具有管式夹套结构的造纸机烘缸
技术领域
本发明属于热传递技术领域,涉及一种具有管式夹套结构的造纸机烘缸。
背景技术
造纸机烘缸通常由缸筒、缸盖和轴头组成。烘缸在工作时,加热介质通过缸筒内表面,将热量透过缸筒壁传到缸筒外面的纸张上,将纸张中的水分烘干。一般的烘缸内壁表面是圆弧面,在使用饱和水蒸汽作为加热热源时,为了强化传热,也有在缸筒内壁开一定的沟槽,使一部分“翅片”状的肋筋露出“冷凝水”的“液面”,使水蒸气直接冷凝到裸露的肋筋“翅片”表面,增加了烘缸传热面,提高了传热效率。不过这种“翅片”的加工,会使烘缸的制造成本增加很多。
造纸机烘缸还有一个安全问题困扰着设计者、制造商和用户,也给承压设备监管部门带来了压力。由于烘缸内部加热介质的压力存在,这种“压力容器”发生安全事故的危险是客观存在,而且事故造成破坏结果的严重程度与设备内介质释放的能量成正比。减少容器内的受压介质的总量,无疑是增加安全性的一个途径。
由于造纸机烘缸承受压力和传输热量的特征,使传统的烘缸制成了十分笨重的一个部件,而且内部承压被限制在比较低的范围,尤其是对于灰铸铁烘缸的使用压力严格限制在技术法规规定的0.8MPa以下。
造纸机烘缸有铸铁结构和钢制焊接结构两种。造纸机烘缸有两个重要特征,分别为承压和传热。造纸机烘缸工作状态是作旋转运动的,造纸机的生产速度越高,烘缸的旋转速度越快。当烘缸的旋转速度不高时,缸内的冷凝水在重力作用下,总是落在烘缸下部,可由固定的排水装置将冷凝水排出,但当烘缸转速达到一定值时,也即造纸机达到一定车速时(所谓车速是指造纸机生产的纸张以每分钟计时线速度,通常为数百米/分、1000多米/分,甚至2000多米/分),由于离心力的作用,冷凝水在烘缸内形成一个水环,此时加热用的水蒸气,通过冷凝作用,将热量传递到水环上,再通过水环把热量传递到烘缸缸壁,最后传递到烘缸外壁的湿纸浆层。
作为传热设备,通常造纸机烘缸内的工作的热介质是水蒸气。传热能力的增加,提高传热温差是有效的措施之一,而水蒸气的温度提高,必然带来其压力的提高。提高加热温度的同时,增加了安全性的风险,也增加了设备结构强度要求。烘缸的传热效果和其安全性具备了不可分割的联系。
本领域技术人员还应当理解,上述烘缸不仅仅只能用于造纸行业,在其他行业如食品、化工等相近场合产品的烘干过程,也可以使用烘缸进行加热及烘干,其原理与纸张的烘干相同。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题,提供一种安全性高、传热效果好的具有管式夹套结构的造纸机烘缸。
为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:一种具有管式夹套结构的造纸机烘缸,包括烘缸本体,所述的烘缸本体上设有供加热介质进入到烘缸本体内部的加热介质入口及供加热介质从烘缸本体内部导出的加热介质出口,所述的烘缸本体内设有管式夹套导热结构,该管式夹套导热结构一端连接加热介质入口,另一端连接加热介质出口,管式夹套导热结构与烘缸本体的内壁密封连接从而能将加热介质的热量直接传递到烘缸本体的内壁上。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的管式夹套导热结构包括至少一个沿烘缸本体的周向或轴向设置的管式夹套导热组件,所述的管式夹套导热组件固定在烘缸本体的内壁上且与烘缸本体内壁密封连接,管式夹套导热组件的一端连接加热介质入口,另一端连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的管式夹套导热组件包括盘管组件,所述的烘缸本体的内壁设有与盘管组件相配适的凹槽,盘管组件嵌入到凹槽中并与烘缸本体固定连接,盘管组件一端连接加热介质入口,另一端连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的盘管组件包括若干呈C字型且两端封闭的盘管,或者是螺旋状的盘管,或者是平行于回转轴的排管。所述的若干盘管相互平行且每根盘管沿烘缸本体的周向固定到凹槽内,每两根相邻的盘管用一根连接管首尾相连从而使若干盘管形成一根能让加热介质依次流经每根盘管的盘管组件,位于盘管组件一端的盘管连接加热介质入口,位于盘管组件另一端的盘管连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的管式夹套导热组件包括半管组件。所述的半管组件直接与烘缸本体的内壁焊接密封从而使半管组件与烘缸本体的内壁之间形成封闭的供加热介质进入的夹套,所述的半管组件一端连接加热介质入口,另一端连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的半管组件包括若干相互平行设置的半管,所述的半管与烘缸本体内壁焊接固定,半管与烘缸本体内壁之间形成供加热介质进入的夹套,每两根相邻的半管用连接管连接从而使若干半管相互连接形成能让加热介质依次流经每根半管的半管组件,所述的半管组件一端的半管连接加热介质入口,半管组件的另一端的半管连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的管式夹套导热组件包括波纹板,所述的波纹板与烘缸本体的内壁密封连接,波纹板与烘缸本体的内壁之间形成供加热介质进入的夹套,所述的波纹板一端连接加热介质入口,另一端连接加热介质出口。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的管式夹套导热结构连接加热介质导入汇出总管组件结构,所述的加热介质导入汇出总管组件结构连接加热介质入口和加热介质出口,且加热介质导入汇出总管组件结构沿烘缸本体的径向连接管式夹套导热结构从而对管式夹套导热结构进行径向支撑。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的加热介质导入汇出总管组件结构包括分别与加热介质入口和加热介质出口连接的加热介质导入汇总管和加热介质汇出总管,所述的加热介质导入汇总管和加热介质汇出总管沿烘缸本体的轴向设置且相互平行,还包括分别连接管式夹套导热组件并沿烘缸本体的径向设置的加热介质导入分配管和加热介质导出分配管,所述的加热介质导入分配管和加热介质导出分配管分别连接加热介质导入汇总管和加热介质汇出总管。
在上述的具有管式夹套结构的造纸机烘缸中,所述的加热介质导入汇总管套设在加热介质汇出总管内,连接每两个相邻的管式夹套导热组件的加热介质导入分配管之间的夹角为180°,连接每两个相邻的管式夹套导热组件的加热介质导出分配管之间的夹角为180°。
与现有技术相比,本发明的优点在于:在烘缸的内壁上,将小容积的夹套结构与烘缸内壁连接形成一个密闭通道,用于载热介质(如饱和水蒸汽)通入,并将热量通过这个通道的内表面传到烘缸的外壁,从而提高了传热效率,并将原来的烘缸承压转变为夹套结构承压,从而提高了烘缸的安全性,达到可以降低制造成本、改善烘缸安全性能、提高传热性能的效果,可替代传统造纸机烘缸。本烘干不仅可以用于造纸行业的纸张烘干,也可用于其他行业如食品、化工加工过程中对一些物料的烘干处理等。
附图说明
图1是现有技术的铸铁烘缸的结构示意图;
图2是现有技术的钢制烘缸的结构示意图;
图3是本发明的结构示意图;
图4是本发明的另一种结构示意图;
图5是实施例1中的管式夹套导热组件与烘缸本体连接的结构示意图;
图6是实施例1中管式夹套导热组件的结构示意图;
图7是实施例1的局部结构示意图;
图8是实施例2的局部结构示意图;
图9是实施例3中波纹板与烘缸本体内壁连接的结构示意图。
图中:烘缸本体1、加热介质入口2、加热介质出口3、管式夹套导热结构4、管式夹套导热组件5、盘管组件6、凹槽7、盘管8、连接管9、半管组件10、半管11、波纹板12、加热介质导入汇出总管组件13、加热介质导入汇总管14、加热介质汇出总管15、加热介质导入分配管16、加热介质导出分配管17、烘缸筒体101、端盖102、人孔103、转轴104。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
如图1和图2所示,现有技术的造纸机烘缸,包括烘缸本体1,烘缸本体1包括呈筒状的烘缸筒体101,及与烘缸筒体101两端固定且密封连接的端盖102,在端盖102上可设置人孔103,加热介质如蒸汽通入到烘缸筒体101内部,烘缸筒体101受压。
造纸机烘缸有铸铁结构和钢制焊接结构两种。造纸机烘缸有两个重要特征,分别为承压和传热。造纸机烘缸工作状态是作旋转运动的,造纸机的生产速度越高,烘缸的旋转速度越快。当烘缸的旋转速度不高时,缸内的冷凝水在重力作用下,总是落在烘缸下部,可由固定的排水装置将冷凝水排出,但当烘缸转速达到一定值时,也即造纸机达到一定车速时(所谓车速是指造纸机生产的纸张以每分钟计时线速度,通常为数百米/分、1000多米/分,甚至2000多米/分),由于离心力的作用,冷凝水在烘缸内形成一个水环,此时加热用的水蒸气,通过冷凝作用,将热量传递到水环上,再通过水环把热量传递到烘缸缸壁,最后传递到烘缸外壁的湿纸浆层。
因此,现有技术在安全性和传热效率两方面需要改进。
如图3所示,本发明提供了一种具有管式夹套结构的造纸机烘缸,包括烘缸本体1,烘缸本体1包括呈筒状的烘缸筒体101,及与烘缸筒体101两端固定且密封连接的端盖102,在端盖102上可设置人孔103,所述的烘缸本体1上设有供加热介质进入到烘缸本体1内部的加热介质入口2及供加热介质从烘缸本体1内部导出的加热介质出口3,作为优选的方案,加热介质入口2、加热介质出口3可分别设置在烘缸本体1的两端的转轴104上,转轴104可与端盖102固定连接。
烘缸本体1内设有管式夹套导热结构4,本领域技术人员应当理解,管式夹套导热结构4设置在烘缸筒体101上,该管式夹套导热结构4一端连接加热介质入口2,另一端连接加热介质出口3,管式夹套导热结构4与烘缸本体1的内壁密封连接从而能将加热介质的热量直接传递到烘缸本体1的内壁上。
加热介质如蒸汽,从加热介质入口2进入到管式夹套导热结构4,管式夹套导热结构4直接对烘缸本体1的内壁进行热传递,烘缸本体1内壁将热量传递到烘缸本体1外壁,对烘缸本体1外壁的纸张加热烘干。在该过程中,加热介质只运行在管式夹套导热结构4内,烘缸本体1内部的加热介质总量明显减少,而且,烘缸本体1内部不受压,转变为管式夹套导热结构4受压,烘缸本体1的安全性得到明显提高,根据管式夹套导热结构4的承压设计,承压也可升高,而管式夹套导热结构4与烘缸本体1内壁密封连接,加热介质的热量可直接传递到烘缸本体1上,烘缸本体1内不会产生冷凝水,加热效率得到明显提高。
所谓夹套,是压力容器专用的名词术语,其英文是“jacket”。构成夹套的典型结构有多种,包括盘管、半管夹套、蜂窝夹套等。夹套与烘缸本体1优选采取焊接结构,包括钎焊、电弧焊、塞焊和激光熔融焊。这几种焊接方式的应用,分别对应烘缸缸筒选取的材料不同,可采用的焊接方式也不相同。
具体的说,结合图5和图7所示,管式夹套导热结构4包括至少一个沿烘缸本体1的周向或轴向设置的管式夹套导热组件5,所述的管式夹套导热组件5固定在烘缸本体1的内壁上且与烘缸本体1内壁密封连接,管式夹套导热组件5的一端连接加热介质入口2,另一端连接加热介质出口3。优选方案,管式夹套导热组件5可以设置若干个,且间隔均匀的设置,管式夹套导热组件5可以沿烘缸本体1的周向呈环形设置,也可沿烘缸本体1的轴向呈直线设置。
在本实施例中,结合图6所示,管式夹套导热组件5包括盘管组件6,所述的烘缸本体1的内壁设有与盘管组件6相配适的凹槽7,盘管组件6嵌入到凹槽7中并与烘缸本体1固定连接,盘管组件6一端连接加热介质入口2,另一端连接加热介质出口3。盘管组件6和凹槽7可以沿烘缸本体1的周向呈环形设置,也可以沿烘缸本体1的轴向呈直线设置。
优选方案,盘管组件6包括若干呈C字型且两端封闭的盘管8,盘管8用机械张紧件如螺栓件等张紧在烘缸本体1的内壁上,焊接完成后拆除机械张紧件,利于盘管8在工作状态下的热膨胀,若干盘管8相互平行且每根盘管8沿烘缸本体1的周向固定到凹槽7内,每两根相邻的盘管8用一根连接管9首尾相连从而使若干盘管8形成一根能让加热介质依次流经每根盘管8的盘管组件6,位于盘管组件6一端的盘管8连接加热介质入口2,位于盘管组件6另一端的盘管8连接加热介质出口3。
如图3所示,管式夹套导热结构4连接加热介质导入汇出总管组件结构13,所述的加热介质导入汇出总管组件结构13连接加热介质入口2和加热介质出口3,且加热介质导入汇出总管组件结构13沿烘缸本体1的径向连接管式夹套导热结构4从而对管式夹套导热结构4进行径向支撑,由于管式夹套导热结构4呈周向或轴向与烘缸本体1内壁固定连接,得到的是周向或轴向的强度,而加热介质导入汇出总管组件结构13对管式夹套导热结构4增加了径向支撑,使管式夹套导热结构4从两个方向得到支撑,提高管式夹套导热结构4在烘缸本体1内部的强度,延长管式夹套导热结构4的使用寿命并提高工作过程中的安全性。
具体的说,加热介质导入汇出总管组件结构13包括分别与加热介质入口2和加热介质出口3连接的加热介质导入汇总管14和加热介质汇出总管15,所述的加热介质导入汇总管14和加热介质汇出总管15沿烘缸本体1的轴向设置且相互平行,还包括分别连接管式夹套导热组件5并沿烘缸本体1的径向设置的加热介质导入分配管16和加热介质导出分配管17,所述的加热介质导入分配管16和加热介质导出分配管17分别连接加热介质导入汇总管14和加热介质汇出总管15。
优选方案,加热介质导入汇总管14套设在加热介质汇出总管15内,连接每两个相邻的管式夹套导热组件5的加热介质导入分配管16之间的夹角为180°,连接每两个相邻的管式夹套导热组件5的加热介质导出分配管17之间的夹角为180°。当然,本领域技术人员应当理解,两个相邻的加热介质导入分配管16和加热介质导出分配管17之间的夹角也可以是90°或60°或120°等,选择角度为180°,可以从两个相反的方向支撑管式夹套导热组件5,从而得到支撑力的相互作用。
本实施例提出了夹套结构的烘缸,即在烘缸的内壁上,通过焊接,将小容积的管式夹套导热结构4与烘缸本体1内壁连接形成一个密闭通道,用于加热介质(如饱和水蒸汽)通入,并将热量通过这个通道的内表面传到烘缸的外壁。这种结构可根据烘缸的材料品种,分别采用不同的结构和焊接方法。对于铸铁烘缸,采用管状的结构,用热熔锌钎焊的方法,将管状夹套与烘缸内壁严密结合,以避免管状夹套与烘缸内壁之间有间隙存在而影响了传热。本实施例的结构,将原来的烘缸本体1受压转变为盘管8受压,从而提高了烘缸本体1的安全性。
本实施例的管式夹套导热组件5,既可以用于铸铁烘缸,也可以用于碳钢烘缸或其他材质的烘缸,但优选地,凹槽7与盘管8更适合用于铸铁烘缸,方便加工处理。
实施例2
本实施例与实施例1的结构和工作原理基本相同,不同之处在于,如图4和图8所示,管式夹套导热组件5包括半管组件10,所述的半管组件10直接与烘缸本体1的内壁焊接密封从而使半管组件10与烘缸本体1的内壁之间形成封闭的供加热介质进入的夹套,所述的半管组件10一端连接加热介质入口2,另一端连接加热介质出口3。
具体的说,半管组件10包括若干相互平行设置的半管11,所述的半管11与烘缸本体1内壁焊接固定,半管11与烘缸本体1内壁之间形成供加热介质进入的夹套,每两根相邻的半管11用连接管9连接从而使若干半管11相互连接形成能让加热介质依次流经每根半管的半管组件10,所述的半管组件10一端的半管11连接加热介质入口2,半管组件10的另一端的半管11连接加热介质出口3。
本领域技术人员应当理解,所谓的半管11并不局限于横截面为半圆形,也可以是弧度为60°或90°或120°或150°或270°等等的扇形,半管11应当理解为横截面为非圆形的管,具有轴向的开口部,该开口部与烘缸本体1的内壁密封焊接,因此半管11中的蒸汽可将热量直接传递到烘缸本体1的内壁上,导热效率明显提高。
本实施例适合用于钢制烘缸,用电弧焊或类似的焊接方法,将半管11直接焊在烘缸本体1内壁上,半管11与烘缸本体1内壁形成一个封闭的通道,供加热介质通过并将热量传递到烘缸本体1外壁。半管11可以是环状,也可以是沿烘缸本体1轴向呈直线状的分布。本实施例中,将原来的烘缸本体1受压转变为半管11受压,从而提高了烘缸本体1的安全性。
本实施例的管式夹套导热组件5,既可以用于铸铁烘缸,也可以用于碳钢烘缸或其他材质的烘缸,但优选地,半管组件10更适合用于碳钢烘缸,方便加工处理。
实施例3
本实施例与实施例1的结构和工作原理基本相同,不同之处在于,结合图9所示,管式夹套导热组件5包括波纹板12,所述的波纹板12与烘缸本体1的内壁密封连接,波纹板12与烘缸本体1的内壁之间形成供加热介质进入的夹套,所述的波纹板12一端连接加热介质入口2,另一端连接加热介质出口3。
本实施例中,波纹板12可采用塞焊、或激光焊接的方法与烘缸本体1密封固定,波纹板12与烘缸本体1内壁之间形成夹套,采用激光焊时,可以采用先焊接后鼓胀成型的方法,将夹套通道成型出来。波纹板12可以是环状,也可以是沿烘缸本体1轴向呈直线状的分布。本实施例中,将原来的烘缸本体1受压转变为波纹板12受压,从而提高了烘缸本体1的安全性。
本实施例的管式夹套导热组件5,既可以用于铸铁烘缸,也可以用于碳钢烘缸或其他材质的烘缸,但优选地,波纹板12更适合用于碳钢烘缸,方便加工处理。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域技术人员还应当理解,虽然本实施例公开了造纸机烘缸,但该烘缸也可用于其他需要热加工的领域,如食品行业中对燕麦片的烘干等,任何用本发明进行热处理都应当落入本发明的保护范围。
尽管本文较多地使用了烘缸本体1、加热介质入口2、加热介质出口3、管式夹套导热结构4、管式夹套导热组件5、盘管组件6、凹槽7、盘管8、连接管9、半管组件10、半管11、波纹板12、加热介质导入汇出总管组件结构13、加热介质导入汇总管14、加热介质汇出总管15、加热介质导入分配管16、加热介质导出分配管17、烘缸筒体101、端盖102、人孔103、转轴104等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。