CN208282669U - 高密封性热交换滚筒端部结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种热交换装置，具体公开了高密封性热交换滚筒端部结构，其包括内部设有热交换通道的滚筒和设于滚筒端部并与冷却塔转动连接的支撑轴，支撑轴外周套设有固定在冷却塔上的轴承座，支撑轴与轴承座之间设有滚动轴承；支撑轴内设有与热交换通道连通的进液通道或出液通道，进液通道或出液通道为阶梯孔，阶梯孔的小端指向热交换通道，阶梯孔的大端内设有连接管，连接管与阶梯孔的肩部之间设有推力轴承，连接管与阶梯孔侧壁之间设有盘根；滚动轴承和推力轴承均为陶瓷轴承。该结构可以降低滚动轴承周围环境的温度，提高滚动轴承的使用寿命。

Description

高密封性热交换滚筒端部结构

技术领域

本实用新型涉及一种热交换装置，具体涉及一种高密封性热交换滚筒端部结构。

背景技术

在乙炔的生产过程中需要对原料电石(化学式为CaC2)进行处理，这就涉及到对电石的加热熔化除杂以及降温凝固处理，现有的电石降温方式，通常为将电石熔融液放置在容器中进行自然冷却，这种方式会带来以下几点问题：

(1)电石冷却过程较长，大大降低了乙炔的生产效率。

(2)电石冷却过程中散发的热量最终排空，蕴含的大量余热无法回收，造成较大的能量浪费。

(3)电石冷却过程中会与空气中的水分接触而导致电石凝固后粉化严重，影响了乙炔的生产。

基于上述问题，我司正在研发通过冷却塔对电石进行冷却处理，通过在冷却塔内从上至下设置多组冷却构件，并从冷却塔的顶部将电石熔融液浇下，则电石熔融液将依次经过各组冷却构件；同时，在冷却构件内通入热交换介质，从而通过热交换介质可带走电石熔融液的热量，达到冷却目的；目前，可采用的热交换介质主要为液态金属；通常所采用的液态金属由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的合金，该合金的熔点为3℃，且沸点也较高，在热交换过程中不会出现沸腾现象，即在热交换过程中该合金呈现为液态，体现出较好的吸热性能，且不会出现状态的改变，利于传输。由于电石熔融液从冷却塔的顶部流动至冷却塔的底部的时间短，为了提高冷却构件的冷却效率，冷却构件转动设置在冷却塔内，同时液态金属也将经过冷却构件的内部，则电石熔融液可更充分的与冷却构件的表面接触。但由于冷却构件处于高温环境内，且冷却构件转动设置在冷却塔内，并由轴承进行支撑；由于处于高热环境中，将导致轴承的使用寿命极低；另外，由于冷却构件处于转动状态，易造成液态金属的泄漏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种提高滚动轴承使用寿命，并减少液态金属泄漏的高密封性热交换滚筒端部结构。

为达到上述目的，本实用新型的基础方案如下：

高密封性热交换滚筒端部结构包括内部设有热交换通道的滚筒和设于滚筒端部并与冷却塔转动连接的支撑轴，支撑轴外周套设有固定在冷却塔上的轴承座，支撑轴与轴承座之间设有滚动轴承；支撑轴内设有与热交换通道连通的进液通道或出液通道，进液通道或出液通道为阶梯孔，阶梯孔的小端指向热交换通道，阶梯孔的大端内设有连接管，连接管与阶梯孔的肩部之间设有推力轴承，连接管与阶梯孔侧壁之间设有受到挤压的盘根；所述滚动轴承和推力轴承均为陶瓷轴承。

本方案高密封性热交换滚筒端部结构的原理在于：

使用过程中滚筒转动连接在冷却塔内，并有驱动装置不断驱动滚筒转动。电石熔融液自上而下浇入，而位于热交换通道两端的进液通道和出液通道均与热交换通道连通；液态金属从进液通道流入，经过热交换通道后，再从出液通道排出进行冷却。从而液态金属将不断在进液通道、热交换通道和出液通道内不断循环。电石熔融液与滚筒不断接触进行热交换从而快速冷却凝固，液态金属则吸收滚筒的热量使滚筒、电石熔融液得以降温。

在对电石熔融液冷却的过程中，同时滚筒在不断转动，从而使得电石熔融液能够充分与滚筒的表面接触，提高液态金属热交换的效率；另外，滚筒转动时，电石熔融液也在滚筒表面流动，从而滚筒将对电石熔融液具有导流作用，以将电石熔融液向位于下方的滚筒导流。

由于滚筒处于转动状态，因此轴承座与支撑轴之间设置的滚动轴承，以减小滚筒的转动阻力；另外，连接管和滚筒也处于相对转动状态，因此连接管与阶梯孔的肩部之间设置了推力轴承；同时，连接管与阶梯孔侧壁之间设置压紧的盘根，可以防止液态金属泄漏，以起到密封作用。

本方案产生的有益效果是：

(一)由于电石熔融液的温度极高，因此在电石熔融液浇滚筒进行热交换时，滚筒表面的温度很高；而滚动轴承直接与滚筒表面接触，长期在该高温环境下使用，将导致轴承材料的组织发生变化，使轴承载荷能力及使用寿命降低。而在本方案中，滚动轴承和推力轴承均采用陶瓷轴承，使得其耐高温性能提升。通过将滚动轴承和推力轴承采用陶瓷轴承，从而无需在轴承外周设置如水箱等冷却装置，使得结构更简单；同时，可以防止水箱中的水泄漏与电石反应产生杂质。另外，轴承为圆环结构，液态金属从滚动轴承和推力轴承中部的形成的圆形空间经过，也可一定程度的降低轴承的环境温度，提高轴承的使用寿命。

(二)在连接管和阶梯孔的肩部之间设置推力轴承，可使滚筒相对于连接管正常转动，防止连接管端部变形，导致随着使用时间的延长，造成连接管与阶梯孔肩部之间的泄漏量增大；另外，连接管和阶梯孔的侧壁之间设有盘根，并将盘根压紧，以提高连接管和阶梯孔的密封性，可以防止液体金属泄漏，提高液态金属的使用率；另外，液态金属泄漏还会在电石中形成杂质。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述连接管与推力轴承相抵的一端设有凸沿，连接管外周套设有可拆卸连接在支撑轴端部的密封压块，密封压块压紧盘根；在连接管的端部设置凸沿，可以增大连接管与推力轴承的接触面积，确保推力轴承与连接管的连接可靠；而通过可拆卸的密封压块压紧盘根，可便于更换盘根。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，所述凸沿的外径与集阶梯孔大端的外径相等；从而可以减少经过凸沿与阶梯孔侧壁之间的间隙渗出的液态金属的量，即可减少液体金属对盘根的浸泡，提高盘根寿命。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，所述盘根为石墨盘根；当滚筒相对于连接管转动时，盘根也会与阶梯孔的侧壁发生相对转动；而采用石墨盘根，可以降低盘根与阶梯孔侧壁之间的摩擦力，有利于延长盘根寿命。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，所述滚筒其中一端的支撑轴上固定有齿轮；该滚筒安装在冷却塔内，两个滚筒形成一个冷却组，且在冷却塔内从上至下设置有多个冷却组，同一冷却组的两滚筒呈对滚状态，从而对浇向冷却组的电石熔融液具有较好的导流作用，以便于电石熔融液流向下方的冷却组。因此在支撑轴上固定齿轮，使同一冷却组的两滚筒上的齿轮相互啮合，从而可使两滚筒呈对滚状态。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述滚筒其中一端的支撑轴上固定有链轮；则可通过链传动驱动滚筒转动，且由于冷却塔内设有多个冷却组，因此通过同一链条即可驱动各冷却组同时转动。

优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，所述齿轮和链轮均设于同一支撑轴上，以此将驱动结构设置在滚筒同一侧，有利于充分利用空间。

优选方案七：作为对优选方案五的进一步优化，所述轴承座与支撑轴之间设有石棉密封圈或石墨密封圈；通过设置密封圈可避免电石熔融液进入滚动轴承的安装空间，导致滚动轴承的运行环境变得更恶劣；另外，石棉密封圈和石墨密封圈均具有较好的耐高温性能。

附图说明

图1为本实施例中热交换滚筒的结构示意图；

图2为图1中A部分所表示的冷却式热交换滚筒的端部结构；

图3为本实施例中连接管的剖视图；

图4为本实施例中挡圈的断面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：滚筒10、热交换通道11、第二支撑轴20、进液通道21、轴承座30、轴承端盖32、挡圈33、石墨密封圈34、齿轮40、链轮50、连接管60、密封压块61、石墨盘根62、凸沿63、滚动轴承70、推力轴承80、第一支撑轴90、出液通道91、肩部92。

如图1所示，热交换滚筒10主要包括滚筒10、设于滚筒10两端的第一支撑轴90和第二支撑轴20，以及设置于滚筒10内的轴件和螺旋片。第一支撑轴90设于滚筒10的左端，第二支撑轴20设于滚筒10的右端，其中第一支撑轴90与滚筒10通过铸造一体成型。滚筒10内设有圆柱腔，第一支撑轴90内设有出液通道91，圆柱腔的右端贯穿滚筒10，而出液通道91贯穿第一支撑轴90并与圆柱腔的右端连通。圆柱腔朝向第一支撑轴90的一端逐渐收缩形成第二锥形段，使得圆柱腔通过第二锥形段向出液通道91过渡。

如图1所示，螺旋片缠绕在轴件上并与轴件焊接，然后将螺旋片与轴件从圆柱腔右端的开口插入圆柱腔内，并将螺旋片的外沿焊接在圆柱腔的侧壁上，则在滚筒10内形成螺旋形的热交换通道11。第二支撑轴20内设有进液通道21，进液通道21的一端设置为呈扩口状的第一锥形段，将第二支撑轴20上第一锥形段所在的一端与滚筒10的右端对接，并将第二支撑轴20与滚筒10焊接，则形成滚筒10的一体结构。

本实施例的高密封性热交换滚筒端部结构为：

如图1、图2所示，第一支撑轴90和第二支撑轴20的外周均套设有轴承座30，轴承座30固定在冷却塔内；第一支撑轴90和第二支撑轴20与相应的轴承座30之间设有滚动轴承70，即滚筒10通过滚动轴承70与冷却塔形成转动连接，并通过滚动轴承70对滚筒10的两端形成支撑。所采用的滚动轴承70为陶瓷轴承，其具有较好的耐高温性能，在该环境中使用，具有较长的使用寿命。进液通道21和出液通道91均为阶梯孔，阶梯孔的小端指向热交换通道11，而阶梯孔的大端内设有连接管60。

如图1、图3所示，连接管60的一端设有凸沿63，凸沿63的外径与阶梯孔大端的直径相等；连接管60设置凸沿63的一端插入阶梯孔内，且在阶梯孔的肩部92与凸沿63之间设有推力轴承，凸沿63可增大连接管60与推力轴承的接触面积。在本实施例中，推力轴承同样采用陶瓷轴承。连接管60与阶梯孔侧壁之间设有盘根，且连接管60外周套设有密封压块61，密封压块61通过螺栓固定在第一支撑轴90或第二支撑轴20的端部，从而使得密封压块61将盘根压紧。本实施例中的盘根采用石墨盘根62，从而可减小盘根与阶梯孔侧壁间的摩擦；另外，凸沿63对盘根也具有限位作用，从而可以防止盘根与推力轴承80直接接触，导致盘根在磨损过程中产生的碎屑进入推力轴承内，恶化推力轴承的运行环境。

如图2、图4所示，轴承座30的端部通过螺栓固定有轴承盖，且在轴承盖与滚动轴承70之间设有挡圈33，轴承盖通过挡圈33传力将滚动轴承70限制在轴承座30内。在轴承座30相对于密封盖的另一端设有密封圈，本实施例中的密封圈采用石墨密封圈34；通过密封圈和轴承端盖32可使滚动轴承70处于相对封闭的环境中，从而可以避免电石冷却固化后形成的灰尘进入滚动轴承70的运行环境中，恶化滚动轴承70的工作环境。

本实施例中的热交换滚筒10对电石熔融液进行冷却时，滚筒10安装在冷却塔内。相互对滚的滚筒10形成一个冷却组；因此，第二支撑轴20上还焊接有齿轮40，同一冷却组的滚筒10上的齿轮40相互啮合，从而当一个滚筒10转动时，另一滚筒10将沿相反方向转动，即使得冷却组的两滚筒10呈对滚状态。另外，同一冷却组的其中一滚筒10的第二支撑轴20上还焊接有链轮50，从而可通过链传动驱动滚筒10转动；且链条经过各个冷却组的链轮50，从而可同时驱动所有滚筒10转动。由于齿轮40和链轮50位于冷却塔的外部，因此齿轮40和链轮50均安装在第二支撑轴20上，从而可以充分利用滚筒10同一侧的空间，同时便于驱动结构的安装。

冷却塔内从上至下共设有多个冷却组，冷却塔对电石熔融液进行冷却时，将电石熔融液从冷却塔的顶部浇下，从而在电石熔融液向下流动的过程中将依次经过各冷却组；由于同一冷却组的两滚筒10呈对滚状态，因此滚筒10具有将电石熔融液向两滚筒10之间引流的作用，从而可增大电石熔融液浇向下方的冷却组的概率。

在电石熔融液从冷却塔顶部向下浇下的同时，用于进行热交换的液态金属从进液通道21进入，并从出液通道91排出，然后经过冷却后则可再次通入进液通道21，从而液态金属在热交换通道11内循环以连续进行热交换，带走电石熔融液的热量，逐渐使电石熔融液冷却并固化。本实施例中，液态金属由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的合金，该合金店熔点为3℃。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：包括内部设有热交换通道的滚筒和设于滚筒端部并与冷却塔转动连接的支撑轴，支撑轴外周套设有固定在冷却塔上的轴承座，支撑轴与轴承座之间设有滚动轴承；支撑轴内设有与热交换通道连通的进液通道或出液通道，进液通道或出液通道为阶梯孔，阶梯孔的小端指向热交换通道，阶梯孔的大端内设有连接管，连接管与阶梯孔的肩部之间设有推力轴承，连接管与阶梯孔侧壁之间设有受到挤压的盘根；所述滚动轴承和推力轴承均为陶瓷轴承。

2.根据权利要求1所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述连接管与推力轴承相抵的一端设有凸沿，连接管外周套设有可拆卸连接在支撑轴端部的密封压块，密封压块压紧盘根。

3.根据权利要求2所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述凸沿的外径与集阶梯孔大端的外径相等。

4.根据权利要求1或2所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述盘根为石墨盘根。

5.根据权利要求4所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述滚筒其中一端的支撑轴上固定有用以使两滚筒形成对滚的齿轮。

6.根据权利要求5所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述滚筒其中一端的支撑轴上固定有用以驱动滚筒转动的链轮。

7.根据权利要求6所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述齿轮和链轮均设于同一支撑轴上。

8.根据权利要求7所述的高密封性热交换滚筒端部结构，其特征在于：所述轴承座与支撑轴之间设有石棉密封圈或石墨密封圈。