CN114341588B - 用于敲击表面的弹簧锤 - Google Patents

Abstract

一种用于敲击表面的弹簧锤(10)，该弹簧锤包括：具有冲击表面的砧座，该砧座能够被紧固于待敲击的表面；可移动活塞，其具有在操作中朝向砧座的冲击表面移动的第一端部；引导结构，其用于引导活塞相对于砧座在限定的方向上移动，以及用于发射活塞以使该活塞朝向砧座的冲击表面移动的器件，其中活塞为实心块，其中活塞的第一端部被机加工成一体化柔性弹簧几何结构。

Description

用于敲击表面的弹簧锤

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的弹簧锤，所述装置例如可应用于从蒸汽锅炉的热表面、板结构烟囱(plate structured funnel)或通道，或从用于火法冶金过程的热回收管移除污垢。因此，本发明尤其涉及一种设备，该设备包括：具有冲击表面的砧座，该砧座可被紧固于待敲击的表面；可移动活塞，其具有在操作中被朝向砧座的冲击表面移动的第一端部；引导结构，其用于引导活塞相对于砧座在限定的方向上移动；以及用于发射活塞以使该活塞朝向砧座的冲击表面移动的器件。

背景技术

表面的污垢能够以许多方式干扰所讨论的设备的操作。例如，热回收管的污垢使它们的热交换效率降低，并且因此使过程的性能降低。同时，其增加烟气的温度，并且在热回收级下游的通道和装置中引起不利结果。另一方面，例如，粘附在烟气通道的表面上的污物可相当大地增加烟气的流动阻力，这增加锅炉的辅助功率。在最坏的情况下，污物甚至可堵塞通道，并且因此引起设备的停机。可例如借助于蒸汽或气动吹灰器或声波吹灰器来清洁污垢表面。特别地，在非常严重的污垢过程(包括化学反应、粘性、熔化或半熔化尘粒或冷凝气体成分)中，机械弹簧锤也用于清洁表面。通过此类装置，表面经受撞击，以便在其中引起快速、小幅度的振动。以该方式，有可能使粘附在表面上的杂质有效地松散，而不在表面上引起过大的机械应力。

美国专利No.4,974,494公开一种气动敲打装置，其包括圆柱形壳体，该圆柱形壳体具有待紧固于待敲打的表面的底板。壳体包围具有弹簧的长形弹簧室，该弹簧用于相对于壳体的底部表面发射活塞。活塞能够借助于压缩的空气来克服弹簧的压力朝向壳体的顶壁移动，并且快速作用的排气阀使活塞下方的室排气，使得活塞相对于底部表面产生重击。关于该装置的问题是，猛烈的重击可损坏活塞或装置的其他部分。

美国专利No.3,835,817公开一种用于清洁锅炉管的锤系统，所述锤器件具有弹性地附接于其打击端部的成对碟簧，并且所述锤器件相对于管安装以通过打击期望的脉冲点而在该管上施加机械脉冲，所述脉冲的频率在200-2000Hz的范围内。

欧洲专利EP2102577B1公开了一种弹簧锤，其包括圆柱形壳体、被布置成能够在壳体中移动的活塞、砧座、用于将活塞发射成相对于砧座的冲击表面移动的弹簧，以及弹簧组，该弹簧组由布置在活塞和砧座的冲击表面之间的成对碟簧组成。弹簧组在一定程度上减缓锤击移动的减速度，并且因此降低力和应力以及损坏锤和砧座的风险。弹簧组的弹簧常数优选地使得活塞的最大减速度为大约500-1000g。在实践中已经证明的是，在一定程度上，此类减速度冲击比完全非柔性的冲击还会更加有效地从待敲击的表面移除杂质。关于常规弹簧组的问题在于：碟簧和弹簧固定元件可在操作期间在一些情况下断裂或松散。

本发明的目的在于为结垢表面提供一种有效的弹簧锤，其中，以上描述的现有技术装置的问题已经被最大限度地减小。

为了使以上提到的现有技术问题最大限度地减小，提供了一种设备，其特征化特征在独立设备权利要求的特征部分中公开。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种用于敲击表面的弹簧锤，该弹簧锤包括：具有冲击表面的砧座，该砧座可被紧固于待敲击的表面；可移动活塞，其具有在操作中朝向砧座的冲击表面移动的第一端部；引导结构，其用于引导活塞相对于砧座在限定的方向上移动；以及用于发射活塞以使该活塞朝向砧座的冲击表面移动的器件，其中活塞的第一端部或砧座的冲击表面被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构。

在弹簧锤的操作中，活塞向砧座施加撞击，并且冲击表面是砧座从活塞接收撞击的表面。限定的方向大体为在撞击所施加的点处的冲击表面的法向。该方向还可被称为砧座的锤击轴线。换言之，当活塞的第一端部被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构时，冲击表面将接收来自活塞的冲击，其中，在操作中朝向砧座的冲击表面移动的第一端部然因此将与冲击表面直接接触。具体而言，在冲击期间，活塞的柔性弹簧几何结构将与冲击表面直接接触。另一方面，当砧座的冲击表面被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构时，(在砧座中的)该一体化柔性弹簧几何结构将接收来自活塞的第一端部的冲击，因此该第一端部将在冲击期间与一体化柔性弹簧几何结构(在砧座中)直接接触。

引导结构有利地具有圆柱形形状，使得防止活塞的各种倾斜移动或横向移动。引导结构附接于砧座以便保证活塞相对于砧座的期望移动方向。有利地，引导结构至砧座的附接在一定程度上在锤击轴线的方向上为柔性的，以减弱撞击对引导结构的作用。通过此类布置，有可能维持活塞在正确方向上的移动，同时减弱撞击的冲击以免传递到引导结构。

例如，可气动地或借助于电磁体提供弹簧锤的锤击移动。然而，为了产生锤击移动，将使用的器件优选地包括弹簧，该弹簧借助于张紧装置通过适当的驱动器件张紧。弹簧的张紧可优选地通过使用可调节的释放机构在期望的张紧水平处释放，由此，所释放的锤以高速朝向砧座的冲击表面撞击。

优选地，弹簧在与活塞相关联的支撑表面和砧座之间优选地以如下方式布置：在张紧时，弹簧在锤击轴线的方向上被压缩或拉伸，并且当被释放时，其返回至其原始长度。为了将弹簧锤的尺寸维持得小，锤的冲程长度优选地为相对短的。然而，冲程长度优选地长达使得锤可以以优选为1-5g的合理加速度(最优选以2-3g的加速度)实现足够的速度。由此，在弹簧的砧座的支撑表面上引起的反作用力保持相对小，并且砧座的支撑表面的耐用性会提高。

弹簧的弹簧力必须定大小成使得通过所选择的锤重量实现期望的加速度，所选择的锤重量典型地为30-40kg。例如，为了实现2.5g的初始加速度，因此弹簧力必须在张紧时为750-1000N。优选地以如下方式选择弹簧：使得即使在冲击结束时，仍存在比锤的重量大的剩余弹簧力，例如400-500N，由此弹簧锤的锤在运输中或组装时不会移动，并且其还在冲击的方向为向上的(例如，相对于烟囱的底部的外表面向上)时具有稳定的静止位置。

弹簧的张紧装置可优选地为例如马达、气动或液压缸或电磁体。根据本发明的优选实施例，砧座至少不支撑张紧装置的最敏感的部分(例如马达及其齿轮)，但是它们会由外部支撑结构单独地支撑。由此，砧座的振动不传递到张紧装置的敏感部分，因而它们被破坏的风险会减小。接着，张紧装置的驱动机构必须以柔性方式浮动，或者否则，必须允许弹簧锤由于待敲击的表面的热移动而移动。

根据常规解决方案，所谓的弹簧组(换言之，在锤击轴线的方向上具有高弹簧常数的柔性元件)被布置在活塞和砧座之间。常规弹簧组为成对的刚性碟簧。弹簧组在一定程度上减缓锤击移动的减速度，并且因此减小力和应力以及损坏锤和砧座的风险。弹簧组的弹簧常数优选地使得活塞的最大减速度具有500-1000g的数量级。在实践中已经证明的是，在一定程度上，此类减速度冲击比完全非柔性的冲击还会更有效地从待敲击的表面移除杂质。

本发明与常规解决方案的不同之处在于：弹簧组和活塞的组件，或砧座和弹簧组，由实心块替换，其中活塞的第一端部或砧座的冲击表面被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构，以替换单独的弹簧组。由此，可通过机加工获得具有一体化柔性弹簧几何结构的整个实心块活塞或砧座。这具有如下效果：可省略常规弹簧组，并且在很大程度上消除与单独的弹簧组相关的问题。此外，经减少的单个部分的数量将延长弹簧锤(在该弹簧锤中，具有一体化柔性弹簧几何结构的活塞或砧座组件为实心块)的寿命和维修需要。通过使用专门准备的车削工具并通过仔细分析机加工结果，有可能实现具有期望性质的柔性弹簧几何结构。

弹簧锤优选地包括弯曲中空部分，该弯曲中空部分被一体化至实心块部分的端部。可例如通过车削工具切削弯曲中空部分，以形成具有例如碗状形状的中空部分。弯曲中空部分具有开放自由端部。在柔性弹簧几何结构为锤的部分的情况下，开放自由端部被布置到一体化柔性弹簧几何结构的将在冲击期间面向冲击表面的端部中。在柔性弹簧几何结构为砧座的冲击表面的部分的情况下，开放自由端部被布置到一体化柔性弹簧几何结构的将面向锤的第一端部的端部中。

在弯曲中空部分被一体化至实心块部分的端部的情况下，对于预定距离而言，在活塞和一体化柔性弹簧几何结构之间、在第一端部的外表面上的角度有利地为10-60°。

根据本发明的实施例，活塞的第一端部中的柔性弹簧几何结构可与冲击表面间接接触，使得在柔性弹簧几何结构和砧座的冲击表面之间，定位有用于传递冲击力的中间元件，或者砧座的冲击表面中的柔性弹簧几何结构可与锤的第一端部间接接触，使得在柔性弹簧几何结构和砧座的第一端部之间，定位有用于传递冲击力的中间元件。

根据本发明的弹簧锤的锤的移动在制造阶段被导引成平行于砧座的锤击轴线。因此，在组装装置或重新对准时(例如，在增加待敲击的热交换管的温度时)，弹簧锤不需要在砧座和锤之间对准。因此，设备避免了由于锤的不正确对准导致的相对于砧座的弯矩和由于所述锤的不正确对准导致的砧座损坏，以及将砧座连接于待敲击的表面的接头的损坏。正确对准的冲击还提高了冲击到待敲击的表面的传递效率。

弹簧锤结构简单，并且其在制造阶段就可已经被预组装。这简化了设备的组装并且降低了设备的成本以及维护其的需要。设备为紧凑的单元，其可容易地屏蔽噪音以及被组装至任何需要的位置。在实际应用中，通常存在大量的弹簧锤，它们可完全分开，或者它们可具有例如共用的气动张紧装置，所述共用的气动张紧装置将敲击脉冲以合适的顺序引导至不同的弹簧锤。由于尺寸小且重量轻，故它们在需要时甚至能够被组装至狭窄空间并且还能够彼此靠近。

附图说明

下面参照附图描述本发明，其中：

图1-3示意性地示出了根据本发明的不同弹簧锤的截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明的优选实施例的弹簧锤10。弹簧锤包括砧座12，该砧座12在砧座的一个端部处具有冲击表面14。砧座的另一端部借助于焊缝16附接于锤击梁18。如果待敲击的壁是例如反应器、通道或烟囱的外壁，则锤击梁18的另一端部(未在图1中看到)可被焊接于壁。备选地，在此类情况下，单独的锤击梁18可不为必要的，而砧座12可直接附接于待敲击的壁。如果反过来，例如在待敲击的反应器或蒸汽锅炉的气密空间中存在热交换管束，则锤击梁18可被以柔性方式密封于气体空间的壁和被焊接于热交换管或它们的连接件。由于锤击梁的不同密封和附接方法为已知技术，故将不在下文详细地描述它们。

弹簧锤包括具有第一端部22的可移动活塞20，该第一端部22具有柔性弹簧几何结构。柔性弹簧几何结构有利地包括具有开放自由端部的弯曲中空部分，其被一体化至砧座的实心部分。第一端部在操作中被朝向砧座的冲击表面14移动。

活塞的材料有利地为高质量回火钢以适合弹簧使用并且适合于所需的机加工。然而，大范围的材料可为合适的，只要它们能承受合理的循环拉伸和压缩载荷，并且足够容易被恰当地机加工。

弹簧锤还包括用作引导结构的圆柱形容器24，该圆柱形容器24允许活塞20仅在相对于砧座的限定方向上移动。圆柱形容器例如通过螺栓26附接于砧座12。通过使用合适的柔性元件(诸如柔性衬套27)来将螺栓安装在适当的位置，以减弱撞击对引导结构的作用。螺栓26在这里垂直于锤击方向布置，但是它们可备选地在锤击方向上或与在与锤击方向相反的方向上布置成穿过合适的凸缘，如连接件领域的技术人员所清楚的那样。在此类情况下，柔性元件有利地为弹簧，诸如合适的盘簧。

与活塞的第一端部相对的活塞20的第二端部附接于端板28。该端板被布置在圆柱形容器24的外端部29外。多个拉伸弹簧30(诸如四个拉伸弹簧)被布置在圆柱形容器24中的凸缘32和端板26之间。

图1中的弹簧锤10被示出为处于冲击位置，换言之处于适当的位置，在该位置，弹簧30处于它们的最小长度，并且具有活塞20的柔性弹簧几何结构的第一端部22与砧座12接触。当使用弹簧锤时，弹簧30通过由合适的张紧装置向外拉动活塞20而被张紧。未在图1中示出的张紧装置通常是气动的，但是其可备选地为例如电磁的，或者基于使用单独支撑的马达。因此，在操作中，首先通过将活塞移动远离砧座来激励活塞20，在此之后，释放弹簧30以便将活塞发射成朝向砧座的冲击表面14移动。当弹簧30被张紧到期望的张力时，通过释放弹簧来引起冲击，由此活塞20的第一端部22高速撞击砧座12的冲击表面14。由于锤18的锤移动的方向由引导器件(即，圆柱形容器24)限定，故总是相对于砧座来适当地导引冲击。

有利地，可移动活塞20的第一端部22处的柔性弹簧几何结构具有高弹簧常数，以便减弱活塞20的停止。柔性弹簧几何结构延长单次冲击的持续时间而不会显著地减少锤击能量的总量。根据示例性解决方案，锤移动的减速度优选地至多为1000g的数量级。

冲程长度(换言之，在使用设备时待利用的弹簧的长度的变化)优选为50-100mm，诸如60mm。根据优选实施例，锤的质量为大约40kg，最大张力下的弹簧力为大约1000N，并且在冲击结束时仍为大约500N。由此，冲击的初始加速度为25m/s2并且冲击能量为112Nm。通过调整弹簧锤的冲程长度，自然有可能调整冲击的强度。弹簧锤的参数的有利值取决于使用弹簧锤的应用，因此它们可与以上描述的示例性值偏差很大。

在示出根据本发明的弹簧锤的另一个优选实施例的图2中，与图1中示出的那些部分对应的部分以与图1中相同的附图标记公开。

图2示出根据本发明的第二优选实施例的弹簧锤10'。弹簧锤10'与图1中示出的弹簧锤10的区别主要在于：拉伸弹簧30被压缩弹簧30'代替，该压缩弹簧30'被布置在活塞的第二端部34和端板26之间。因此，通过借助于合适的方式(诸如气动地)朝向端板26压缩弹簧30'来将弹簧30'张紧。除此以外，弹簧锤10'的操作对应于在图1中示出的弹簧锤10的操作。

图3示出根据本发明的第三优选实施例的弹簧锤10''。弹簧锤10''与在图1中示出的弹簧锤10的不同之处在于：柔性弹簧几何结构22被布置在砧座的冲击表面14'处，而不是被布置在活塞20的第一端部处。因此，柔性弹簧几何结构不随活塞移动，而是其与砧座保持在一起，即在弹簧锤的操作中，其不可移动。然而，此类柔性弹簧几何结构具有与以上描述的解决方案相同的减弱活塞撞击的效果。具有布置在砧座的冲击表面14'处的柔性弹簧几何结构的砧座自然也可被布置至具有压缩弹簧的弹簧锤(像在图2中那样)。

根据本发明的又一方面，具有被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构的第一端部的活塞(如在图1和图2中所示出的那样)，或具有被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构的冲击表面的砧座(如在图3中所示出的那样)可为单独的产品(例如，现有弹簧锤的备件)。

在上面参照示例性实施例描述了本发明，但是本发明还包括许多其他实施例和改型。因此，显而易见的是，所公开的示例性实施例不旨在约束本发明的范围，而是本发明包括许多其他实施例，所述实施例仅受所附权利要求书和其中的限定限制。

Claims (12)

1.一种用于敲击表面的弹簧锤(10)，所述弹簧锤包括：具有冲击表面的砧座，所述砧座能够被紧固于待敲击的表面；可移动活塞，其具有在操作中朝向所述砧座的冲击表面移动的第一端部；引导结构，其用于引导所述活塞相对于所述砧座在限定的方向上移动；以及用于发射所述活塞以使所述活塞朝向所述砧座的冲击表面移动的器件，其特征在于，所述活塞的第一端部或所述砧座的冲击表面被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构；

所述柔性弹簧几何结构包括弯曲中空部分，所述弯曲中空部分被一体化至所述活塞的实心块部分的端部；或者

所述柔性弹簧几何结构包括弯曲中空部分，所述弯曲中空部分被一体化至所述砧座的实心部分。

2.根据权利要求1所述的弹簧锤，其特征在于，所述柔性弹簧几何结构的弹簧系数使得所述活塞的最大减速度具有500-1000g的数量级。

3.根据权利要求1所述的弹簧锤，其特征在于，所述弯曲中空部分具有开放自由端部。

4.根据权利要求1所述的弹簧锤，其特征在于，所述柔性弹簧几何结构由高质量回火钢材料制成。

5.根据权利要求1所述的弹簧锤，其特征在于，用于发射所述活塞的器件包括弹簧(30，30')。

6.根据权利要求5所述的弹簧锤，其特征在于，所述弹簧(30')为压缩弹簧。

7.根据权利要求5所述的弹簧锤，其特征在于，所述弹簧(30)为拉伸弹簧。

8.根据权利要求7所述的弹簧锤，其特征在于，所述弹簧锤包括布置在所述引导结构(24)外的至少两个拉伸弹簧(30)。

9.根据权利要求5所述的弹簧锤，其特征在于，所述弹簧锤包括用于张紧所述弹簧(30，30')的器件。

10.根据权利要求9所述的弹簧锤，其特征在于，所述用于张紧所述弹簧(30，30')的器件包括气动张紧装置。

11.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的弹簧锤的活塞，其特征在于，所述活塞的第一端部被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构。

12.一种用于根据权利要求1-10中任一项所述的弹簧锤的砧座件，其特征在于，所述砧座件的冲击表面被机加工以形成一体化柔性弹簧几何结构。