CN109505184B - 造纸机用宽幅钢制节能烘缸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，所述壳体由多段钢圈依次同轴连接构成，每个钢圈均由钢板卷绕制成且表面设置有轴向焊缝，相邻的两个钢圈的轴向焊缝之间具有使二者错位的夹角。本发明中，通过钢材、扰流棒、虹吸器、保温层等的相互配合，使壳体表面温度提高6～10度，能耗降低5％，极大的提高热效率，降低了能耗。
Description
技术领域：
本发明属于烘缸结构改进技术领域，特别涉及一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸。
背景技术：
烘缸是纸张干燥的关键部件，目前，大部分的烘缸使用铸铁材料制成，其数量约占造纸行业压力容器总数的2/3。烘缸的结构是：包括壳体、扰流棒、虹吸管、端盖和轴头，壳体两端分别安装一个端盖，每个端盖中心处设置轴头，轴头内具有向壳体内通入饱和蒸汽的通道以及与壳体内设置的虹吸管连通的通道，在壳体内壁上轴向间隔设置多个扰流棒。使用时，饱和蒸汽通入壳体内并在壳体内冷凝，释放出来的热量使得壳体表面温度上升，将包覆在壳体外壁表面运行的纸张加热，纸张在高温的作用下被烘干。随着科学技术的发展，铸铁正逐渐被钢取代，钢制烘缸的缸体与缸盖的壁厚将大大减小，质量不到铸铁烘缸的一半，成本也大幅降低。在实际应用中发现，现有的钢制烘缸在长度、直径、保温和抗水膜等方面还可以进一步优化。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供结构科学合理且通过焊接优化、保温优化和抗水膜优化来提高热效率的一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸。
本发明采取的技术方案是：
一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，包括壳体、端盖和轴头，壳体两端分别安装端盖，每个端盖中心处设置轴头，其特征在于：所述壳体由多段钢圈依次同轴连接构成，每个钢圈均由钢板卷绕制成且表面设置有轴向焊缝，相邻的两个钢圈的轴向焊缝之间具有使二者错位的夹角。
再有，在壳体內缘上间隔设置有扰流棒，每个扰流棒与壳体轴线之间具有夹角，该夹角的取值范围是5～15度。
再有，所述钢圈的直径为1.5～3米，宽度大于等于8米。
再有，在壳体内壁上径向均布固定有10～50根扰流棒，该扰流棒使用铝材、铜材或钢材制成。
再有，所述扰流棒的截面尺寸为40×50平方毫米。
再有，所述钢圈的壁厚为23～25毫米。
再有，位于两侧的两个钢圈的外侧端部设置向端盖外侧一体延伸的外伸边，
再有，所述端盖外侧端面设置有多个肋板，相邻的两个肋板之间填充有保温板，相邻的两个肋板扣装一盖板，两个相邻的盖板侧边相接触，每个盖板的外缘与外伸边相接触，每个盖板的內缘与轴头外缘相接触。
再有，所述壳体靠近外伸边的内壁上设置一凹环，该凹环朝外的端面上卡装端盖对位设置的凸起，该凸起两侧的端盖外缘设置成楔形斜边，两个楔形斜边分别与凹环两侧的壳体内壁焊接固定。
再有，所述端盖两侧的焊缝宽度均大于1～1.5倍的壳体厚度，所述端盖两侧的焊缝的开口角为40～50度。
本发明取得的技术效果是：
本发明中，壳体由多个依次焊接的钢圈构成，相邻的两个钢圈自身的焊缝之间具有一定的夹角，使整体的强度得以提高，另外根据壳体直径的差异设置不同数量的扰流棒，由其隔断壳体高速旋转时形成的冷凝水水膜，在壳体内还可以设置固定虹吸器或者旋转虹吸器，进一步降低冷凝水对壳体表面温度的影响，提高热量的传递，再有壳体两端的端盖外侧表面设置有保温层，使端盖处热量散失大幅降低，从而提高了热量集中在壳体处，通过钢材、扰流棒、虹吸器、保温层等的相互配合，使壳体表面温度提高6～10度，能耗降低5％，极大的提高热效率，降低了能耗。
附图说明：
图1是本发明整体结构图；
图2是图1去掉端盖的轴向放大图；
图3是图2的I部放大图；
图4是图1顺时针旋转时的冷凝水水膜示意图；
图5是图4的II部放大图；
图6是固定虹吸器的示意图；
图7是旋转虹吸器的示意图；
图8是端盖与壳体焊接处的结构示意图；
图9是图8的III部放大图；
图10是端盖设置肋板和保温层的示意图；
图11是图10设置盖板的示意图；
图12是图4的A向视图；
图13是图4的B向视图。
具体实施方式：
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，如图1～11所示，包括壳体、端盖17、轴头11、扰流棒13和虹吸器18，壳体两端分别安装端盖，端盖中心处设置轴头，在壳体内壁表面径向均布设置多个扰流棒，在壳体内设置有虹吸器，本发明的创新在于：所述壳体由多段钢圈5、6、8、9依次焊接7连接构成，每个钢圈均由钢板4卷绕制成且表面具有轴向焊缝3，相邻的两个钢圈的轴向焊缝之间具有使二者错位的夹角β。
本实施例中，如果轴向焊缝都在一条直线上会影响整体强度，所以相邻的轴向具有一定的夹角，而且在壳体较长时，该夹角也避免了某两个焊缝仍然位于同一直线的问题，上述β为30～50度，即是说：两个相邻的轴向焊缝的任一点在焊接7的接缝处的投影点与接缝所在圆的圆心角为30～50度。
钢圈由Q345R钢板卷绕后焊接制成。饱和蒸汽管路以及排水管路可以通过轴头内的空间12穿过并进入壳体内部。
钢圈的直径为1.5～3米，所有钢圈组装后的总宽度在8～10米，当然十米以上的总宽度也是可以的，具体宽度按照生产需要来决定。
由于壳体的尺寸较大，所以烘缸运行中产生的冷凝水量很大，研究表明，直径1.5米的烘缸在车速500m/min时即形成水膜，水膜的热阻约为钢铁介质的40倍，会极大的降低壳体表面温度。为此在壳体内设置由一侧端盖附近至另一侧端盖附近的扰流棒，具体是：所有钢圈组装后的内壁上径向均布设置有10～50根扰流棒，每个扰流棒与壳体内壁贴合的表面为与壳体内壁配合的外凸弧形，使二者的连接更加紧密，扰流棒的两侧通过焊接14固定，扰流棒的截面尺寸为40×60平方毫米。除了上述的焊接固定方式，也可以预先在壳体内壁设置卡箍，然后有卡箍将扰流棒固定在壳体内壁上。
扰流棒数量及尺寸选择，以堆积冷凝水15不溢流为原则，比如：直径1800毫米系列，扰流棒数量为24～30根，扰流棒宽度49mm，高度为59mm；直径为3米的宽幅烘缸扰流棒应为35～40根，通过上述扰流棒的设置，可以使壳体表面平均温度提高6～10℃，增加了热效能，起到了节能效果。
扰流棒的选材为实心的导热材料，比如耐腐蚀铝材，铜材与钢材等，根据宽幅烘缸的强度刚度与传热性能确定，比如：壳体幅宽度达到9米以上时应选用钢材扰流棒。扰流棒除了可以降低水膜的形成，还可以提高壳体的机械强度。
更优选的方案是：扰流棒设置成倾斜状态，即每个扰流棒与烘缸的壳体的轴线在扰流棒处的壳体上的投影之间具有一个夹角。具体结构如图12、13所示：
图12中，壳体轴线在扰流棒处壳体上的投影为29，其与该处扰流棒的夹角为5～15度，图中为15度。冷凝水15积聚在扰流棒13的一侧，由于该扰流棒在图中是向上运动的方向(参看图4中顺时针转动壳体的A)，所以冷凝水沿着倾斜的扰流棒向右侧流动，到右侧端盖附近时，冷凝水被该处的虹吸器收集并排出。
图13中，与图12不同的是，该处的扰流棒向下运动的方向(参看图4中顺时针转动壳体的B)，所以冷凝水积聚在该处扰流棒的另一侧，并向左侧流动，到左侧端盖附近时，冷凝水被该处的虹吸器收集并排出。
图12、13的扰流棒倾斜设置的结构的优点是：经过流体运动理论分析，由于倾斜扰流棒，加大了冷凝水横向流动速度，冷凝水斜向体积力荷载，当烘缸高速运转时，冷凝水将急速流向虹吸器，冷凝水排出的虹吸效果可提高10～20％。
钢圈的壁厚为23～25毫米，与铸铁壁厚的28～30毫米相比较，重量更轻，但强度更高。对于不同尺寸的钢制烘缸比相同尺寸的铸铁烘缸重量下降2～4吨，大致降低10～15％的重量，节约了材料。
虹吸器应根据冷凝水运动情况选择，对于低速的、未形成水环可选用如图6所示的固定虹吸器，对于高速运转的烘缸即已形成水环，应选用如图7所示的旋转虹吸器。上述虹吸器可以仅设置在一侧端盖处，也可以两侧端盖均设置，当然为了配合图12、13所示的结构，两侧端盖处均需要设置虹吸器。
如图8、9所示，位于两侧的两个钢圈的外侧端部设置向端盖外侧一体延伸的外伸边16，该外伸边的轴向宽度为30～50毫米。在外伸边和壳体一体连接处安装端盖，端盖的安装结构是：壳体靠近外伸边的内壁上设置一凹环26，该凹环朝外的端面上卡装端盖对位设置的凸起25，该凸起两侧的端盖外缘设置成楔形斜边27，两个楔形斜边分别与凹环两侧的壳体内壁焊接21、22固定。端盖两侧的焊缝宽度f均大于1～1.5倍的壳体厚度δc，端盖两侧的焊缝的开口角为40～50度，优选45度。焊缝宽度、开口角符合规范《GB 150钢制压力容器》的相关规定，两侧焊缝、凹环和凸起的相互配合可以解决端盖与壳体连接处的高应力区的问题。
端盖外侧端面设置有多个肋板28，相邻的两个肋板之间填充有保温板23，该保温板具有外框20，外框和其中的岩棉或超细玻璃棉层共同贴在端盖外侧端面上。相邻的两个肋板扣装一盖板2，两个相邻的盖板侧边1相接触，每个盖板的外缘嵌入外伸边外侧端面所制的凹陷19内，每个盖板的內缘与轴头外缘相接触，盖板通过小螺栓10与肋板固定。上述肋板可以使用钢板或槽钢，竖梁为八个，保温板也为八个，盖板使用薄钢板其其内侧表面24与保温板中的保温材料紧密接触。通过保温板的设置，降低了端盖处的散热，至少能够减少5％的热量损失。
为保证烘缸表面的硬度与光洁度，在烘缸安装完成后应对表面进行加工，首先在机床上精加工，在进行表面涂层，涂层方法有两方案，镀铬层，用滚镀或槽镀，也可热喷涂高铬，镀铬或高铬热喷读后应进行磨削加工，以保证烘缸表面的均匀与光泽。
本发明中，壳体由多个依次焊接的钢圈构成，相邻的两个钢圈自身的焊缝之间具有一定的夹角，使整体的强度得以提高，另外根据壳体直径的差异设置不同数量的扰流棒，尤其隔断壳体高速旋转时形成的冷凝水水膜，在壳体内还可以设置固定虹吸器或者旋转虹吸器，进一步降低冷凝水对壳体表面温度的影响，提高热量的传递，再有壳体两端的端盖外侧表面设置有保温层，使端盖处热量散失大幅降低，从而提高了热量集中在壳体处，通过钢材、扰流棒、虹吸器、保温层等的相互配合，使壳体表面温度提高6～7度，能耗降低5％，极大的提高热效率，降低了能耗。
Claims (7)
1.一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，包括壳体、端盖和轴头，壳体两端分别安装端盖，每个端盖中心处设置轴头，其特征在于：所述壳体由多段钢圈依次同轴连接构成，每个钢圈均由钢板卷绕制成且表面设置有轴向焊缝，相邻的两个钢圈的轴向焊缝之间具有使二者错位的夹角；
在壳体內缘上间隔设置有扰流棒，每个扰流棒与壳体轴线之间具有夹角，该夹角的取值范围是5～15度；在壳体内壁上径向均布固定有10～50根扰流棒，该扰流棒使用铝材、铜材或钢材制成；所述扰流棒的截面尺寸为40×60平方毫米；
扰流棒倾斜设置的结构加大冷凝水横向流动速度，当烘缸高速运转时，冷凝水将急速流向虹吸器，冷凝水排出的虹吸效果提高10～20%。
2.根据权利要求1所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：所述钢圈的直径为1.5～3米，宽度大于等于8米。
3.根据权利要求1所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：所述钢圈的壁厚为23～25毫米。
4.根据权利要求1或2或3所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：位于两侧的两个钢圈的外侧端部设置向端盖外侧一体延伸的外伸边。
5.根据权利要求4所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：所述端盖外侧端面设置有多个肋板，相邻的两个肋板之间填充有保温板，相邻的两个肋板扣装一盖板，两个相邻的盖板侧边相接触，每个盖板的外缘与外伸边相接触，每个盖板的內缘与轴头外缘相接触。
6.根据权利要求5所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：所述壳体靠近外伸边的内壁上设置一凹环，该凹环朝外的端面上卡装端盖对位设置的凸起，该凸起两侧的端盖外缘设置成楔形斜边，两个楔形斜边分别与凹环两侧的壳体内壁焊接固定。
7.根据权利要求6所述一种造纸机用宽幅钢制节能烘缸，其特征在于：所述端盖两侧的焊缝宽度均大于1～1.5倍的壳体厚度，所述端盖两侧的焊缝的开口角为40～50度。
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