CN111847574B - 船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构 - Google Patents

Abstract

一种船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，涉及压载水紫外反应器，石英套管套设在紫外灯管外，紫外灯管包括石英管、电极、钼铂导体、灯头陶瓷帽，灯头陶瓷帽上设有环形连接座，环形连接座上设有环形安装槽，环形安装槽内设有环形减振弹簧；柱状安装头上设有环形隔热挡板，环形隔热挡板的外周上设有环形滑槽，环形滑槽内设有圆弧形封闭隔挡片，环形滑槽底部与圆弧形封闭隔挡片间设有封闭弹簧。本发明具有安装方便，减震缓冲效果好，可有效降低紫外灯管运行中灯头两端的高温，紫外灯管使用寿命长等优点。

Description

船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构

技术领域

本发明涉及压载水紫外反应器，详细讲是一种结构简单，安装方便，减震缓冲效果好，可有效降低紫外灯管运行中灯头两端的高温，紫外灯管使用寿命长的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构。

背景技术

我们知道，采用紫外线灭活技术的船用压载水系统属于物理灭杀技术，因其无环境污染、无需使用额外耗材，结构紧凑等特点，在压载水领域中占有很大的市场份额，其中的核心部件为紫外反应器中的紫外线灯管。

当紫外反应器工作时，其内部充满海水，为避免紫外反应器内的紫外线灯管直接与海水接触，因此在紫外灯管外部会套有石英套管以隔绝海水；紫外灯管的支撑组件安装在石英套管内部，为了达到最好的消毒灭杀效果，石英套管直径尺寸往往很小，标准的石英套管外径尺寸为Φ32~Φ35mm，壁厚2mm左右，因此石英套管内部空间较小，可安装紫外灯管支撑组件的空间非常局限；紫外线灯管本体采用高纯度石英玻璃制成，为了达到最好的透光效果，紫外线灯管的石英玻璃往往非常薄，厚度一般仅为0.3~0.5mm。受到轴向挤压或径向的轻微震动都可能造成损坏、断裂。紫外灯管在工作时，石英套管内中部温度可达到900℃左右。

现有的紫外灯管主要由石英管、电极、钼铂导体、灯头陶瓷帽构成，钼铂导体被紧密的压合在高温软化的石英管的端部，高温软化的石英管的端部压合钼铂导体后形成柱状安装头，电极与钼铂导体相连的设置在石英管内，为与外部接线焊接，钼铂导体伸出柱状安装头、不能被软化的石英管端部完全包裹在内（留有焊接段）；灯头陶瓷帽固定套装在柱状安装头外侧、用于紫外灯管与石英套管的连接安装。

现有的船舶压载水系统中紫外反应器内的紫外灯管被石英套管套设在其内，紫外灯管两端的灯头陶瓷帽与石英套管间设有将二者同轴固定连接的支撑连接座，石英套管的左右两端分别设有左密封端盖和右密封端盖，左密封端盖和右密封端盖中部设有接线孔，接线孔上设有密封接头，紫外灯管的电线经密封接头穿出、与电源线相连。

现有的支撑连接座的具体结构为：石英套管内设有支撑套管和径向定位板，支撑套管外端部与密封端盖（左密封端盖、右密封端盖）内侧固定连接，径向定位板设在支撑套管内端，径向定位板与石英套管内壁间设有径向安装间隙（二者间隙配合），径向定位板中央设有灯管安装孔，紫外灯管一端的灯头陶瓷帽插接安装在灯管安装孔内。

上述船舶压载水系统中紫外反应器内的紫外灯管和石英套管的连接结构存在如下缺陷：支撑连接座结构复杂、精度要求高，无法吸收船上的震动, 在强振动环境中，径向定位板与石英套管间的易出现局部受力情况，石英套管易破裂、造成紫外灯管断裂损坏，径向定位板与紫外灯管的灯头陶瓷帽阶梯卡合处存在轴向安装间隙，且轴向安装间隙会随着使用时间的延长而增加，当船体倾斜摇摆时，灯管会轴向窜动，径向定位板对灯管造成撞击而缩短使用寿命、甚至破裂。由于紫外灯管发出的红外线、紫外线对灯头陶瓷帽和支撑连接座直接照射，以及石英套管与紫外灯管间的高温气体传导热量，使灯头陶瓷帽的温度达到500-600℃左右，高温至使电流从钼铂或灯头焊接点击穿石英玻璃和灯头陶瓷帽、灯头烧坏。

钼铂是地球上唯一与石英拥有相同的热膨胀系数的金属导体。钼铂在高温下，会与空气中的氧气产生氧化、导电性能而衰退；灯头陶瓷帽拥有高的介电强度，可高达10000V/m ，其介电强度会随着温度的升高而降低；当紫外灯管因为冷却不足够而温度越来越高时，紫外灯管内部钼铂会因氧化而衰退，其导电性能会大大的下降；于此同时，灯头陶瓷帽因为温度的提高也大大的下降了介电强度，当临界点到临——钼铂因为温度升高而氧化衰退、陶瓷帽的介电强度因为温度升高而下降，部分电流从钼铂或灯头焊接点击穿石英玻璃和灯头陶瓷帽，就会造成灯头烧坏的现象。

发明内容

本发明的目的是解决上述传统固定装置的不足，提供一种结构简单，安装方便，减震缓冲效果好，可有效降低紫外灯管运行中灯头两端的高温，紫外灯管使用寿命长的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，石英套管套设在紫外灯管外，左密封端盖和右密封端盖分别密封盖设在石英套管的左右两端上，紫外灯管包括石英管、电极、钼铂导体、灯头陶瓷帽，其特征在于紫外灯管的（左右）灯头陶瓷帽上设有环形连接座，环形连接座的外周上设有（外侧敞开的）环形安装槽，环形安装槽内设有环形减振弹簧，环形减振弹簧与环形安装槽和石英套管过盈配合；灯头陶瓷帽内侧（近紫外灯管中间侧）的紫外灯管的柱状安装头上设有环形隔热挡板，环形隔热挡板的外径小于石英套管的内径，环形隔热挡板的外周上设有环形滑槽，环形滑槽内设有至少三个可沿其径向滑动的圆弧形封闭隔挡片，环形滑槽底部与圆弧形封闭隔挡片（内侧）间设有封闭弹簧，圆弧形封闭隔挡片在封闭弹簧的弹力作用下、其外周凸出环形隔热挡板的外周与石英套管内壁接触；全部圆弧形封闭隔挡片在环形滑槽内围合成环形，相邻两个圆弧形封闭隔挡片的相邻端上分别设有相互（轴向交错叠合）配合的叠合台阶；在封闭弹簧的弹力作用下圆弧形封闭隔挡片外周与石英套管内壁接触时，相邻两个圆弧形封闭隔挡片的相邻端上的叠合台阶仍部分叠合。

本发明中所述的环形滑槽内设有三个可沿其径向滑动的圆弧形封闭隔挡片。

本发明中所述的环形隔热挡板为分体式结构，环形隔热挡板由至少两个弧形板组成。便于拆装。

本发明中所述的环形连接座侧的环形隔热挡板上设有连接柱，连接柱上设有连接螺孔，环形连接座上设有与连接螺孔相配合的连接螺栓，连接螺栓（轴向透穿环形连接座）经连接柱将环形隔热挡板固定在环形连接座上。实现环形隔热挡板的轴向和径向定位。

本发明中所述的三个圆弧形封闭隔挡片围合成环形外周（外侧壁）上设有限位槽，限位槽内设有限位弹簧圈，限位弹簧圈将三个圆弧形封闭隔挡片限位组合成一个环形件，便于组装。

本发明中所述的环形连接座的直径小于石英套管的内径，环形减振弹簧的内径不大于环形安装槽的内径，环形减振弹簧的外径大于环形安装槽的外径。

本发明中所述的环形连接座的直径为石英套管内径的0.7-0.9倍，环形减振弹簧的内径为环形安装槽的内径的0.85-1倍，环形减振弹簧的外径为石英套管内径的1.01-1.2倍。优选环形连接座的直径为石英套管内径的0.8-0.9倍，环形减振弹簧的内径为环形安装槽的内径的0.9-0.99倍，环形减振弹簧的外径为石英套管内径的1.05-1.1倍；具有便于安装，不易轴向窜动，在强振动环境下刚性的环形连接座径向移动距离小、不易与石英套管内壁触碰等优点。

本发明中所述的环形减振弹簧由圆柱形螺旋弹簧首位相连而成。

本发明中所述的灯头陶瓷帽、环形连接座、环形隔热挡板、圆弧形封闭隔挡片和连接柱为陶瓷材质，灯头陶瓷帽和环形连接座一体制成。

本发明中所述的左密封端盖和右密封端盖外侧上设有用于与紫外反应器安装连接的法兰盘。安装时，可快速的与紫外反应器连接安装。

本发明使用环形连接座与灯头陶瓷帽固定连接，使用环形减振弹簧作为吸能原件将环形连接座与石英套管缓冲连接，环形减振弹簧与环形连接座和石英套管过盈配合接触连接，可以起到轴向和径向缓冲定位的作用，在强振动环境下环形减振弹簧与石英套管接触面积大、缓冲效果好，不会出现应力集中问题；当紫外灯管长时间工作、其中部的温度升高时，环形隔热挡板与圆弧形封闭隔挡片配合和完全阻挡紫外灯管中部产生的紫外线光和红外线光对灯头陶瓷帽处的照射，并阻挡石英套管内紫外灯管中部的高温区域与灯头陶瓷帽区域间的气体交流，大幅降低了灯头陶瓷帽的温度，从而延缓钼铂氧化衰退，提高灯头陶瓷帽的最低介电强度、灯头不易因电流击穿而损坏。由于环形减振弹簧始终与石英套管内壁接触传热，可使石英套管内壁的热量快速的经环形减振弹簧、石英套管传递到紫外反应器内的压载水中；由于环形减振弹簧不影响其左右两侧腔体内空气的流动性，充分利用了环形隔热挡板和圆弧形封闭隔挡片封闭住的、灯头陶瓷帽所在的全部空间的石英套管向外散热，进一步降低了灯头陶瓷帽和钼铂导体外端的温度。本发明具有结构简单，安装方便，减震缓冲效果好，可有效降低紫外灯管运行中灯头两端的高温，紫外灯管使用寿命长等优。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视放大图。

图3是图1的B处局部放大图。

图4是本发明中未安装限位弹簧圈、三个圆弧形封闭隔挡片与环形滑槽分解时紫外灯管的灯头陶瓷帽处的立体结构示意图。

图5是本发明中环形连接座与环形减振弹簧的连接结构示意图。

具体实施方式

如图1-5所示的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，石英套管2套设在紫外灯管外，左密封端盖和右密封端盖8分别密封盖设在石英套管2的左右两端上，左密封端盖和右密封端盖8中部设有接线孔，接线孔上设有密封接头，紫外灯管的电线经密封接头穿出、与电源线相连。紫外灯管包括石英管、电极、钼铂导体、灯头陶瓷帽，钼铂导体4被紧密的压合在高温软化后的石英管1的两端部，高温软化的石英管1的两端部压合钼铂导体4后形成柱状安装头11，电极9与钼铂导体4相连的设置在石英管1内，为与外部接线焊接，钼铂导体伸出柱状安装头11；灯头陶瓷帽6固定套装在柱状安装头11外侧；紫外灯管的灯头陶瓷帽6上设有环形连接座5，环形连接座5的直径小于石英套管的内径，环形减振弹簧的内径不大于环形安装槽的内径，环形减振弹簧的外径大于环形安装槽的外径。环形连接座5的外周上设有外侧敞开的环形安装槽19，环形安装槽19内设有环形减振弹簧7，环形减振弹簧7与环形安装槽19和石英套管2过盈配合；从图中可以看出，环形连接座5与灯头陶瓷帽6一体制成；环形连接座的直径小于石英套管的内径，环形减振弹簧的内径不大于环形安装槽的内径，环形减振弹簧的外径大于环形安装槽的外径、即大于环形连接座的直径，组装后环形减振弹簧径向受到挤压压缩。灯头陶瓷帽6内侧（近紫外灯管中间侧）的紫外灯管的柱状安装头11上套设有环形隔热挡板10；环形隔热挡板10的外径小于石英套管2的内径，通常环形隔热挡板10的外径为石英套管2内径的0.75-0.9倍、优选0.85倍。环形隔热挡板10的外周上设有环形滑槽14，环形滑槽14内设有三个可沿其径向滑动的圆弧形封闭隔挡片13，三个圆弧形封闭隔挡片13在环形滑槽内围合成环形，相邻两个圆弧形封闭隔挡片13的相邻端上分别设有相互（轴向交错叠合）配合的叠合台阶12；环形滑槽14底部与圆弧形封闭隔挡片（内侧）间设有封闭弹簧3，从图中可以看出，环形滑槽14底部与每个圆弧形封闭隔挡片（内侧）间设有两个封闭弹簧3，圆弧形封闭隔挡片在环形滑槽径向滑动更平稳；圆弧形封闭隔挡片13在封闭弹簧3的弹力作用下、其外周凸出环形隔热挡板10的外周与石英套管2内壁接触。在封闭弹簧3的弹力作用下圆弧形封闭隔挡片外周与石英套管内壁接触时，相邻两个圆弧形封闭隔挡片的相邻端上的叠合台阶12仍部分叠合，隔挡更彻底、隔热效果佳。圆弧形封闭隔挡片隔挡在环形隔热挡板与石英套管间的空隙，隔热效果更佳。在较大的振动环境中工作时，圆弧形封闭隔挡片与石英套管间非硬性接触，圆弧形封闭隔挡片受到石英套管作用力后可压缩封闭弹簧、向环形滑槽内径向滑动，此时径向滑动的圆弧形封闭隔挡片与相邻的圆弧形封闭隔挡片的相邻端上的叠合台阶12叠合部分增大，不影响圆弧形封闭隔挡片的径向滑动。避免石英套管因剧烈振动而与圆弧形封闭隔挡片硬性磕碰，石英套管不易碎裂。本发明中所述的三个圆弧形封闭隔挡片围合成环形件的外周（外侧壁）上设有限位槽18，限位槽18内设有限位弹簧圈17，限位弹簧圈17将三个圆弧形封闭隔挡片限位组合成一个一体的环形件，便于组装。限位弹簧圈17可以是一根弹簧丝制成的具有一个开口的圆环。

本发明进一步改进，所述的环形隔热挡板10为分体式结构，环形隔热挡板10由至少两个弧形板组成；本实施例中环形隔热挡板的由两个半圆型的陶瓷弧形板组成，两个半圆型的陶瓷弧形板相对的夹持固定在柱状安装头上、将石英套管内部与石英管间的空间分成两个腔室。所述的环形连接座5侧的环形隔热挡板10上设有连接柱15，连接柱15上设有连接螺孔，环形连接座5上设有与连接螺孔相配合的连接螺栓16，连接螺栓16（轴向透穿环形连接座）经连接柱15将环形隔热挡板10固定在环形连接座5上。实现环形隔热挡板的轴向和径向定位。如图所示，环形隔热挡板由两个弧形板组成，每个弧形板一侧的中部设置一个连接柱15。

本发明进一步改进，所述的环形连接座的直径为石英套管内径的0.7-0.9倍，环形减振弹簧的内径为环形安装槽的内径的0.85-1倍，环形减振弹簧的外径为石英套管内径的1.01-1.2倍。优选环形连接座的直径为石英套管内径的0.8-0.9倍，环形减振弹簧的内径为环形安装槽的内径的0.9-0.99倍，环形减振弹簧的外径为石英套管内径的1.05-1.1倍；具有便于安装，不易轴向窜动，在强振动环境下刚性的环形连接座径向移动距离小、不易与石英套管内壁触碰等优点。所述的环形减振弹簧由圆柱形螺旋弹簧首位相连而成。所述的灯头陶瓷帽、环形连接座、环形隔热挡板、圆弧形封闭隔挡片和连接柱为陶瓷材质，灯头陶瓷帽和环形连接座一体制成。所述的左密封端盖和右密封端盖外侧上设有用于与紫外反应器安装连接的法兰盘。安装时，可快速的与紫外反应器连接安装。

本发明使用环形连接座与灯头陶瓷帽固定连接，使用环形减振弹簧作为吸能原件将环形连接座与石英套管缓冲连接，环形减振弹簧与环形连接座和石英套管过盈配合接触连接，可以起到轴向和径向缓冲定位的作用，在强振动环境下环形减振弹簧与石英套管接触面积大、缓冲效果好，不会出现应力集中问题；当紫外灯管长时间工作、其中部的温度升高时，环形隔热挡板与圆弧形封闭隔挡片配合和完全阻挡紫外灯管中部产生的紫外线光和红外线光对灯头陶瓷帽处的照射，并阻挡石英套管内紫外灯管中部的高温区域与灯头陶瓷帽区域间的气体交流，大幅降低了灯头陶瓷帽的温度，从而延缓钼铂氧化衰退，提高灯头陶瓷帽的最低介电强度、灯头不易因电流击穿而损坏。由于环形减振弹簧始终与石英套管内壁接触传热，可使石英套管内壁的热量快速的经环形减振弹簧、石英套管传递到紫外反应器内的压载水中；由于环形减振弹簧不影响其左右两侧腔体内空气的流动性，充分利用了环形隔热挡板和圆弧形封闭隔挡片封闭住的、灯头陶瓷帽所在的全部空间的石英套管向外散热，进一步降低了灯头陶瓷帽和钼铂导体外端的温度。经实测，压载水紫外反应器中未使用本发明灯头隔热结构的紫外灯管长时间工作后，灯头陶瓷帽的温度在530℃-590℃左右；使用本发明灯头隔热结构的紫外灯管长时间工作后，灯头陶瓷帽的温度在295℃-340℃左右。本发明具有结构简单，安装方便，减震缓冲效果好，可有效降低紫外灯管运行中灯头两端的高温，紫外灯管使用寿命长等优点。

Claims (6)

1.一种船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，石英套管套设在紫外灯管外，左密封端盖和右密封端盖分别密封盖设在石英套管的左右两端上，紫外灯管包括石英管、电极、钼铂导体、灯头陶瓷帽，其特征在于紫外灯管的灯头陶瓷帽上设有环形连接座，环形连接座的外周上设有环形安装槽，环形安装槽内设有环形减振弹簧，环形减振弹簧与环形安装槽和石英套管过盈配合；灯头陶瓷帽内侧的紫外灯管的柱状安装头上设有环形隔热挡板，环形隔热挡板的外径小于石英套管的内径，环形隔热挡板的外周上设有环形滑槽，环形滑槽内设有至少三个可沿其径向滑动的圆弧形封闭隔挡片，环形滑槽底部与圆弧形封闭隔挡片间设有封闭弹簧，圆弧形封闭隔挡片在封闭弹簧的弹力作用下、其外周凸出环形隔热挡板的外周与石英套管内壁接触；全部圆弧形封闭隔挡片在环形滑槽内围合成环形，相邻两个圆弧形封闭隔挡片的相邻端上分别设有相互配合的叠合台阶；在封闭弹簧的弹力作用下圆弧形封闭隔挡片外周与石英套管内壁接触时，相邻两个圆弧形封闭隔挡片的相邻端上的叠合台阶仍部分叠合；所述的环形减振弹簧由圆柱形螺旋弹簧首尾 相连而成；所述的三个圆弧形封闭隔挡片围合成环形外周上设有限位槽，限位槽内设有限位弹簧圈，限位弹簧圈将三个圆弧形封闭隔挡片限位组合成一个环形件；所述的环形隔热挡板为分体式结构，环形隔热挡板由至少两个弧形板组成；所述的环形连接座侧的环形隔热挡板上设有连接柱，连接柱上设有连接螺孔，环形连接座上设有与连接螺孔相配合的连接螺栓，连接螺栓经连接柱将环形隔热挡板固定在环形连接座上。

2.根据权利要求1所述的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，其特征在于所述的环形滑槽内设有三个可沿其径向滑动的圆弧形封闭隔挡片。

3.根据权利要求2所述的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，其特征在于所述的环形连接座的直径小于石英套管的内径，环形减振弹簧的内径不大于环形安装槽的内径，环形减振弹簧的外径大于环形安装槽的外径。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，其特征在于所述的环形连接座的直径为石英套管内径的0 .7-0 .9倍，环形减振弹簧的内径为环形安装槽的内径的0 .85-1倍，环形减振弹簧的外径为石英套管内径的1.01-1 .2倍。

5.根据权利要求4所述的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，其特征在于所述的灯头陶瓷帽、环形连接座、环形隔热挡板、圆弧形封闭隔挡片和连接柱为陶瓷材质，灯头陶瓷帽和环形连接座一体制成。

6.根据权利要求5所述的船用压载水紫外反应器中紫外灯管的灯头减震降温结构，其特征在于所述的左密封端盖和右密封端盖外侧上设有用于与紫外反应器安装连接的法兰盘。

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