CN87108129A - 用于锅炉的电脉冲振动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特别适合于从传热管或热交换器部件壁上清除渣和其它结壳(垢)的振动系统。本发明的振动系统装有一种电脉冲型致动器。用联动机械把热交换器部件与致动器耦联，使致动器向被驱动表面同时施加方向相反的作用力，以便在该表面上产生一种模态响应。这样的振动导致灰垢从热交换器部件上清除掉。

Description

本发明涉及一种机械驱动系统，确切地说是一种适合于对各热交换表面施加高强度机械冲击载荷以便从该热交换表面除去灰垢的系统。

公共设施和工业上用的热交换器常常用灰渣引着燃料来点火。在使用期间，热交换器的内部表面常被灰垢弄脏。这种污染反过来影响于热交换器的热转换效率。因此很有必要提供一种清洁热交换器表面的系统。

目前，一种广泛用于清除热交换器表面积灰的系统被称之为吹灰器。这些装置带有枪管，枪管的外端部装有喷嘴，它可以对着污染表面喷射诸如水、蒸汽、空气等流体介质。由喷射介质引起的热冲击和机械撞击使灰垢从热交换器表面脱离。虽然在各种应用中吹灰器通常具有令人满意的效果并且是一种优良的装置，但是它仍然具有某些局限性。吹灰器消耗了大量喷射介质，这些介质对热交换装置的经营者来说是一种直接的花费。另外，吹灰器无法到达热交换器中无法进入的或超出喷射介质有效范围的区域。

从热交换器表面除去结壳（垢）的另一个方法是利用机械振动器。传统的振动器带有一个撞击器，该撞击器通过一些机械联动机构敲击热交换器内部表面从而产生机械振动，这种机械振动可以使结壳破碎或削弱灰垢与锅炉表面的附着力。

由振动器引起的结构加速度越高，附着在构件上的灰渣所受到的使其脱离的冲击力就越大。冲击力随时间的变化，被驱动构件的位置和构件的机械特性决定了结构的振动模式。用振动器进行直接机械撞击带来一些问题。一般说来，这些系统不能做到在被处理的表面输送不同的振动特性以产生预期的共振模式的目的。另外，现有的机械振动器在结构上过于复杂而且常需要多个动力源。况且，直接机械撞击使得在热交换器构件上和振动器本身产生不希望的点载荷，它将导致二者结构损坏。

本发明提供的振动系统是对上述现有除尘系统的改进。这些振动器使用电脉冲致动器来产生力脉冲。致动器主要由电容器组、触发开关、低阻抗线圈和目标板组成。各电容器由电源充电而且受来自触发开关的信号控制通过线圈迅速放电，这样在很短的持续时间内产生一个高强度磁场。由线圈产生的渐渐增强的破坏磁场在目标板中感应出涡流由此产生它们自身的抵抗磁场。这两个对立的磁场产生很强的排斥力。致动器的目标板机械地偶联到热交换器表面，在该表面上力脉冲激发热交换器构件的振动模式。

使用电脉冲致动器能够使热交换器结构的力输入特性适合特殊应用的各种要求。另外，许多电脉冲致动器可以用一个控制器进行操作。按照本发明的另一个特征，把两个或更多个力输入同时加到热交换装置上，以便实现以最小的能量输入复盖大面积的感应模态响应条件。例如，可向一组热交换管被移位的各位置上同时施加方向相反的作用力以激励构件响应预期的模式。通过在多个位置激励构件，就能用比在单一点激励系统更低的力输入来产生模态响应条件。

因此，本发明的效益和优点对本技术领域的熟练人员来说是很明显的，这一点可以从后面对最佳实施例、各项权利要求以及附图的描述中看出。

图1是按照本发明所述振动器的第一个实施例的示意图，该振动器被用来从锅炉鼻状部分的传热管清除渣和其它结壳（垢）;

图2是类似图1所示振动器的第二个实施例的顶视图，但是为了把机械输入偶合到传热管上使用了不同的装置;

图3是按照本发明第三个实施例所述振动器的侧视图，该振动器特别适合于从锅炉壁管清除渣和结壳（垢）;

图4是图3所示振动器的顶视图;

图5是按照本发明第四个实施例所述振动系统的侧视图，该振动系统使用了一对移位的振动机构;和

图6是一个激励电脉冲致动器的电路示意图，该类型致动器与本发明所述振动器相连。

图1表示按照本发明第一个实施例所述的振动器，该振动器用标号10标注。振动器10从大型公用锅炉鼻状部分内的传热管12上清除渣和结壳（垢）。如图1所示，鼻状部分的管子12由炉墙14分离，管子12通过桥接件或板（未标出）相互机械联接。振动器10主要由电脉冲致动器16，横梁18，连杆19、20、21，和支架22组成。

电脉冲致动器16的操作方法最好参照图6来描述。如图6所示，用直流电源24给电容器26（实际上是一组电容器）充电。线圈28通过一个触发器30例如可控硅整流器（SCR）与电容器26相接。只要电容器26充好电，触发器30就允许一个高压脉冲输送到线圈28。这个电压脉冲使电流在线圈28中流动，这样便产生一个相应迅速变化的磁场。这个磁场作用在目标板32上并通过感应在目标板上产生涡流。这些涡流产生自身的磁场，该磁场与线圈28产生的磁场相反，由此在线圈和目标板32之间便产生了短期、高强度的排斥力。控制电容器26的充电会影响由致动器16产生的脉冲强度。脉冲宽度可通过调节电路的阻抗来控制。

对于振动器10来说，电脉冲致动器16安装在靠近横梁18的中点处。致动器16的目标板32与穿过炉壁孔34的连杆19联接。连杆19的另一端固定到安装垫36上。横梁18的相对端连接到连杆20和21上，连杆20和21又分别固定到安装垫38和40上。和连杆19一样，连杆20和21也穿过炉壁孔34。平台42为振动器10提供了一个安装台。安装支架22支撑横梁18的两端，但允许横梁浮动，这样便消除了平台42与横梁18间的相互影响。与其类似，也可以用缆绳和钩子在某些合适的位置上将横梁18悬挂起来，在这种情况下，就不再需要构架22了。

在振动装置工作期间，电脉冲被输送到致动器16。与目标板32联接的连杆19承载受压，从而推压与安装垫36连接的管子12。横梁18把由目标板32的排斥力产生的作用力依次传至连杆20和21上，这种联接方式导致连杆20和21承载受拉，借此牵引安装垫38和40与此同时安装垫36被推压。这种相反作用力同时作用在管子12上产生了预期的共振条件。为了使振动器10发挥最佳的清灰效果，选择致动器16的脉冲特性和各安装垫36，38，40的位置使管子12的加速度达到最大极限值。

由于仅仅一个连杆19承载受压，而一对连杆20和21承载受拉，所以由连杆20和21传递的力小于连杆19传递的力。为了取得预期的振动模式，可以改变各安装垫36，38，40的尺寸，使它们直接给不同数目的管子12加载。

图2表示按照本发明第二个实施例所示的振动器50。振动器50上的一些部件和振动器10相同，因此注有同样的标号。在这个实施例中，致动器16不是直接安装到横梁18上，而是在致动器16上有一根杆54，杆54穿过横梁18的孔60联接到目标板32和连杆19上。空心管56包容杆54并联接到致动器外壳58和横梁18上。该实施例使致动器16能远离横梁18安装，最好是把致动器16放在远离锅炉恶劣环境的理想地方。如图2所示，炉墙14位于横梁18和致动器16之间，这样就仅需要一个炉壁孔34。炉墙14也可选择在图2的点划线标出的位置上。

在振动器50工作期间，由致动器16产生的力脉冲通过杆54和连杆19传递压力，而通过管56、横梁18和连杆20、21传递反作用力。因此，振动器50与振动器10一样同时提供相反的作用力。

图3和图4表示按照本发明所述振动器的第三个实施例，该振动器用标号70标注。振动器70特别适合用于清理锅炉壁管72。振动器70包括固定在交叉梁76和78上的致动器16。其中梁76联接连杆80和82;而梁78联接连杆84和86，每个连杆都固定到安装板88上。安装板88可以如图3所示的那样直接固定到各壁管72或者如图4所示通过穿过炉墙的夹紧棒90向各壁管施加力。

当致动器16产生机械振动时，梁78对连杆84和86施加压缩载荷;而反作用力通过梁76传递并在连杆80和82上产生拉伸载荷。因此，象前面描述过的振动器一样，振动器70在锅炉构件上同时施加相反的作用力。由于连杆80，82，84和86与炉墙（或管）在确定一个平面的各点上相接触，所以振动器70的启动沿垂直轴和水平轴产生偏移，这一特性能使振动器70导致整个大面积上偏移。为了实现期望的振动模式，交叉梁76和78的相交的角度和/或其长度是可以改变的。

图5是按照本发明第四个实施例所述的振动系统，注有标号102。振动系统102包括一对分离的振动单元104和106，把它们移位后固定到炉管72上。振动系统102特别适合于清理锅炉中的悬挂式管束，这些管束从上面悬挂下来并吊入锅炉内部。振动单元104和106可以是任何类型，但是为了使说明简单起见，图中采用了与振动器10相同的类型。每一振动单元106和104都包含致动器16，致动器16作用在横梁18上并且与连杆相联。对振动单元104和106进行控制使它们提供同时和同相位关系的脉冲，这样它们的机械输入相互增强使大部分锅炉构件加速振动。振动单元104和106仅通过锅炉构件进行机械联接，而没有其它形体上的直接连接。

振动系统102也可以这样实现，使来自各振动单元104和106的机械输入不以特殊响应模式相互增强，而以激励构件成为不同的响应模式代之。一般说来，当一个构件共振时，偏移的模式确定所谓的波节（nodes）和波腹（anti-nodes）分别代表最小和最大偏移（和加速度）的区域。当使用单一振动器按特殊响应模式激励构件时，锅炉的某些部分可能感受不到足够的加速度以清除灰垢。因此，可以使用另一个振动单元以不同的响应模式来激励构件;或者使用另一个振动单元激励构件使得最大和最小偏移区域的位置改变，以达到要求的除灰效果。

虽然以上就本发明的最佳实施例作了描述，但应认识到本发明允许有其它的形式、变化和变更，所有这一切都在权利要求书要求保护范围之内。

Claims (15)

1、一种在热交换器部件的一部分上用感应模态响应条件从上述部件上清除灰垢的振动器包括：

电脉冲致动器，它具有第一和第二安装点，当电脉冲作用到该致动器上时，上述致动器在上述安装点之间发生位移；

第一联接装置，它将上述致动器第一安装点与热交换器部件在一个或一个以上第一驱动位置上机械地联接，其中当上述电脉冲作用于上述致动器时，至少上述第一联接装置的一部分承受拉伸载荷；和

第二联接装置，它将上述致动器第二安装点与热交换器部件在一个或一个以上第二驱动位置上机械地联接，其中当上述电脉冲作用于上述致动器时，至少上述第二联接装置的一部分承受压缩载荷，上述第一和第二驱动位置发生移位，借此上述第一和第二联接装置在上述热交换器部件上同时施加相反的作用力，使上述热交换器部件的一部分产生偏移。

2、按照权利要求1所述的振动器，其特征在于：上述第一联接装置包括：

一个细长形的横梁，上述致动器第一安装点在该梁纵向中点附近与其联接，和至少两根连杆，它们固定到上述的横梁上并与上述热交换器部件联接;和

上述第二联接装置包括至少一根连杆，它联接到上述致动器第二安装点和上述热交换器部件上。

3、按照权利要求2所述的振动器，其中上述致动器第一安装点固定到上述横梁上，而在靠近上述横梁两相对端分别固定一根连杆。

4、按照权利要求2所述的振动器，其中上述第一联接装置还包括一个细长的空心管，它与上述横梁和致动器第一安装点相连;和

上述第二联接装置还包括一个元件，它与上述第二联接装置的连杆和上述致动器第二安装点联接，上述元件装在上述空心管内并与其同轴。

5、按照权利要求1所述的振动器，其中上述第一联接装置包括第一横梁，该梁在其中点附近与上述致动器第一安装点联接，而且至少有两根连杆固定到上述第一横梁的两端附近并与上述热交换部件联接;和

上述第二联接装置包括第二横梁，该梁在其中点附近与上述致动器第二安装点相连，而且至少有两根连杆固定到第二横梁靠近其两端处并与上述热交换器部件联接，上述第一和第二横梁沿两条不平行轴取向。

6、一种在热交换器的一部分上用感应模态响应条件从上述热交换器上消除灰垢的振动器包括：

电脉冲致动器，它具有第一和第二安装点，当电脉冲作用到该致动器上时，上述致动器在上述安装点之间发生位移;

一根细长梁，上述致动器第一安装点联接到该梁靠近中点的位置上;

至少一根连杆，它固定到上述梁和热交换器上;和

至少另一根连杆，它联接到上述致动器第二安装点和热交换器上，上述连杆在至少两个分离的驱动点上驱动上述热交换器，由此引起上述热交换器偏移。

7、按照权利要求6所述的振动器，其中上述致动器第一安装点固定到上述横梁上。

8、按照权利要求6所述的振动器，其中还包括一根细长的空心管，该管固定到上述致动器第一安装点和横梁上;和

一根轴，该轴与上述致动器第二安装点联接而且在上述空心管内并与其同轴安置。

9、按照权利要求6所述的振动器，其中一对连杆固定到上述横梁上，上述两连杆分别固定在该横梁的两端上。

10、按照权利要求9所述的振动器，其中上述各连杆沿一条直线联接到上述热交换器上。

11、一种在热交换器的一部分上用感应模态响应条件从上述热交换器上清除灰垢的振动器包括：

电脉冲致动器，它具有第一和第二安装点，当电脉冲作用达上述致动器上时，上述致动器在上述安装点之间发生位移;

第一横梁，该梁与上述致动器第一安装点联接;

至少一根连杆，该杆与上述第一横梁和热交换器联接;

第二横梁，该梁与上述致动器第二安装点联接;和

至少另一根连杆，该杆与上述第二横梁和热交换器联接，上述各连杆在至少两个分离的驱动点上驱动上述热交换器，由此引起上述热交换器偏移。

12、按照权利要求11所述的振动器，其中上述第一和第二横梁沿两条不平行轴取向。

13、一种在热交换器的一部分上用感应模态响应条件从上述热交换器上除去灰垢的振动系统包括：

第一电脉冲致动器，它与上述热交换器联接;

第二电脉冲致动器，它与上述热交换器联接，上述第一和第二致动器在分离的位置上驱动上述热交换器;和

控制装置，该装置发送同时和同相位关系的电信号给上述第一和第二致动器，致使来自上述各致动器的脉冲在上述热交换器中产生的响应相互增强。

14、按照权利要求13所述的振动器，其中上述每个致动器与上述热交换器都在多于一个驱动点上联接，以便在上述热交换器上同时施加方向相反的作用力。

15、一种从热交换器部件表面清除灰垢的方法包括下列步骤：

在被移位的各位置上，以同时和同相位关系驱动上述热交换器部件，使在每个驱动位置上产生响应，并加强其它上述驱动位置产生的响应。

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