CN201254574Y - 真空锅机械循环器组合件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新颖的机械循环器组合件(2)，具有紧凑的结构并且节能。在本实用新型中，所述循环器轴(13)长度相比于常规轴长度5.0至8.0米(在顶部安装机械循环器的情形下)和1.7至2.5米(在底部安装机械循环器的情形下)已减小相当多、只有0.50至0.56米。这是由两个因素实现的：使密封装置与轴承组合件定位于完全设置在真空锅内的特定密封和轴承箱中以及使用具有用于所述驱动的直接内嵌法兰安装的中空花键输出和带键结构的中空输入的内嵌行星类型的紧凑且重量轻的齿轮箱。

Description

真空锅机械循环器组合件

技术领域

本发明涉及机械工程领域。更具体地，它涉及糖浆之类的浓缩处理机械。特别地，它是关于真空锅(vacuum pan)中的机械循环器。本申请是名称为“改进的直立连续型真空锅(Improved Vertical Continuous Vacuum Pan)”的专利申请第879/DEL/2006号的分案申请。

背景技术

重要术语的定义：

1、浓缩蔗汁(英文发音等同于餐具即Mess-kit的英文发音)：它是从真空锅排出的晶体和母液的混合物。

2、加热器：由用于热交换的相隔很近的金属管组成的装置。

在制糖工厂中，糖浆的蒸发-结晶是在专门设计的、称为真空锅的机械中进行的。

有两种类型的真空锅—分批型真空锅(Batch Vacuum Pan)和连续型真空锅(Continuous Vacuum Pan)。

分批型真空锅(分批型蒸发结晶器)：它包括垂直圆柱壳和位于下部的加热器。所述壳顶部上设置带有用来防止冷凝水有机污染的夹带分离器(entrainment separator)(液滴捉获器)拱顶部。分批型真空锅的设计已经演变为几乎一致的基本形式，包括：中心除液管(central downtake)、直侧壁、固定加热器、直径100毫米而长度800至1300毫米的加热器管、18至25度底角、以及促进循环的装置。

对于加热锅，W形底部比圆锥形底部更好，因为W形底部在分布浓缩蔗汁时效率高(2004的美国蔗糖技术专家协会期刊卷24中Rein、PW.、Echeverri、L.F.和Acharya、Sumanta等人所写的“真空锅中的循环”)(Circulation in VacuumPans-Rein，P W.，Echeverri，L.F.and Acharya，Sumanta-Journal AmericanSociety of Sugar Cane Technologists，Vol.24，2004)。

连续型真空锅：有两种类型即直立的和水平的。

直立连续型真空锅包括带有加热器的几个搅拌结晶隔间或腔室(类似于分批型蒸发结晶器)，这些隔间或腔室安装在彼此的顶部。每个隔间的主要布局类似于分批型蒸发结晶器。

在使用真空锅的糖浆加工中循环的重要性

浓缩蔗汁在真空锅中循环的重要性是很明确的。它影响到能耗、浓缩蔗汁的排空和糖的质量。结果在世界范围内，已经在为改善真空锅中的循环而设计更好的、改进的或新颖的装置方面作出了相当多的努力。机械循环器是最常用装置中的一种并且它们已经在现有技术中得到了很多的说明(专利文献US387388、US1133821、US1476331、US1785530、US458882、US2355397、GB1061708、US3622387、US3636753、DE2922265、EP0065775、FR2695837)。

机械循环具有产业层次上的各种优点，即：

i、产品的质量改进：更优质的糖晶体。这是导致所述锅内更均匀结晶条件的更好循环的结果。所述晶体形成得更均匀且具有更少的母液残留(参见：van der poel 1980，Rieger et al.1989：Zukerindustrie，105，237-240)。糖中颜色更少且由于局部过热引起糖分损失的风险更小。

ii、耗水量的减少：此外，搅拌也减少了离心洗涤用水量的50％(参见：van der poel 1980：Zukerindustrie，105，237-240)。

iii、浓缩蔗汁的高度：加热器上方的浓缩蔗汁高度比相应的自然循环时上推相当大。因此，效能增进而晶粒容积下降。

iv、效能提高：机械循环改善了传热而缩短了批次热沸(batch boiling)的时间从而提高效能。

v、更好的热经济性：加热蒸汽和浓缩蔗汁之间的小温差(<12K)只有在使用搅拌器时是可能的。没有搅拌器(机械循环)的情况下，获得稳定操作是不可能的，并且可能导致晶体沉积(参见：Austmeyer，K.E.；Schliephake，D.；Ekelhof，B.；Sittel，G.(1989)：Zukerindustrie 114，875-878)。使用较低压力的蒸汽成为可能(例如，来自第二或第三蒸发器的作用(effect))，这使得工厂的蒸汽需要能够减少。

vi、加热器管的沉积更少：由于循环晶体摩擦的磨耗作用，在管上的沉积更少。

不使用搅拌器(机械循环器)而宣称合理循环的那些循环以设计简单和热经济性(heat economy)为代价来实现这些(参见：印度专利IN145885、IN169913和国际专利US4120745、EP0201629、DE3839182、FR2695837及专利申请IN/PCT/2002/02149/CHE)。

因此，显而易见的是，安装机械循环能获得与良好循环相关的所有优点。

机械循环器组合件一般包括下列元件：承载叶片或其他推进装置的循环器、直立的轴和与所述轴连接的驱动系统。

驱动系统通常包含轴、联轴器、轴承、齿轮、滑轮及滑轮带。能源由一个电动马达供应。

安装在所述锅中的循环器可以是顶部安装或底部安装。

在顶部安装机械循环器的情形中，循环器的轴延伸通过所述锅的高度(在5到8米之间)并穿过所述锅的顶盖在其上端突伸(参见：专利US387388、USL133821、U S247542、US1785530、GB458882、GB1061708、EP0065775)。在其他情形中，循环器的轴穿过其底部壁突伸到所述锅中(参见：专利号US1476331、US2355397、FR2695837)。

底部安装的锅提供的一个明显优点是，与顶部安装的机械循环器相比，轴的长度相比于5至8米减少到1.7至2.5米。

然而，尽管底部安装循环器的所述优点，然而顶部安装循环器仍然在产业中流行，这是因为下列的实用优点：

i、不需要精心制作的支撑结构：顶部安装的循环器可容易地安装到真空锅的顶部上。相反，底部安装的机械循环器需要包括用于放置大而重的齿轮驱动和/或齿轮箱和用于安装轴承的基座的复杂支持结构，因为所述锅安装在工厂地面相当的高度处。

ii、可用空间的富裕：在顶部安装的锅中，安装循环器的空间不是一种限制。然而，在底部安装循环器的情形中，它可能成为实际的问题。在常规锅安装于相当高度而其他处理设备比如冷却结晶器安装在它们下面的情形中，空间成了制约因素。

无论现有的机械循环器是底部安装或是顶部安装，它们都具有一定的缺点即：

a.高资本投资

b.高维护费用

c.泄漏：空气和/或糖浆的泄漏

d.增大的能源负担即更高的功率消耗

这些缺点的主要造成原因是：

1、长的循环器轴长度：与轴长度增加相关的几个缺点即：

a.负载：增长的轴向以及径向负荷需要额外的装置来克服这些负荷。

b.振动：更大的弯曲振动，这又对密封产生不利的影响，已被证明特别棘手的而需要额外的补充密封装置(参见专利US5078506)。

c.轴承：轴承寿命降低。

d.配件：用在增长的轴的自由端以减少振动的辅助轴承(参见专利USL133821、GB247542、US1785530)已被发现会引起校准、润滑、腐蚀和维护的问题。

e.支撑：为使长轴得到校准需要附加的支撑比如法兰耦合或以其他装置(参见专利GB458882、USL133821)。

f.轴的直径：随着轴长度增加，为了向循环器传递所需转矩，轴直径也要增加。这需要使用更高的功率和更大的附带/支持构件例如齿轮、轴承、密封件、环状件等并且还需要相应的复杂外壳/基座。

2、传统的密封方式：在安装于真空锅内的锅循环器组合件中用于密封目的，包含封装环状件(密封管封装)，该环状件围绕循环器轴紧密封装和用称为密封管推动器、设置有带螺纹的螺母和间隔器的一种可调整构件压缩。它安装在所述锅的壁中。

上述装置的缺点如下：

a.定期调整：为了弥补摩擦磨损，需要进行定期调整。如果操作者没有检测出这种磨损，它会引起泄漏和真空损失。

b.额外的磨损：还尝试用某种方式调整填料箱以提供期间延长的令人满意密封会引起额外的磨损。

c.定期更换：封装环状件(密封管)的定期更换也是必需的。

d.污染：在底部安装机械循环器的情形中，真空锅内容物(糖浆)被密封管污染的危险。

e.功率损耗：在封装环状件(密封管)中的功率损耗，从较小循环器轴的0.5马力到高达较大轴的5.0马力之间变化(参见Joshi，M.V.：Process EquipmentDesign，2nd Edition，Reprint 1987，page 399)。

机械密封在真空锅中也被用于同样目的即密封。然而，不像在本发明中把密封装置完全设置在特定外壳内的真空锅中，这些机械密封完全设置在真空锅外。它们由于长的循环器轴长度而暴露于高的径向和轴向运动，并已被证明会产生问题而需要额外、补充的密封装置例如专利US5078506所描述的。

3、轴承：用在锅循环器组合件中的轴承完全设置在所述锅外面以便给予长的循环器轴附加的支撑。因为更大的轴直径和更大的轴向和径向负荷，所以轴承在尺寸和承爱力方面都大。

4、齿轮箱：用于常规锅循环器组合件的齿轮箱是蜗轮、蜗杆或螺旋型(参见专利US387388、USL133821、US1476331、US2355397、DE2922265、EP0065775)。能源是由电动马达供应。所述齿轮箱的缺点如下：

a.高功率消耗：高摩擦系数需要更高的驱动能量；

b.大的重量：需要复杂的支撑结构；

c.大的尺寸：需要更多的安装空间；

d.高的减速比：只能以效率和尺寸为代价来实现；

e.径向负荷：在齿轮箱中的径向负荷增加到循环器轴的上；

f.较低的扭矩传递能力，相比于用在本发明的齿轮箱；

g.初始的组合件、安装的成本以及时间都大的多；

h.维护要求高；

i.用于确保齿轮箱和驱动元件正确校准的时间及劳动力都高；

j.齿轮箱没与所述轴共线，这也是要求额外支撑结构的原因之一；

k.联轴器的成本和复杂性；

1、可靠性低；

m、高噪音水平；

n、差的效率：机械效率在40％至90％之间变化。

本发明已能够用一种简单而新颖的方式克服与现有技术中安装在真空锅中的机械循环器相关的缺点。本发明的创新之处在于使得底部安装的锅循环器组合件紧凑、大小及重量减小、成本效益好、不需维修且能源效率高的易于获得的现成构件的组合与关联和构造的新颖特征。

印度专利数据库的检索显示，在现有技术中还没有公开关于本发明的专利。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于真空锅的底部安装的机械循环器组合件，具有紧凑的结构、重量和尺寸变小并且节能。

本发明的另一目的是提供一种机械循环器组合件，它的维护要求是可忽略的；如果不管怎样要求维护的话，因维修而拆卸和安装的时间变短而可避免每次都要重新校准驱动轴。

本发明的再一目的是，它还易于在现有的不管是批次型还是连续型的真空锅的W形底部的向上变细圆锥部内，与现有的用于糖浆之类的浓缩的真空锅相结合或安装到其上。

本发明的其它目的在于部件的新颖结合和布置及构造的新颖细节，所有这些将在下面的描述过程中得到充分说明。

本发明涉及使所述机械循环器组合件紧凑和尺寸减小的构件构造、结合、关系和布置的新颖特征，其典型的实施方式在说明书及其附图中得以公开。

在本发明中，所述循环器轴长度相比于常规轴长度5.0至8.0米(在顶部安装机械循环器的情形下)和1.7至2.5米(在底部安装机械循环器的情形下)已减小相当多、只有0.50至0.56米。

这是由两个因素实现的：

a.定位：使密封装置与轴承组合件定位于完全设置在真空锅内的特定密封和轴承座中；以及

b.使用改进的齿轮箱：使用内嵌行星类型的紧凑且重量轻的齿轮箱，具有用于所述驱动的直接内嵌法兰安装的中空花键输出和带键结构的中空输入。

相应地，本发明提供一种用于蒸发-结晶糖浆溶液的真空锅组合件(1)，包括：

机械循环器组合件；

循环器轴，其具有固定到安装在其内端部上的毂部上的叶片或者其它推进元件；

齿轮箱，其由安装在其另一端(外端)的电动马达驱动；

密封装置；

轴承；以及

分离护环(split retaining ring)，其设置在所述轴承的下方，

所述机械循环器组合件沿其轴线安装在真空锅W型底部的向上变小的圆锥部中；

其中，所述机械循环器组合件具有紧凑的结构并且循环器轴的长度减小相当多。

附图说明

通过参考附图，本发明的结构布置将得到最好的理解。

图1是真空锅的正面视图，其中已安装本发明机械循环器组合件。

图2是在图1中所示的机械循环器组合件放大视图。

具体实施方式

现有技术的检索显示，虽然在真空锅W型底部的向上变小圆锥部中安装底部安装机械循环器用来作为糖浆溶液的蒸发结晶器是非常可取的，但如上面已经讨论过的，仍然有许多因素不利于它们的应用。

因此，本发明提供一种用于蒸发结晶糖浆溶液的真空锅组合件，包括：

机械循环器组合件；

循环器轴，其具有固定到安装在其内端上的毂部的叶片或其它推进元件；

齿轮箱，由安装在其另一端(外端)的电动马达驱动；

密封装置；

轴承；以及

分离护环，其设置在所述轴承的下方，

所述机械循环器组合件沿其轴线安装在真空锅W型底部的向上变小圆锥部中；

其中，所述机械循环器组合件具有与循环器轴长度相紧凑的构造。

在本发明的一种实施方式中，机械循环器组合件的轴承和密封装置完全设置在特定外壳里的真空锅内。

在本发明的另一实施方式中，密封及轴承箱设置为倒置的锥形。

在本发明的还一实施方式中，密封装置具有由碳化硅制成的机械密封。

在本发明的又一实施方式中，轴承安装在密封中并且轴承箱是一种带防护深沟球轴承(shielded deep groove ball bearing)。

在本发明的再一实施方式中，齿轮箱和齿轮驱动是同轴的(内嵌)且直接安装到真空锅的底部上而没有任何耦合和支撑结构。

在本发明的再一实施方式中，机械循环器组合件有行星类型的内嵌齿轮箱，它具有带键结构的中空输入和中空花键输出，用于所述驱动的直接内嵌法兰安装。

在本发明中，循环器轴长度相比于常规轴长度5.0至8.0米(在顶部安装机械循环器的情形下)和1.7至2.5米(在底部安装机械循环器的情形下)已大大减少、只有0.50至0.56米。这是由两个因素实现的：

在真空锅内的特定密封和轴承箱中设置密封装置与轴承组合件；以及

使用具有用于所述驱动的直接内嵌法兰安装的空心花键输出和空心输入的内嵌行星类型的紧凑且重量轻的齿轮箱。

图1显示真空锅组合件1的水面视图，其中本发明的机械循环器组合件2已安装在W型底部3的向上变小的圆锥部中。真空锅通过没有显示在图中的装置从工厂地面得到支撑。

图2是机械循环器组合件2的放大视图。根据本发明的一个特征，提供一种在W型底部3的向上变小的圆锥形的基部和加热器5的底部水平之间、完全设置在真空锅内的新颖密封和轴承箱4。

所述密封装置不是常规方法的填料盒和密封管，而是包括优选由碳化硅制成的机械密封8、唇状密封7和枪管状金属衬套6。机械密封的固定和旋转密封环都由柔性O型圈9保持就位。碳化硅比其他材料更为优选因为产生的热量低而无需冷却装置还有它的自润滑特性。在如碳化钨的材料中，因产生热量高导致与所述密封接触的少量液汁烧焦，生成碳而造成磨损。机械密封与传统密封装置比较的优势是人所共知的，即：

a)有效地堵漏

b)自润滑而无需定期润滑

c)自我调整而无需定期调整以补偿磨损

d)适用于高温和高压情形

e)因为非常低的摩擦系数从而使用寿命延长

f)非常低的维修要求

g)真空锅的内容物没有由于润滑剂的降解和/或泄漏而受污染的风险。

轴承10容纳在附接到密封和轴承箱4的轴承收纳板11中并且由轴承保持板12保持就位。使用能很好地承受循环器轴的轴向和径向载荷的带防护深沟球轴承10。它也减小了噪音水平。所用轴承10的尺寸也小，这是因为循环器轴13由于其长度变短并且轴向和径向负荷减少而直径减小。所用轴承10的另一优点是它并不需要定期润滑而能够不怎么需要维护地工作。

循环器轴13的轴向和径向载荷减小导致振动减小很多和几乎不再存在校准问题，使得所述密封装置和轴承10的使用寿命增长。

所述密封和轴承箱4在其外侧上设置成倒置圆锥形14。所述倒置圆锥形14的优点是它避免了停滞地区与外壳4邻近并且有利于真空锅内浓缩蔗汁的循环。倒置圆锥形14的另一优点是它为所述密封和轴承箱4提供了加固。

在循环器轴13的低(外)端安装有内嵌中空花键行星齿轮箱15从而不必使用联轴器。齿轮箱15具有带键结构的中空输入用于驱动16的直接内嵌法兰安装而不使用联轴器。使用这种齿轮箱15与在真空锅中常规例用的齿轮箱相比具有许多优点如下：

a)内嵌：行星系统是共轴(内嵌)的而特别适合于高扭矩、低速的应用。

b)高效：它相对于其他齿轮系统极具价格竞争力并以最小尺寸提供高效率。行星驱动的效率最多可高达98％并且关键的是能够提供极低速度而效率没有多大损失。绝大多数齿轮箱(除了行星类型)的每级效率损失处于5％(螺旋型和圆柱型)和30％(蜗杆型)之间的某个数量。而行星齿轮箱则不是这样，它把效率损失最小化到每阶段仅1％(行星齿轮箱是节能的选择—网址：http://www.engineeringtalk.com/news/brv/brvlo4.html)

c)节能：行星齿轮有非常低的摩擦系数。转动它们所需的能源更少从而使更多的驱动力转化为齿轮之后的有用转动力。一个主要的优点是电力消耗比传统齿轮箱低得多，从而节省了很多钱。

d)更高的减速比率：行星齿轮系能够在小封闭内(small packages)提供更高减速比率和传递数倍于同样大小常规齿轮单元的扭矩。

e)紧凑：行星齿轮箱更小更轻，与常规笨重工程齿轮箱相比尺寸减小一半和重量减轻60％。他们需要很少的安装空间。内嵌行星驱动系统的这些特征使得安装它们不再需要扩大的空间和复杂的支承结构。

f)技术进步：相比于平行轴的布置，行星齿轮箱在高扭矩/间歇性的工作中往往可以用较少的减速级达到同样的比例从而节约成本和尺寸。

g)减少维护：除日常的油的变化，整个设计使用寿命内不需要维护，甚至不需要更换轴承。

h)不需要联轴器：联轴器的成本和复杂性也不存在。

i)容易校准：在确保齿轮箱与它所驱动的设备正确校准方面所牵扯的时间和劳动力不再需要，这使它特别适合于循环器轴安装。

j)减少径向负荷：通过轴安装的直接驱动还避免了由带传动所施加的径向负荷。行星齿轮箱还有处理从所驱动设备来的径向负荷的容许度。

k)可靠：最后，由于应力在几个承重部件之间分布，高水平的可靠性是行星设计的一个特点。

齿轮箱15和驱动16直接安装到真空锅外壳底部，使得机械循环器组合件2紧凑并具有与循环器轴长度短相应的所有优点。

用只有0.50到0.56米这么短的轴13长度，使得径向和轴向负荷都有大幅减少。这降低用来对付这些载荷的需求而可能使用相应减少数目和较低容量的部件或零件，比如，既不需要额外/辅助支持装置或轴承，也不需要具有更高负荷承受能力的额外/补充密封装置或轴承。

载荷和振动减小的优点包括轴承和密封寿命相应延长，成为机器可靠的关键因素。

轴13的直径较小还使得能够使用较小的附带/支持部件或零件比如密封、轴承、齿轮、环状件等。

在初始安装过程中校准轴后，为修理或保养齿轮箱或马达的每次拆卸和组装之后都几乎不需要再重新校准。与现有机械循环器相比，通过使用所述新颖装置而减小循环器轴长度不仅使得机械循环器组合件2紧凑和节能而且还减少了资本成本和维护费用。

虽然本发明通过引用具体实施方式加以说明，但这种说明并不应当被视为一种限制意义。所披露实施方式的各种修改以及本发明的替代实施方式，在参考本发明的说明后对本领域技术人员来说将变得显而易见。因此，预期可以作出这类修改而没有脱离本发明所述的范围和精神。

为便于参考，显示本发明相对于现有技术新颖特点的比较表如下面的表1：

表1

 

序号	机械循环器组合件的特征	现有技术	本发明
				1	轴长度(底部安装)	1.7至2.5米，需要附加支撑装置	0.50至0.56米，不需要附加支撑装置
2	轴直径	更大，需要大尺寸的构件	小得多，导致使用更紧凑的构件
				3	紧凑性	大而粗，需要复杂的支撑结构和联结	小而简，总体不需要任何支撑结构和联结
4	重量	更重	重量轻60％
				5	能耗	高	低
6	轴上径向和轴向负载	非常高	非常低
				7	噪音级别	高	低
8	密封装置和轴承的定位	在真空锅外部	内部(在特定外壳内)
				9	密封装置	由于轴长度大而麻烦多，要求附加和补充的密封装置。包装环状件(密封管)没有由碳化硅制成的机械密封	有效，不需要附加和补充的密封装置。由碳化硅制成的机械密封提供了相当多的技术优点。
10	齿轮箱	蜗杆、蜗轮或螺旋	内嵌、输出中空花键、行星齿轮箱
				11	轴承	无防护，要求定期换油	带防护，不要求定期换油

Claims (7)

1、一种用于蒸发-结晶糖浆溶液的真空锅组合件(1)，包含：

底部安装的机械循环器组合件(2)；

循环器轴(13)，其具有固定到安装在其内端部上的毂部上的叶片或者其它推进元件；

齿轮箱(15)，其由安装在其另一端(外端)的电动马达(16)驱动；

密封装置；

轴承(10)；以及

分离护环，设置在所述轴承(10)的下方，

其特征在于，所述机械循环器组合件(2)的所述密封装置和所述轴承完全设置在所述真空锅内。

2、如权利要求1所述的真空锅组合件(1)，其中所述完全设置在真空锅内的轴承和密封装置包封在轴承箱(4)中。

3、如权利要求1或2所述的真空锅组合件(1)，其中所述密封装置具有由碳化硅制成的机械密封(8)。

4、如权利要求1或2所述的真空锅组合件(1)，其中所述轴承(10)是带防护的。

5、如权利要求4所述的真空锅组合件(1)，其中所述轴承(10)是深沟球轴承。

6、如权利要求1所述的真空锅组合件(1)，其中所述齿轮箱(15)直接安装到真空锅的底部(3)上而没有任何联结或支撑结构。

7、如权利要求1或6所述的真空锅组合件(1)，其中所述齿轮箱(15)是内嵌直接安装的行星齿轮箱(15)，具有中空花键输出和带键结构的中空输入，用于所述驱动的直接内嵌法兰安装。

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