一种可自动伸缩、旋转的弱爆炸吹灰器的制作方法

本实用新型属于弱爆炸吹灰领域，具体涉及一种可自动伸缩、旋转的弱爆炸吹灰器。

背景技术：

爆炸吹灰器最早是由乌克兰科技人员于上个世纪八十年代提出的，主要利用可燃气体与空气混合点燃爆炸后产生的高速气流冲击波的冲击与冲刷作用，清除换热器壁面的积灰。由于其清灰效果好，而且可以清除顽固积灰，在国内自从上世纪九十年代引入之后便得到迅速发展。目前，弱爆炸吹灰器多采用开放式爆炸罐，以避免爆炸后阀门开启不及时而引发安全事故，但开放式爆炸罐会使爆炸前混合气体压力较低，而且混合比例无法有效控制。由于混合比例无法有效控制，为保证燃尽只能大幅提高过量空气系数。由于爆炸前混合气体压力较低，而且过量空气系数较大，燃料比例较低，导致爆炸后气体压力较低，影响吹灰效果。另外，目前爆炸后吹灰气体一般通过管道直接引入换热面，由于吹灰气流速度在各处差异较大，因而不同位置的吹灰效果也有较大的区别；为保证受热面整体的吹灰效果，确保远离爆炸点的受热面也能达到良好的吹灰效果，只能高频次吹灰，这样不仅增加燃料消耗，而且靠近爆炸点的受热面管道将频繁受到冲击，对设备的安全性影响较大。

技术实现要素：

为了克服现有技术中混合气体爆炸前压力较低，混合比例无法有效控制，而且不同受热面的吹灰效果不尽相同的问题，本实用新型提供了一种可自动伸缩、旋转的弱爆炸吹灰器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可自动伸缩、旋转的弱爆炸吹灰器，主要包括依次同轴心布置的外桶5、内桶15、通气管道16和旋转吹灰盘18等四部分；外桶5和内桶15共同构成套筒结构，外桶5和内桶15的桶腔共同构成弱爆炸吹灰器的爆炸腔室；外桶5与内桶15的桶底和桶壁靠近桶腔一侧的壁面为内侧面，另一壁面为外侧面，桶壁靠近桶口处的端面为桶壁顶端面；通气管道16无齿槽一端焊接在内桶15的桶底外侧面，有齿槽一端与旋转吹灰盘18通过齿槽气封17连接。

上述的新型吹灰装置，外桶5的桶底外侧面焊接有燃气进气阀1、空气进气阀2和压力表3，外桶5的桶底内侧面上粘黏固定一个大环形弹性密封垫4；外桶5的桶底内侧面焊接一个实心圆柱棒6，实心圆柱棒6与外桶5同轴心，其一顶端面与外桶5的桶底内侧面焊接，另一顶端面粘黏固定一个小环形弹性密封垫7；外桶5的桶壁顶端面对称焊接两个完全相同的限位槽，分别是第一限位槽9和第二限位槽11。

上述的新型吹灰装置，内桶15的桶底内侧有一凸台13，凸台13上开一凸台孔14，内筒15桶壁外侧面靠近桶底的位置对称焊接两个完全相同的限位棒，分别是第一限位棒10和第二限位棒12。

上述的新型吹灰装置，外桶5的内径和内桶15的外径相同，外桶5和内桶15二者处于间隙配合状态；第二限位槽11的槽宽与第二限位棒12的直径相同，第二限位槽11和第二限位棒12之间为间隙配合状态；大环形弹性密封垫4的外径与外桶5的内径相同，实心圆柱棒6的直径、小环形弹性密封垫7的外径和凸台13的外径三者相同。

上述的新型吹灰装置，外桶5和内桶15通过弹簧8轴向连接，弹簧8的内径大于实心圆柱棒6的直径；弹簧8套在实心圆柱棒6与凸台13上，两端分别固定在外桶5和内桶15的桶底内侧面；整个吹灰过程弹簧8始终处于拉伸状态。

上述的新型吹灰装置，限位棒和限位槽配合以确保内桶15只能沿轴向运动，当第一限位棒10位于第一限位槽9的左死点位置时，内桶15的桶壁顶端面与大环形密封垫4接触，凸台13的顶端面与小环形密封垫7接触，此时大环形弹性密封垫4和小环形弹性密封垫7均处于压缩状态，小环形弹性密封垫7将凸台孔14和爆炸腔室隔断，爆炸腔室处于封闭状态。

上述的新型吹灰装置，通气管道16的内径与凸台孔14的孔直径相同，凸台孔14在吹灰过程中将爆炸腔室与通气管道16连通。

上述的新型吹灰装置，齿槽气封17由两类功能不同的齿构成：一类齿为限位齿，齿宽5mm，共有两个，分别是位于旋转吹灰盘18上的第一限位齿19和位于通气管道16上的第二限位齿20；另一类齿为气封齿，齿宽均为1mm，共有两组，位于旋转吹灰盘18上的所有气封齿是第一气封齿21，位于通气管道16上的所有气封齿是第二气封齿22。第一限位齿19相对于第二限位齿20的最大轴向位移为0.5mm，气封齿彼此间距均为1mm，所有齿的齿高均为3mm。限位齿主要限制旋转吹灰盘18相对于通气管道16的轴向位移，承受轴向冲击力，防止气封齿因轴向运动碰撞而损坏；气封齿主要防止高压吹灰气体从通气管道16和旋转吹灰盘18的连接处泄漏。

上述的新型吹灰装置，旋转吹灰盘18上均匀布置24个截面为矩形的收缩喷管型吹灰孔23；沿着半径增大的方向，吹灰孔流道截面积逐渐减小；吹灰孔流道截面中心位于一段特定的圆弧上，吹灰孔出口截面法向方向与入口截面法向方向间的夹角为2.5°；旋转吹灰盘可以沿周向自由旋转。

本实用新型的有益效果是：在注入燃气点燃前，爆炸腔室是封闭腔体，可以提高燃气与空气预混压力；在预混过程中，可以依靠燃气温度，空气温度和混合前后的压力，计算燃料与空气的质量，确保燃气和空气以化学当量比燃烧；混合气体点燃后，内桶在压力作用下，向外移动，爆炸腔室自动与外界连通，消除爆炸腔室的安全隐患；混合气体点燃后，在弹簧拉力作用下，旋转吹灰盘可以自行建立起吹灰气流速度与吹灰时间相匹配的函数关系，使得各部位吹灰效果接近。旋转吹灰盘可以自动旋转，实现周向无死角吹灰。可以采用电磁阀配合位移、压力传感器等控制燃气阀门和空气阀门的开启与关闭，完成全自动化吹灰。

附图说明

图1为本实用新型的主体结构示意图；

图2为外桶及其附件示意图；

图3为大环形弹性密封垫示意图；

图4为内桶及其附件示意图；

图5为通气管道与旋转吹灰盘示意图；

图6为图1的俯视图；

图7为沿着图6中A-A线的剖视图；

图8为图7中E处(齿槽气封)的局部剖视图；

图9为沿着图6中B-B线的剖视图；

图10为内桶限位棒位于左死点时的内部示意图；

图11为内桶凸台孔即将打开时的内部示意图；

图12为内桶限位棒位于右死点时的内部示意图。

图中1.燃气阀门，2.空气阀门，3.压力表，4.大环形弹性密封垫，5.外桶，6.实心圆柱棒，7.小环形弹性密封垫，8.弹簧，9.第一限位槽，10.第一限位棒，11.第二限位槽，12.第二限位棒，13.凸台，14.凸台孔，15.内桶，16.通气管道，17.齿槽气封，18.旋转吹灰盘，19.第一限位齿，20.第二限位齿，21.第一气封齿，22.第二气封齿，23.吹灰孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种可自动伸缩、旋转的弱爆炸吹灰器，主要包括依次同轴心布置的外桶5、内桶15、通气管道16和旋转吹灰盘18等四部分；外桶5和内桶15共同构成套筒结构，外桶5和内桶15的桶腔共同构成弱爆炸吹灰器的爆炸腔室；外桶5与内桶15的桶底和桶壁靠近桶腔一侧的壁面为内侧面，另一壁面为外侧面，桶壁靠近桶口处的端面为桶壁顶端面；通气管道16无齿槽一端焊接在内桶15的桶底外侧面，有齿槽一端与旋转吹灰盘18通过齿槽气封17连接。

如图2所示，外桶5的桶底外侧面焊接有燃气进气阀1、空气进气阀2和压力表3，外桶5的桶底内侧面上粘黏固定一个大环形弹性密封垫4；外桶5的桶底内侧面焊接一个实心圆柱棒6，实心圆柱棒6与外桶5同轴心，其一顶端面与外桶5的桶底内侧面焊接，另一顶端面粘黏固定一个小环形弹性密封垫7；外桶5的桶壁顶端面对称焊接两个完全相同的限位槽，分别是第一限位槽9和第二限位槽11。

如图2所示，大环形弹性密封垫4的外径与外桶5的内径相同，实心圆柱棒6的直径与小环形弹性密封垫7的外径相同。

图3是大环形弹性密封垫4的示意图，小环形弹性密封垫7与之形状相同，但尺寸不同。

如图4所示，内桶15的桶底内侧有一凸台13，凸台13上开一凸台孔14，内筒15桶壁外侧面靠近桶底的位置对称焊接两个完全相同的限位棒，分别是第一限位棒10和第二限位棒12。

图5是通气管道16和旋转吹灰盘18的示意图，通气管道16和旋转吹灰盘18上的齿槽共同构成齿槽气封17。

如图6所示，第二限位槽11的槽宽与第二限位棒12的直径相同，第二限位槽11和第二限位棒12之间为间隙配合状态。

如图7所示，外桶5的内径和内桶15的外径相同，外桶5和内桶15二者处于间隙配合状态；凸台13的外径与实心圆柱棒6的直径相同；通气管道16的内径与凸台孔14的孔直径相同。

如图7所示，外桶5和内桶15通过弹簧8轴向连接，弹簧8的内径大于实心圆柱棒6的直径；弹簧8套在实心圆柱棒6与凸台13上，两端分别固定在外桶5和内桶15的桶底内侧面；整个吹灰过程弹簧8始终处于拉伸状态。

如图8所示，齿槽气封17由两类功能不同的齿构成：一类齿为限位齿，齿宽5mm，共有两个，分别是位于旋转吹灰盘18上的第一限位齿19和位于通气管道16上的第二限位齿20；另一类齿为气封齿，齿宽均为1mm，共有两组，位于旋转吹灰盘18上的所有气封齿是第一气封齿21，位于通气管道16上的所有气封齿是第二气封齿22。第一限位齿19相对于第二限位齿20的最大轴向位移为0.5mm，气封齿彼此间距均为1mm，所有齿的齿高均为3mm。结合图5所示，限位齿主要限制旋转吹灰盘18相对于通气管道16的轴向位移，承受轴向冲击力，防止气封齿因轴向运动碰撞而损坏；气封齿主要防止高压吹灰气体从通气管道16和旋转吹灰盘18的连接处泄漏。

如图5和图9所示，旋转吹灰盘18上均匀布置24个截面为矩形的收缩喷管型吹灰孔23；沿着半径增大的方向，吹灰孔流道截面积逐渐减小；吹灰孔流道截面中心位于一段特定的圆弧上，吹灰孔出口截面法向方向与入口截面法向方向间的夹角为2.5°；旋转吹灰盘可以沿周向自由旋转。

如图10所示，限位棒和限位槽配合以确保内桶15只能沿轴向运动，当第一限位棒10位于第一限位槽9的左死点位置时，内桶15的桶壁顶端面与大环形密封垫4接触，凸台13的顶端面与小环形密封垫7接触，此时大环形弹性密封垫4和小环形弹性密封垫7均处于压缩状态，小环形弹性密封垫7将凸台孔14和爆炸腔室隔断，爆炸腔室处于封闭状态。

下面实例以甲烷作为燃气，具体介绍其吹灰过程：

(1)如图10所示，当内桶15上的第一限位棒10位于第一限位槽9的左死点位置时，打开空气阀门2，向其中注入空气。此时由于弹簧8拉力的作用，外桶5内的大环形弹性密封垫4和小环形弹性密封垫7均处于压缩状态，大环形弹性密封垫4可以防止气体从外桶5和内桶15的桶壁接触面处泄漏，小环形弹性密封垫7可以防止气体从凸台孔14处泄漏，此时外桶5和内桶15的桶腔构成的爆炸腔室处于封闭状态，可以提高注入空气的压力。观察压力表3，待空气压力达到设计压力p1时，关闭空气阀门2。

(2)如图10所示，打开燃气阀门1，向其中注入燃气。根据甲烷燃烧方程CH4+2O2→CO2+2H2O，结合空气中氧气含量约为21％可知：1mol的甲烷完全燃烧需要约9.5mol的空气。由于弹簧8拉力的作用，可以认为封闭腔内体积变化不大；同时认为燃气和空气温度均为常温，混合过程温度保持不变(也可以测出空气和燃气温度，利用能量守恒定律计算出混合后温度)。由理想气体方程可知，当甲烷和空气以化学当量比燃烧时，则空气压力为设计压力p1，则甲烷气体分压力为2/19p1，即压力表3显示总压为1.105p1时，关闭燃气阀门1，停止注入燃气。

(3)点燃腔内混合气体，腔内混合气体迅速燃烧,生成高温高压的气体，高温高压的气体推动内桶15向右运动，进行混合气体爆炸后的高压吹灰过程。如图11所示，内桶15向右运以后，凸台13与实心圆柱体6上的小环形弹性垫7分离，凸台孔14打开，高温高压的气体通过凸台孔14进入通气管道16。

(4)如图5和图8所示，高温高压的气体从通气管道16进入旋转吹灰盘18后，由于旋转吹灰盘18左侧面的受力小于右侧面的受力，使得旋转吹灰盘18相对于通气管道16向右运动直至齿槽气封17的第一限位齿19和第二限位齿20相互贴合。由于第一限位齿19的最大轴向位移为0.5mm，而第一气封齿21和第二气封齿22的相互间隙为1mm，因此，第一限位齿19和第二限位齿20承受旋转吹灰盘18突然向右的轴向冲击力，气封齿因为不可能相互接触而避免受冲击作用碰撞断裂,保证了设备的安全。少量气体从齿槽气封17的径向间隙处泄漏，由于气封设计，泄漏的少量气体可以完成对高压气腔的封闭，防止高压气体大量泄漏。

(5)如图5所示，高压气体在旋转吹灰盘18内流入截面为矩形的收缩喷管型吹灰孔23。如图9所示，沿着半径增大的方向，吹灰孔23的流道截面积逐渐减小，高压气体在流过吹灰孔23时，气体压力逐渐降低，速度逐渐提高，从而完成对吹灰气体的加速过程。由于气流速度越高，气流的刚性越强,气流的方向越不容易改变，气流对换热面的冲刷更为强烈，强化吹灰效果。吹灰孔23的流道截面中心位于一段特定的圆弧上，因而气流在流经各截面时速度方向(即截面的法向方向)不断变化。最终，吹灰孔23的出口气流速度方向与进口气流速度方向间的夹角为2.5°，气流具有切向速度。由牛顿第三定律可知，旋转吹灰盘18会向出口气流切向速度的相反方向旋转,气流推动旋转吹灰盘18旋转，从而自动完成周向吹灰。

(6)在点燃爆炸之后，内桶15会获得一个较大的初速度，在此初速度下，内桶15沿轴线向右移动，推动旋转吹灰盘18向右运动，完成轴向吹灰。在内桶18向右运动时，弹簧8不断拉伸，由虎克定律可知，弹簧拉力不断增大，内桶15的加速度越来越大，速度逐渐减小而且减小得越来越快，这样旋转吹灰盘18运动相同位移的时间就会逐渐变长。同时，由于爆炸腔室体积的不断增大和空腔内气体质量的不断减少，爆炸腔室腔内气体压力不断下降，吹灰气流出口速度越来越低。这样就实现了吹灰气流速度与吹灰时间的匹配，即高吹灰气流速度对应短吹灰时间，低吹灰气流速度对应较长的吹灰时间，使各处吹灰效果尽量接近。

(7)如图12所示，在第一限位棒10到达第一限位槽9的右死点时，开启空气阀门2，排空爆炸腔室内废气的同时进行低压辅助吹灰。在弹簧8拉力的作用下，内桶15开始向左运动。在此过程中，由于爆炸腔室腔内体积逐渐变小，同时又有新空气不断注入，爆炸腔室腔内废气从吹灰孔23排出，带动旋转吹灰盘18继续旋转吹灰。而随着旋转吹灰盘18的轴向速度不断增大，吹灰气流的速度也会不断增大，从而实现吹灰气流速度与吹灰时间相匹配的效果。当第一限位棒10到达第一限位槽9的左死点时，停止工作，准备进入步骤(1)，开始下一个工作循环。