CN108692126B - 一种基于电磁感应的混流式管道加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电磁感应的混流式管道加热器，包括进水口、混流式叶轮、加热励磁线圈、绝缘励磁线圈架、接线口、聚四氟机械密封、耐高温轴承、空间导叶、导热肋片、齿形联轴器、电机、出水口、电机散热肋片、保温层。本发明基于电磁感应原理生热，热效率极高，利用混流式叶轮实现热流体的混合，在承担主动运输功能的同时，可实现部分湍流传热，提高传热系数，同时利用多肋片导热，传热面积大，温升速度快。本发明可广泛应用于水、重油，沥青，清油等液体的预先加热的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种混流式管道加热器，特别涉及一种基于电磁感应原理高热效率的管道加热器。
背景技术
管道加热器是一种对物质预先加热的节能设备，它安装在物质设备之前，实现对物质直接加温，使其在高温中循环加热作用，最终达到节约能源的目的。它广泛应用于重油，沥青，清油等燃料油的预先加热的场合。
目前管道加热器主要采用两种加热模式：一种是采用管道加热器内部的法兰式管状电热元件倒插在管道加热器中的反应釜夹套中加热导热油，将管道加热器中的热能传输给管道加热器内部反应釜中的化工原料。还有一种方式是直接在管道加热器中的反应釜中插入管道加热器中的管状电热元件或在管道加热器的壁四周均匀分布电热管。这种模式称为管道加热器的内热式。
电磁加热是目前最先进、发热效率最高的加热方式之一。其发热原理是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质容器放置上面时，容器表面即切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。从而起到加热物品的效果。因为是铁制容器自身发热，所以热转化率特别高，最高可达到95％，是一种直接加热的方式。
另一方面，目前市场上的管道加热器主要还是采用流体被动运输的方式，流体在管道加热器中会有一定的压力和动能损失，而且其加热方式也主要是流体的层流换热，不能使得冷热流体充分混合，加热速率相对较慢。
现有专利号CN204648634U，名称“电磁管道加热器”提出将电磁线圈布置在保温壳体内表面、中空管道外表面，通过加热铁管以加热流经铁管中的流体。该方案仍然存在以下问题：其一，该专利采用简单的流体通过加热壁面加热，受热面单一，且不能使得冷热流体充分混合，加热速率慢。其二，流体流经内筒壁面时会有较大的机械能损失，流体出口压力、速率都有下降。
经检索,目前尚无关于既可使液体充分混合加热,又可承担主动运输功能的电磁管道加热器相关专利或文献的公开。
发明内容
针对目前管道加热器加热速率慢，流体机械能损失大，液体不能均匀加热等缺陷，本发明提供了“一种基于电磁感应的混流式管道加热器”。其加热面积大，冷热流体混合充分，加热速率快，且可承担主动运输功能，解决机械能损失问题。
本发明的主要目的是增快加热速率，实现流体均匀加热和主动运输功能，通过以下技术方案来实现：
一种基于电磁感应的混流式管道加热器，包括进水口、混流式叶轮、加热励磁线圈、绝缘励磁线圈架、空间导叶、导热肋片、齿形联轴器、电机、出水口和电机散热肋片；在管道加热器的进水口和出水口之间内置有液体驱动装置，液体驱动装置包括串联连接的混流式叶轮、空间导叶、齿形联轴器和电机，齿形联轴器上设有导热肋片，电机上相连有电机散热肋片；液体驱动装置内部装有多个加热装置，所述加热装置包括绝缘励磁线圈架以及安装在绝缘励磁线圈架内的加热励磁线圈，多个加热装置分布于混流式叶轮后盖板内表面、空间导叶轮毂内表面、导热肋片轮毂内表面。
所述加热励磁线圈采用多股小口径铜线圈空心捆扎而成，以克服电磁感应的趋肤效应。
所述混流式叶轮的叶片数为6-7片，叶轮转速590-960r/min。叶轮旋转做功带动流体充分混合。
空间导叶的叶片数比混流式叶轮叶片数多1片，为7-8片。
所述导热肋片为直肋片，肋片数比空间导叶的叶片数多1片。
所述电机散热肋片为直肋片，肋片数为10-12片，通过电机散热加热流体。
管道外层设有保温层，保温层的材料采用硅酸铝棉。
在空间导叶轮毂、导热肋片轮毂和电机座上安装均有接线口，出于耐高温的考虑，所述接线口采用聚四氟乙烯材料。
所述出水口位于电机散热肋片上方，直径DN50-150。
上述方案中，进水口端和出水口端设有液体输送端连接法兰。
上述方案中，进水口管道和空间导叶管道通过法兰连接，其余管道也通过法兰连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果为：
(1)本发明有效的实现了冷热流体的均匀混合，其加热面积相比于一般的管道加热器，提高了2-3倍，提高了流体的加热速率。
(2)本发明内设电机和叶轮，为热流体流动提供动力，实现了流体机械和管道加热器的结合。
附图说明
图1是本发明一个实施例的基于电磁感应的混流式管道加热器结构图。
图2是基于电磁感应的混流式管道加热器前端的结构图。
图3是电磁感应加热器的主电路图。
图中：1.进水口；2.混流式叶轮；3.加热励磁线圈；4.绝缘励磁线圈架；5.接线口；
6.聚四氟机械密封；7.耐高温轴承；8.空间导叶；9.导热肋片；10.齿形联轴器；11.电机；12.出水口；13.电机散热肋片；14.保温层。
具体实施方式
本发明提供了“一种基于电磁感应的混流式管道加热器”。其加热面积大，冷热流体混合充分，加热速率快，且可承担主动运输功能，解决机械能损失问题。下面结合附图和具体实施方式对本发明进行介绍。
如图1所示，本发明的一种基于电磁感应的混流式管道加热器，总体采用卧式结构，采用电磁感应加热。如图3所示，电磁感应加热基于法拉第电磁感应原理，其原理是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质容器置上面时，容器表面具即切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。从而起到加热物品的效果。即是通过把电能转化为磁能，使被加热钢体感应到磁能而发热的一种加热方式。如图1，加热励磁线圈布置在每个流体流经的通道下表面，通过加热流道下表面生热，肋片、叶轮叶片、导叶叶片导热，对流经流道、叶片、肋片的流体进行大面积加热，实现加热速率的上升。
所述混流式叶轮主要承担混合热流体和提供流体流动机械能损失的作用，混流叶轮对流体做功产生的湍流流动会加大流体强制流动传热时对流传热系数，下面以计算实例予以说明。
根据计算实例，常温下的20摄氏度的水，以进口1m/s的流速，流经进口直径50mm的本发明的管道加热器，在转速为590r/min的混流式叶轮充分混合下，管道加热器最大直径为150mm，最大轮毂直径为100mm，采用300kw的电磁感应加热器。
根据管道内强制对流传热公式，Dittus-Boelter公式，计算得出管道内对流传热系数为3051w/(m2.k),管道加热面平均温度400℃，热效率可达95％以上，对于7.8(L/s)的体积流速，可以使得其在1s内温升10℃左右。该加热速度远超目前市场上其它管道加热器，可以基本实现提升加热速率的目的。
一种基于电磁感应的混流式管道加热器，包括进水口1、混流式叶轮2、加热励磁线圈3、绝缘励磁线圈架4、空间导叶8、导热肋片9、齿形联轴器10、电机11、出水口12和电机散热肋片13；在管道加热器的进水口1和出水口12之间内置有液体驱动装置，液体驱动装置包括串联连接的混流式叶轮2、空间导叶8、齿形联轴器10和电机11，齿形联轴器10上设有导热肋片9，电机11上相连有电机散热肋片13；液体驱动装置内部装有多个加热装置，所述加热装置包括绝缘励磁线圈架4以及安装在绝缘励磁线圈架4内的加热励磁线圈3，多个加热装置分布于混流式叶轮2后盖板内表面、空间导叶8轮毂内表面、导热肋片9轮毂内表面。
所述加热励磁线圈3采用多股小口径铜线圈空心捆扎而成，以克服电磁感应的趋肤效应。
所述混流式叶轮2的叶片数为6-7片，叶轮转速590-960r/min；叶轮旋转做功带动流体充分混合。
空间导叶8叶片数比混流式叶轮2叶片数多1片，为7-8片。
所述导热肋片9为直肋片，肋片数比空间导叶8的叶片数多1片。
所述电机散热肋片13为直肋片，肋片数为10-12片。通过电机11散热加热流体。
管道外层设有保温层14，保温层14的材料采用硅酸铝棉。
在空间导叶8轮毂、导热肋片9轮毂和电机座上安装均有接线口5，出于耐高温的考虑，所述接线口5采用聚四氟乙烯材料。
空间导叶8与泵轴之间安装有耐高温轴承7，并采用聚四氟机械密封6，为密封和支撑轴体所需，两种结构均可耐高温至800℃，图中所出现的机械密封和轴承均采用该种类型。
所述齿形联轴器连接叶轮轴和电机轴，通过平键连接。
所述出水口位于电机散热肋片上方，直径DN50-150。
上述方案中，进水口端和出水口端设有液体输送端连接法兰。
上述方案中，进水口管道和空间导叶管道通过法兰连接，其余管道也通过法兰连接。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于电磁感应的混流式管道加热器，其特征在于，包括进水口(1)、混流式叶轮(2)、加热励磁线圈(3)、绝缘励磁线圈架(4)、空间导叶(8)、导热肋片(9)、齿形联轴器(10)、电机(11)、出水口(12)和电机散热肋片(13)；在管道加热器的进水口(1)和出水口(12)之间内置有液体驱动装置，液体驱动装置包括串联连接的混流式叶轮(2)、空间导叶(8)、齿形联轴器(10)和电机(11)，齿形联轴器(10)上设有导热肋片(9)，电机(11)上相连有电机散热肋片(13)；液体驱动装置内部装有多个加热装置，所述加热装置包括绝缘励磁线圈架(4)以及安装在绝缘励磁线圈架(4)内的加热励磁线圈(3)，多个加热装置分布于混流式叶轮(2)后盖板内表面、空间导叶(8)轮毂内表面、导热肋片(9)轮毂内表面；
所述加热励磁线圈(3)采用多股小口径铜线圈空心捆扎而成；
所述混流式叶轮(2)的叶片数为6-7片，叶轮转速590-960r/min；
空间导叶(8)的叶片数比混流式叶轮(2)叶片数多1片，所述导热肋片(9)为直肋片，肋片数比空间导叶(8)的叶片数多1片；
所述电机散热肋片(13)为直肋片，肋片数为10-12片。
2.根据权利要求1所述的基于电磁感应的混流式管道加热器，其特征在于：管道外层设有保温层(14)，保温层(14)的材料采用硅酸铝棉。
3.根据权利要求1所述的基于电磁感应的混流式管道加热器，其特征在于：在空间导叶(8)轮毂、导热肋片(9)轮毂和电机座上安装均有接线口(5)，所述接线口(5)采用聚四氟乙烯材料。
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