技术领域
[0001] 本
发明属于高温物料输送设备领域，特别地涉及一种螺旋输送装置。
背景技术
[0002] 在低阶
煤热解等领域中，常需要在不同设备间输送600～800℃的高温颗粒状物料。由于物料高温、易燃等特点，输送设备需要同时满足耐高温和密闭两个条件的输送设备。
[0003] 由于
螺旋输送机具有输送能
力大、密封特性好等优点，因而在物料输送领域得到了广泛的应用，但普通螺旋输送机虽然密封条件较好，但耐温性能不足，高温环境下长期工作容易对同时承受传动
扭矩和高温的
主轴造成破坏性结构损坏。
[0004]
现有技术中常采用对主轴进行直接
水冷等冷却方式，例如
专利公布文献CN102514895A中公开了一种高温螺旋输送器，该高温螺旋输送器的螺旋输送轴(即主轴)为空
心轴，两端分别通过
旋转接头连接进水管和出水管，进一步地，高温螺旋输送器的
外壳为内外双层结构，夹层内空间通
冷却水。采用螺旋输送轴、壳体双水冷的方法降低螺旋输送器的主要部件的
温度，从而减少螺旋输送器的损坏，提高设备使用寿命，保证800～1000℃高温物料的正常输送。通过类似的主轴冷却方式虽然可以提高主轴的耐温性能，但这种水冷方式也带走了高温物料的较大热量，使物料出、入口处的物料温差较大，严重影响工艺性能。因此，应用于高温物料输送领域的螺旋输送机主要面对结构耐高温和物料低
散热的两个相互矛盾的要求。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种能够兼具耐高温、结构性能好和物料低散热的多种性能的螺旋输送机。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种螺旋输送机，包括旋转
电机、内轴、传动构件、外轴和
叶片，所述内轴为水冷空心轴，所述外轴径向间隔地套设于所述内轴外以在所述外轴和内轴之间形成用来
隔热的径向间隔空间，且在所述径向间隔空间中布置有所述传动构件以传动连接所述内轴与外轴；
[0007] 其中，所述螺旋输送机设有进料口和出料口，所述旋转电机驱动所述内轴旋转，进而通过所述传动构件带动所述外轴和叶片旋转，使得从进料口进入的高温物料在叶片的作用下从出料口流出。
[0008] 优选地，所述内轴与外轴之间的径向间隔空间内填充有隔热材料。
[0009] 优选地，所述螺旋输送机包括沿所述内轴的轴向间隔分布的多个所述传动构件，每个所述传动构件包括沿周向间隔布置的多个传动杆，该传动杆从所述内轴的外周壁沿径向伸出至连接所述外轴的内周壁。
[0010] 优选地，所述外轴为耐热
钢材质，所述内轴为
碳素钢或低
合金钢材质。
[0011] 优选地，所述外轴的壁厚为8mm～10mm。
[0012] 优选地，所述外轴包括多个外轴段，相邻的两个所述外轴段之间通过连接环相连，所述传动构件连接至所述连接环的内周壁。
[0013] 优选地，所述连接环与所述外轴段之间的连接
接触面上设有阻热
垫片。
[0014] 优选地，所述连接环与所述外轴段之间为
键槽连接或
法兰连接。
[0015] 优选地，所述连接环的内周壁上凸出有与多个所述传动杆一一对应的多个连接座，该连接座内形成有卡槽，所述传动杆的径向末端能够沿轴向推入所述卡槽中，使所述传动构件与所述连接环形成可拆卸连接。
[0016] 优选地，所述连接座的键槽内周壁设有阻热垫片。
[0017] 优选地，所述传动构件与所述连接环一体成型。
[0018] 优选地，所述连接环的外周壁上沿周向间隔安装有多个叶片。
[0019] 优选地，所述螺旋输送机还包括外壳体，该外壳体内形成有封闭输送腔，所述内轴与外轴布置在所述封闭输送腔内，所述螺旋输送机还设有
冷却液入口和冷却液出口，以使冷却液流经所述内轴。
[0020] 优选地，所述高温物料的温度不低于300℃。
[0021] 在本发明的螺旋输送机中，采用了内外双轴的传动结构，电机驱动内轴旋转，内轴通过传动构件带动外轴旋转，其中内轴作为主受力件而承受直接传动扭矩，其通过水冷空心轴的结构实现水冷，从而能够在高温下长期运行，保证结构
刚度和强度；同时传动构件与外轴的接触面积小，大大减少内外轴之间的热量传递，可避免内轴的冷却水带走高温物料的大量热量；外轴主要承受高温，受力扭矩力小，选用常规耐高温材质即可长期在高温下运行。
[0022] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0023] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成
说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0024] 图1为根据本发明的优选实施方式的螺旋输送机的结构示意图；
[0025] 图2为图1所示的螺旋输送机在传动构件处的横截面断面图；
[0026] 图3图示了在一种优选实施方式中连接环与外轴段之间的连接结构。
[0027] 附图标记说明
[0028] 1 旋转电机 2 内轴
[0029] 3 传动构件 4 外轴
[0030] 31 传动杆 41 外轴段
[0031] 51 冷却液入口 52 冷却液出口
[0032] 53 进料口 54 出料口
[0033] 6 隔热材料 7 连接环
[0034] 71 连接座 72 连接键
[0035] 8 叶片 9 阻热垫片
[0036] 10 外壳体
具体实施方式
[0037] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0038] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互
位置关系描述用词；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。上述方位词是为了便于理解本发明而定义的，因而不构成对本发明保护范围的限制。
[0039] 在低阶煤热解等领域常需要输送600～800℃左右的高温物料，同时要控制输送过程物料的温降，避免影响后续工艺，而且输送设备需要长期不间断运行，以保障低阶煤热解系统的长期稳定运行。因此常规的螺旋输送机等难以适用，其结构受力件(如主轴等)在高温环境下长期运行容易产生局部结构损坏，或者在水冷方式下容易带走高温物料的大量热量，从而不符合后续工艺要求。
[0040] 为此，本发明提供了一种新型螺旋输送机，如图1所示，该螺旋输送机包括旋转电机1、内轴2、传动构件3、外轴4和叶片8，内轴2为水冷空心轴，外轴4径向间隔一定距离地套设于内轴2之外以在外轴4和内轴2之间形成用来隔热的径向间隔空间，且在径向间隔空间中布置有传动构件3以传动连接内轴2与外轴4；其中，螺旋输送机设有进料口53和出料口54，旋转电机1驱动内轴2旋转，进而通过传动构件3带动外轴4和叶片8旋转，使得从进料口
53进入的高温物料在叶片8的作用下从出料口54流出。
[0041] 作为总的发明主旨，本发明综合考虑了高温物料(至少为300℃以上)的输送需求，对螺旋输送机主轴、叶片等不同部位进行针对性分析，考虑不同的耐温和散热需求，采取了受力和耐温两种需求适当分离由不同部位承担的方法。此新型高温螺旋输送机可以在显著降低物料散热量的情况下保证主轴及叶片的刚度和强度，提高高温工作性能。
[0042] 具体地，内轴2作为主要结构受力件，承受较大的直接扭矩，主要结构受力件若长期在高温环境下工作，必然会导致损坏，因此内轴2采用水冷空心轴，内轴2的一端连接有冷却液入口51，另一端连接有冷却液出口52，以使冷却液流经内轴2对其降温，从而保证内轴2的结构刚度和强度。外轴4的外壁直接接触高温物料，表面温度高，为减少内外轴之间的热传导以避免带走高温物料的过多热量，本发明使径向间隔的内、外轴之间通过传动构件3进行稳定地旋转传动。传动构件3与外轴4的内周壁之间的接触面积小，传导热量相对少，同时还可对接触部分进行局部结构强化等，使得仅承受间接扭矩的外轴4进一步减少受力，改善外轴4的受力性能，其只需采用耐高温性能强的材质即可。
[0043] 为进一步地隔绝内外轴之间的热传导，还可在内轴2与外轴4之间的径向间隔空间内填充有隔热材料6等，以形成环形隔
热层，强化内外轴隔热效果。
[0044] 如图2所示，在一种优选结构形式中，传动构件3优选地采
用例如盘状传动构件，例如传动盘，从而使得内外轴之间沿径向和轴向的传动均匀，改善传动性能。这种传动盘至少包括沿周向间隔布置的多个传动杆31(图2为四个)，该传动杆31从内轴2的外周壁沿径向伸出至连接外轴4的内周壁。传动杆31可直接
焊接到内轴2的外周壁上，也可通过传动盘的
内圈部分套装在内轴2的外周壁上。在图2中，该传动盘仅包括四个传动杆31，而不包括盘体，传动杆31的内端焊接于内轴2外壁。四个传动杆31组成的传动构件3相对于完整的传动盘而言，与外轴4之间的接触面积更小，减少
传热面积。
[0045] 作为主要受力构件，内轴2优选采用碳素钢或低
合金钢等材质，并工作于水冷环境下，以保证结构强度和刚度。作为主要耐热构件，外轴4优选采用如耐热钢等材质，以承受长期的高温环境。但由于外轴4承受扭矩力小，可大大减少壁厚的设计，外轴4的壁厚可从现有的35mm以上降为大约8mm～10mm，使得结构轻量化。
[0046] 进一步地，为减少内外轴之间的热传递并减少外
轴承受的扭矩力，本实施方式中的外轴采用了分段形式。即外轴4包括多个外轴段41，相邻的两个外轴段41之间通过连接环7相连，传动构件3连接至连接环7的内周壁。通过增设作为中间传动部件的连接环7，内外轴之间的传热路径上形成有更多的接触面，接触面能够削弱导热性能，构成接触热阻，导致内外轴之间的传热性大减。更进一步地，如图3所示，连接环7与外轴段41之间的连接接触面上还设有阻热垫片9，以增强隔热性。
[0047] 本领域技术人员能够理解的是，连接环7与外轴段41之间可有多种连接方式，例如在图3中，连接环7与外轴段41之间为键槽连接，连接环7两侧的键齿嵌入外轴段41的端部凹槽中。其中的多个凹槽沿周向间隔设置在外轴段41的端部外周缘上，键槽配合后，连接环7的外表面与外轴段41的外表面齐平。阻热垫片9不仅隔绝接触面上的热量传递，还填补缝隙，防止物料塞入键槽缝隙中。此外在加强对
紧固件等的防松脱定期维护的情况下，连接环7与外轴段41之间也可以是例如法兰连接等，在此不再细述。
[0048] 在图3中，传动杆31与连接环7优选为一体成型结构，且螺旋输送机的多个叶片8沿周向间隔安装在连接环7的外周壁上，从而使得叶片根部能够受到较好冷却，改善工作状况。
[0049] 但同样地，传动杆31与连接环7之间也可以是相互独立的部件。例如，参见图2，连接环7的内周壁上凸出有与多个传动杆31一一对应的多个连接座71，该连接座71内形成有卡槽，传动杆31的径向末端能够沿轴向推入卡槽中，使传动构件3与连接环7形成可拆卸连接。这就进一步地在内外轴之间的传热路径上形成更多的接触面，同时连接座71的键槽内周壁也可设有阻热垫片9，进一步增加接触热阻。
[0050] 回到图1，此新型螺旋输送机还包括外壳体10，该外壳体10内形成有封闭输送腔，内轴2与外轴4布置在封闭输送腔内，内轴2的一端连接冷却液入口51，另一端连接冷却液出口52，使冷却液流经内轴2，外壳体10的一端的顶部设有进料口53，另一端的底部设有出料口54。正常工作时，高温物料从进料口53进入封闭输送腔内，电机1驱动内轴2旋转，进而通过传动构件3带动外轴4和叶片8旋转，将进料口53端的高温物料螺旋输送至出料口54端。同时，冷却水经冷却液入口51进入内轴2，经过与内轴壁面的热交换以后经冷却液出口52流出，对内轴2甚至叶片根部进行冷却。外轴4始终处于高温环境下，由于存在接触热阻以及填充的隔热材料6，高温物料的散热并不通过外轴4、内轴2与冷却液热交换，从而高温物料在封闭输送腔内的热量损失小。
[0051] 本发明的螺旋输送机中，传热面积减少，内、外轴之间大部绝热，可以显著降低传热量；耐温和受力结构相分离，外轴4
工作温度高、采用耐热钢结构，提高耐温性能。内轴2工作温度低，传递动力，承受扭矩；叶片根部受到冷却，可以降低工作温度，改善叶片工作情况。
[0052] 在应用于煤热解工艺中时，从上一级设备来的800℃煤热解物料经过进料口53进入外壳10中的封闭输送腔内，在叶片8的旋转下被推送到出料口54进入下一级设备。其中，使外轴段41工作在接近物料温度的600～800℃状态。外轴段41采用与物料温度匹配的耐热
不锈钢，其与物料之间的作用力为相互之间的
摩擦力，其厚度由高温
耐磨性能决定。内轴2采用碳素结构钢或
低合金钢，其截面由螺旋输送机所需的驱动扭矩决定。在冷却水的冷却作用下，内轴2和驱动构件3工作在常温下，连接环7和叶片8的温度从轴心向外依次升高，叶片根部温度接近常温，叶片顶部温度可以达到200～400℃，叶片8与物料之间的作用力为相互之间的压力和摩擦力，其结构和厚度由驱动过程中的弯矩、剪切力、耐磨性能等决定，连接环7和叶片8可采用耐热不锈钢制造。
[0053] 螺旋输送机内的主要传热通道为叶片8和连接环7通过传动构件3向内轴2内的冷却水的传热，通过控制传动构件3和连接环7之间的接触面积，并利用阻热垫片9的导热系数和厚度等参数可控制传热量和外轴段41及叶片8的工作温度在合理范围内。
[0054] 在本发明中，由于耐热要求和刚性
支撑结构相分离，分别采用耐热钢外轴和水冷
碳钢内轴，使轴体的总体选材可以降低数个等级。耐热钢外轴由于不需要承受和传递扭矩和弯矩，仅考虑高温耐磨需求，使其受力条件大幅改善，在长期输送800℃煤热解半焦条件下，壁厚可以降低至8～10mm左右水平，而原壁厚设计为35mm左右。碳钢内轴受到良好的水冷，平均工作温度为30～35℃，可以100MPa以上的许用
应力，使芯管管径和截面减小，而且碳钢价格低廉，使得整体造价低。
[0055] 外轴和内轴之间的空间采用
绝热材料填充，充分阻断了
辐射和
对流传热，同时，采用分段布置的传动构件3形成的热通道相对直接水冷的热通道面积减小至5％左右，再考虑到零部件之间的接触热阻，总体传热量可以降低为直接水冷方式的5％～3％的水平，使传递过程中的物料温差从100～200℃减小到5～10℃，对后续工艺的影响大为减弱。而且由于散热功率减小，冷却水耗量也减为直接水冷结构的5％左右，降低了水耗。
[0056] 采用耐热钢外轴和水冷碳钢内轴相分离的结构，使轴体从单一长圆柱结构变为分段的多部件结构，方便后续维护和更换失效部分，结构使用寿命可以延长到直接水冷或全耐热钢结构的数倍；此外，虽然增加传动构件3和外轴4的分段结构，增加了部分制造
费用，但大量减少耐热钢材用量可以使总体造价降低到全耐热刚结构的20％水平。
[0057] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如在图1和图2中，沿轴向间隔布置的多个传动构件3连接在内轴2的外周壁与外轴4的内周壁之间以带动该外轴4旋转。但传动杆31也可以伸出于外轴4或伸入内轴2中；传动构件3也可以是单个部件，例如布置在内外轴之间的径向间隔空间中用作内外轴传动的螺带。这些简单变型均属于本领域技术人员能够轻易想到的或常规置换，因而属于本发明的保护范围。
[0058] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0059] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
