CN105674719A - 气相旋转换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是气相旋转换热器，这种气相旋转换热器由壳体及烟气列管组成，壳体的两端为气流分配室，壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室由集气室和空气流通道构成，烟气列管的两端分别与壳体两端气流分配室的集气室固定连接，烟气入口、烟气出口设置在相应的集气室处，冷空气入口、热空气出口设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒，旋转滚筒内侧壁安装螺旋导向叶片，旋转滚筒外侧安装有被动齿圈，被动齿圈连接齿圈驱动机构；被动齿圈的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒与气流分配室连接处均设置磁流体密封机构。本发明在相同气相条件下旋流效应改变速度场分布特性，提高换热效率5%以上，降低燃料消耗。

Description

气相旋转换热器

一、技术领域：

本发明涉及的是一种与北方地区大宗粮食干燥机配套的换热设备，具体涉及的是气相旋转换热器。

二、背景技术：

节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，预计“十三五”期间单位国内生产总值能耗力争降低30％左右。目前，烘干粮食应用的立式列管换热器的效率在70%左右，尤其东北地区粮食干燥适逢初冬时节，室外平均温度达-15℃左右，热能损耗更为严重。因此，提高能源的利用效率，以降低一次能源的消耗和提高单位能耗的产值是干燥节能关键。烘储的质量和成本取决于高效换热技术的应用，如若换热效率提高5%，那么在相同的条件下每公斤煤就可多烘干2.1公斤粮食，按我国北方煤炭的价格计算，每吨粮食节省4元。以2014年全国粮食总产量58957万吨来计算，仅仅应用高效的换热器就可节省上亿元。从环保方面考虑，对于北方冬季减少烟尘排放，防止雾霾发生的现实意义更加重大。单独考虑北方玉米干燥所节省燃料，一般需消耗0.05吨煤/吨玉米，如若换热效率提高5%，2014年东北玉米产量9203万吨，冬季烘干玉米将节省燃煤23万吨，以产生烟尘15kg/T燃煤计，将减少烟尘3430吨，大幅度减少11-12月份的雾霾程度。

三、发明内容：

本发明的目的是提供气相旋转换热器，这种气相旋转换热器用于解决目前北方烘干粮食应用的立式列管换热器效率低、热能损耗严重的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种气相旋转换热器由壳体及烟气列管组成，壳体的两端为气流分配室，壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室由集气室和空气流通道构成，烟气列管的两端分别与壳体两端气流分配室的集气室固定连接，烟气入口设置在集气室处，烟气出口设置在另一个集气室处，冷空气入口、热空气出口分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒，旋转滚筒内侧壁安装螺旋导向叶片，旋转滚筒外侧安装有被动齿圈，被动齿圈连接齿圈驱动机构；被动齿圈的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒与气流分配室连接处均设置磁流体密封机构。

上述方案中被动齿圈嵌套在旋转滚筒外壁，齿圈驱动机构由调速电机、变速箱、驱动齿轮、副齿轮构成，驱动齿轮与副齿轮对称安装在被动齿圈的下部，驱动齿轮和副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮连接变速箱，变速箱连接调速电机，这种齿圈驱动机构在实现驱动旋转滚筒转动的同时，还进一步确保了旋转滚筒处于平衡状态。

上述方案中滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座、滚轮、滚环带槽构成，滚环带槽嵌套在旋转滚筒外壁，滚轮支撑座安装在旋转滚筒的两侧，每个滚轮支撑座上设置一个滚轮，滚轮均与滚环带槽相配合，旋转滚筒转动时滚环带槽也随着转动，滚轮也被带动转动，从而实现滚筒旋转支撑机构对度旋转滚筒进行支撑，保证旋转滚筒的平衡。

上述方案中所述磁流体密封机构由永磁铁、磁靴、四氟格莱密封圈、弹性密封套、多级甬道磁流体组成，旋转滚筒内壁的两端均设置有支撑套筒，支撑套筒为变径筒，支撑套筒伸入到气流分配室中，气流分配室内壁具有凸台，气流分配室内壁环绕在支撑套筒外，凸台顶在支撑套筒上，支撑套筒、凸台、气流分配室内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构置于密封腔内；气流分配室内壁与支撑套筒之间、凸台与支撑套筒之间均设置有密封环。该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

上述方案中旋转滚筒体壁面设有检视口，圆形检视口由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

上述方案中螺旋导向叶片焊接在旋转滚筒内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距大20mm。

上述方案中集气室有除尘口，可以定期清除滚筒内的聚集的烟气的灰尘。

上述方案中烟气列管为正三角列管束。

有益效果：

1、本发明将内置变螺距螺旋导向叶片的旋转管壳与正三角列管束相结合，使低温冷流围绕正三角列管组做变螺距旋转运动，高温烟气在列管束内流动，螺旋涡流在纵轴线方向上起扰流作用，破坏环管层流，形成湍流效应，保证低温空气与列管充分接触。在同气相条件下旋流效应改变速度场分布特性，从而提高换热效率5%以上，降低燃料消耗。

2、本发明结构合理，性能稳定，安全可靠，能够解决北方粮食干燥机以煤为热源，且外界环境温度低，换热效率低，热能损失严重的问题。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为磁流体密封结构局部放大图；

图3为本发明的侧视图。

1.烟气出口2.冷空气入口3.气流分配室4.旋转滚筒5.滚轮支撑座6.烟气列管7.被动齿圈8.驱动齿轮9.变速箱10.调速电机11.滚环带槽12.滚轮13.螺旋导向叶片14.磁流体密封机构15.热空气出口16.集气室17.烟气入口18.检视口19.支撑套筒20.旋转滚筒壁板21保温层22.弹性密封套23.磁靴24.永磁铁25.四氟格莱密封圈26.多级甬道磁流体27.气流分配室壁板28.除尘口。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图3所示，这种气相旋转换热器卧式密封结构，由壳体及烟气列管6组成的一体式结构，外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，壳体的两端为气流分配室3，壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室3由集气室16和空气流通道构成，为高温烟气进入换热段与进入空气初步接触阶段，左右气流分配室3分别安装在旋转滚筒式换热室两端，为固定机构，集气室16是将高温烟气均匀分配给正三角型布置的烟气列管6内，用于换热，同时具有沉降室的作用，集气室16还有除尘口28，可以定期清除滚筒内的聚集的烟气的灰尘；烟气列管6的两端分别与壳体两端气流分配室3的集气室16固定连接，烟气列管6为正三角列管束。烟气入口17设置在集气室16处，烟气出口1设置在另一个集气室16处，冷空气入口2、热空气出口15分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒4，旋转滚筒4内侧壁安装螺旋导向叶片13，螺旋导向叶片13焊接在旋转滚筒4内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距大20mm。旋转滚筒4外侧安装有被动齿圈7，被动齿圈7连接齿圈驱动机构；旋转滚筒4在非传动区域设计保温层21，夹层内填充珍珠岩，保温层21箍在旋转滚筒壁板20外侧，起到绝热保温的作用；被动齿圈7的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒4与气流分配室3连接处均设置磁流体密封机构14。

旋转滚筒4体壁面设有检视口18，圆形检视口18由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

本实施方式中被动齿圈7嵌套在旋转滚筒4外壁，齿圈驱动机构由调速电机10、变速箱9、驱动齿轮8、副齿轮构成，驱动齿轮8与副齿轮对称安装在被动齿圈7的下部，驱动齿轮8与副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮8连接变速箱9，变速箱9连接调速电机10。调速电机10为交流电动机，交流电动机有调速器能够控制旋转滚筒4转动的速度。被动齿圈7为带基座的大齿圈，驱动齿轮8为小齿轮。被动齿圈7焊接在旋转滚筒壁板20上，调速电机10通过减速器与小齿轮相联，大齿圈与小齿轮啮合，将旋转驱动动力传动给旋转滚筒4，使换热器在旋转状态下工作。调速电机10受调速器控制，通过人工操作得到换热器工作所要求的精准转速。

滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座5、滚轮12、滚环带槽11构成，滚环带槽11嵌套在旋转滚筒4外壁，滚轮支撑座7对称安装在旋转滚筒体的下方，用于固定支撑旋转滚筒体，该支撑座由型钢焊合而成。每个滚轮支撑座5上设置一个滚轮12，滚轮12均与滚环带槽11相配合，旋转滚筒4转动时滚环带槽11也随着转动，滚轮12也被带动转动，从而实现滚筒旋转支撑机构对旋转滚筒4进行支撑，保证旋转滚筒4的平衡。所述的滚环带槽11，行走滚轮12在其内滚行，要求带槽内加工精度和滚轮12配合精度较高，防止旋转滚筒4运转的径向跳动。

如图2所示，磁流体密封机构14由永磁铁24、磁靴23、四氟格莱密封圈25、弹性密封套22、多级甬道磁流体26组成，旋转滚筒4内壁的两端均设置有支撑套筒19，支撑套筒19为变径筒，是由粗筒和细筒构成的二级变径筒体，支撑套筒19伸入到气流分配室3中，气流分配室3内壁具有凸台，气流分配室3内壁环绕在支撑套筒19外，支撑套筒19可相对于气流分配室3内壁旋转，凸台顶在支撑套筒19上，支撑套筒19、凸台、气流分配室3内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构14置于密封腔内，永磁铁24设置于密封腔中间，永磁铁24的两侧分别设置磁靴23，磁靴23底部与密封腔底部设置有多级甬道磁流体26，磁靴23与气流分配室壁板27之间设置四氟格莱密封圈25，磁靴23与密封腔腔壁之间设置弹性密封套22；气流分配室3内壁与支撑套筒19之间、凸台与支撑套筒19之间均设置有密封环。该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

本发明整个密封结构为三级密封构成，第一级为弹性密封套22，材质为全氟醚橡胶（GARLAST），具有耐高温、耐化学溶剂性能及高洁净特性，最高耐受温度达327℃。第二级为4个O型四氟格莱密封圈25，具有耐高压和高温的特性。第三级为磁流体密封，由磁靴23，永磁铁24，多级甬道磁流体26组成，安装在支撑套筒19和磁靴23之间形成多级“液体O型密封圈”，该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

Claims (8)

1.一种气相旋转换热器，其特征在于：这种气相旋转换热器由壳体及烟气列管（6）组成，壳体的两端为气流分配室（3），壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室（3）由集气室（16）和空气流通道构成，烟气列管（6）的两端分别与壳体两端气流分配室（3）的集气室（16）固定连接，烟气入口（17）设置在集气室（16）处，烟气出口（1）设置在另一个集气室（16）处，冷空气入口（2）、热空气出口（15）分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒（4），旋转滚筒（4）内侧壁安装螺旋导向叶片（13），旋转滚筒（4）外侧安装有被动齿圈（7），被动齿圈（7）连接齿圈驱动机构；被动齿圈（7）的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒（4）与气流分配室（3）连接处均设置磁流体密封机构（14）。

2.根据权利要求1所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的被动齿圈（7）嵌套在旋转滚筒（4）外壁，齿圈驱动机构由调速电机（10）、变速箱（9）、驱动齿轮（8）、副齿轮构成，驱动齿轮（8）与副齿轮对称安装在被动齿圈（7）的下部，驱动齿轮（8）和副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮（8）连接变速箱（9），变速箱（9）连接调速电机（10）。

3.根据权利要求2所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座（5）、滚轮（12）、滚环带槽（11）构成，滚环带槽（11）嵌套在旋转滚筒（4）外壁，滚轮支撑座（5）安装在旋转滚筒（4）的两侧，每个滚轮支撑座（5）上设置一个滚轮（12），滚轮（12）均与滚环带槽（11）相配合。

4.根据权利要求3所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的磁流体密封机构（14）由永磁铁（24）、磁靴（23）、四氟格莱密封圈（25）、弹性密封套（22）、多级甬道磁流体（26）组成，旋转滚筒（4）内壁的两端均设置有支撑套筒（19），支撑套筒（19）为变径筒，支撑套筒（19）伸入到气流分配室（3）中，气流分配室（3）内壁具有凸台，气流分配室（3）内壁环绕在支撑套筒（19）外，凸台顶在支撑套筒（19）上，支撑套筒（19）、凸台、气流分配室（3）内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构（14）置于密封腔内；气流分配室（3）内壁与支撑套筒（19）之间、凸台与支撑套筒（19）之间均设置有密封环。

5.根据权利要求4所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的旋转滚筒体壁面设有检视口（18），圆形检视口（18）由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

6.根据权利要求5所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的螺旋导向叶片（13）焊接在旋转滚筒（4）内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距大20mm。

7.根据权利要求6所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的集气室（16）有除尘口（28）。

8.根据权利要求7所述的气相旋转换热器，其特征在于：所述的烟气列管（6）为正三角列管束。