УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ

Полезная модель относится к электротехнической промышленности, а более конкретно, к устройствам сушки пастированных электродов после формировки для свинцово-кислотных аккумуляторов путем удаления из них влаги при последовательном перемещении на бесконечном транспортере в туннельном сушиле.
Уровень техники данной области характеризует устройство для сушки электродов свинцовых аккумуляторных батарей по RU 2130218, Н 01 М 4/21, 1999 г., содержащее механизм загрузки и накопитель, кинематически связанные с приводом размещенного в туннельном сушиле цепного конвейера, несущего спутники для размещения и фиксации обрабатываемых пластинчатых электродов, а также воздуховод распределенной подачи теплоносителя внутрь теплоизолированного корпуса сушила.
Спутники конвейера представляют собой закрепленную на параллельных цепях перемычку, на которой консольно смонтированы центральная опора и с возможностью смыкания торцевые захваты, принудительно раздвигаемые на позиции загрузки пластин.
Недостатком описанного устройства является сложность кинематики механизмов переориентирования обрабатываемых пластин при загрузке на конвейер, для фиксирования в спутниках и при размещении на накопителе, причем выгрузка на последний падением пластин не гарантирует их целостности.
Кроме того, не представляется практически возможным промышленное использование этого устройства при вертикальной схеме сушила из-за ограничений по высоте производственных помещений и связанных с этим проблем технического обслуживания.
При односторонней подаче в сушило теплоносителя на возвратной
ветви технологического конвейера существенно повышается влажность воздуха, поэтому возникает необходимость в дополнительном энерговложении для снижения окисленности пористого свинца активной массы отрицательных электродов.
Для промышленной сушки пастированных пластинчатых электродов используются многозональные туннельные конвейерные сушила непрерывного действия с принудительной подачей и рециркуляцией воздуха, который подогревается калориферами (паровыми, электрическими, газовыми) и автономно подается к различным температурным зонам, описанные в книге М.А.Дасоян и др. "Производство электрических аккумуляторов", изд. "Высшая школа", М., 1970, с.227-233.
Бнутри теплоизолированного кожуха размещен связанный с приводом цепной конвейер, на перемычках которого смонтированы спутники, где подвешиваются обрабатываемые пластины. Подогретый воздух от калориферов подается внутрь вентиляторами рециркуляции по зонам сушки.
Процесс сушки электродов заключается в испарении влаги из пасты, выполненной из порошка пористого свинца, которая вмазана в ячейки решетчатых пластин. В результате обеспечивается максимальная адгезионная прочность активной массы электродов, в частности, отрицательных для свинцово-кислотных аккумуляторов в сухозаряженном исполнении.
Влажный воздух удаляется из сушила вытяжным вентилятором, газовод которого оснащен шиберной заслонкой для регулирования скорости потока.
Время сушки пористой пасты в пластинах регулируется посредством температуры, скорости и относительной влажности технологического воздуха: чем выше температура и скорость сушащего воздуха и чем ниже его влажность, тем быстрее высыхает пластина и тем ниже окисленность пористого свинца активной массы.
Продолжительность сушки увеличивается с ростом толщины пластин, которые завешиваются на звеньях конвейера с шагом 12,7 мм.
Скорость подачи сушащего воздуха, влажность которого составляет 20-30%, установлена в диапазоне 2-4 м/с.
Для улучшения качества сухих пластин и снижения затрат энергии, расходуемой на нагрев воздуха/ используют умеренные режимы сушки.
Первая стадия сушки осуществляется в течение 7-10 минут воздухом с температурой 90-140°С и относительной влажностью до 30%.
На второй стадии длительностью от 20 минут до 2,5 ч (температура воздуха 60-80°С, относительная влажность которого увеличивается до 70-100%) сушка происходит дополнительно за счет самопроизвольного эндотермического окисления металлического свинца в пасте. На этой стадии происходит упрочнение пасты в решетках пластины, поэтому чем она продолжительнее, тем полнее окисляется и упрочняется паста в пластинах.
С целью до сушки пасты на третьей стадии температура воздуха повышается до 100-140°С при относительной влажности 40-60%.
В туннеле, длина зон которого выполнена по 5-10 м, цепной конвейер движется со скоростью 0,5-2 м/мин в зависимости от типа пластин и производительности установки.
Регулировка подачи нагретого воздуха и его отсос из сушила по зонам производится посредством системы заслонок и шиберов в трубах, а также подсосом свежего цехового воздуха через патрубок с заслонкой, установленный перед каждой зоной сушила.
Недостатком известного устройства являются большие габариты и потребляемая энергия.
Отмеченные недостатки устранены в туннельном устройстве для сушки отрицательных пастированных электродов, которое содержит размещенные в теплозащитном кожухе инфракрасные излучатели, распределенные
вдоль несущего обрабатываемые пластины бесконечного цепного конвейера, а также систему подогрева и подачи технологического воздуха, описанном в изобретении US 546050, Н 01 М 4/21, 1977 г., выбранном по числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога.
Сушка осуществляется инфракрасным (ИК) излучением с длиной волны 2-6 мкм при температуре 60-80°С и продувкой горячего воздуха со скоростью 1-2 м/с до содержания влаги 0,3-0,5% в активной массе пасты решетчатых пластин.
В оптимизированном диапазоне температуры ИК-сушки на резонансной длине волны колебания молекулы воды происходит удаление влаги из объема пасты, чем обеспечивается адгезионная несущая прочность активной массы отформированных отрицательных пластин.
Б известном устройстве имеется три температурные технологические зоны.
В первой зоне в течение 3-6 минут проводится подъем температуры со скоростью 14-15°С/мин, во второй зоне сушат в течение 7-10 минут со скоростью подъема температуры 2-3°С/мин и в третьей зоне в течение 5-8 минут со скоростью подъема температуры 10-11°С/мин.
Эти режимы сушки обеспечиваются расстановкой ИК-излучателей, удаленных на 80-100 мм от нагреваемой поверхности пластинчатых электродов, вдоль пути движения конвейера с шагом распределения соответственно: 40-60 мм, 140-160 мм и 80-110 мм.
Указанное пространственное расположение излучателей последовательно вдоль туннельной камеры сушки относительно обрабатываемой поверхности пластин обеспечивает переменность интенсивности облучения (отношение расстояния от источников до поверхности электродов "b" к шагу "h" между ИК-излучателями), в частности, последовательно: b/h=1,8; 0,7; 1,0.
Для интенсификации процесса сушки дополнительно использована
продувка горячим воздухом, при этом учитывается, что чем быстрее высыхает паста, тем в меньшей степени в ней происходит окисление пористого свинца. С целью снижения окисления при сушке свинцовый порошок пасты предварительно ингибируют глицерином, канифолью, борной кислотой, крезолом или альфа-оксинатойной кислотой (см. Русин А. И., Основы технологии свинцовых аккумуляторов, Л., Энер-гоиздат, 1987, с.158-160).
Сухая паста, из пор которой влага удалена полностью, практически окислению не подвергается, несмотря на то, что доступ воздуха в глубину пасты через поры открыт.
Температуру конвективной составляющей энергоподвода регулируют электрокалориферами и системой вентиляции со скоростью подачи воздуха 1-2 м/мин для отвода выпаренной из пасты пластин влаги и поддержания заданной влажности в камере сушки не более 20%.
В описанном устройстве обеспечивается сушка активной массы наполнения решеток свинцового электрода до влажности в диапазоне 0/3-0,5%, прочность сцепления которых составляет 99,7%, обеспечивающая беспробойный электроконтакт.
Однако недостатком известного устройства является повышенная окисленность пористого свинца активной массы (10-20%) отрицательных пастированных электродов, которая обусловлена конвективным теплообменом при обдуве электродов горячим воздухом, что снижает основные служебные характеристики аккумуляторов по емкости и сроку службы.
Кроме того, устройство громоздко (длина каждой технологической зоны сушила составляет 5-10 м) и характеризуется большим потреблением энергии.
Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является усовершенствование туннельного конвейерного устройства сушки, компактного и производительного, для получения более
высоких служебных характеристик.обработанных отрицательных электродов в сухозаряженном исполнении.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для сушки отрицательных пастированных электродов, содержащем размещенные в теплозащитном кожухе туннельного типа инфракрасные излучатели, распределенные вдоль бесконечного цепного конвейера, несущего обрабатываемые пластины, и средство подачи воздуха, согласно изобретению, по центру кожуха закреплена продольная направляющая, на которой установлены тележки, сцепленные с перемычками конвейера посредством подпружиненных клиновых упоров и оснащенные, с обоих торцев крюками для подвешивания обрабатываемых пластин, каждая из которых симметрично расположена между отстоящими на расстоянии b вертикальными рядами инфракрасных излучателей, распределенных с шагом h и примыкающих к отражателям, а средство подачи воздуха выполнено в виде всасывающих вентиляторов, установленных вдоль кожуха сверху, под которыми снизу имеются жалюзи, снабженные шибером, при этом соотношение b:h (интенсивность облучения пластин) установлено равным 1,6, а также клиновой упор выполнен в виде пластинчатой пружины, консольно закрепленной на тележке и выступающей в ее окне, причем свободный конец пружины со стороны выступа имеет стопор.
Отличительные признаки позволили заметно уменьшить габариты двухканального сушила, сократить энергопотребление и повысить производительность работ. В предложенном устройстве обеспечено равновесное испарение влаги из объема пасты за время сушки при улучшении качества обработанных отрицательных пастированных электродов, в частности, окисленность их активной массы снижена до 3,5-4,5%, что увеличило емкость свинцово-кислотных аккумуляторов в сухозаряженном исполнении.
Автономность спутниковых тележек на позициях загрузки-выгрузки
пластин и автоматическое в движении кинематическое их замыкание посредством подпружиненного клинового упора обеспечили мобильность и удобство вспомогательных операций, которые осуществляются вне технологического конвейера.
Б предложенном устройстве минимизирован контакт пористого свинца пасты с порционно подаваемым по зонам сушки холодным воздухом, который используется лишь в качестве транспортирующего средства для равновесного отвода испаряемой влаги из объема пасты равнораспределенными вдоль сушила ИК-излучателями. Это обеспечивает постоянную влажность воздуха в камере сушки и, следовательно, неизменный термо-динамический режим. Прямая функциональная зависимость технологических параметров сушки ИК-облучением с физико-механическим характеристиками активной массы электродов позволяет создать промышленную технологию сушки в двухканальном устройстве с автоматической подачей обрабатываемых пластин параллельно общим конвейером.
Облучение пластин с обеих сторон распределенными ИК-излучателями обеспечивает равномерность тепловложения и в итоге - минимальный градиент физико-механических свойств в объеме пасты.
Размещение вертикальных рядов ИК-излучателей внутри отражателей, формирующих щелевые туннели, за счет вторичного отраженного облучения расположенных между ними осесимметрично обрабатываемых пластин увеличивает удельное тепловложение в высушиваемую пасту, что интенсифицирует процесс при экономном энерговложении.
Выполнение средства подачи воздуха в виде всасывающих вентиляторов, установленных вдоль кожуха сверху, под которыми снизу имеются жалюзи, снабженные шибером, позволило независимо, по технологическим зонам обеспечить автономный отвод испаряемой влаги при практически постоянной влажности воздуха в сушиле.
Оптимизированная интенсивность облучения пастированных
пластин с обеих сторон на всем протяжении сушила в узком диапазоне соотношения b:h=1,6 (1,55-1,65) гарантированно обеспечивает заданное качество готовых электродов: максимальную адгезию пасты с ячейками решетки пластин, отсутствие микротрещин в активной массе, влажность которой не превышает 0,5%, а окисленность пористого свинца снижена до 3,5-4,5%, которая длительно сохраняется, при относительно высокой скорости сушки. Удельные затраты энергии на сушку, сравнительно с прототипом, снижены вдвое.
При высокой интенсивности облучения пластин (b:h<1,55) не обеспечивается равновесное испарение влаги из объема пасты и на ее поверхности могут образовываться трещины, которые снижают несущую прочность электрода и срок его эксплуатации.
При уменьшении интенсивности облучения пластин ниже оптимизированного уровня, когда b:h>1,65, увеличивается продолжительность сушки и взаимодействия пористого свинца пасты с кислородом технологического воздуха, что повышает окисленность за необходимый уровень, снижая тем самым эксплуатационные характеристики отрицательных электродов и аккумулятора в целом. В предложенной конструкции устройства для сушки обеспечены постоянная интенсивность облучения с обеих сторон вертикально подвешенных пластин (b:h=1,6) и равновесное удаление из объема их пасты влаги (1,6-2,0%/мин) на всем протяжении сушила без принудительного конвективного теплообмена, что минимизировало затраты энергии на сушку при гарантированном получении влажности активной массы высушенного электрода не выше заданного уровня 0,5%.
Процесс сушки при равновесном испарении влаги из объема пасты пластин толщиной 2,5мм завершается за 10-12 минут при достижении новизны качества, нового технического эффекта - окисленность пористого свинца активной массы отрицательного электрода составляет 3,5-4,5%, что в 2-3 раза ниже, сравнительно с известным аналогом.
Выполнение клинового упора съемных тележек, несущих пластины, который предназначен для автоматического сцепления с перемычкой конвейера для перемещения вдоль сушила, в виде пластинчатой пружины является простейшим замковым механизмом одностороннего действия, обеспечивающим их кинематическое зацепление при ручной подаче тележки под конвейер и автоматическое пространственное разъединение на выходе из сушила.
Консольное крепление пластинчатой пружины при взаимодействии клиновым профилем с перемычкой конвейере, обеспечивает ее механическое отклонение в окно направляющей, а после подачи за перемычку - автоматический, под действием сил упругости, возврат в исходное положение, где выполнится функции упора, обеспечивая кинематическое единство с конвейером. Б рабочем положении упор фиксируется стопором, который опирается на направляющую снизу, ограничивая размещение пластинчатой пружины в окне направляющей в сомкнутом состоянии. Этот механизм конструктивно прост и функционально надежен.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, таким образом, поставленная в изобретении задача решена.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами, на которых схематично изображено:
на фиг.1 - устройство сушки, поперечный разрез;
на фиг.2 - то же, вид сбоку;
на фиг.3 - тележка цепного конвейера;
на фиг.4 - вид по стрелке А на фиг.3.
Устройство для сушки отрицательных электродов для свинцово-кислотных аккумуляторов, выполненных в виде пастированных решетчатых
пластин, представляет собой горизонтальное конвейерное сушило туннельного типа с двумя щелевыми технологическими каналами,
Пластины 1 с габаритами 375х982 мм и толщиной 2,5 мм для сушки размещаются на бесконечном цепном конвейере 2, который установлен в корпусе 3 над продольной направляющей 4 для двухпозиционных спутниковых тележек 5, несущих попарно симметрично подвешенные отформированные отрицательные пастированные пластины 1.
Вмазанная в решетку пластин 1 паста включает порошок пористого свинца; предварительно ингибированный водным раствором глицерина с плотностью 1,01-1,02 г/куб.см, что по определению снижает окисление активной массы электрода.
Тележки 5 устанавливаются с возможностью продольного перемещения на направляющей 4 (фиг.2, 4), опираясь на нее двумя парами роликов 6 (фиг.3, 4).
При этом тележки 5 кинематически замкнуты с цепным конвейером 2. выполненным из двух параллельных роликовых цепей, который связан через звездочку 7 (фиг.2) с приводом 8 ее вращения.
На тележках 5 закреплен выступающий вверх через окно 9 клиновой упор 10 (фиг.4), выполненный в виде пластинчатой пружины, свободный конец которой со стороны выступа имеет стопор 11.
Упор 10 тележки 5 примыкает к перемычке 12, закрепленной на роликах параллельных цепей конвейера 2 (фиг.3).
Пластины 1 ушками вертикально подвешивают на крюках 13, закрепленных с двух сторон автономно установленной тележки 5, размещенной на позиции сборки направляющей 4, вне зоны загрузки конвейера 2 (слева по чертежу фиг.2). Затем тележку 5 с пластинами 1 вручную подают под конвейер 2, до пространственного их совмещения.
При этом перемычкой 12 конвейера 2 клиновой упор 10 отклоняется в окно 9 тележки 5. После подачи тележки 5 за перемычку 12 конвейера 2 силами упругости пластинчатая пружина 11 возвращается
в исходное положение вверх до упора ее стопора 11 в направляющую 4, когда автоматически происходит геометрическое замыкание упора 10 с перемычкой 12, то есть опосредованно осуществляется кинематическая связь тележки 5 с конвейером 2.
Далее тележка 5 по направляющей 4 перемещается автоматически конвейером 2.
Каждая из попарно подвешенных на тележке 5 пластин 1 располагается между двумя вертикальными рядами инфракрасных излучателей 14 (фиг.1), удаленными друг от друга на расстояние. 143 мм.
ИК-излучатели 14 распределены в вертикальных рядах с шагом h=45 мм между ними, что обеспечивает постоянную интенсивность облучения пластин 1 (b:h=70 мм:45 мм=1,56) и равновесное (1,6-2,0% в минуту) удаление из объема пасты влаги без принудительного конвективного теплообмена, затрачивая на сушку 630-670 кДж/кг анергии.
Инфракрасные излучатели 14 представляют собой кварцевые лампы с функциональным покрытием, обеспечивающие ИК-излучение с длиной волны 2,5 мкм, соответствующее амплитуде резонансного колебания молекулы воды, что интенсифицирует испарение влаги из объема пасты практически без потерь тепла на нагрев свинцового порошка.
Два вертикальных ряда ИК-излучателей 14 помещены внутри отражателей 15, которые попарно образуют щелевой туннель и снаружи закрыты общим теплозащитным кожухом 16, смонтированным на раме 17 с регулируемыми опорами 18.
Таким образом каждая поверхность пластин 1 удалена от ряда ИК-излучателей 14 на расстояние b=70 мм, при этом интенсивность облучения, соответствующая оптимизированному значению, постоянна на всей протяженности щелевого технологического туннеля сушила и одинакова с обеих сторон пластин 1.
Облучение пластин 1 с обеих сторон равнораспределенными ИК-
излучателями обеспечивает равномерность тепловложения и, в итоге, - минимальный градиент физико-механических свойств в объеме пасты высушенных электродов.
При более высокой интенсивности облучения (b/h<1,55) не обеспечивается равновесное испарения влаги из объема пасты и на ее поверхности могут образовываться трещины, которые снижают несущую прочность электрода и срок его эксплуатации.
При уменьшении интенсивности облучения ниже оптимизированного уровня, когда b/h больше 1,65; увеличивается продолжительность сушки и взаимодействия пористого свинца пасты с кислородом технологического воздуха, что повышает его окисленность более необходимого уровня, снижая тем самым эксплуатационные характеристики отрицательных электродов и аккумулятора в целом.
Сушка пастированных пластин 1 происходит одновременно с обеих сторон прямым от излучателей 14 и вторичным от отражателей 15 потоками ИК-иэлучения.
На корпусе 3 смонтированы всасывающие вентиляторы 19 независимой подачи воздуха по технологическим зонам сушила, забираемого из цеха через щелевые жалюзи в нижней части кожуха 16 (условно не показаны). Распределение вентиляторов 19 вдоль сушила определяется условием интенсивного отвода выпаренной из пасты пластин влаги, чтобы влажность воздуха внутри кожуха 16 не превышала 20%.
Вентиляторы 19 обеспечивают принудительную подачу в кожухе 16 вдоль пластин 1 с обеих сторон холодного воздуха со скоростью 1-2 м/с, который служит для транспортировки испаряемой из пасты влаги.
На выходе из сушила перемычка 12 цепного конвейера 2, огибая звездочку 7 пространственно выходит из зацепления с клиновым упором 10, освобождая тележку 5 с высушенными пластинами 1. Затем тележку 5 вручную подают по направляющей 4 на позицию выгрузки за
конвейер 2 (справа по чертежу фиг.2), где обработанные, пластины 1 снимаются и складируются. Освобожденную тележку 5 переносят и устанавливают на направляющую 4 с противной стороны, в исходное положение под, загрузку.
Далее цикл работы повторяется.
Технологические режимы процесса сушки конкретных пластинчатых -электродов рассчитываются по математической модели планирования эксперимента, являющегося функцией нескольких переменных параметров, оптимальное сочетание которых обеспечивает достижение требуемого технического результата.
Указанный типоразмер информированных отрицательных пастиро-ванных электродов пластинчатой формы сушат в устройстве с щелевыми туннельными каналами протяженностью 5720 мм, в которых осуществляется непрерывная подача конвейера 2 со скоростью 0,57 м/мин.
Температура сушки ИК-излучением с длиной водны 2,5 мкм оптимизирована в диапазоне 60-80°С для испарения влаги из объема пасты пластин 1 с минимальными потерями тепла на нагрев свинца.
Скоростью движения конвейера 2 регулируется время равновесной сушки, обеспечивая достижение нового технического результата -окисленности активной массы отрицательных электродов в диапазоне 3,5-4,5%, которая сохраняется неизменной в течение, как минимум, месяца при хранении на воздухе, что позволяет промышленно использовоть изобретение.
Активная масса отрицательных электродов, которую высушивают в течение 10-12 минут, характеризуется отличными физическими показателями и служебными характеристиками, стабильными при длительном хранении на воздухе.
При времени сушки менее 10 минут влажность активной массы электрода превышает заданный уровень 0,5%, а более 12 минут -из-за увеличения контакта с продуваемым воздухом окисленность пористого
свинца активной массы превышает требуемый уровень 4,5%.
Новым техническим эффектом изобретения является увеличение срока службы высушенных в устройстве отрицательных электродов, окисленность активной массы которых составляет 3,5-4,5%.
Предложенное компактное устройство ИК-сушки на 30% менее потребляет энергии, технологично и обеспечивает стабильность контролируемых параметров обработанных отрицательных электродов в сухозаряженном исполнении.
Высушенные по изобретению пассированные отрицательные электроды после заливки серной кислоты в сухо заряженном аккумуляторе обеспечивают без первого заряда 86-92% емкости, что мобильно и удобно в эксплуатации.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по аккумуляторной технике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного использования для серийного изготовления электродов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.