一种高效集约式加热辊及其控制方法与流程

本发明涉及一种加热装置，尤其是，涉及一种高效集约式加热辊。

背景技术

常规的加热辊是通过旋转接头、金属软管连接到独立加热器上，由循环油泵对加热器内经过加热的温度较高的导热油和加热辊内的温度较低的导热油进行循环，逐步加热到设定温度，并通过加热器的间歇的工作和导热油的连续循环实现导热油的温度在一个较小的范围内变化，从而使辊面温度趋于恒定。

常规的加热辊主要存在一下几方面的缺陷：

1、辊面两端由于散热不均存在温差，导致加热辊辊面热变形不均匀，辊面直线度误差变大；

2、加热系统中的检测与设定的是独立加热器出油口和回油口的温度，与辊面的实际温度存在误差；

3、导热油循环管件连接处存在渗漏油的隐患；

4、现有加热辊加热过程中会产生油烟油气而污染环境；

5、现有的加热系统散热损失较大，造成能源浪费；

6、现有的加热系统成本高，占用空间大；

7、现有加热辊更换或修磨时，操作复杂。

技术实现要素：

为了解决常规加热辊存在的技术问题，本发明提供了一种将加热和温控集成在加热辊内部利用电阻加热和石墨烯纳米导热材料实现均匀导热的高效集约式加热辊。

本发明提供了一种高效集约式加热辊，包括加热辊与电加热管、测温传感器、导电滑环和电气控制柜，所述加热辊内安装有用于加热所述加热辊的电加热管，所述加热辊两侧设置有用于检测温度的测温传感器，所述加热辊一端设置有用于给所述电加热管供电的导电滑环，所述电加热管与所述导电滑环电连接，所述温度传感器与所述导电滑环电连接，所述导电滑环与所述电气控制柜电连接。

优选地，所述加热辊上设置有若干从长度方向上贯穿所述加热辊的贯穿孔，所述贯穿孔均匀分布设置在所述加热辊横截面上。

优选地，所述电加热管包括安装在所述贯穿孔内的第一电加热管和设置在所述加热辊两端面用于温度补偿的第二电加热管，所述第一电加热管安装到所述贯穿孔内，与所述导电滑环通过导线连接，所述第一点加热管与所述贯穿孔之间填充有导热材料。

优选地，所述导热材料为含有石墨烯的纳米导热材料，纳米导热材料在所述第一电加热管与所述贯穿孔之间形成导热网络，将所述第一电加热管产生的热量均匀的传导给所述加热辊，所述纳米导热材料中的石墨烯导热系数高，有利于将所述第一电加热管产生的热量快速的传导给所述加热辊。

优选地，所述第二电加热管为第二电加热管，通过导线与所述导电滑环连接，所述导线设置在所述加热辊内，与所述加热辊端面同心安装，所述第二点加热管的加热功率和加热时间相对于所述第一电加热管由所述电气控制柜独立控制。

优选地，所述加热辊两端面上设置有位于所述贯穿孔之间的安装孔，所述安装孔用于安装所述测温传感器，所述测温传感器通过信号线连接到所述导电滑环上，所述信号线设置在所述加热辊内。

优选地，还包括加热管固定板，所述加热管设置在所述加热辊两端面上，所述第一电加热管、所述第二电加热管、所述测温传感器由所述加热管固定板固定，所述加热辊内设置有用于所述导线和所述信号线穿过的走线孔，所述孔的数目与所述贯穿孔和所述安装孔的数目相匹配，所述加热辊轴心位置设置有盲孔，所述盲孔用于所述导线和所述信号线穿过，保证所述第一加热管、所述第二加热管、所述测温传感器、所述导线和所述信号线能够随加热辊一同转动。

优选地，还包括设置在加热辊两端面用于保温的保温层，所述保温层包括设置在所述测温传感器和所述电加热管表面的保温材料层和用于保护所述保温材料层的保温护罩。

优选地，所述导电滑环上设置有若干触点圆环，所述触点圆环数目相应于所述电加热管和所述测温传感器数目设置，所述导电滑环上设置有电刷，所述电刷与所述触点圆环相应设置，所述电刷与所述电气控制柜电连接，实现对于所述电加热管和所述测温传感器的控制。

本发明提供的高效集约式加热辊的控制方法如下：

步骤1.所述测温传感器检测的辊面温度作为反馈信号，通过信号线和所述导电滑环传递到所述电气控制柜内；

步骤2.若反馈的辊面温度低与电气控制柜设定值，所述电气控制柜通过所述导电滑环和所述导线控制所述第一加热管工作，通过控制所述第一加热管的加热功率和加热时间将加热辊加热到设定温度，并通过电加热管间歇的工作保证加热辊的温度在较小的范围±1℃内变化，从而使辊面温度趋于恒定；

步骤3.在步骤2进行过程中，所述电气控制柜控制所述第二电加热管工作，用于对加热辊两端面补偿加热，所述第二电加热管加热功率和加热时间相对于所述第一电加热管独立控制，可以保证辊面有效使用宽度内加热温度一致。

本发明提供的高效集约式加热辊，将加热、温控集成在了加热辊内，第一电加热管经过严格分选，每一支的电阻、加热功率完全一致，均匀分布的电加热管将电加热产生的热量通过含有石墨烯的高效纳米导热材料均匀的传导给加热辊，有效的保证了辊面加热温度的一致性；加热辊两端设有端面温度补偿环形加热管，加热功率和加热时间独立控制，可以有效解决轧辊两端因相对散热面积较大、散热较快、辊面有效使用宽度变窄的问题，从而保证辊面有效使用宽度内加热温度的一致性。既不存在常规加热辊独立加热器及相连接管件的渗漏油、油气污染等问题，又减少了外联加热系统散热损耗；同时测温传感器安装在加热辊内，检测的是辊面的实际温度而不是导热油的温度，辊面温度控制更准确。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用了含有石墨烯的高效纳米导热材料作为导热材料，使得电加热管产生的热量能够快速、高效、均匀的传导给加热辊，可以有效的保证辊面加热温度的一致性；

2、本发明在加热辊两端面增设了温度补偿环形加热管，加热功率和加热时间独立控制，可以有效解决轧辊两端因相对散热面积较大、散热较快、辊面有效使用宽度变窄的问题，从而保证辊面有效使用宽度内加热温度的一致性。

3、本发明引进使用了导电滑环技术，使加热辊的电加热管在随加热辊旋转的同时，能够通过导电滑环得到电力，测温传感器随加热辊旋转的同时，能够通过导电滑环反馈检测信号，通过电气控制柜实现对加热辊的温度控制，并且本发明提供的加热辊结构紧凑，拆卸导电滑环后即可完成加热辊的更换修磨，操作简便。

附图说明

图1本发明一个实施方式中高效集约式加热辊的左视示意图及剖面示意图，图中a-a截面经过第一加热管轴线；

图2本发明一个实施方式中高效集约式加热辊的左视示意图及剖面示意图，图中b-b截面经过测温传感器轴线；

图3常规加热辊的局部剖面面结构示意图，其中图中所示箭头为导热油循环方向；

图4本发明一个实施方式中高效集约式加热辊的导电滑环局部放大示意图。

图中：101-导电滑环，102-信号线，103-保温材料层，104-保温护罩，105-测温传感器，106-高效纳米导热材料，107-第一电加热管，108-第二电加热管，109-加热管固定板，1010-导线，1011-加热辊，1012-电刷，1013-触点圆环；

2021-金属软管，2022-旋转接头，2023-旋转接头内管，202-第一加热辊辊轴，206-加热辊辊套，207-导热油，209-密封圈，2010-密封压盖，2011-第二加热辊辊轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位和位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者部件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指标或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是自己连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了理解现有的常规加热辊存在的技术问题，图3所示为常规加热辊结构示意图，其中2021为金属软管，2022为旋转接头，2023为旋转接头内管，202为第一加热辊辊轴，206为加热辊辊套，207为导热油，209为密封圈，2010为密封压盖，2011为第二加热辊辊轴；

在结构上，常规加热辊由加热辊辊套206与第一加热辊辊轴202、第二加热辊辊轴2011紧配合镶配组成，加热辊辊套206的两端装有密封圈209及密封压盖2010，第一加热辊辊轴202的端面装有旋转接头2022，旋转接头2022的内部装有旋转接头内管2023，用于将加热的导热油207注入到加热辊的空腔内；旋转接头2022通过金属软管2021与独立加热器相连接，实现对导热油的循环加热。但是，加热系统中的旋转接头、金属软管、独立加热器及多处连接管件都存在渗漏油的隐患；而且旋转接头在加热过程中由于辊面散热造成的热损失，两端导热油存在温差一般在2-4℃造成加热辊辊套热变形不均匀，辊面直线度误差变大，降低了设备的精度。

在工作过程中，加热辊是通过旋转接头2022、金属软管2021连接到独立加热器上，导热油循环路径如图中箭头所示，旋转接头2022连接的两条金属软管2021中，一条为进油管，一条为回油管，进油管与旋转接头内管2023相连接，将加热的导热油207注入到加热辊的空腔内，导热油207从加热辊内腔的一端流进，从加热辊内腔的另一端流出，经旋转接头2022、金属软管2021中的回油管流回到独立加热器，对导热油207进行循环加热，由循环油泵对加热器内经过加热的温度较高的导热油注入到金属软管2021中的进油管，完成循环加热，逐步加热到设定温度，并通过加热器的间歇的工作和导热油的连续循环实现导热油207的温度在一个较小的范围内变化，从而使辊面温度趋于恒定。

由于常规加热系统中独立加热器使用的都是开式油箱，加热过程中会产生油烟油气而污染环境；并且，常规加热辊的加热系统中，检测与设定的是独立加热器出油口和回油口的温度，开始加热时辊面温度远低于出油口和回油口的温度，即使加热辊辊套温度与导热油温度接近时，独立加热器显示的温度与辊面的实际温度也存在误差，一般在3-5℃。

除此之外，常规的加热辊还存在以下几方面的缺陷需要改进：

1、加热系统中的旋转接头、金属软管及独立加热器的散热损失较大，造成能源浪费；

2、加热系统中独立的加热器及配套的旋转接头、金属软管、用于循环的导热油等不仅采购成本高，而且还占用了较大的空间；

3、更换或修磨加热辊时，需要将加热辊腔内的导热油全部排出，安装使用时需重新安装旋转接头、重新连接金属软管，重新加入导热油，操作复杂。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种将加热和温控集成在加热辊内部利用电阻加热和石墨烯纳米导热材料实现均匀导热的高效集约式加热辊。

如图1～图2所示的高效集约式加热辊，其中101为导电滑环，102为信号线，103为保温材料层，104为保温护罩，105为测温传感器，106为高效纳米导热材料，107为第一电加热管，108为第二电加热管，109为加热管固定板，1010为导线，1011为加热辊；

本发明提供了一种高效集约式加热辊1011，包括加热辊1011与电加热管、测温传感器105、导电滑环101和电气控制柜，加热辊1011内安装有用于加热加热辊1011的电加热管，加热辊1011两侧设置有用于检测温度的测温传感器105，加热辊1011一端设置有用于给电加热管供电的导电滑环101，电加热管与导电滑环101电连接，温度传感器与导电滑环101电连接，导电滑环101与电气控制柜电连接。

在本发明一个具体实施例中，加热辊1011上设置有若干从长度方向上贯穿加热辊1011的贯穿孔，贯穿孔均匀分布设置在加热辊1011横截面上。

在本发明一个具体实施例中，电加热管包括安装在贯穿孔内的第一电加热管107和设置在加热辊1011两端面用于温度补偿的第二电加热管108，第一电加热管107安装到贯穿孔内，与导电滑环101通过导线1010连接，第一点加热管与贯穿孔之间填充有导热材料。

在本发明一个具体实施例中，导热材料为含有石墨烯的纳米导热材料，纳米导热材料在第一电加热管107与贯穿孔之间形成导热网络，将第一电加热管107产生的热量均匀的传导给加热辊1011，纳米导热材料中的石墨烯导热系数高，有利于将第一电加热管107产生的热量快速的传导给加热辊1011。

在本发明一个具体高效集约式加热辊实施例中，包括加热辊1011与第一电加热管107、两端面第二电加热管108、测温传感器105及导电滑环101，其中第一电加热管107安装在加热辊1011靠近辊面均匀分布的一圈孔内，电加热管107与加热辊1011的安装孔留有合适的间隙，间隙内填充有高效纳米导热材料106，为了实现对于加热管温度的实时控制，在靠近辊面均匀分布的安装加热管的孔与孔之间均匀相间分布安装有测温传感器105，将加热、温控集成在了加热辊内，第一电加热管107经过严格分选，每一支的电阻、加热功率完全一致，均匀分布的电加热管107将电加热产生的热量通过含有石墨烯的高效纳米导热材料106均匀的传导给加热辊，有效的保证了辊面加热温度的一致性，同时测温传感器105安装在加热辊1011内，检测的是辊面的实际温度而不是导热油的温度，辊面温度控制更准确。

在本发明一个具体实施例中，第二电加热管108为第二电加热管108，通过导线1010与导电滑环101连接，导线1010设置在加热辊1011内，与加热辊1011端面同心安装，第二点加热管的加热功率和加热时间相对于第一电加热管107由电气控制柜独立控制。

在本发明一个具体实施例中，加热辊1011两端面上设置有位于贯穿孔之间的安装孔，安装孔用于安装测温传感器105，测温传感器105通过信号线连接到导电滑环101上，信号线设置在加热辊1011内。

在本发明一个具体实施例中，还包括加热管固定板109，加热管设置在加热辊1011两端面上，第一电加热管107、第二电加热管108、测温传感器105由加热管固定板109固定，加热辊1011内设置有用于导线1010和信号线穿过的走线孔，孔的数目与贯穿孔和安装孔的数目相匹配，加热辊1011轴心位置设置有盲孔，盲孔用于导线1010和信号线穿过，保证第一加热管、第二加热管、测温传感器105、导线1010和信号线能够随加热辊1011一同转动。

在本发明一个具体实施例中，还包括设置在加热辊1011两端面用于保温的保温层，保温层包括设置在测温传感器105和电加热管表面的保温材料层103和用于保护保温材料层103的保温护罩104。

在本发明一个具体实施例中，导电滑环101上设置有若干触点圆环1013，触点圆环1013数目相应于电加热管和测温传感器105数目设置，导电滑环101上设置有电刷1012，电刷1012与触点圆环1013相应设置，电刷1012与电气控制柜电连接，实现对于电加热管和测温传感器105的控制。

在本发明一个具体高效集约式加热辊实施例中，轧辊两端面还安装有第二电加热管108，第一电加热管107、第二电加热管108及测温传感器105由两端的加热管固定板109固定；第一电加热管107和第一电加热管108的电源线1010及测温传感器105的信号线102穿过加热辊上相互垂直的孔连接在导电滑环101上，采用导电滑环结构使加热辊的第一电加热管107和第二电加热管108在随加热辊旋转的同时，能够通过导电滑环101得到电力，测温传感器105随加热辊旋转的同时，能够通过导电滑环101反馈检测信号，通过电气控制柜实现对加热辊的温度控制。本设计结构紧凑，拆卸导电滑环101后即可完成加热辊的更换修磨，操作简便。

本发明提供的高效集约式加热辊1011的控制方法如下：

步骤1.测温传感器105检测的辊面温度作为反馈信号，通过信号线和导电滑环101传递到电气控制柜内；

步骤2.若反馈的辊面温度低与电气控制柜设定值，电气控制柜通过导电滑环101和导线1010控制第一加热管工作，通过控制第一加热管的加热功率和加热时间将加热辊1011加热到设定温度，并通过电加热管间歇的工作保证加热辊1011的温度在较小的范围±1℃内变化，从而使辊面温度趋于恒定；

步骤3.在步骤2进行过程中，电气控制柜控制第二电加热管108工作，用于对加热辊1011两端面补偿加热，第二电加热管108加热功率和加热时间相对于第一电加热管107独立控制，可以保证辊面有效使用宽度内加热温度一致。

在本发明一个具体高效集约式加热辊实施例中，高效集约式加热辊在接通电源后，第一电加热管107、第二电加热管108及测温传感器105随加热辊一起转动，第一电加热管107、第二电加热管108的电源线1010及测温传感器105检测的信号线102通过导电滑环101连接到电气控制柜上，第一电加热管107与第二电加热管108的加热功率分别控制，加热功率、加热时间或加热温度通过测温传感器105检测的辊面温度作为反馈信号，通过电气控制柜控制。第一电加热管107加热后通过安装孔间隙内填充的高效纳米导热材料106，将加热辊1011均匀的加热到设定温度，并通过第一电加热管107间歇的工作保证加热辊1011的温度在较小的范围±1℃内变化，从而使辊面温度趋于恒定。

加热辊1011两端设有端面温度补偿的第二加热管108，第二加热管108一般为环形加热管，加热功率和加热时间独立控制，可以有效解决轧辊两端因相对散热面积较大、散热较快、辊面有效使用宽度变窄的问题，从而保证辊面有效使用宽度内加热温度的一致性。既不存在常规加热辊独立加热器及相连接管件的渗漏油、油气污染等问题，又减少了外联加热系统散热损耗。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。