CN1315579C - 高速离心机 - Google Patents
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Abstract
一种高速离心机，它包括管模、冷却水系统，冷却水系统包括水套，水套通过叠型弹簧压紧装置与管模固定，使管模带动水套一起旋转，保证管模与水套之间能径向、纵向膨胀；增加承口处、插口处水套内层的间距，使水流速度增大，中部直管段流速适当降低，强化承口处、插口处换热，保证离心机高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，使管模外壁温度处在70-90℃之间变化。它不仅使离心机在高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，而且管模外壁温度处在70-90℃之间变化，减轻管模外壁结垢。
Description
(一)、技术领域
本发明涉及一种水冷铸管高速离心机，特别涉及高速离心机水冷却系统。
(二)、背景技术
现有高速离心机的冷却系统存在如下四个主要问题：
a.离心机管模外冷却水套静止不动，冷却水向管模外壁喷射，管模冷却方式为水浴式。管模高速旋转，速度约为10m/s，管模外壁与水套内主流冷却水也有10m/s相对速度，因此管模外壁与冷却水的对流放热系数较大，理论分析可达15000W/(m2.℃)左右。但管模静止、低速旋转时，尤其是静止时，对流放热系数较小(500-3000W/(m2.℃))。现场实测及理论计算表明，管模静止、低速旋转阶段一般占整个冷却周期的50％左右，故对总的传热效果影响较大。现场实际操作时，工人拔管心切，往往提前拔管，拔管时，管模基本静止，这时，对流放热系数很小，铸管冷却到所需拔管温度的时间还要拉长，反而延缓了生产节奏。
b.水套内水流组织不合理，承口处水流线路长、阻力大，使承口处水量不足，而承口处由于壁厚，热容量大，承口段需要带走的热量约为等长度直管段的2倍以上，这就造成承口处更不易得到及时冷却，现场测试表明，铸管由管模拉出后，承口段的温度一般比直管段要高200℃。
c.管模高速旋转时，管模外壁与水的对流放热系数较大，管模外壁温度一般在70-90℃之间变化(外壁结垢程度较轻状态下)，而管模静止、低速旋转时，尤其是静止时，对流放热系数较小(500-3000W/(m2.℃))，使管模外壁热量不能及时带走，可使管模外壁温度升高到水的沸点以上，使该处的水局部气化、强化换热，强化换热后又导致该处管模外壁温度降到水的沸点以下，使气泡冷凝，使该处的水一直处于气化、冷凝交变过程，这是现有离心机冷却水系统管模外壁结垢的主要原因，管模外壁结垢阻碍传热，结垢超过0.2mm，对传热影响很大。管模外壁温度升高到水的沸点以上，减小管模内外壁温差，导致管模内壁的热量传到管模外壁所需时间延长。局部产生的汽泡一方面有利于传热，但由于提高管模外壁温度，减小管模内外壁温差幅度较大，管模内部导热热阻占整个传热热阻的50-60％，对管模内部的导热影响较大，汽化又容易导致管模外壁结垢，影响传热，总的结果是阻碍传热。
d.喷射进来的冷却水与水套内温度较高、容量较大的冷却水充分混合，造成水套内水温较高，甚至比回水管的水温还高，降低了管模外壁与冷却水之间的温差，从而降低了管模外壁与冷却水之间的换热强度。
(三)、发明内容：
为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种高速离心机，它不仅使离心机在高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，而且管模外壁温度处在70-90℃之间变化，消除局部汽化现象发生，减轻管模外壁结垢。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明包括管模、冷却水系统，冷却水系统包括水套，水套通过叠型弹簧压紧装置与管模固定，使管模带动水套一起旋转，保证管模与水套之间能径向、纵向膨胀；增加承口处、插口处水套内层的间距，使水流速度增大，中部直管段流速适当降低，强化承口处、插口处换热，保证离心机高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，使管模外壁温度处在70-90℃之间变化。
所述水套的材质采用21CrMo10耐热钢。
由于水套与管模固定一起旋转及增加承口处、插口处水套内层的间距，所以离心机在高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，而且管模外壁温度处在70-90℃之间变化，消除局部汽化现象发生，减轻管模外壁结垢。
(五)、具体实施方式
本发明包括管模、冷却水系统，冷却水系统包括水套，水套通过叠型弹簧压紧装置与管模固定，使管模带动水套一起旋转，保证管模与水套之间能径向、纵向膨胀。增加承口处、插口处水套内层的间距，使水流速度增大，中部直管段流速适当降低，强化承口处、插口处换热，保证离心机高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流放热系数都处于较高水平，使管模外壁温度处在70-90℃之间变化。所述水套的材质采用21CrMo10耐热钢。管模、水套组装精度同心度要求较高，要保证管模、水套旋转时，径向跳动在规定范围，通过保证加工精度、装配精度来保证。由于水套旋转，水套工作压力增高，水套上环密封性能要求提高，且要考虑水套上环密封两侧200kPa压差带来的推力，现采用实践证明较为可靠现有离心机插口密封形式来解决，且节省投资。水冷离心机现有冷却系统与改进后冷却系统比较见表1。
表1管模现有冷却系统与改进后冷却系统比较表
| 序号 | 比较项目 | 现有冷却系统 | 改进后冷却系统 |
| 1 | 管模外壁对流放热系数 | 高速旋转时高、低速静止时低 | 都高 |
| 2 | 与管模接触的实际水温 | 较高 | 较低 |
| 3 | 换热强度调整范围 | 较窄 | 较宽 |
| 4 | 换热强度调整手段 | 不易调整 | 容易调整 |
| 5 | 汽泡带走方式及效果 | 局部有汽泡产生，带走困难 | 局部有汽泡产生可能性很小，强制对流，容易带走 |
| 6 | 对结垢的影响 | 容易结垢 | 不易结垢 |
| 7 | 对清洗水垢的要求 | 较高 | 较高 |
| 8 | 对水套密封要求 | 一般 | 因水流阻力损失，故对密封要求较高 |
| 9 | 管模温度水平 | 比现有冷却系统略低 | |
| 10 | 对管模寿命影响 | 与现有冷却系统相当 | |
| 11 | 对铸管质量影响 | 与现有冷却系统基本相当 | |
| 12 | 冷却周期 | 比现有冷却系统降低20％左右 | |
| 13 | 综合评价 | 优于现有冷却系统，冷却周期比现有冷却系统约降低20％ |
9月26日早晨2:10，在一铸管部的配合下，试验组在2#离心机上进行了水套式冷却结构的生产试验，共连续生产出51支DN400铸管。实际试验结果见表2。
表2试验铸管生产情况表
| 时间 | 开始时间 | 结束时间 | 耗时 | 扣时 | 实际耗时 | 铸管生产量(根) | 生产周期τ(s) | 小时产量(根/时) |
| 时 | 2 | 4 | 2 | 1 | 51 | 130.6 | 28 | |
| 分 | 10 | 18 | 8 | 17 | 51 | |||
| 秒 | 0 | 0 | 0 | 0 |
拉出的51根管子前两支重皮，第三支铸痕，退火炉前退出，作为废管，其余48根全部合格，壁厚、椭圆度都满足规定要求。金相检查全部合格，见表3。
表3试验铸管金相组织、性能情况表
| 序号 | 球化等级 | 石墨大小 | 铁素体(％) | 珠光体(％) | 抗拉强度δb(N/mm2) | 屈服点δs(N/mm2) | 延伸率(％) | 硬度HB |
| 1 | 2 | 7 | 95 | 5 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 2 | 2 | 7 | 95 | 5 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 3 | 2 | 7 | 95 | 5.0 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 4 | 2 | 7 | 90 | 10.0 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 5 | 2 | 7 | 95 | 5.0 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 6 | 2 | 7 | 95 | 5.0 | 470 | 330 | 20 | 168 |
| 7 | 2 | 7 | 95 | 5.0 | 470 | 330 | 20 | 168 |
此次管模、水套径向间隙偏差较小，试验前后变化较小。
此次离心机震试验见表4。
表4：离心机震动检测表
| 序号 | 管模转速 | 机头(mm) | 顶丝(mm) | 机尾(mm) | 备注 | |||
| 北1 | 南2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |||
| 1 | 340 | 0.152 | 0.172 | 0.21 | 冷态通水 | |||
| 序号 | 管模转速 | 机头(mm) | 顶丝(mm) | 机尾(mm) | 备注 |
| r/min | 北1 | 1 | 1 | ||
| 1 | 340 | 最大0.39 | 最大0.55 | 最大0.41 | 浇铸 |
| 最小0.17 | 最小0.22 | 最小0.22 | 浇铸 |
试验后检查，管模外壁没有结垢
铸管生产率试验见表5。
表5：新旧冷却系统生产率对照表
| 铸管规格DN | 冷却系统 | 生产周期τ(s) | 小时产量根/时 | 新系统比旧系统效率提高％ | 备注 |
| 400 | 旧 | 150 | 24 | 实测 | |
| 400 | 新 | 130.6 | 28 | 15 | 实测 |
Claims (2)
1、一种高速离心机，它包括管模、冷却水系统，冷却水系统包括水套，其特征在于：水套通过叠型弹簧压紧装置与管模固定，使管模带动水套一起旋转，保证管模与水套之间能径向、纵向膨胀；增加承口处、插口处水套内层的间距，使水流速度增大，中部直管段流速适当降低，强化承口处、插口处换热，保证离心机高速旋转、低速旋转、静止时管模外壁与冷却水对流顺畅，使管模外壁温度处在70-90℃之间变化。
2、根据权利要求1所述的离心机，其特征在于：所述水套的材质采用21CrMo10耐热钢。
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