据端相连接;

[16] 控制箱内还设置有温度显示、记录模块,温度显示、记录模块上连接有两个温 度传感器,一个温度传感器设置在冷却水出水管处,另一个温度传感器设置在 冷凝器主体上;或者温度显示、记录模块上分别连接一个温度传感器和一个压 力传感器,温度传感器设置在冷却水出水管处,压力传感器设置在冷凝器主体 上。

[17] 本发明的有益效果是:通过本发明使得原来两流程水冷冷水机组管壳式冷凝器 前端封头管箱具有了胶球自动在线清洗功能,该管箱自动实现清洗或分区清洗 过程,在线观测和更换胶球,自动显示和记录冷水机组运行端差,具有手动调 节清洗频率、周期和起停功能,可保证冷水机组的端差增量不超过 0.3°C,使其始 终处于高效的运行状态。本发明结构简单、紧凑,胶球的收发完全依靠水力原 理和冷却水进出的压差实现,无外在的动力源要求,节能、环保,可以和水冷 冷水机组配套出厂,也可以和其管壳满液式蒸发器、温度不超过 80°C的两流程水 水冷管壳式换热器配套出厂,属高效节能新产品。

附图说明

[18] 图 1为现有技术中的两流程水冷冷水机组管壳式冷凝器和前端封头管箱示意图

[19] 图 2为本发明前端封头管箱和冷凝器结构示意图。

[20] 图 3为本发明内部结构(收集胶球状态)示意图。

[21] 图 4为本发明内部结构(收集胶球和分区引流状态)示意图。

[22] 图 5为本发明内部结构(发球状态)示意图。

[23] 图 6为本发明内部结构(清洗状态)示意图。

[24] 图 7为本发明外部结构示意图。

[25] 图 8为本发明侧视结构示意图。

[26] 图 9为本发明内部结构示意图。

[27] 图 10为本发明前端封头管箱上管箱内收球滤网正视结构示意图。

[28] 图 11为本发明前端封头管箱上管箱内收球滤网侧视结构示意图。

[29] 图 12为本发明中间收球腔体立体结构示意图。

[30] 图 13为本发明中间收球腔体正视结构示意图。

[31] 图 14为本发明中间收球腔体侧视结构示意图。

[32] 图 15为图 14的 B-B剖面结构示意图。

[33] 图 16为图 14的 A- A剖面结构示意图。

[34] 图 17为本发明外部结构示意图。

[35] 图 18为图 17的 C-C剖面结构示意图。

[36] 图 19为本发明收发胶球自动控制阀结构示意图(图 17的 D-D剖面结构示意图)

[37] 图 20为图 19的 E局部放大结构示意图。

[38] 图 21为本发明观球器正视结构示意图。

[39] 图 22为本发明观球器侧视结构示意图。

[40] 图 23为本发明观球器俯视结构示意图。

[41] 图 24为本发明胶球自动清洗控制器正视结构示意图。

[42] 图 25为本发明胶球自动清洗控制器侧视结构示意图。

[43] 图 26为本发明胶球自动清洗控制器俯视结构示意图。

[44] 图 27为本发明胶球自动清洗控制器第一立体结构示意图。

[45] 图 28为本发明胶球自动清洗控制器第二立体结构示意图。

[46] 图 29为本发明胶球分区引流管俯视结构示意图。

[47] 图 30为本发明胶球分区引流管侧视结构示意图。

[48] 图 31为本发明外部结构示意图。

[49] 图 32为胶球分区引流管正视图(图 31的 F-F剖面结构示意图)。

[50] 图 33为本发明外部结构示意图。

[51] 图 34为胶球分区隔板示意图(图 33的 G-G剖面结构示意图)。

[52] 图 35为本发明端差监视记录系统(带局部剖面)结构示意图。

[53] 图 36为本发明端差监视记录系统结构示意图。

[54] 图 37为本发明端差监视记录系统结构示意图。

[55] 图中, 1-冷凝器主体, 2-管箱, 3-冷却水入水管, 4-冷却水出水管, 5-收发胶球 自动控制阀, 6-胶球收集腔, 7-收球管段, 8-收球过滤网, 9-冷凝器换热管, 10- 胶球, 11-观球器, 12-手动球阀, 13-控制箱, 14-手动高压球阀, 15-放水阀, 16 -第一引流控制电磁阀, 17-第二引流控制电磁阀, 18-视镜, 19-发球控制阀, 20- 第一分区引流管, 21-第二分区引流管, 22-发球止回阀, 23-分隔板, 24-分区隔 板, 25-底部止回阀, 26-钢板, 27-收球主止回阀, 28-温度传感器, 29-压力传感 器, 30-上管箱, 31-下管箱, 32-鸭嘴式胶球收发水道, 33-短管, 34-圆孔, 35- 主水管, 36-拦球网, 37-后封头分区隔板, 38-观球器排气口。

具体实施方式

[56] 本实施例为本发明优选实施方式,其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或 近似的,均在本发明保护范围之内。

[57] 请参看附图 2、附图 7和附图 8,本发明为带胶球自动在线清洗功能的两流程水 冷冷水机组管壳式冷凝器前端封头管箱,其与冷凝器主体 1结合使用。请参看附 图 3至附图 6,本发明主要为与冷凝器主体 1固定结合在一起的冷凝器前端封头管 箱,其主要包括管箱 2和与管箱 2—体设置的胶球自动在线清洗装置,管箱 2中间 位置固定焊接有分隔板 23,管箱 2由分隔板 23分成上下两部分,上半部分与冷凝 器换热管 9的出口连通,为上管箱 30,上管箱 30上连通有冷却水出水管 4; 下半 部分与冷凝器换热管 9的入口连通,为下管箱 31,下管箱 31上连通有冷却水入水 管 3,冷却水入水管 3出口处固定安装有拦球网 36,拦球网 36上的孔径小于胶球 1 0的直径,可防止胶球 10回流至冷却水入水管 3内。胶球自动在线清洗装置主要 包括收球装置和胶球收集腔 6,请参看附图 9、附图 10、附图 11,本实施例中, 收球装置包括底部止回阀和 1至 5个收球过滤网 8,根据前端封头管箱的直径大小 ,具体说是根据上管箱 30横截面积的大小,可以将收球过滤网 8分成 1个至 5个, 收球过滤网 8釆用不锈钢板(或其他耐蚀材料)冲孔制成,形状为异形喇叭状 即收球过滤网 8上布满直径为 Φ6的孔,便于水从孔中流过,流入冷却水出水管 4 中,孔的直径大小根据胶球大小设定,孔直径小于胶球直径,可使胶球 10留在 收球过滤网 8内),收球过滤网 8大头(即喇叭开口)面对冷凝器列管(即喇叭 状收球过滤网 8开口朝向冷凝器换热管 9出口,一个或多个收球过滤网 8开口拼接 在一起,形状刚好与上管箱 30横截面形状相吻合,刚好可以完全档住上管箱 30 使胶球 10不会流入冷却水出水管 4内),小头(即尾部)与收球管段 7形成直 角 90°并相连通,收球管段 7伸入胶球收集腔 6内,收球管段 7底部安装有旋启式底 部止回阀 25,当胶球 10进入前端封头上管箱 30内,胶球 10随水流汇集到收球管 段 7处,并随水流进入胶球收集腔 6内。请参看附图 12至附图 16,本实施例中, 胶球收集腔 6为钢制圆管,其与管箱分隔板 23焊接为一体,上部与收球管段 7相 连通,下部安装两个发球止回阀 22,两个发球止回阀 22分别设在前端封头的下 管箱 31的左右两个半区内,当不设置分区隔板 24吋,也可通过一个发球止回阀 2 2连通胶球收集腔 6与下管箱 31。胶球收集腔 6上远冷凝器方向上固定焊接有鸭嘴 型钢板 26,鸭嘴型钢板 26与封头顶部焊接成鸭嘴式胶球收发水道 32,胶球收集 腔 6上开设 1到 5个圆孔,每个圆孔位置对应于一个收球管段 7底部的旋启式底部 止回阀 25,圆孔位于胶球收集腔 6内部一端上固定安装有锥型滤网,形成流道孔 ,锥形滤网的锥顶顶住收球管段 7底部的旋启式底部止回阀 25。流道孔位于胶球 收集腔 6—端与鸭嘴式胶球收发水道 32连通,鸭嘴式胶球收发水道 32通过主水道 35与收发胶球自动控制阀 5的连接端相连通,请参看附图 17至附图 20,收发胶球 自动控制阀 5出水端与冷却水出水管 4相通,连接处设有旋启式收球主止回阀 27 ,收球主止回阀 27收球状态为开启,发球状态关闭,收发胶球自动控制阀 5的进 水端与冷却水入水管 3相连通,收发胶球自动控制阀 5与冷却水入水管 3之间的通 道上设有发球控制阀 19,发球控制阀 19收球吋状态为关闭状态,发球吋状态为 开启状态,收发胶球自动控制阀 5中间通过主水道 35与鸭嘴式胶球收发水道 32连 通。收球吋,水可以通过锥型滤网流道孔进入鸭嘴式胶球收发水道 32内,而胶 球留在胶球收集腔 6内。胶球收集腔 6的下部左右两侧分别与第一分区引流管 20 和第二分区引流管 21相连通,胶球收集腔 6的两端用盲板焊死并与分隔板 23焊接 为一体。本实施例中,下管箱 31内设有胶球分区隔板 24,分区隔板 24延伸至拦 球网 36处,将下管箱 31分割成两个独立的发球区,同吋,后端封头内对应设有 后封头分区隔板 37,请参看附图 35,本实施例中,分区隔板 24为冲孔的不锈钢 板或其他耐腐蚀材料,孔径为 Φ6 (即孔直径为 6mm,孔的直径大小根据胶球大 小设定,孔直径小于胶球直径),置于下管箱 31的中间及后端封头内,与后端封 头内的后封头分区隔板 37—道起发球分区的作用,可使胶球 10—次只清洗一半 的冷凝器换热管 9,达到更好的清洗效果。请参看附图 29至附图 34,胶球收集腔 6与冷却水出水管 4之间通过第一分区引流管 20和第二分区引流管 21相连通,第 一分区引流管 20—端穿过管箱 2与胶球收集腔 6连通,第一分区引流管 20位于胶 球收集腔 6内侧一端上设有滤网,阻档胶球 10,防止胶球 10进入冷却水出水管 4 中,第一分区引流管 20另一端与冷却水出水管 4连通,第一分区引流管 20上安装 有第一引流控制电磁阀 16,同样的结构,第二分区引流管 21—端与胶球收集腔 6 连通,另一端与冷却水出水管 4连通,第二分区引流管 21上安装有第二引流控制 电磁阀 17,平吋第一引流控制电磁阀 16和第二引流控制电磁阀 17为关闭状态, 分区引流吋,开启第一引流控制电磁阀 16,胶球收集腔 6内的胶球 10会随分区引 流水流汇集到离第一引流控制电磁阀 16近的位置,同样下一个清洗过程开启第 二弓 I流控制电磁阀 17,胶球收集腔 6内的胶球 10会随弓 I流水流汇集到离第二弓 I流 控制电磁阀 17近的位置,实现分区引流的功能。请参看附图 21至附图 23以及 33 和附图 34,胶球收集腔 6—端通过短管 33与观球器 11相连通,短管 33上设有手动 球阀 12,观球器 11与下管箱 31之间安装有手动高压球阀 14,观球器 11底部安装 有放水阀 15,观球器 11上部设有观球器排气口 38,用于排除观球器内的空气, 观球器 11中间位置安装有可开合的视镜 18。本发明在运行一段吋间后,通过观 球器 11可以对胶球 10进行检査或更换。胶球 10汇集在胶球收集腔 6内,收球主止 回阀 27和收球管段底部止回阀 25处于开启状态,发球控制阀 19、发球止回阀 22 和第一引流控制电磁阀 16、第二引流控制电磁阀 17都处于关闭状态,手动开启 手动球阀 12和观球器放水阀 15,胶球收集腔 6内的胶球 10就会随水流到观球器 11 内,手动关闭观球阀 12和观球器放水阀 15,胶球 10就和冷凝器的冷却水系统切 断,通过视镜 18可以观察胶球 10的外观和磨损情况,同吋,可以打开视镜 18进 行胶球 10的更换工作。观球或更换胶球工作完成后,手动开启观球阀 12和手动 高压球阀 15,系统内的高压水将胶球 10推入胶球收集腔 6内,然后关闭手动手动 高压球阀 14即可。

本发明釆用可编程控制器作为胶球自动清洗控制器,实现胶球自动清洗控制。 请参看附图 24至附图 28,胶球自动清洗控制器安装在控制箱 13内,整体控制箱 1 3固定在前端封头管箱 2的外侧,控制箱 13防护等级为 IP23,控制箱 13内设有可编 程控制器,为主控芯片,控制箱 13上设有显示器和操作按钮,显示器釆用 LCD 显示器,控制箱 13上同吋安装有电源指示灯、待机指示灯、发球主控制阀指示 灯、第一分区引流控制电磁阀工作指示灯、第二分区引流控制电磁阀工作指示 灯和系统停机 /故障指示灯,用来显示本发明的工作状态,同吋,操作面板设置 在控制箱外,输入按钮设置在操作面板上,输入按钮包括有参数设定键、手动 启动复合键、参数设定确认和手动停止复合键,用于设定系统运行参数。本发 明在待机状态吋,主控制阀和两个分区引流控制电磁阀均为关闭,当自动控制 箱 13接收到上位机的启动无源信号吋,延吋 15分钟 (可调节),打开第一分区引流 控制电磁阀, 1分钟(可调节)后关闭第一分区引流控制电磁阀,打开主控制阀 , 1分钟(可调节)后关闭主控制阀,打开第二分区引流控制电磁阀, 1分钟( 可调节)后关闭第二分区引流控制电磁阀,打开主控制阀, 1分钟(可调节)后 关闭主控制阀,完成一次分区清洗过程。按预设程序每 3分钟(可调节)重复以 上操作 5次(可调节),共完成 6次(可调节)分区清洗过程,算一个清洗周期 。 6个小吋(可调节)后,按预设程序会自动重复以上操作(内置程序会自动计 算冷水机组实际的开机运行吋间),实现自动在线清洗。通过操作按钮可现场 手动清洗操作。通过操作按钮,在主显示器上可看到实际的清洗次数。本发明 还可通过提供的 MODBUS协议和 RS-485接口和冷水机组以及上位机实现通信, 显示待机、运行、清洗次数、故障等工作状态。

[59] 本发明还具有端差监视记录功能,端差监视记录功能釆用温度显示、记录模块 配合传感器实现,釆用常用的数据釆集、比较、记录、传输构成。请参看附图 3 5至附图 37,温度显示、记录模块釆用单片机作为端差监视和记录芯片,其配合 两个传感器组成端差监视记录系统的硬件系统,其中端差显示、记录芯片内置 于自动控制箱 13内,冷却水出水管 4处设有温度传感器 28,温度传感器 28安装在 冷却水出水管 4上。制冷剂冷凝温度可以用两种传感器实现,一种是釆用压力传 感器 29来测量制冷剂的冷凝压力,压力传感器 29安装在冷凝器主体 1上,通过芯 片内预设的程序转换为温度数据(现有技术中的通用做法),另一种用温度传 感器,安装在冷凝器的外壁上直接测量制冷剂的冷凝温度。通过按动按钮,在 自动控制箱 13的 LCD显示器上可以显示端差,端差记录程序预设在芯片内,每 隔 2小吋(可调节)自动记录一次端差,通过端差记录的 USB接口可以下载历史 端差记录,并通过专有软件自动形成历史端差图表。控制箱上设有总电源入口 和 3个控制阀电源口以及温度传感器导线接口,并设有与上位机通信用的 RS-485 接口,以及用于从现场导出端差记录的 USB接口,各接口分别与端差显示、记录 芯片连接。

[60] 本发明在使用吋,请参看附图 3,附图 3为本发明收集胶球状态结构示意图,收 球主止回阀 27和收球管段 7底部止回阀 25处于开启状态,发球控制阀 19和发球止 回阀 22处于关闭状态,此吋冷却水夹带胶球 10进入前端封头管箱的上管箱 30内 ,冷却水通过收球过滤网 8过滤后,由冷却水出水管 4处流走,而此吋胶球 10汇 集到收球管段 7处。请参看附图 4,胶球 10随收球引流水进入胶球收集腔 6内,完 成收球过程。请参看附图 5和附图 6,附图 5和附图 6为本发明发出胶球状态结构 示意图,自动控制程序打开发球控制阀 19,高压水流进入发球控制阀 19内,关 闭收球主止回阀 27,高压水流进入胶球收集腔 6内,高压水流关闭收球管段底部 止回阀后 25,冲开发球止回阀 22,同吋将胶球 10发入下管箱 31内,胶球 10由于 受前端管箱胶球分区隔板 24的阻档只能随冷却水进入一半的冷凝换热管 9内,完 成分区发球的过程。胶球 10依靠水压差随冷却水在冷水机组冷凝器换热管 9内流 动,通过与冷凝器换热管 9内壁的摩擦,擦洗掉换热管内壁的污垢后,又随冷却 水回到上管箱 30内,完成一次清洗过程。如此反复,实现自动在线分区清洗过 程。