組合式集膚效應電熱裝置的製作方法

2023-04-23 12:00:11

專利名稱：組合式集膚效應電熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是對各種流進行加熱的裝置，涉及影響氣體或液體流動的裝置、一般具有熱源的流體加熱器、其他類目的不包括的熱的產生、熱交換介質直接接觸而相互不起化學反應的熱交換裝置和深井採油領域。
由於電力工業的發展及電能的方便、經濟、無汙染等優點，電加熱技術在許多領域得到推廣應用。但是一般的電加熱裝置，由於電熱轉換效率低，安全性差，使應用範圍受到一定限制。尤其是對於加熱易燃液體，問題就更顯得突出。針對此問題，發明人曾於1987年在《管道科技》發表的論文「電磁場在輸油工藝中應用初步探討」中提出集膚效應電熱裝置的構想。此後滄州地區工具機廠據此構想設計出了工頻電熱抽油杆，並於1991年5月23日和1992年8月14日分別申請了「多功能工頻電熱石油的裝置」和「整體電纜式電熱抽油杆」實用新型專利。該兩項專利就是利用集膚效應原理，將抽油杆兼作加熱體，使熱轉換效率得到很大提高。但美中不足的是該兩項專利之裝置，電連接多為線和點接觸，導電性能差，易脫落，沒有可靠的氣液密封，腐蝕嚴重，降低使用壽命，且局限於很窄的應用範圍。
本實用新型的目的在於提供一種適用於多種場合應用，組合方便靈活，電絕緣氣液密封性能好，使用壽命長，安全可靠的電熱裝置。
本實用新型由交流電源裝置和電加熱器兩部分組成。其電加熱器由多個加熱單體連接組成合成密封體，每個加熱單體是一根兩端帶有連接件的鐵磁性金屬管［1］並在其內套裝有與之絕緣且兩端為接插件的導電體［2］，空間軸對稱的磁場力使導電體［2］保持穩定，加熱器終端由終端構件將鐵磁性金屬管［1］與導電體［2］電連接並氣液密封，其首端的鐵磁性金屬管［1］與導電體［2］分別接到交流電源裝置的兩輸出端上。為了不同的用途，電加熱器採用單體結構，可以由多個加熱單體串聯或並聯連接。這種單體結構可長可短，組合靈活，具有很強的適應性。
眾所周知，交流電具有集膚效應。本實用新型就是利用這種效應，把交流電加在鐵磁性金屬管［1］上，由於交變電磁場的作用，在鐵磁性金屬管［1］上產生內集膚效應，電流集中於內表面，由於電阻增大，使其成為發熱體。這種內集膚效應產生的電流在管壁內的滲透深度隨電源頻率增高而變小。一般管壁厚大於滲透深度4倍，即可保證金屬管外壁漏電壓達到可忽略程度，配以不同頻率的電源AP，即可適應各種用途、不同壁厚管件，達到同時實現電加熱和電絕緣的目的。
為了進一步描述清楚本實用新型的結構，結合7個附圖予以詳細的說明。附圖是

圖1電加熱器單體結構圖圖2電加熱器單體連接裝配圖圖3電加熱器單體連接裝配圖圖4電加熱器單體連接裝配圖圖5電加熱器終端結構和電連接圖圖6單體並聯連接部件結構圖圖7單體串聯連接示意圖圖8電熱裝置用於管道伴熱結構示意圖圖9電熱裝置用於容器伴熱結構示意圖其中1－鐵磁性金屬管 2－導電體3－插座 4－絕緣件5－鎖緊螺母 6－墊圈7－外密封圈 8－內密封圈9－密封壓緊套管 10－內密封圈11－絕緣件 12－插頭13－鎖緊螺母 14－墊圈15－壁面密封圈 16－連接套管17－端面密封圈 18－壁面密封圈19－墊圈 20－鎖緊螺母21－箍套 22－墊圈23－密封圈 24－端面密封圈25－密封圈 26－墊圈27－鎖緊螺母 28－終端鐵磁性金屬管體29－終端接頭 30－彈簧墊圈31－螺母 32－螺母
33－終端密封圈 34－壓緊螺栓35－三通鐵磁性金屬管 36－主導電體37－分流導電體 38－絕緣壓緊螺紋件39－輸油管 40－容器41－密封件本實用新型之導電體［2］為銅、鋁園棒或空心管體，其外表面塗敷、包封、包套或包繞有電絕緣材料，該電絕緣材料應有一定的耐溫性能，以實現在加熱溫度下的良好電絕緣性能；導電體［2］的一端固連有插頭［12］，另一端固連有插座［3］，插頭［12］和插座［3］表面鍍銀，並在插座［3］槽的底部襯以軟金屬，以保證插頭［12］和插座［3］接觸過程中的良好接觸；插座［3］外套錐形絕緣件［4］安裝在鐵磁性金屬管［1］內的一端並將導電體［2］定位，插頭［12］外套有錐形腔的絕緣件［11］安裝在鐵磁性金屬管［1］內的另一端並將導電體［2］定位，且插頭［12］位於錐形腔的中心，錐形絕緣件［4］的外形與錐形腔絕緣件［11］的腔形相同。當一個單體與另一個單體連接時，插頭［12］插入插座［3］內，同時插座［3］外套的錐形絕緣件［4］亦插入到插頭［12］外套的錐形腔絕緣件［11］的錐形腔內，且錐形絕緣件［4］和插座［3］具有收縮彈性，由於絕緣件間的配合收緊作用和插座［3］槽底部的軟金屬，使插頭［12］與插座［3］保持良好的電接觸和連接強度。
鐵磁性金屬管［1］之間的連接可有三種結構，其一是鐵磁性金屬管［1］兩端不等徑，小口徑端車有外螺紋，大口徑端車有內螺紋，通過螺紋將兩個加熱單體連接，在小口徑端螺紋的後端套有外密封圈［7］墊圈［6］並旋有壓緊和自鎖螺母［5］，在螺紋前端光管上套有內密封圈［8］、［10］，且在兩道密封圈之間套有密封壓緊套管［9］。在鐵磁性金屬管［1］之間裝配過程中，通過密封壓緊套管［9］同時壓緊密封圈［8］和［10］，完成兩道內密封，裝配到位後，由於旋緊螺母［5］壓緊外密封圈［7］，並完成裝配自鎖。這種結構，在螺紋連接過程中，由於鐵磁性金屬管［1］大口徑端內壁導向槽和絕緣件［4］和［11］的導向鍵作用，使得在鐵磁性金屬管［1］間相對旋進中，導電體［2］、絕緣件［4］和［11］作軸向運動，保證電插頭［12］與插座［3］的配合。絕緣件［4］和［11］互相配合部分帶有錐度，隨著導電體［2］、絕緣件［4］和［11］的軸向進動，具有可收縮性的插座［3］和絕緣件［4］收緊，保證插座［3］和插頭［12］為面接觸和導電體［2］間的連接強度，這種連接優於其他線或點的電接觸形式，並且避免鬆脫。
其二是套管接連結構，見圖3。即鐵磁性金屬管［1］兩端等徑，車有左右旋外螺紋，連接套管［16］車有相應左右旋內螺紋，由連接套管［16］將兩鐵磁性金屬管［1］螺紋連接，在連接套管［16］兩端各有一鎖緊螺母［13］和［20］，且在鎖緊螺母與連接套管［16］接縫處的裡側安有墊圈［14］、［19］和壁面密封圈［15］、［18］，鐵磁性金屬管［1］對接處裝有端面密封圈［17］。此種結構由連接套管［16］和兩鐵磁性金屬管［1］連接端的左右旋螺紋相配合，拉緊連接，兩鐵磁性金屬管［1］均無旋轉運動，端面密封圈［17］壓緊後，同是實現電連接，鎖緊螺母［13］和［20］、墊圈［14］和［19］。壁面密封圈［15］和［18］完成管壁面密封，並自鎖。
其三是箍套結構如圖4所示。鐵磁性金屬管［1］的一端套一帶肩的箍套［21］套配在該管端頭固連的卡肩上，且在此處設有密封圈［23］，箍套［21］的另一端有內螺紋，鐵磁性金屬管［1］的另一端有外螺紋與箍套［21］相配，在箍套［21］與鐵磁性金屬管［1］通過螺紋連接後，由密封圈［25］、墊圈［26］、鎖緊螺母［27］密封並自鎖，同時在對接的兩管端面處設有密封圈［24］。同樣，此種結構在連接過種中，兩鐵磁性金屬管［1］無旋轉運動，並有兩道外密封和一道內密封，使密封可靠。
並聯連接件的結構如圖6所示。在三通鐵磁性金屬管［35］內安裝三個端插頭，主導電體［36］通過絕緣壓緊螺紋件［38］與分流導電體［37］壓接，並在接觸部鍍銀和填充軟金屬，三通鐵磁性金屬管內部空間填充絕緣墊塊或澆注絕緣材料。端插頭分接各路加熱器單體的相配端。如此分接亦可實現多路並聯連接。
據不同的使用要求，用上述的鐵磁性金屬管連接件與導電體接插件，將多個加熱單體串聯和並聯後，在加熱器的終端有電連接件將鐵磁性金屬管體［1］與導電體［2］連接，形成電迴路。該終端連接件由終端接頭［29］、終端鐵磁性金屬管體［28］、彈簧墊圈［30］、螺母［31］和［32］、終端密封圈［33］和壓緊螺栓［34］構成，導電體［2］的終端固連帶有拉緊螺杆的圓形終端接頭［29］，拉緊螺杆穿過終端鐵磁性金屬管體［28］之園孔後，套上彈簧墊圈［30］，螺母［31］和［32］擰緊，在終端鐵磁性金屬管體［28］內墊終端密封圈［33］，用壓緊螺栓［34］與終端鐵磁性金屬管體［28］的內螺紋配合擰緊，實現氣液密封。
為了降低漏電壓，在鐵磁性金屬管［1］的外表在可噴、塗一層導電性好的金屬膜，或者在組合連接後的加熱器的外壁附貼一根或數根良導電線或帶，使表面更接近地電位。
如此構成的加熱器，將其首端的鐵磁性金屬管［1］和導電體［2］直接接上交流電源，就可置入加熱介質中直接加熱或置於介質外間接加熱。圖7給出了應用於抽油杆的結構示意，它是根據油井的深度決定加熱器串聯的長度，頂端與抽油機懸繩連接，底端連接實心抽油杆或抽油泵。如此構成的抽油杆兼作加熱裝置，在抽油過程中，原油加熱後粘度降低，流動性改善，從採油管和抽油杆之間順利抽出，增加採油量，降低採油能耗。圖8為用於原油輸送管道的示意圖，由於原油輸送管道一般要進行定期清管，所以一般加熱器不宜直接插進油管道。可將加熱器直接焊接在輸油管［39］外壁，實現對管輸原油的加熱，降低粘度，提高輸量，也可作為解除凝管和實現間歇輸送的措施。對於貯存容器的應用示意於圖9。圖中為內裝盤管型，加熱器進口與容器［40］間通過密封件［41］連接，也可在進口穿過容器壁後直接焊接密封。也可用直接焊接或其他形式沿容器外壁布置，實現對內部介質的間接加熱。對於不同介質的多種容器可用並聯連接的加熱實現一個電源同時加熱多個容器或不同溫度要求的容器。
本實用新型由於採用了先進的發熱原理，新穎可靠的機械連接、氣液密封結構，改進了導電體及其電絕緣，使電連接較之已有技術更安全牢固，電絕緣性能好，密封性能好，大大增加了在易燃流體中應用的安全性，消除了局部電蝕和介質滲入對加熱器的腐蝕，延長了加熱器使用壽命，在組合裝配時方便靈活，運行維護簡單，漏電壓極微小，電熱轉換效率高，是一種既實用又效益高的加熱設備。
權利要求1.一種用於加熱多種介質的組合式集膚效應電熱裝置，包括交流電源裝置和電加熱器兩部分，電加熱器為數根鐵磁性金屬管的機械連接和從管中穿過並接到管另一端的導線，其特徵是電加熱器由多個加熱單體連接組合成密封體，每個加熱單體是一根兩端帶有連接件的鐵磁性金屬管[1]並在其內套裝有與之絕緣且兩端為接插件的導電體[2]，組合後的電加熱器由終端連接件將鐵磁性金屬管[1]與導電體[2]電連接並氣液密封，其首端的鐵磁性金屬管[1]與導電體[2]分別接到交流電源裝置的兩輸出端上。
2.如權利要求1所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是電加熱器的連接組合有多個加熱單體的串聯、並聯兩種方式。
3.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是電導電體［2］為銅、鋁園棒或空心管體，且外表面塗敷、包、套、繞有絕緣層，其一端固連有插頭［12］，另一端固連有插座［3］，插頭［12］和插座［3］表面鍍銀，並在插座［3］內槽的底部襯以軟金屬，插座［3］外套錐形絕緣件［4］安裝在鐵磁性金屬管［1］內並將導電體［2］定位，且插頭［12］位於錐形腔的中心，錐形絕緣件［4］的外形與錐形腔絕緣體［11］的腔形相同，且具有彈性。
4.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是加熱單體鐵磁性金屬管［1］兩端不等徑，小口徑端車有外螺紋，大口徑端車有內螺紋，通過螺紋將兩加熱單體連接，在小口徑端外螺紋的後端套有密封圈［7］、墊圈［6］並旋有鎖緊螺母［5］，在螺紋前端的光管上套有內密封圈［8］、［10］且在兩道密封圈之間套有密封壓緊套管［9］。
5.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是加熱單體鐵磁性金屬管［1］兩端行徑且車有左右旋螺紋，由車有相應左右旋內螺紋的連接套管［16］將兩個加熱單體連接，在連接套管［16］的兩端各旋一鎖緊螺母［13］和［20］，且在鎖緊螺母與套管接縫處的裡側安有墊圈［14］、［11］和壁面密封圈［15］、［18］，兩金屬管對接處有端面密封圈［17］。
6.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是加熱單體鐵磁性金屬管［1］的一端套一帶有肩的箍套［21］後在管端頭固連卡肩，且在此處設有密封圈［23］，墊圈［22］，箍套［21］的另一端車有內螺紋，鐵磁性金屬管［1］的另一端車有外螺紋，在箍套［21］與鐵磁性金屬管［1］通過螺紋連接後，用墊圈［26］和螺母［27］壓緊密封圈［25］，將連接處密封；對接的兩管端處設有端面密封圈［24］。
7.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是電加熱終端連接件由終端接頭［29］、終端鐵磁性金屬管體［28］、彈簧墊圈［30］、螺母［31］、［32］，終端密封圈［33］和壓緊螺栓［34］構成，導電體［2］的終端固連帶有拉緊螺杆的園形終端接頭［29］，拉緊螺杆穿過終端鐵磁性金屬管體［28］之園孔後套上彈簧墊圈［30］，由螺母［31］和［32］擰緊，在終端鐵磁性金屬管體［28］內墊上終端密封圈［33］後用壓緊螺栓［34］與終端鐵磁性金屬管體［28］的內螺紋配合擰緊。
8.如權利要求1或2所述的組合式集膚電熱裝置，並聯連接件的特徵在是三通鐵磁性金屬管［35］上固連有三個端插頭，主導電體［36］通過絕緣壓緊螺紋件［38］與分流導電體［37］壓接，並在接觸部鍍銀和填充軟金屬，三通管內部空間填充絕緣墊塊和澆注絕緣材料，端插頭分接各路加熱器單體的相配端。
9.如權利要求1或2所述的組合式集膚效應電熱裝置，其特徵是鐵磁性金屬管［1］外表面噴、塗有導電性好的金屬膜，或組合裝配後外壁貼附數根電導線，或貼附數條良導電帶。
專利摘要本實用新型提供一種組合裝配式交流集膚效應電加熱裝置，它包括鐵磁性金屬電熱管體，中心導電體和與之有相匹配頻率的交流電源，結構上採用單體組合裝配方式，靈活實現串、並聯接，同時完成良好的電連接和可靠的氣液密封，適於各種流體介質的直接或對其容器的間接加熱。本裝置原理先進，結構新穎，電熱轉換效率高，安全簡便，壽命長，可應用於石油開採、管道運輸、港口、化工、食品、醫藥等工業。
文檔編號H05B3/78GK2168377SQ93218330
公開日1994年6月8日 申請日期1993年7月14日 優先權日1993年7月14日
發明者梁長青 申請人:梁長青, 龐玉馥