本发明公开了一种旋转热管冷却式窜墨辊,窜墨辊包括第一辊轴(5)、第二辊轴(10)、窜墨部分(6)、盖帽(2)、和冷凝部分(4);窜墨部分(6)的一端与第一辊轴(5)的一端固定连接,窜墨部分(6)的另一端与第二辊轴(10)的一端固定连接;第一辊轴(5)的另一端与冷凝部分(4)的一端固定连接;冷凝部分(4)的另一端与盖帽(2)固定连接;窜墨部分(6)、第一辊轴(5)、冷凝部分(4)内部分别形成空腔,从而形成窜墨辊的内腔(7);内腔(7)中充装相变工质(9),充装完成后将充装口(1)密封。本发明的旋转热管冷却式窜墨辊结构简单可靠、节能环保、冷却效率高。
1.一种旋转热管冷却式窜墨辊,所述窜墨辊包括第一辊轴(5)、第二辊轴(10)和窜墨部分(6),其特征在于:窜墨辊还包括盖帽(2)、和冷凝部分(4);窜墨部分(6)的一端与第一辊轴(5)的一端固定连接,窜墨部分(6)的另一端与第二辊轴(10)的一端固定连接;第一辊轴(5)的另一端与冷凝部分(4)的一端固定连接;冷凝部分(4)的另一端与盖帽(2)固定连接;窜墨部分(6)、第一辊轴(5)、冷凝部分(4)和盖帽(2)绕同一中心轴旋转;窜墨部分(6)、第一辊轴(5)、冷凝部分(4)内部分别形成空腔,从而形成窜墨辊的内腔(7);盖帽(2)上设有充装口(1),通过充装口(1)向内腔(7)充装相变工质(9),充装完成后将充装口(1)密封,相变工质(9)在内腔(7)中通过相变传热把窜墨部分(6)的热量传递到冷凝部分(4)。
2.根据权利要求1所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于:冷凝部分(4)的外径与第一辊轴(5)的中间部分的外径相同;窜墨部分(6)的外径比第一辊轴(5)的中间部分外径大2倍以上;窜墨部分(6)的长度比冷凝部分(4)大5倍以上。
3.根据权利要求1所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,在工质中加入纳米颗粒。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于:第一辊轴(5)、第二辊轴(10)、以及窜墨部分(6)的材料为碳钢;冷凝部分(4)的材料为铝或铜或碳钢。
5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于:辊轴(5)和冷凝部分(4)通过法兰连接在一起,冷凝部分的法兰端加一垫圈,冷凝部分(4)靠近辊轴(5)的端面上有一突起,辊轴(5)靠近冷凝部分(4)的端面上有与所述突起对应的凹槽。
6.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,冷凝部分(4)内表面为圆锥型或台阶型。
7.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,冷凝部分(6)内表面为台阶型,并在该内表面设有用于促进工质回流的槽道。
8.根据权利要求7所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,在内径较小的冷凝部分内表面形成用于促进工质回流的径向槽道;在内径较大的冷凝部分内表面形成用于促进工质回流的螺旋槽道。
9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,所述窜墨辊还包括散热翅片(3)。
10.根据权利要求9所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,所述散热翅片(3)为轴流式风扇翅片。
11.根据权利要求9所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于,在第一辊轴(5)与冷凝部分(4)相连的端头处设置密封垫(11);所述散热翅片(3)套在冷凝部分(4)的外表面并延伸至第一辊轴(5)的外表面,散热翅片(3)的一端通过螺钉与第一辊轴(5)固定连接,散热翅片(3)的另一端通过螺钉与冷凝部分(4)固定连接;同时,散热翅片(3)通过花键与冷凝部分(4)固定连接。
12.根据权利要求1至11任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于:所述窜墨辊还包括第二冷凝部分、第二盖帽;第二冷凝部分的一端与第二辊轴(10)的另一端固定连接,第二冷凝部分的另一端与第二盖帽固定连接;第二辊轴(10)和第二冷凝部分内部分别形成空腔。
13.根据权利要求1至11任一权利要求所述的一种旋转热管冷却式窜墨辊,其特征在于:冷凝部分(4)靠近辊轴(5)的一端和辊轴(5)靠近冷凝部分(4)的一端附近各有一旋转承力平行平面。技术领域
本发明涉及一种窜墨辊,更具体来说是一种旋转热管冷却式窜墨辊,适用于印刷机。
背景技术
窜墨辊是印刷机中主要的印刷零件,用于颜色图案的印刷作业。在印刷过程中,由于摩擦等因素会使得窜墨辊印刷面的温度升高,温度升高对印刷用的墨水会产生不利的影响。目前测量到工作时窜墨辊表面温度在45°C-50°C,比理想的工作温度高10°C左右,必须想办法把工作温度降下去。如图1所示,现有的窜墨辊包括窜墨部分24、第一辊轴23和第二辊轴25;窜墨部分的外表面为印刷面,其尺寸比辊轴的外表面尺寸大很多。目前的印刷机大多使用水冷式冷却方式,通过布置在窜墨辊内部的水道使得冷水经过窜墨部分然后再流出来,使印刷面的温度下降如图1所示冷水通过进水口22进入窜墨辊内部、通过出水口21输出循环后的水。水冷式冷却方式的主要缺陷在于渗漏,窜墨辊在印刷过程中通过齿轮的带动以一定角速度旋转并伴有窜动,在正常工作中,水冷式冷却方式容易出现渗水漏水,水从水道口流出,和印刷墨水混合起来,使得墨水变稀,严重影响印刷质量。一旦发生渗水漏水事故,印刷机必须停机维修,严重影响生产效率。另外,水冷式冷却需要耗费巨大的能源和水资源,花费巨大,维护困难,效率也不高。水冷式冷却方式既不环保,又不可靠,所以必须采用新型的冷却方式。为了适应现有印刷机的冷却需要,要求不改变印刷机的外形和内部结构,由于印刷机内部结构空间有限,窜墨辊的外形变化不能太大。
发明内容
本发明的目的是对现有窜墨辊的冷却方式进行改进,提供一种节能环保、冷却效率高、结构简单可靠的旋转热管冷却式窜墨辊。本发明包括如下技术方案:一种旋转热管冷却式窜墨辊,窜墨辊包括第一辊轴、第二辊轴、和窜墨部分;窜墨辊还包括盖帽、和冷凝部分;窜墨部分的一端与第一辊轴的一端固定连接,窜墨部分的另一端与第二辊轴的一端固定连接;第一辊轴的另一端与冷凝部分的一端固定连接;冷凝部分的另一端与盖帽固定连接;窜墨部分、第一辊轴、冷凝部分和盖帽绕同一轴旋转;窜墨部分、第一辊轴、冷凝部分内部分别形成空腔,从而形成窜墨辊的内腔;盖帽上设有充装口,通过充装口向内腔充装相变工质,充装完成后将充装口密封,相变工质在内腔中通过相变传热把窜墨部分的热量传递到冷凝部分。本发明与现有技术相比,具有如下优点:本发明在尽量不改变窜墨辊外形的条件下,通过窜墨辊内部的设计,把窜墨辊改造成一根旋转热管;窜墨辊中间窜墨部分作为旋转热管的蒸发段,并在窜墨辊的一端增加了冷凝段。通过本发明的改造,窜墨辊的工作温度可以下降10°C左右,达到理想的工作温度水平,保证了正常生产工作的需求;同时,由于降低了窜墨辊整体的温度,可以延长窜墨辊的使用寿命。本发明整个结构简单可靠,安装方便,易于维护。由于采用旋转热管技术,在对窜墨表面进行冷却时不需要额外的动力驱动,环保节能,并且冷却效率较高。
附图说明
图1是水冷式窜墨辊示意图;图2是旋转热管原理示意图;图3是本发明的旋转热管冷却式窜墨辊示意图;图4是轴流式风扇散热翅片示意图;图5是本发明的锥型冷凝部分示意图;图6是本发明的台阶型(无槽道)冷凝部分示意图;图7是本发明的台阶型(有径向槽道)冷凝部分示意图;图8是本发明的台阶型(有径向槽道和螺旋槽道)冷凝部分示意图;图9是碳钢组成的冷凝段与辊轴连接示意图;图10是铝或铜组成的冷凝段与辊轴连接示意图;图11是铝或铜组成的冷凝段与辊轴法兰连接示意图;图12是冷凝段部分局部示意图;图13是本发明的旋转热管冷却式窜墨辊安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。为了解决窜墨辊的冷却问题,本发明使用旋转热管技术,利用印刷机的工作特点,把窜墨辊改造成一根旋转热管。旋转热管指的是绕某旋转轴旋转的热管,如图2所示是旋转热管原理示意图,热管是利用相变传热原理工作的,把特定的工质充装到接近真空的管体中,然后密封。当管体一端26受热,工质吸热蒸发,蒸汽在压差作用下流向另一端27,在另一端27放热冷凝,凝结的液态在离心力作用下回流至受热端26,完成一个循环过程。通过这样不断的相变传热,热管可以把热量从一端不断地传递到另一端,受热的一端26称为蒸发段,冷凝的一端27称为冷凝段,中间部分可以是绝热段。旋转热管除了具备普通热管的基本特点——相变传热、无需外加动力,还具有如下优越性:由于离心力的作用,热量和质量的传递比在普通热管中显著提高了,离心力场加强了蒸发段的对流作用,因而提高了蒸发段管内的换热系数;在冷凝段,在离心力的作用下,工质回流能力提高,减薄了液膜厚度,从而提高了管内换热系数;由于旋转热管自身的转动,同时也强化了和周围环境的热交换,因而换热效果更好。如图3所示,本发明的窜墨辊包括辊轴5和10、窜墨部分6、冷凝部分4和盖帽2。窜墨部分6为空心圆柱体,辊轴10与窜墨部分6的一端过盈配合并焊接在一起,保证焊缝无气孔夹渣等焊接缺陷。辊轴5内部形成空腔,辊轴5包括与窜墨部分6相连接的台阶形端部、中间部分、和与冷凝部分4相连接的端部。辊轴5的台阶形端部插入窜墨部分6的另一端,形成过盈配合并焊接在一起,同样保证焊缝无气孔夹渣等焊接缺陷;辊轴5的台阶形端部设置圆锥形空腔。窜墨部分6的外径比辊轴5的中间部分外径大2倍以上。窜墨部分(6)的长度比冷凝部分(4)大5倍以上。辊轴10与辊轴5的外形尺寸相同。辊轴5、10与窜墨部分6通过焊接形成一个整体。冷凝部分4的一端与辊轴5固定连接;其另一端与盖帽2固定连接,冷凝部分4内部形成空腔。窜墨部分6、第一辊轴5、冷凝部分4和盖帽2绕同一轴8旋转;窜墨部分6、第一辊轴5、冷凝部分4内部的空腔共同形成窜墨辊的内腔7。盖帽2上设有充装口1,通过充装口1向内腔7充装相变工质9,充装完成后将充装口1密封,相变工质9在内腔7中通过相变传热把窜墨部分6的热量传递到冷凝部分4。内腔7通过圆锥台从蒸发段6的内表面过渡到辊轴5的内表面,从而形成台阶式旋转热管。在窜墨辊工作过程中对其进行冷却的过程如下:在生产工作的时候,窜墨辊表面由于摩擦等因素产生热量,热量主要集中在窜墨部分6,工质9在窜墨部分6(对应于热管的蒸发段)吸热蒸发,气态工质通过内腔7在压差作用下运动到冷凝部分4,在冷凝部分4放热冷凝,液态工质在离心力作用下通过内腔7运动回窜墨部分6,完成一个循环。通过不停的循环把热量从窜墨部分6传递到冷凝部分4。窜墨部分6为主要吸热部分,冷凝部分4为主要散热部分。为了增加散热效果,优选地,在冷凝部分4外表面固定散热翅片3。散热翅片3的形式可以是普通的横向、径向,在散热翅片的外面需要再布置风道,加装引风风扇或排风风扇。散热翅片3优选为轴流式风扇翅片,即散热翅片在窜墨辊旋转的同时充当轴流式风扇。图4是轴流式风扇散热翅片示意图,与普通散热翅片不同的是,轴流式风扇散热翅片可以起到引风或排风的作用,优选地,设计成具有排风作用。轴流式风扇散热翅片采用铝或铜组成,翅片经过扭转和弯曲,设计成风扇的翅片形状,在窜墨辊工作时,里面的工质经过相变把热量从窜墨部分传递到冷凝部分,再通过热传导把热量传递到风扇的翅片中,风扇的翅片固定在冷凝部分上,和窜墨辊以相同的角速度旋转,并起到加快冷凝部分周围空气流动、强迫对流换热的作用。散热翅片并列安装在冷凝部分上,形状可以根据数值计算结构优化,优选简单外形;数量可以是3-5个,优选数量少的,如散热效果不佳则继续增加。相比于传统窜墨辊,本发明的窜墨辊新增加了冷凝部分4、盖帽2和散热翅片;为了适应现有的印刷机的内部结构,将冷凝部分4的外径与辊轴5的中间部分的外径设计成相同,冷凝部分4内径与辊轴5一致。由于空间限制,冷凝部分4内径和长度比窜墨部分6小很多,散热面积比受热面积小一个数量级以上。为了促进工质回流,以增强传热效果,本发明对冷凝部分4进行了进一步优化设计,将内表面设计成一定锥度或者台阶型,并根据工程实际刻上适当的槽道。锥度大小、台阶高低、槽道的深度与间隔等根据数值计算结果择优选取,不同的组合可以适用于不同的工程实际情况。如图5所示为冷凝部分4的第一实施例,冷凝部分包括与盖帽一端相连的端部12,和与辊轴5一端相连的端部13;端部12外表面设置螺纹;端部13形成螺纹孔14;在冷凝部分4形成具有一定锥度角的空腔;所述空腔在端部12附近的直径比在端部13附近的直径小;所述锥度角范围在5°以内,由于冷凝段的长度和内径相差较大,一般是通过确定冷凝段两端内径大小的方式来确定锥度。如图6所示,为冷凝部分4的第二实施例,冷凝部分包括与盖帽一端相连的端部12,和与辊轴5相连的端部13;所述冷凝部分4的内表面为台阶型;所述冷凝部分4在端部12附近的内径比在端部13附近的内径小。若传热量较大,则在内径较小的台阶表面刻上径向槽道15,如图7所示。若传热依然有困难,则在内径较小的台阶表面刻上径向槽道15的同时,在内径较大的台阶表面刻上螺旋槽道16,如图8所示。冷凝部分4与辊轴5通过螺纹配合连接在一起,冷凝部分4端头内表面有内螺纹,辊轴5外表面有外螺纹。冷凝部分4靠近辊轴5的端头附近有一旋转承力平行平面28,辊轴5靠近冷凝部分4的端头附近有一旋转承力平行平面29,这两个平行平面主要是为了安装时使用旋转工具。连接方式根据材料的不同而有所区别,连接的地方既要保证密封性,又要保证强度。根据冷凝段组成材料的不同,散热翅片的安装与作用也不同。散热翅片有活动的螺钉固定,安装方便,维护简单。若冷凝段的材料是与辊轴一样的碳钢,如图9所示在将冷凝部分4与辊轴5螺接好后直接焊接保证密封性,散热翅片3直接套在冷凝段4上,散热翅片3两端用活动的螺钉固定在冷凝部分4上。散热翅片与冷凝段之间涂有高导热硅脂。若冷凝部分的材料是导热系数较高的铝或者铜,由于不能与辊轴5焊接,如图10所示在辊轴5的端头加密封垫11,并在外面通过散热翅片进行加固。散热翅片3穿过冷凝部分4并延伸至辊轴5;散热翅片与冷凝段之间涂有高导热硅脂。散热翅片3的一端通过螺钉与第一辊轴5固定连接,散热翅片3的另一端通过螺钉与冷凝部分4固定连接,中间通过花键与冷凝部分4配合在一起。另一种连接不同材料的方式是通过法兰连接,如图11所示,辊轴5和冷凝部分4的端面组成密封法兰,由于铝或铜组成的冷凝部分4相对于碳钢组成的辊轴5太软,所以在冷凝部分4的法兰端加一垫圈20,目的是使得安装的螺钉和螺母更加紧固。冷凝部分4的端面上有一突起,辊轴5的端面有一凹槽,在接触面通过加压使得突起部分变形并完全贴合在凹槽内,从而使得两者完全密封,外部通过螺钉和螺母锁死。散热翅片3不需要起固定作用,所以不需要通过花键与冷凝部分4连接,直接套进冷凝部分4后用螺钉固定即可。当冷凝部分4、窜墨部分6以及辊轴5和10装配在一起后,安装盖帽2。盖帽2中心有充装口1,相当于一个封口结构,安装前充装口1和内腔7是相通的,以便工质9的充装。盖帽2通过螺纹配合安装到冷凝段4上,冷凝段4端头外表面有外螺纹,盖帽2端头内表面有内螺纹,盖帽2由与冷凝段4相同的材料组成,螺纹配合后直接焊接在一起,冷凝段内部各零件的配合的一个实施例如图12所示,图12中冷凝段是带有径向槽道的台阶型,槽道形状是矩形,散热风扇为横式。安装盖帽2后,形成了如图3所示的内腔7,内腔7就是工质循环的空间。当窜墨辊整体装配在一起后,用清洗机作彻底的清洗,然后放进高温除气炉中除气,除气完成后使用热管充装工艺进行高真空定量工质充装。由于窜墨辊工作温度在45°C-50°C,因此工质的选择受到很大的限制,必须采用低温相变工质,如氟利昂系列或氨,工质必须和窜墨辊的组成材料相容。为了强化传热效果,在保证相容性的前提下,在工质中加入纳米颗粒(如纳米级氧化钛颗粒),纳米颗粒的充装步骤简单来说是:先把纳米颗粒放进已经清洗除气后的旋转热管内,然后抽真空,再充装选择好的低温相变工质。充装完成后用液压钳对盖帽2进行封口、钳断。为了进一步增加散热效果,可以在辊轴10内部形成与辊轴5内部相同的空腔,并在辊轴10的端部连接第二冷凝部分,在第二冷凝部分的端部固定连接第二盖帽;第二冷凝部分内部形成空腔,第二冷凝部分的结构与冷凝部分4结构相同,第二盖帽与盖帽2结构相同。优选地,可以在第二冷凝部分外表面设置散热翅片。窜墨辊装配完成后,需要安装到印刷机上,下面简要说一下安装步骤。第一步,把窜墨辊主体装配好,通过高温除气、抽真空、充装工质、封口钳断等步骤完成装配;第二步,水平地把窜墨辊放入印刷机中,印刷机由于空间所限,其安装方式也有所限制,第一轴承17外径与第一辊轴5相当,第二轴承18外径比窜墨部分6的外径略大,窜墨辊是先从第二轴承18伸进,使得冷凝段一端装配在第一轴承17上,然后在第二轴承18上安装一个金属垫圈19,使得非冷凝段一端固定。拆卸的过程则反过来,先把金属垫圈19拆开,再把窜墨辊整体从第二轴承18处抽出来;第三步,窜墨辊装配到印刷机的轴承上后,安装散热翅片3,散热翅片3通过螺钉固定,至此窜墨辊安装完成,齿轮带动窜墨辊以一定角速度旋转。图13是本发明的旋转热管冷却式窜墨辊安装完成后的示意图。根据印刷机的结构,本发明设计的散热翅片可以拆卸,目的在于在安装过程中,由于空间条件所限,可以先把窜墨辊本体安装,再安装散热翅片,这样做的另一个好处就是维护简单方便。最后所应说明的是,以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。