專利名稱：強(qiáng)制式回旋攪捧傳熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液體的蒸發(fā)、蒸餾、冷凍或驟冷等過程的傳熱設(shè)備。更準(zhǔn)確地說(shuō)是一種帶有受回旋驅(qū)動(dòng)攪棒的垂直管式傳熱設(shè)備。
在液體的加工過程中，常常需要蒸發(fā)液體，如用蒸餾過程從海水生產(chǎn)淡水;以及冰漿和其他冷液和凍液的生產(chǎn)。在其他一些應(yīng)用中，冰漿顯得很有用，如制造空調(diào)系統(tǒng)時(shí)為了降低電力最大需求的峰值;以及食品的冷凍，如漁船上水產(chǎn)品的存貯等。傳統(tǒng)的蒸發(fā)和蒸餾設(shè)備，無(wú)論有無(wú)蒸汽壓縮，都需要輸入高能量以加熱液體和驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。還有，因?yàn)檎舭l(fā)或冷凝主要都是在汽，液界面處發(fā)生，所以熱量必須穿過容器壁及一液層才能過到界面。其結(jié)果是，傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)備中都存在顯著的溫降。這就限制了具有給定溫差的蒸發(fā)系統(tǒng)的效能，或需要輸入更高的能量。
頒發(fā)給現(xiàn)申請(qǐng)者的美國(guó)專利4，230，529及4，441，963號(hào)公開一種解決這問題的新方法。此方法所涉及的是一根(或多根)垂直、薄壁、兩端開口的傳熱管，這些管受驅(qū)動(dòng)作回旋運(yùn)動(dòng)，利用這些回旋管的運(yùn)動(dòng)，降低了管內(nèi)外兩側(cè)壁面上的熱阻，使傳熱效率得以提高。回旋運(yùn)動(dòng)使被蒸發(fā)的液體也作旋流，在管內(nèi)壁面上形成薄膜。這提高了有效的蒸發(fā)面積和因降低液層厚度而減小了熱阻。回旋運(yùn)動(dòng)也有助于熱汽流冷凝所產(chǎn)生的熱量向外管壁面的傳遞。外管壁面上液層厚度隨冷凝過程而增加，熱阻亦隨之而增加。回旋運(yùn)動(dòng)將液滴摔開，因此可提高外壁面上的傳熱。
上述兩專利都闡明了如何將多根這種管子安裝在一個(gè)共同容器內(nèi)以及通過一偏心裝置驅(qū)使作水平面的回旋運(yùn)動(dòng)。因此，液體在受重力作用向下流動(dòng)時(shí)，由動(dòng)力耦合驅(qū)動(dòng)繞內(nèi)壁面而旋轉(zhuǎn)。這些裝置需要在蒸發(fā)器內(nèi)有曲柄，軸承及復(fù)雜的密封。這些零件在制造和安裝上都較困難而且價(jià)格昂貴;它們?cè)诩庸r(shí)必需達(dá)到小公差，當(dāng)用于化學(xué)工業(yè)時(shí)，它們易于受到腐蝕和污染，它們磨損會(huì)導(dǎo)致回旋管的平衡狀態(tài)受破壞而出現(xiàn)振動(dòng)、4230.529號(hào)專利也公開了一個(gè)帶有自動(dòng)調(diào)整回旋半徑的自平衡裝置，可以使平衡狀態(tài)適應(yīng)于質(zhì)量的變化。若底座有所移動(dòng)而曲柄半徑必需固定時(shí)，此法也許并不適用。
目前存在有許多種傳熱裝置，其范圍從冰攪機(jī)到復(fù)雜的蒸發(fā)器，都采用受強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)而在管內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的剛性滑板。因而就能將粘性液體擴(kuò)展成均勻分布的膜。強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)滑板能夠處理粘度為1，000，000厘泊或粘度更高的液體(水在20℃時(shí)的粘度為1厘泊)。然而，任何剛性強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)滑板或刮板都有一些缺點(diǎn)。首先，需要有一根轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸并加以密封。其次，因?yàn)榛寤蚬伟迨莿傂缘?，而又是在一固定表面上距離很近的位置運(yùn)動(dòng)，設(shè)備的加工及安裝都困難而昂貴。設(shè)備表面以及滑板/刮板，還有它的支持構(gòu)件都必須達(dá)到小公差的機(jī)械加工的要求。尤其是，這些剛性滑板裝置容易受到不能容忍的磨損。
對(duì)于粘度較低的液體，例如，其范圍在1到1，000厘泊之間，其解決方法，如′399號(hào)專利所述，在管內(nèi)放置一根攪棒以分散料液，使之成為很薄而均勻的膜，就能降低其熱阻并強(qiáng)化蒸發(fā)。攪棒還能控制蒸發(fā)中固體殘?jiān)姆e累。′399號(hào)專利公開幾種固定攪棒的裝置，包括有鋼纜長(zhǎng)度，底座與攪棒下端之間有一個(gè)撓性但不轉(zhuǎn)動(dòng)的支座與之相聯(lián)，攪棒下端與底座之間還與一個(gè)雙萬(wàn)向接頭相聯(lián)。作為液膜分布器來(lái)說(shuō)，攪棒是有效的，但固定裝置都有缺點(diǎn)。它們?cè)黾恿瞬牧习惭b及操作的總費(fèi)用而且易出故障。特別使人擔(dān)心的是支撐攪棒的撓性鋼纜會(huì)出現(xiàn)材料疲勞。
美國(guó)專利4，762，592號(hào)描述了一種回旋驅(qū)動(dòng)裝置，克服了早期的偏心曲柄驅(qū)動(dòng)遇到的困難，包括加工，安裝，磨損及平衡等問題。這種改進(jìn)式驅(qū)動(dòng)裝置是由固定在蒸發(fā)器上的旋轉(zhuǎn)配重以及用彈簧撐筋構(gòu)成的蒸發(fā)器懸掛裝置組成。當(dāng)配重轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，配重和蒸發(fā)器的質(zhì)量相互作回旋運(yùn)動(dòng)。
此裝置雖然克服了偏心曲柄驅(qū)動(dòng)裝置中所存在的問題，但仍有一些缺點(diǎn)。例如，它要求巨大的質(zhì)量作回旋運(yùn)動(dòng)，尤其是將設(shè)備放大成商品尺寸時(shí)，設(shè)備內(nèi)有多根管，每根管都有液流。所述的巨大質(zhì)量增加了功率的需求(尤其是在起動(dòng)時(shí))，增加了彈簧撐筋懸掛裝置的需求，導(dǎo)致懸掛裝置提前出現(xiàn)疲勞損壞。還有，系統(tǒng)的制造和操作費(fèi)用通常都會(huì)有所增加。它也提高了對(duì)穩(wěn)定操作平臺(tái)的需求，比如說(shuō)要用混凝土地基，就不適用于活動(dòng)平臺(tái)，如海上輪船或一些其它的運(yùn)輸工具。雖然，在4762592號(hào)專利中提出了一個(gè)解決活動(dòng)平臺(tái)問題的方法，但在設(shè)備放大成商品尺寸的實(shí)踐中，此法尚未能適用。
另一設(shè)計(jì)考慮是針對(duì)在某些生產(chǎn)要求時(shí)，必須維持被加工液體能在完全密封的環(huán)境中，如在無(wú)菌環(huán)境中操作。可是，由于傳熱裝置采用連續(xù)過程，而液體須在回旋運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與其周圍的固定不動(dòng)的設(shè)備之間流動(dòng)。并且，還要引入動(dòng)力，因此就會(huì)遇到密封及其它問題。所用管路必須具有撓性，使它可以在一定范圍內(nèi)適應(yīng)回旋運(yùn)動(dòng)，但在系統(tǒng)的放大過程中，維持這種撓性，問題變得越來(lái)越嚴(yán)重。這些考慮都是為了不用滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)密封，因?yàn)樗鼈冸y以維持所需的密封可靠度，尤其是當(dāng)它們受到磨損時(shí)。
雖然，回旋管方法已用于蒸發(fā)及蒸餾操作，但至今尚未應(yīng)用于冷凍。理由之一是液體如在傳熱表面上凍結(jié)，就會(huì)大幅度地降低回旋管法的所有操作優(yōu)點(diǎn)。
所以，本發(fā)明的主要的目的是提供一個(gè)適用于垂直傳熱管的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量較小。與現(xiàn)有的回旋管系統(tǒng)相比，其能耗較低。還有，它能在活動(dòng)性平臺(tái)上操作。
另一個(gè)主要目的是由于采用本裝置，其結(jié)果能夠使設(shè)備簡(jiǎn)便地放大使用。
另一個(gè)目的是提供上述優(yōu)點(diǎn)時(shí)而不必對(duì)零件制造加以嚴(yán)格的要求或在安裝上需要精心調(diào)正。
還有另一個(gè)目的是提供上述措施時(shí)，并不因驅(qū)動(dòng)裝置中零件磨損而受影響。
另一個(gè)目的是提供上述優(yōu)點(diǎn)時(shí)也同時(shí)提供兼有簡(jiǎn)單而可靠的多管進(jìn)料分配裝置。
另一個(gè)目的是提供上述優(yōu)點(diǎn)時(shí)也同時(shí)提供加工液體的密封，包括無(wú)滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)的密封。
另一個(gè)目的是對(duì)蒸發(fā)，蒸餾，激冷及冷凍等傳熱設(shè)備提供上述的優(yōu)點(diǎn)。
一臺(tái)液體加工的傳熱設(shè)備，如蒸發(fā)器或蒸餾器。料液從為數(shù)最少為一根垂直、薄壁、兩端開口的傳熱管上端之內(nèi)壁面處進(jìn)入。一根外管或殼體將每一根管或所有管都容納于其中，并定義為室。在蒸發(fā)和蒸餾操作中，熱汽流在傳熱管外壁面上流過時(shí)，至少有部份汽體冷凝。由此產(chǎn)生的熱流穿過傳熱管壁內(nèi)作徑向流動(dòng)，到達(dá)管內(nèi)壁面上，引起液體蒸發(fā)。對(duì)激冷或冷凍操作而言，冷凍劑在外壁面上流動(dòng)產(chǎn)生往外之徑向熱流，其結(jié)果則是使加工液體在內(nèi)壁面上凍結(jié)。
每根管內(nèi)放有一根攪棒。最好的放置方法是讓攪棒自由地站立，其下端由距管子下端不遠(yuǎn)的水平板直接或間接支撐。攪棒的材料及其形狀應(yīng)能使之在沿內(nèi)壁面掃過時(shí)，緊靠?jī)?nèi)壁面。另一種形式是在攪棒下端固定一個(gè)低摩擦的滑動(dòng)觸點(diǎn)。另一形式是通過一個(gè)球窩接頭或與之相當(dāng)?shù)慕宇^將攪棒聯(lián)接到聯(lián)桿的一端，聯(lián)桿的下端可以固定于板上的套筒或類似構(gòu)件內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
每個(gè)直接，強(qiáng)制回旋驅(qū)動(dòng)裝置都會(huì)驅(qū)動(dòng)一根攪棒或眾多攪棒作回旋運(yùn)動(dòng)，與以前的旋管式傳熱設(shè)備的明顯不同之處是其傳熱管能靜止不動(dòng)。攪棒或眾多攪棒在管內(nèi)作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，每根攪棒將液體分布在內(nèi)壁面上。一個(gè)理想的強(qiáng)制攪棒驅(qū)動(dòng)裝置，包括有一對(duì)垂直間隔的水平板，攪棒被開在兩板上相互對(duì)準(zhǔn)的孔內(nèi)受到有間隙的約束。再用一組偏心曲柄驅(qū)動(dòng)兩塊板作回旋運(yùn)動(dòng)。另一種回旋運(yùn)動(dòng)用兩塊板與攪棒相聯(lián)。每一塊板呈蝶翅形?？捎脙蓧K這樣的板互作正交，各有自己的驅(qū)動(dòng)軸和偏心組件，并以相位差為180°運(yùn)動(dòng)，目的是獲得相對(duì)平衡。旋轉(zhuǎn)動(dòng)力是通過固定在殼體的滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)密封裝置的曲柄相聯(lián)而得。為了避免使用滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)密封，內(nèi)軸可用磁力耦聯(lián)來(lái)驅(qū)動(dòng)，或通過一根管道與外部動(dòng)力源和液封在一撓性管內(nèi)的驅(qū)動(dòng)元件之間進(jìn)行扭力耦聯(lián)。
另一種回旋驅(qū)動(dòng)裝置是將一根或一組攪棒牢靠地固定在一對(duì)在垂直方向上隔開的水平延伸纜網(wǎng)或相類似的構(gòu)件，纜繩從一剛性環(huán)延伸到每一根攪棒。這樣，不須旋轉(zhuǎn)密封就能引入回旋運(yùn)動(dòng);用兩對(duì)徑向放置，作相反驅(qū)動(dòng)的元件通過波紋密封件或相似的元件與外殼相聯(lián)。它們按同步方式運(yùn)動(dòng)，將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛匦\(yùn)動(dòng)以推動(dòng)剛性環(huán)，進(jìn)而推動(dòng)與環(huán)相聯(lián)的攪棒。
用于多管的液體分配系統(tǒng)，包括經(jīng)由上層水平驅(qū)動(dòng)板流入被加工的原料液，料液流過板上或經(jīng)過堰板進(jìn)入到與攪棒上端相配合的開孔。此分配系統(tǒng)之所以能工作，是因?yàn)楣茏屿o止不動(dòng)，故供料裝置就不需轉(zhuǎn)動(dòng)。液體籍助重力通過開孔進(jìn)入下面的管子。攪棒在孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)可防止堵塞，甚至當(dāng)液體為冰漿，果汁濃縮液或其他固-液混合物時(shí)，也有同樣的效果。
該系統(tǒng)也可驅(qū)動(dòng)板上圍繞每一管子處安裝一環(huán)狀壁，壁上開一料孔或缺口。一種與之相當(dāng)?shù)倪M(jìn)料系統(tǒng)是在安裝傳熱管時(shí)，將其上端伸出固定水平管板上部并開有孔作為進(jìn)料之用，其流量由開孔的面積來(lái)確定。驅(qū)動(dòng)裝置的磨損，例如驅(qū)動(dòng)板上的開孔或軸承的磨損，對(duì)設(shè)備的操作并無(wú)明顯的不良影響。
這些，以及其他的特征和內(nèi)容可從后面的詳細(xì)闡述得到更深入的了解，在閱讀時(shí)可借助附圖。


圖1是根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的回旋攪棒傳熱設(shè)備的透視圖，圖中有多根靜止不動(dòng)的傳熱管和一個(gè)與攪棒強(qiáng)制耦聯(lián)的回旋驅(qū)動(dòng)裝置。
圖2是傳熱管及回旋攪棒的水平截面簡(jiǎn)化透視圖，說(shuō)明在管內(nèi)攪棒及流體的動(dòng)力作用情況。
圖2A是一個(gè)說(shuō)明圖2中動(dòng)力作用的力向量圖。
圖3是兩對(duì)在直徑方向上相互平衡的回旋驅(qū)動(dòng)板的透視簡(jiǎn)圖，每對(duì)板各由偏心曲柄驅(qū)動(dòng)并都適用于裝配和驅(qū)動(dòng)一套如圖1所示之?dāng)嚢糇骰匦\(yùn)動(dòng)。
圖4是根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的另一種回旋攪棒驅(qū)動(dòng)裝置的透視圖。
圖5是根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的回旋驅(qū)動(dòng)裝置之另一種配合的水平截面視圖。
圖6是一個(gè)不須旋轉(zhuǎn)密封而以磁力耦聯(lián)來(lái)傳遞旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的縱向截面視圖。
圖7是與圖6相對(duì)應(yīng)的一種用機(jī)械耦聯(lián)來(lái)傳遞旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的無(wú)滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)密封的裝置的縱向截面視圖。
圖8表示圖1所裝配液體分配系統(tǒng)的縱向截面視圖。
圖9中根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的一種攪棒固定裝置的縱向截面視圖。
圖10是與圖9對(duì)應(yīng)的另一種攪棒固定裝置的透視圖。
圖1所示為在傳熱設(shè)備100內(nèi)采用一種根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的回旋攪棒驅(qū)動(dòng)裝置。在一個(gè)容器或外殼1內(nèi)裝入一定數(shù)量的傳熱管2，一塊上管板13和一塊下管板3a以及管子2將容器1的體積分為兩個(gè)室，室4和室5。室4表示傳熱系統(tǒng)的外側(cè)或殼側(cè)。室5為管側(cè)，包括上室5a及下室5b兩部份以及所有管子內(nèi)部的空間。每根管2有內(nèi)，外傳熱表面。管子是用薄壁并高傳熱性能的材料如銅或鋼所制造。管子可經(jīng)過某些表面處理，如在內(nèi)壁面或外壁面上開槽，其目的是強(qiáng)化其傳熱性能。第一種過程介質(zhì)Ⅰ可從出口7和7a引人而到室4，熱量穿過傳熱管2的壁與第二種過程介質(zhì)Ⅱ進(jìn)行換熱。第二種過程介質(zhì)是通過進(jìn)口6，8引入上室5a及進(jìn)口9和10引入下室5b。例如，對(duì)海水淡化來(lái)說(shuō)，介質(zhì)Ⅱ是海水，介質(zhì)Ⅰ則為加熱蒸汽，如水蒸汽。對(duì)于制冰漿，介質(zhì)Ⅱ?yàn)閹в刑砑觿┑乃山档捅?duì)管內(nèi)壁面的吸附力，而介質(zhì)Ⅰ則為帶壓的冷凍劑，它在外壁面沸騰而形成蒸汽/泡沫流。對(duì)水來(lái)說(shuō)，適用的添加劑有乙二醇(汽車用的防凍劑)、牛奶、海水、醋酸鈣鎂及一些無(wú)機(jī)鹽，如碳酸氫鈉。這些無(wú)機(jī)鹽為無(wú)水晶體。典型的溶液濃度為10%。優(yōu)良的添加劑可得精細(xì)、粉狀的冰晶。生成大而成片狀冰晶的添加劑難以正常工作。
當(dāng)設(shè)備100應(yīng)用于蒸發(fā)過程時(shí)，室4內(nèi)的介質(zhì)Ⅰ溫度較高，可用來(lái)蒸發(fā)室5內(nèi)溫度較低的第二介質(zhì)Ⅱ。特別是用水蒸汽通過管路7引入室4時(shí)，水蒸汽在管子2的外壁面上冷凝放出潛熱變?yōu)橐后w從出口7a流出。放出的熱量用來(lái)蒸發(fā)介質(zhì)Ⅱ，這是由管路輸入到管板3上方并引入到上室5a的液體。料液分配的一種形式是在管板3上形成一液體池24，液體經(jīng)過缺口25流入管內(nèi)，形成液流41沿管2內(nèi)壁面往下流動(dòng)。室4中的水蒸汽冷凝所釋放出來(lái)的潛熱穿過管2壁面將管內(nèi)的液流41蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸汽44，可流向管2上端并從出口8排出，或采用另一種流動(dòng)方式，使蒸汽在管子2內(nèi)往下流動(dòng)與液流41以并流方式從室5b的下端出口流出。
在管2中的每根管子內(nèi)都有一根攪棒14，攪棒受驅(qū)動(dòng)在管2內(nèi)作回旋運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)液流41。用彎曲的箭頭50表示回旋運(yùn)動(dòng)。這種回旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力使攪棒緊靠管2的內(nèi)壁面將液流41分散成薄而均勻的液膜，這有助于液體的蒸發(fā)并從而提高傳熱系數(shù)。
攪棒的重量，攪棒及管子的表面特性，以及攪棒的旋轉(zhuǎn)速度都要根據(jù)不同的應(yīng)用情況加以調(diào)整以滿足所需。例如，對(duì)海水淡化而言，最理想的性能是利用攪棒的回旋運(yùn)動(dòng)，盡量降低各種溶解在海水的成份在水的蒸發(fā)過程中沉積而成垢的趨勢(shì)。
對(duì)一些食品的濃縮的情況，攪棒能夠克服濃縮液有高粘度而推動(dòng)之，則時(shí)避免損壞濃縮液中的敏感成分。在制備冰漿時(shí)，熱流方向是從管內(nèi)側(cè)到外側(cè)，所以冰晶是在液體被驟冷和向下流動(dòng)中形成。對(duì)此應(yīng)用，攪棒的功能是把剛形成的冰晶和管壁分離以防止其緊附在管2的內(nèi)壁面上。
圖1所示的構(gòu)造中，最理想的形式是讓在管2內(nèi)的攪棒14，以它們的下端自由地站立在平板21之上。平板具有低摩擦表面，以使攪棒在其上作回旋運(yùn)動(dòng)50的滑動(dòng)。在這種理想的形式中，攪棒14的回旋運(yùn)動(dòng)是由一對(duì)垂直相間的水平板11，12所操縱，這些板可由撓性軸13和13a所支撐，軸的一端固定在殼體1的端蓋板1a，1b上，另一端則固定在板11和12上。這些撓性軸13和13a，在它們受扭力狀況時(shí)呈剛性，但在彎曲狀態(tài)時(shí)則呈撓性。方向接頭也有同樣的功能。用這種方法懸掛的板11和12可自由地作平移運(yùn)動(dòng)，但不能作扭動(dòng)。在板11和12的中心有袖套26和26a，軸15穿過兩袖套。并由固定在中央軸7和17a的曲柄16和16a驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，中央軸則穿過固定在容器1上的軸承和密封28和28a受馬達(dá)18驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)馬達(dá)18運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使板11和12作回旋動(dòng)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所有孔27中套住的攪棒14都作相似的回旋運(yùn)動(dòng)。曲柄16和16a的半徑要調(diào)節(jié)到使攪棒能在管2中作自由回旋運(yùn)動(dòng)?？?7的直徑要大于攪棒直徑，使每根攪棒在管2內(nèi)作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，能自行調(diào)整。
圖2所示為攪棒裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所牽涉的主要?jiǎng)恿η闆r。力60是由力61驅(qū)動(dòng)的攪棒14在管2內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，驅(qū)動(dòng)攪棒14的力61由板11和12以及板上圓孔27的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，當(dāng)流體被攪棒推動(dòng)時(shí)，在攪棒14表面上產(chǎn)生流體動(dòng)力63并與上述的離心力60相應(yīng)作用。
圖2a是一個(gè)力的平衡圖，清晰地表示出這些力向量平衡時(shí)的物理本性。實(shí)質(zhì)上，向量63的切向分量被向量61所平衡。向量1則直接與由馬達(dá)18所提供的驅(qū)動(dòng)功率有關(guān)。向量63的徑向分量則由離心力所平衡，而離心力又是攪棒的速度，直徑和密度的函數(shù)。由于攪棒的速度及直徑都影響向量63的特性，所以只有攪棒的密度是一獨(dú)立控制因數(shù)。
在一個(gè)完整的系統(tǒng)中，所有攪棒的離心力與驅(qū)動(dòng)板的離心力之和代表了一種作用在全系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)干擾力，使之產(chǎn)生振動(dòng)?？稍谳S17和17a上裝上一對(duì)配重19和19a以盡量降低此振動(dòng)，如圖1所示。
圖3所示是一對(duì)正交的驅(qū)動(dòng)板11和11′，通過裝在兩組偏心軸承30和31及它們的托架32和33的軸17所驅(qū)動(dòng)。軸17a驅(qū)動(dòng)另一組這類的板。每塊板呈蝶翅或8字形，占據(jù)兩象限。板11在板11′上略有間隙。因?yàn)檫@兩個(gè)偏心軸承在方位上相差180°，而每一塊驅(qū)動(dòng)板具有相同的質(zhì)量，帶動(dòng)同樣數(shù)目的攪棒，所以它們會(huì)趨于相互平衡而不必另加配重。
圖4例舉另一種采用曲柄39的攪棒驅(qū)動(dòng)裝置，為了達(dá)到平穩(wěn)操作，最少用三根曲柄作三角形排列。在此圖中，所有三根曲柄39的半徑相同。驅(qū)動(dòng)板36上的三個(gè)鏜孔38與支撐板上的三個(gè)鏜孔40模式相同。在驅(qū)動(dòng)三根曲柄中任何一根時(shí)，所有三根曲柄都會(huì)一致地轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖5例舉了另一種帶有一塊攪棒驅(qū)動(dòng)板11″的裝配情況，特別強(qiáng)調(diào)此板應(yīng)盡量的輕，并盡量地減少介質(zhì)流入或流出管子的阻力。板11″是由環(huán)11a及網(wǎng)116所構(gòu)成，其目的是帶動(dòng)環(huán)形驅(qū)動(dòng)孔27″。當(dāng)采用傳熱設(shè)備100作為制冰漿的機(jī)器時(shí)，這種驅(qū)動(dòng)板特別適宜于用來(lái)作為傳熱設(shè)備的下板。圖5還例舉一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)裝置，如磁或電線圈，很象一個(gè)氣筒。如圖所示，在密封袖套63內(nèi)裝有可滑動(dòng)的磁心60，可用外面的磁線圈61操縱。四個(gè)這種線性驅(qū)動(dòng)裝置組成一個(gè)正交對(duì)。通過纜繩62及彈簧(沒有圖示)將它們和驅(qū)動(dòng)板11″，12″耦聯(lián)，所以，當(dāng)向四個(gè)線圈61施加一個(gè)適當(dāng)?shù)恼袷庪娏鲿r(shí)，就能驅(qū)動(dòng)此驅(qū)動(dòng)板11作回旋運(yùn)動(dòng)。
圖6所示為一個(gè)用于無(wú)密封驅(qū)動(dòng)裝置的傳統(tǒng)式磁力耦聯(lián)元件軸17與袖套57內(nèi)的磁心56耦聯(lián)，袖套則是殼體1的上蓋1a的一個(gè)完整部分。在袖套57上的一個(gè)杯形磁鐵58被軸59驅(qū)動(dòng)。
圖7所示為具有波紋管或相當(dāng)形式的機(jī)械式無(wú)滑動(dòng)的密封。實(shí)質(zhì)上，它是一根用撓性管包裹起來(lái)的曲柄。圖中，軸17由一系列的軸承28′和48支承并由軛53(如圖4所示)推動(dòng)的曲柄45所驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。起密封作用的波紋管裝置52由一些環(huán)51所支持。在曲柄處用一軸承袖套47來(lái)傳動(dòng)曲柄的力。在曲柄的上端，有一根管子54用來(lái)引入一些合適的液體55作為軸承潤(rùn)滑并有助于維持密封之用。此液體亦可能是料液的一部分。軸承48是由一對(duì)拱形支承元件49所支持。此密封元件只轉(zhuǎn)動(dòng)而不滑動(dòng)，它具有機(jī)械驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于如圖6所示的磁力驅(qū)動(dòng)裝置而言，如其扭距不能帶動(dòng)所施加的載荷。后者會(huì)脫開接合。
圖8所示是上驅(qū)動(dòng)板11＊及其驅(qū)動(dòng)孔27＊和攪棒14＊分配料液均勻地進(jìn)入傳熱管2＊的情況。在這種布置中，裝配管子2＊時(shí)，使之略為突出于上管板3＊之上，使板27＊能在管子2＊上端滑動(dòng)并起一蓋板之作用。引入室5＊之料液會(huì)形成一液池24＊，按預(yù)先確定之深度或壓頭來(lái)淹沒板11＊，此淹沒深度確定了通過圍繞攪棒14＊的開孔27＊進(jìn)入每根管子的流量。在此法中，料液對(duì)于孔內(nèi)的攪棒起潤(rùn)滑劑作用，而攪棒的運(yùn)動(dòng)又有助于防止開孔處堵塞的趨勢(shì)。
圖9和10所示兩種不同的裝置，用于減小攪棒14在板21上的滑動(dòng)摩擦。在圖9中，聯(lián)桿64與攪棒14的下端的球窩聯(lián)接器相聯(lián)，使攪棒能繞管內(nèi)作自由回旋運(yùn)動(dòng)。所示的聯(lián)桿，其上端有一球，但亦可能是一球窩。其它裝置，如采用一小段撓性管或一個(gè)雙方向接頭都是可以的。聯(lián)桿64的下端與板21′上的球窩65作松動(dòng)接合。球窩限制聯(lián)桿下端作任何明顯的平移。但并不限制它像攪棒一樣沿一圓錐形軌跡運(yùn)動(dòng)。球窩65也可以制在一個(gè)獨(dú)立的杯形元件上再將此元件固定在板21′上。此耦聯(lián)亦可采用一小段撓性管或雙方向接頭的形式，但其價(jià)格較貴并會(huì)有疲勞或磨損問題。
圖10所示為一較簡(jiǎn)單的裝置。在攪棒14的下端固定一塊低摩擦材料的觸點(diǎn)68譬如采用一些合適的塑料。與攪棒14的材料相比較，它能降低對(duì)板21表面的摩擦系數(shù)。因此減小磨損和驅(qū)動(dòng)攪棒所需的功率。
在操作中，根據(jù)圖2的動(dòng)力分析，馬達(dá)18通過回旋運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)兩塊或更多塊驅(qū)動(dòng)板及由驅(qū)動(dòng)板帶動(dòng)的攪棒，從而使液體分配到管子2內(nèi)，以及將固體物從管內(nèi)壁面清除。攪棒的撓性使它能緊靠?jī)?nèi)壁面并有效地提高傳熱而不必在運(yùn)動(dòng)組件之間作嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)，不會(huì)在組件磨損后降低其效能，不要求組件配合時(shí)具有小公差，也不像以前的旋轉(zhuǎn)裝置那樣對(duì)功率和安裝所作的要求。必在運(yùn)動(dòng)組件之間作嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)，不會(huì)在組件磨損后降低其效能，不要求組件配合時(shí)具有小公差，也不像以前的旋轉(zhuǎn)裝置那樣對(duì)功率和安裝所作的要求。特別是，現(xiàn)發(fā)明中的攪棒及其它所有的轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置組件的總質(zhì)量，和在早期的技術(shù)系統(tǒng)中，如前面所述的那些專利529，963，及′592中的管子加上管內(nèi)液體及其它固定在管上或隨管運(yùn)動(dòng)的組件的總質(zhì)量相比較，一般還不到后者的10%。同時(shí)也減小了起動(dòng)扭距的需求，約為原來(lái)的20%。因此也減小馬達(dá)18所需求功率的一半。如上所述，由于攪棒14在攪動(dòng)中的撓性，及由于驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)，一些剛性滑板和刮板系統(tǒng)的缺點(diǎn)都可避免。降低了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)量。也有利于放大，如降低造價(jià)和彈簧構(gòu)件疲勞以及減小固定曲柄所帶動(dòng)的回旋管裝置的振動(dòng)與平衡問題。
本發(fā)明已按照最理想的配備進(jìn)行了描述，因此，可以理解那些對(duì)前面所作詳細(xì)闡述及附圖熟悉的人都可以進(jìn)行各種不同的修正和改動(dòng)。例如，雖然所描述的攪棒是松動(dòng)地配置在一塊驅(qū)動(dòng)板上的開孔中，但它們也可以固定在軸承中，即使這樣做會(huì)增加其造價(jià)或降低了進(jìn)料的選擇性。還有，如何將攪棒以它們的下端自由地垂直放置也作了詳述，但是也可以在上方用一根撓性纜繩懸掛，在兩端作撓性錨定，或支撐在一塊或兩塊驅(qū)動(dòng)板上。然而，可以相信，這些改變不會(huì)更使人滿意，因?yàn)樗鼈兘档土瞬僮鞯倪x擇性，增加了造價(jià)，或許還會(huì)更容易受到疲勞和磨損。按照這里所敘述的總設(shè)計(jì)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，可設(shè)想出各種形式的驅(qū)動(dòng)板，動(dòng)力源以及與驅(qū)動(dòng)板耦聯(lián)的方法等。以此類推，這些和其它的修改或變化都應(yīng)當(dāng)屬于現(xiàn)申請(qǐng)的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于傳熱設(shè)備的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，包括最少有一根垂直方向的傳熱管，第一種被加工的流體從它的上端流入而第二種流體流過其外表面，形成穿過管壁的徑向傳熱，和每一根管內(nèi)放入一根撓性攪棒，其長(zhǎng)度一般地與管子相同。驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)動(dòng)力源，將該動(dòng)力的輸出轉(zhuǎn)換為回旋運(yùn)動(dòng)的裝置，將上述的回旋運(yùn)動(dòng)用機(jī)械強(qiáng)制式裝置與上述的攪棒進(jìn)行耦聯(lián)使之在上述管子的內(nèi)壁面上作回旋運(yùn)動(dòng)以分布第一種流體并除去此流體因傳熱而在內(nèi)壁面上沉積的固體。
2.權(quán)利要求1的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的機(jī)械耦聯(lián)裝置包括一塊驅(qū)動(dòng)板。
3.權(quán)利要求2的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的驅(qū)動(dòng)板包括一對(duì)在垂直方向上相互間隔的水平驅(qū)動(dòng)板，它們與上述攪棒的上，下兩端耦聯(lián)。
4.權(quán)利要求3的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的兩板包括有開孔，用以容納攪棒的上下兩端，形成松動(dòng)的配合，而該攪棒則以其下端作自由站立。
5.權(quán)利要求4的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中包括有多根攪棒及所述的板，每塊板都與全部攪棒配合。
6.權(quán)利要求4的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中包括有多根攪棒及其上，下兩端處的多塊板，這些板是按正交成對(duì)而組合。其中所述的傳動(dòng)裝置按相位差180°來(lái)驅(qū)動(dòng)所述的板對(duì)，其目的是達(dá)到自平衡。
7.權(quán)利要求4的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的傳動(dòng)裝置，其組成最少有一根偏心軸與所述的動(dòng)力源以及所述的每一塊板之間進(jìn)行耦聯(lián)而操作。
8.權(quán)利要求5的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的板，其組成包括固定在所述的框架內(nèi)的剛性閉路的框架構(gòu)件及裝置，用以配置攪棒。
9.權(quán)利要求5的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的動(dòng)力源是一個(gè)帶有旋轉(zhuǎn)軸輸出的馬達(dá)。
10.權(quán)利要求5的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的動(dòng)力源是一正交成雙的對(duì)立線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
11.權(quán)利要求4的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的攪棒下端配有低摩擦構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括有一塊距離管子下端不遠(yuǎn)作不平延伸的平板。當(dāng)攪棒作回旋動(dòng)動(dòng)時(shí)，那些低摩擦構(gòu)件即在板上滑動(dòng)。
12.權(quán)利要求4的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的攪棒，其下端與一聯(lián)桿相聯(lián)，使該攪棒能自由地作水平方向運(yùn)動(dòng)。該聯(lián)桿的下端支撐在一個(gè)固定位置，使該聯(lián)桿能夠沿一圓錐形軌跡自由運(yùn)動(dòng)。
13.權(quán)利要求1的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中包括一個(gè)環(huán)繞所述的管子的容器，所述的攪棒及最少有一個(gè)所述的機(jī)械式耦聯(lián)裝置，以及其中所述的傳動(dòng)裝置，此傳動(dòng)裝置包括在該動(dòng)力源與機(jī)械耦聯(lián)裝置之間的容器上的一個(gè)非旋轉(zhuǎn)式密封。
14.權(quán)利要求13的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的動(dòng)力源是一個(gè)裝在轉(zhuǎn)動(dòng)元件中的磁力驅(qū)動(dòng)裝置，此轉(zhuǎn)動(dòng)元件位于所述的容器的密封內(nèi)，包括有該容器的杯狀部分，此部分圍繞所述的轉(zhuǎn)動(dòng)元件。
15.權(quán)利要求13的回旋驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述的密封包括一根用撓性管包裹起來(lái)的偏心曲柄，并有一種流體流入該管。
全文摘要
在一套連續(xù)加工液體的傳熱設(shè)備內(nèi)用一個(gè)強(qiáng)制式機(jī)械裝置去驅(qū)動(dòng)一套垂直放置的攪棒。每根攪棒分配在一根垂直的傳熱管內(nèi)，它的下端自由地立于一平板上。攪棒具有適度柔性，作回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)能緊密地靠近管內(nèi)壁面?；匦?qū)動(dòng)裝置具有一對(duì)水平板用來(lái)推動(dòng)攪棒。兩平板在垂直方向上有一定間距。板上開有圓孔用以套住攪棒。這些圓孔也可作為液體入口之用。為了隔離開傳熱介質(zhì)，可采用若干不同的密封方法，以通過殼體來(lái)傳遞旋轉(zhuǎn)動(dòng)力而避免使用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)密封。
文檔編號(hào)B01D1/06GK1096872SQ9312088
公開日1994年12月28日 申請(qǐng)日期1993年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月22日
發(fā)明者李耀滋 申請(qǐng)人:李耀滋公司