CN2168377Y - 组合式集肤效应电热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种组合装配式交流集肤效应 电加热装置，它包括铁磁性金属电热管体，中心导电 体和与之有相匹配频率的交流电源，结构上采用单体 组合装配方式，灵活实现串、并联接，同时完成良好的 电连接和可靠的气液密封，适于各种流体介质的直接 或对其容器的间接加热。本装置原理先进，结构新 颖，电热转换效率高，安全简便，寿命长，可应用于石 油开采、管道运输、港口、化工、食品、医药等工业。

Description

本实用新型是对各种流进行加热的装置，涉及影响气体或液体流动的装置、一般具有热源的流体加热器、其他类目的不包括的热的产生、热交换介质直接接触而相互不起化学反应的热交换装置和深井采油领域。

由于电力工业的发展及电能的方便、经济、无污染等优点，电加热技术在许多领域得到推广应用。但是一般的电加热装置，由于电热转换效率低，安全性差，使应用范围受到一定限制。尤其是对于加热易燃液体，问题就更显得突出。针对此问题，发明人曾于1987年在《管道科技》发表的论文“电磁场在输油工艺中应用初步探讨”中提出集肤效应电热装置的构想。此后沧州地区机床厂据此构想设计出了工频电热抽油杆，并于1991年5月23日和1992年8月14日分别申请了“多功能工频电热石油的装置”和“整体电缆式电热抽油杆”实用新型专利。该两项专利就是利用集肤效应原理，将抽油杆兼作加热体，使热转换效率得到很大提高。但美中不足的是该两项专利之装置，电连接多为线和点接触，导电性能差，易脱落，没有可靠的气液密封，腐蚀严重，降低使用寿命，且局限于很窄的应用范围。

本实用新型的目的在于提供一种适用于多种场合应用，组合方便灵活，电绝缘气液密封性能好，使用寿命长，安全可靠的电热装置。

本实用新型由交流电源装置和电加热器两部分组成。其电加热器由多个加热单体连接组成合成密封体，每个加热单体是一根两端带有连接件的铁磁性金属管［1］并在其内套装有与之绝缘且两端为接插件的导电体［2］，空间轴对称的磁场力使导电体［2］保持稳定，加热器终端由终端构件将铁磁性金属管［1］与导电体［2］电连接并气液密封，其首端的铁磁性金属管［1］与导电体［2］分别接到交流电源装置的两输出端上。为了不同的用途，电加热器采用单体结构，可以由多个加热单体串联或并联连接。这种单体结构可长可短，组合灵活，具有很强的适应性。

众所周知，交流电具有集肤效应。本实用新型就是利用这种效应，把交流电加在铁磁性金属管［1］上，由于交变电磁场的作用，在铁磁性金属管［1］上产生内集肤效应，电流集中于内表面，由于电阻增大，使其成为发热体。这种内集肤效应产生的电流在管壁内的渗透深度随电源频率增高而变小。一般管壁厚大于渗透深度4倍，即可保证金属管外壁漏电压达到可忽略程度，配以不同频率的电源AP，即可适应各种用途、不同壁厚管件，达到同时实现电加热和电绝缘的目的。

为了进一步描述清楚本实用新型的结构，结合7个附图予以详细的说明。附图是：

图1电加热器单体结构图

图2电加热器单体连接装配图

图3电加热器单体连接装配图

图4电加热器单体连接装配图

图5电加热器终端结构和电连接图

图6单体并联连接部件结构图

图7单体串联连接示意图

图8电热装置用于管道伴热结构示意图

图9电热装置用于容器伴热结构示意图

其中：

1－铁磁性金属管 2－导电体

3－插座 4－绝缘件

5－锁紧螺母 6－垫圈

7－外密封圈 8－内密封圈

9－密封压紧套管 10－内密封圈

11－绝缘件 12－插头

13－锁紧螺母 14－垫圈

15－壁面密封圈 16－连接套管

17－端面密封圈 18－壁面密封圈

19－垫圈 20－锁紧螺母

21－箍套 22－垫圈

23－密封圈 24－端面密封圈

25－密封圈 26－垫圈

27－锁紧螺母 28－终端铁磁性金属管体

29－终端接头 30－弹簧垫圈

31－螺母 32－螺母

33－终端密封圈 34－压紧螺栓

35－三通铁磁性金属管 36－主导电体

37－分流导电体 38－绝缘压紧螺纹件

39－输油管 40－容器

41－密封件

本实用新型之导电体［2］为铜、铝园棒或空心管体，其外表面涂敷、包封、包套或包绕有电绝缘材料，该电绝缘材料应有一定的耐温性能，以实现在加热温度下的良好电绝缘性能；导电体［2］的一端固连有插头［12］，另一端固连有插座［3］，插头［12］和插座［3］表面镀银，并在插座［3］槽的底部衬以软金属，以保证插头［12］和插座［3］接触过程中的良好接触；插座［3］外套锥形绝缘件［4］安装在铁磁性金属管［1］内的一端并将导电体［2］定位，插头［12］外套有锥形腔的绝缘件［11］安装在铁磁性金属管［1］内的另一端并将导电体［2］定位，且插头［12］位于锥形腔的中心，锥形绝缘件［4］的外形与锥形腔绝缘件［11］的腔形相同。当一个单体与另一个单体连接时，插头［12］插入插座［3］内，同时插座［3］外套的锥形绝缘件［4］亦插入到插头［12］外套的锥形腔绝缘件［11］的锥形腔内，且锥形绝缘件［4］和插座［3］具有收缩弹性，由于绝缘件间的配合收紧作用和插座［3］槽底部的软金属，使插头［12］与插座［3］保持良好的电接触和连接强度。

铁磁性金属管［1］之间的连接可有三种结构，其一是铁磁性金属管［1］两端不等径，小口径端车有外螺纹，大口径端车有内螺纹，通过螺纹将两个加热单体连接，在小口径端螺纹的后端套有外密封圈［7］垫圈［6］并旋有压紧和自锁螺母［5］，在螺纹前端光管上套有内密封圈［8］、［10］，且在两道密封圈之间套有密封压紧套管［9］。在铁磁性金属管［1］之间装配过程中，通过密封压紧套管［9］同时压紧密封圈［8］和［10］，完成两道内密封，装配到位后，由于旋紧螺母［5］压紧外密封圈［7］，并完成装配自锁。这种结构，在螺纹连接过程中，由于铁磁性金属管［1］大口径端内壁导向槽和绝缘件［4］和［11］的导向键作用，使得在铁磁性金属管［1］间相对旋进中，导电体［2］、绝缘件［4］和［11］作轴向运动，保证电插头［12］与插座［3］的配合。绝缘件［4］和［11］互相配合部分带有锥度，随着导电体［2］、绝缘件［4］和［11］的轴向进动，具有可收缩性的插座［3］和绝缘件［4］收紧，保证插座［3］和插头［12］为面接触和导电体［2］间的连接强度，这种连接优于其他线或点的电接触形式，并且避免松脱。

其二是套管接连结构，见图3。即铁磁性金属管［1］两端等径，车有左右旋外螺纹，连接套管［16］车有相应左右旋内螺纹，由连接套管［16］将两铁磁性金属管［1］螺纹连接，在连接套管［16］两端各有一锁紧螺母［13］和［20］，且在锁紧螺母与连接套管［16］接缝处的里侧安有垫圈［14］、［19］和壁面密封圈［15］、［18］，铁磁性金属管［1］对接处装有端面密封圈［17］。此种结构由连接套管［16］和两铁磁性金属管［1］连接端的左右旋螺纹相配合，拉紧连接，两铁磁性金属管［1］均无旋转运动，端面密封圈［17］压紧后，同是实现电连接，锁紧螺母［13］和［20］、垫圈［14］和［19］。壁面密封圈［15］和［18］完成管壁面密封，并自锁。

其三是箍套结构如图4所示。铁磁性金属管［1］的一端套一带肩的箍套［21］套配在该管端头固连的卡肩上，且在此处设有密封圈［23］，箍套［21］的另一端有内螺纹，铁磁性金属管［1］的另一端有外螺纹与箍套［21］相配，在箍套［21］与铁磁性金属管［1］通过螺纹连接后，由密封圈［25］、垫圈［26］、锁紧螺母［27］密封并自锁，同时在对接的两管端面处设有密封圈［24］。同样，此种结构在连接过种中，两铁磁性金属管［1］无旋转运动，并有两道外密封和一道内密封，使密封可靠。

并联连接件的结构如图6所示。在三通铁磁性金属管［35］内安装三个端插头，主导电体［36］通过绝缘压紧螺纹件［38］与分流导电体［37］压接，并在接触部镀银和填充软金属，三通铁磁性金属管内部空间填充绝缘垫块或浇注绝缘材料。端插头分接各路加热器单体的相配端。如此分接亦可实现多路并联连接。

据不同的使用要求，用上述的铁磁性金属管连接件与导电体接插件，将多个加热单体串联和并联后，在加热器的终端有电连接件将铁磁性金属管体［1］与导电体［2］连接，形成电回路。该终端连接件由终端接头［29］、终端铁磁性金属管体［28］、弹簧垫圈［30］、螺母［31］和［32］、终端密封圈［33］和压紧螺栓［34］构成，导电体［2］的终端固连带有拉紧螺杆的圆形终端接头［29］，拉紧螺杆穿过终端铁磁性金属管体［28］之园孔后，套上弹簧垫圈［30］，螺母［31］和［32］拧紧，在终端铁磁性金属管体［28］内垫终端密封圈［33］，用压紧螺栓［34］与终端铁磁性金属管体［28］的内螺纹配合拧紧，实现气液密封。

为了降低漏电压，在铁磁性金属管［1］的外表在可喷、涂一层导电性好的金属膜，或者在组合连接后的加热器的外壁附贴一根或数根良导电线或带，使表面更接近地电位。

如此构成的加热器，将其首端的铁磁性金属管［1］和导电体［2］直接接上交流电源，就可置入加热介质中直接加热或置于介质外间接加热。图7给出了应用于抽油杆的结构示意，它是根据油井的深度决定加热器串联的长度，顶端与抽油机悬绳连接，底端连接实心抽油杆或抽油泵。如此构成的抽油杆兼作加热装置，在抽油过程中，原油加热后粘度降低，流动性改善，从采油管和抽油杆之间顺利抽出，增加采油量，降低采油能耗。图8为用于原油输送管道的示意图，由于原油输送管道一般要进行定期清管，所以一般加热器不宜直接插进油管道。可将加热器直接焊接在输油管［39］外壁，实现对管输原油的加热，降低粘度，提高输量，也可作为解除凝管和实现间歇输送的措施。对于贮存容器的应用示意于图9。图中为内装盘管型，加热器进口与容器［40］间通过密封件［41］连接，也可在进口穿过容器壁后直接焊接密封。也可用直接焊接或其他形式沿容器外壁布置，实现对内部介质的间接加热。对于不同介质的多种容器可用并联连接的加热实现一个电源同时加热多个容器或不同温度要求的容器。

本实用新型由于采用了先进的发热原理，新颖可靠的机械连接、气液密封结构，改进了导电体及其电绝缘，使电连接较之已有技术更安全牢固，电绝缘性能好，密封性能好，大大增加了在易燃流体中应用的安全性，消除了局部电蚀和介质渗入对加热器的腐蚀，延长了加热器使用寿命，在组合装配时方便灵活，运行维护简单，漏电压极微小，电热转换效率高，是一种既实用又效益高的加热设备。

Claims (9)

1、一种用于加热多种介质的组合式集肤效应电热装置，包括交流电源装置和电加热器两部分，电加热器为数根铁磁性金属管的机械连接和从管中穿过并接到管另一端的导线，其特征是电加热器由多个加热单体连接组合成密封体，每个加热单体是一根两端带有连接件的铁磁性金属管[1]并在其内套装有与之绝缘且两端为接插件的导电体[2]，组合后的电加热器由终端连接件将铁磁性金属管[1]与导电体[2]电连接并气液密封，其首端的铁磁性金属管[1]与导电体[2]分别接到交流电源装置的两输出端上。

2、如权利要求1所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是电加热器的连接组合有多个加热单体的串联、并联两种方式。

3、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是电导电体［2］为铜、铝园棒或空心管体，且外表面涂敷、包、套、绕有绝缘层，其一端固连有插头［12］，另一端固连有插座［3］，插头［12］和插座［3］表面镀银，并在插座［3］内槽的底部衬以软金属，插座［3］外套锥形绝缘件［4］安装在铁磁性金属管［1］内并将导电体［2］定位，且插头［12］位于锥形腔的中心，锥形绝缘件［4］的外形与锥形腔绝缘体［11］的腔形相同，且具有弹性。

4、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是加热单体铁磁性金属管［1］两端不等径，小口径端车有外螺纹，大口径端车有内螺纹，通过螺纹将两加热单体连接，在小口径端外螺纹的后端套有密封圈［7］、垫圈［6］并旋有锁紧螺母［5］，在螺纹前端的光管上套有内密封圈［8］、［10］且在两道密封圈之间套有密封压紧套管［9］。

5、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是加热单体铁磁性金属管［1］两端行径且车有左右旋螺纹，由车有相应左右旋内螺纹的连接套管［16］将两个加热单体连接，在连接套管［16］的两端各旋一锁紧螺母［13］和［20］，且在锁紧螺母与套管接缝处的里侧安有垫圈［14］、［11］和壁面密封圈［15］、［18］，两金属管对接处有端面密封圈［17］。

6、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是加热单体铁磁性金属管［1］的一端套一带有肩的箍套［21］后在管端头固连卡肩，且在此处设有密封圈［23］，垫圈［22］，箍套［21］的另一端车有内螺纹，铁磁性金属管［1］的另一端车有外螺纹，在箍套［21］与铁磁性金属管［1］通过螺纹连接后，用垫圈［26］和螺母［27］压紧密封圈［25］，将连接处密封；对接的两管端处设有端面密封圈［24］。

7、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是电加热终端连接件由终端接头［29］、终端铁磁性金属管体［28］、弹簧垫圈［30］、螺母［31］、［32］，终端密封圈［33］和压紧螺栓［34］构成，导电体［2］的终端固连带有拉紧螺杆的园形终端接头［29］，拉紧螺杆穿过终端铁磁性金属管体［28］之园孔后套上弹簧垫圈［30］，由螺母［31］和［32］拧紧，在终端铁磁性金属管体［28］内垫上终端密封圈［33］后用压紧螺栓［34］与终端铁磁性金属管体［28］的内螺纹配合拧紧。

8、如权利要求1或2所述的组合式集肤电热装置，并联连接件的特征在是三通铁磁性金属管［35］上固连有三个端插头，主导电体［36］通过绝缘压紧螺纹件［38］与分流导电体［37］压接，并在接触部镀银和填充软金属，三通管内部空间填充绝缘垫块和浇注绝缘材料，端插头分接各路加热器单体的相配端。

9、如权利要求1或2所述的组合式集肤效应电热装置，其特征是铁磁性金属管［1］外表面喷、涂有导电性好的金属膜，或组合装配后外壁贴附数根电导线，或贴附数条良导电带。

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