Звено круглое для цепной завесы обжигового агрегата

Полезная модель относится к внутрипечным техническим устройствам интенсификации процесса обжига во вращающихся печах, в частности к конструкции звеньев цепей для регенеративных теплообменных цепных завес, и может быть использована в промышленности строительных материалов, цветной металлургии, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве клинкера, глинозема, извести и других материалов.
Из существующего уровня техники установлено, что наиболее распространенными конструктивными элементами, применяемыми при изготовлении цепных теплообменных устройств, являются круглозвенные или овальные цепи, изготовленные из прутка цилиндрической формы ГОСТ 7070-75, ГОСТ 228-79 (СТ СЭВ 713-83), ГОСТ 13237-67, ГОСТ 5-1925-73, АС 614311 05.07.78. Бюллетень 25, ТУ 4884-002-39004563-2008, SU 330321, 27.12.1966; SU 450947, 12.03.1973; Е.И. Ходоров, Печи цементной промышленности, Стройиздат, Ленинград, 1968, с. 59-61; О.А. Несвижский, Долговечность быстроизнашивающихся деталей цементного оборудования, Машиностроение, М., 1968, с. 179-193; В.И. Сатарин и др. Цементная промышленность за рубежом, Госстройиздат, М., с. 113; US 3427801, 18.02.1969; GB 1100831, 24.01.1968; ЕАПО 010711, 31.03.2008. Все указанные конструкции цепей обладают рядом недостатков:
- низкое количество передаваемого материалу тепла вследствие малой поверхности звеньев;
- трудность прогрева в газовом потоке звеньев цепи по толщине вследствие низкой тепловой проводимости звеньев цепи;
- достаточно большое сопротивление газовому потоку;
- большой износ звеньев цепи в местах их сопряжения вследствие малой площади контакта.
Известна цепь, состоящая из соединенных между собой звеньев сварных или литых, овальной или круглой формы, тело каждого из которых имеет поперечное сечение с профилем круглой формы, изготовленных с упрочнением по специальной технологии термообработки, либо с увеличением сечения контактирующих поверхностей секторов закругления звеньев и соответственно с увеличением прочности внутренних поверхностей секторов закругления звеньев, работающих на взаимное истирание (см. журнал «Глюкауф» на русском языке, №1 (2), май 2000, с. 36, с. 38). Следует отметить, что среди рассмотренных аналогов только «Глюкауф» предлагает меры по увеличению срока службы цепей.
Однако и такая цепь недолговечна ввиду того, что в месте максимальной кривизны контактное пятно имеет точечную форму, которая приводит к интенсивному износу звеньев, кроме того известная цепь имеет малую поверхность цепи и как следствие передает ограниченное количество тепла нагреваемому материалу.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является цепь, содержащая соединенные между собой литые звенья круглой формы, тело каждого из которых со стороны его внешней поверхности выполнено с поперечным сечением, равным 0,5d, где d - калибр прутка, а со стороны внутренней поверхности с радиусом R, равным для круглых звеньев половине шага цепи, при этом тело каждого звена имеет поперечное сечение D-образной формы.
Недостатком известных звеньев с D-образным сечением является малая площадь рабочей поверхности, что ограничивает интенсивность теплообмена между горячим потоком газа и цепью и далее между цепью и обжигаемой массой, а также недостаточная аэродинамическая форма, что тормозит горячий поток, в результате горячие газы задерживаются в ближних относительно горелки зонах печи.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание таких звеньев цепи для цепной завесы обжигового агрегата, которые обладают увеличенной площадью поверхности, улучшенной обтекаемостью, а сама цепь при этом обладает повышенными показателями теплообмена и сниженными показателями сопротивления горячему газовому потоку, имеет высокие эксплуатационные качества за счет увеличении срока службы.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является изменение формы звеньев цепи и достижение увеличения площади звена при одновременном улучшении обтекаемости формы звена.
Кроме того, заявитель ставил перед собой задачу расширения арсенала технических средств, обеспечивающих изготовление звеньев цепи для цепной завесы обжигового агрегата, следовательно, дополнительный технический результат заключается в реализации этого назначения.
Поставленная задача достигается тем, что у звена для цепной завесы обжигового агрегата, согласно полезной модели, тело звена выполнено в виде соединенных секторов (поз.1 на фиг. 1 - фиг. 4), при этом внешний контур (поз. 2 на фиг. 1 - фиг. 4) звена имеет усеченную форму, а внутренний контур (поз. 3 на фиг. 1 - фиг. 4) звена образован отверстием.
Отверстие может быть выполнено в виде многогранника.
Отверстие может быть выполнено в виде круга.
Отверстие может быть образовано дугами окружности.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемое звено для цепной завесы обжигового агрегата неизвестно, т.е. соответствует критерию «новизна».
Предлагаемое звено для цепной завесы обжигового агрегата может быть изготовлено на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявляемое звено для цепной завесы обжигового агрегата соответствует критерию «промышленная применимость».
Выполнение тела звена в виде соединенных секторов увеличивает площадь поверхности и обтекаемость звена за счет появившихся углов по внешнему контуру.
А именно, угловые интегрированные наросты добавляют рабочую площадь поверхности, увеличивая тем самым интенсивность теплообмена. В то же время в аэродинамическом плане углы рассекают набегающий газовый поток, снижая тормозящий эффект затора перед звеном, который присущ предыдущей разработке, также как и гостированному изначальному звену.
Кромки, образующиеся на стыке пересекающихся поверхностей, допустимо сгладить с радиусом сопряжения.
Выполнение отверстия в виде многогранника расширяет арсенал технических средств, обеспечивающих изготовление звеньев цепи для цепной завесы обжигового агрегата.
Выполнение отверстия в виде круга также расширяет арсенал технических средств, обеспечивающих изготовление звеньев цепи для цепной завесы обжигового агрегата.
Образование отверстия дугами окружности также расширяет арсенал технических средств, обеспечивающих изготовление звеньев цепи для цепной завесы обжигового агрегата.
Конструкция звена по данной заявке допускает применение поперечного сечения любой формы, а не только как у наиболее близкого аналога. Это дает возможность усилить положительный эффект заявляемой конструкции, подобрав ее параметры с большей площадью и обтекаемостью.
Конструкция звена по данной заявке допускает применение его в цепи, где звенья только данного типа, что дает максимальный технический эффект, а также в разнотипной цепи совместно со звеньями иного типа в любых пропорциях. В последнем случае для лучшего совпадения контактных поверхностей стоит использовать звенья одинакового или близкого шага (размер Т на фиг. 1 - фиг. 4), а также стоит уточнить габаритную совместимость звеньев разного типа.
Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого звена для цепной завесы обжигового агрегата позволяет достичь заявленного технического результата, а именно увеличения площади поверхности и обтекаемости звеньев цепи, следовательно, решить поставленную задачу - создание таких звеньев для цепной завесы обжигового агрегата, которые обладают увеличенной площадью поверхности, улучшенной обтекаемостью, а сама цепь из таких звеньев при этом обладает повышенными показателями теплообмена и сниженными показателями сопротивления горячему газовому потоку, имеет высокие эксплуатационные качества за счет увеличения срока службы.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 представлен общий вид звена для цепной завесы обжигового агрегата с отверстием в виде многогранника, где указано: Т - шаг звена.
На фиг. 2 представлен общий вид звена для цепной завесы обжигового агрегата с отверстием в виде круга, где указано: Т - шаг звена, при этом радиус отверстия R равен половине шага звена.
На фиг. 3 представлен общий вид звена для цепной завесы обжигового агрегата с отверстием, образованным дугами окружности, где указано: Т - шаг звена, при этом радиус дуг окружности R может быть произвольным.
Дополнительная задача по расширению арсенала технических средств, обеспечивающих изготовление цепи для цепной завесы обжигового агрегата, выполнена. Благодаря этому стало возможным применять звено с улучшенными свойствами не только как средство производства, но также применять прогрессивную форму звена как маркер цепей.
А именно, появляется возможность визуального определения цепи по назначению, равно как и по марке материала, т.е. по месту установки в штатную температурную зону печи обжигового агрегата. Выполнить это можно, применяя цепь, собранную целиком из звеньев данного типа, или применяя разнотипную цепь, собранную из звеньев различной конструкции (включая даже малое, визуально достаточное, количество звеньев по данной заявке).
Для усиления свойств звена по данной заявке подбирают наилучшее сечение тела. Поскольку геометрическая фигура "круг" (как у стандартных звеньев гостированных цепей) имеет наименьший периметр, следовательно, тело, построенное с круглым сечением, будет иметь наименьшую площадь поверхности. Поэтому возникает необходимость изменить сечение так, чтобы его периметр увеличился, а площадь сечения для сохранения массы звена осталась прежней.
Сделать это возможно, если изменить контур сечения, придав ему какую-либо сложную форму, или, более оптимальный способ, выполнить сечение вытянутым.
Сечение при этом можно вытянуть, например, в радиальном направлении (т.е. от центра наружу) и перпендикулярно ему, т.е. вдоль оси вращения звена. Применить оба направления для вытягивания сечения будет целесообразным, т.к. соседние звенья в цепи конструктивно располагаются под углом 90 градусов друг к другу, а горячий поток газа двигается только в одном направлении постоянно. Этим будет достигнут максимальный эффект обтекаемости каждого звена и цепи в целом при эксплуатации в газовом потоке, что является вторым условием достижения поставленной задачи.
При подборе сечения стоит учитывать конечную массу звена, которая должна быть приближена к массе стандартного (гостированного). Благодаря сохранению массы станет возможным заменять прежние цепи на цепи из звена по данной заявке без пересчета цепной завесы по массе и длине на предприятии-эксплуатанте, что ускоряет внедрение нового звена.
Рассмотренный частный случай с усиленными свойствами звена поясняется чертежами:
На фиг. 4 представлен общий вид звена для цепной завесы обжигового агрегата с отверстием в виде круга, где указано: Т - шаг звена, при этом радиус отверстия R равен половине шага звена.
На фиг. 5 - фиг. 8 представлен разрез А-А (см. фиг. 4) - общий вид поперечного сечения тела звена.
На фиг. 5 представлено сечение, вытянутое в радиальном направлении:
4 - внешняя поверхность сечения, образованная двумя прямыми;
5 - контактная поверхность сечения с радиусом R2;
6 - переходная поверхность (от внешней до контактной), образованная двумя прямыми.
На фиг. 6 представлено сечение, вытянутое в радиальном направлении:
4 - внешняя поверхность сечения, образованная двумя дугами с радиусом R1;
5 - контактная поверхность сечения с радиусом R2;
6 - переходная поверхность (от внешней до контактной), образованная двумя дугами с радиусом R3.
На фиг. 7 представлено сечение, вытянутое вдоль оси вращения звена:
4 - внешняя поверхность сечения, образованная двумя прямыми;
5 - контактная поверхность сечения с радиусом R2;
6 - переходная поверхность (от внешней до контактной), образованная двумя прямыми.
На фиг. 8 представлено сечение, вытянутое вдоль оси вращения звена:
4 - внешняя поверхность сечения, образованная двумя дугами с радиусом R1;
5 - контактная поверхность сечения с радиусом R2;
6 - переходная поверхность (от внешней до контактной), образованная двумя дугами с радиусом R3.
Выполнение внешней и переходной поверхностей прямыми или дугами окружности возможно в различных комбинациях, что влияет некоторым образом на величину площади поверхности и массы звена.
Радиус R2 (фиг. 5 - фиг. 8) оптимально выполнить равным половине шага Т звена и цепи (фиг. 1 - фиг. 4). Это увеличит пятно контакта соприкасающихся звеньев, чем исключит контактные напряжения в точке, вызывающие ускоренный абразивный износ звеньев, а также улучшит теплообмен между звеньями.
Звенья по данной заявке собирают в цепь для цепной завесы обжигового агрегата, которые используют в качестве внутреннего теплообменного устройства во вращающихся печах, при этом для улучшения аэродинамического эффекта в цепи каждое звено устанавливают сечением, вытянутым вдоль газового потока для наименьшего сопротивления.
Цепь, собранную из заявляемых звеньев, для цепной завесы обжигового агрегата используют в качестве внутреннего теплообменного устройства во вращающихся печах.
Как один из вариантов, цепь могут собирать из звеньев, заявляемой конструкции с чередованием со звеньями иной конструкции, а именно стандартными звеньями круглого сечения, звеньями фасонного D-образного сечения и прочими. При этом шаг звеньев в цепи оптимально применяют одинаковым для лучшего сопряжения звеньев между собой и удобства подбора цепи по длине.
Рабочее положение цепной завесы в печи таково, что часть цепей находится в потоке горячих газов, а остальная часть погружена в материал. При повороте печи на 180 градусов их положение меняется на обратное. В начале цепной зоны шлам прилипает к поверхности звеньев цепей и при повороте печи выходит с ней в газовый поток, где подсыхает и опадает со звеньев цепи. За счет этого общий объем шлама быстрее высушивается. На следующих участках печи тепло материалу передается звеньями цепи регенеративным способом, когда цепи уже чистые от шлама, нагреваются в газовом потоке, при погружении в материал отдают ему накопленное тепло.
Параллельно с этим материал принимает тепло непосредственно от газового потока и футеровки печи.
Предложенная конструкции звеньев цепи увеличивает ресурс эксплуатации агрегатов, использующих навесные цепные завесы, что приводит к снижению затрат на выпуск единицы продукции, при этом предложенные звенья цепи обладают увеличенной площадью поверхности, улучшенной обтекаемостью, а сама цепь из таких звеньев при этом обладает повышенными показателями теплообмена и сниженными показателями сопротивления горячему газовому потоку при одновременном увеличении срока ее службы.