ПОДНАСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЯ С БЛОЧНОЙ НАСАДКОЙ (ВАРИАНТЫ), ВЫРАВНИВАЮЩАЯ ПЛИТКА (ВАРИАНТЫ) И ОПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
EXTENSION ADAPTER FOR AIR HEATER WITH MODULAR EXTENSION (VERSIONS), LEVELLING PLATE (VERSIONS) AND SUPPORT ELEMENT FOR SAID ADAPTER

Группа изобретений относится к черной и цветной металлургии, к конструктивным элементам воздухонагревателей доменных печей, в частности, регенеративных нагревателей, в которых насадка формируется из упорядоченно расположенных элементов определенной формы, имеющих сквозные каналы для прохода газов. Изобретения могут быть применены также в других областях техники, где используются процессы теплообмена между протекающими через насадку нагревающими и нагреваемыми газами, например, при тепловой обработке металлов в пламенных печах прямого и косвенного нагрева, в котельных установках тепловых электростанций и промышленных предприятий.
Известно поднасадочное устройство воздухонагревателя доменной печи (авторское свидетельство СССР 810827), которое содержит металлические колонны (поддерживающие конструкции) и металлические решетки, расположенные на колоннах друг над другом в два ряда (слоя). Каждый слой состоит из отдельных изделий (элементов). Металлические решетки расположенного на колоннах нижнего слоя являются опорными элементами поднасадочного устройства, каждый элемент этого слоя является обычно крупногабаритной чугунной отливкой. На опорных элементах размещены металлические решетки верхнего слоя, являющиеся выравнивающими элементами (выравнивающими плитками) поднасадочного устройства, изготавливаемыми обычно из чугуна. Выравнивающие плитки имеют меньшие размеры, чем опорные элементы. В свою очередь, на выравнивающих плитках поднасадочного устройства располагаются керамические элементы (блоки) насадки воздухонагревателя. Вертикальные сквозные цилиндрические отверстия для прохода газов в обоих слоях поднасадочного устройства и в слое элементов насадки совпадают по расположению и имеют одинаковые диаметры.
Существует тенденция к уменьшению поперечного сечения сквозных отверстий элементов насадки, в частности, диаметров цилиндрических сквозных отверстий насадки и уменьшению толщины стенок между этими отверстиями, так как при тесном размещении и уменьшенных площадях поперечного сечения этих отверстий увеличивается эффективность теплопередачи в элементах насадки, уменьшается общая масса керамической насадки воздухонагревателя. В рассматриваемом аналоге это ведет к соответствующему уменьшению поперечных сечений сквозных отверстий и толщины стенок между ними в металлических выравнивающих плитках и опорных элементах поднасадочного устройства, что усложняет изготовление (отливку из чугуна) этих элементов, снижает качество и увеличивает брак, особенно для крупногабаритных опорных элементов нижнего слоя поднасадочного устройства. Следствием этого является повышенная стоимость изготовления поднасадочного устройства. Значимость указанных недостатков растет с увеличением габаритов элементов обоих слоев поднасадочного устройства и с реализацией вышеупомянутой тенденции к уменьшению поперечных сечений сквозных отверстий элементов насадки и толщины стенок между отверстиями.
Кроме того, недостатком рассматриваемого поднасадочного устройства является невозможность применения выравнивающих плиток и опорных элементов поднасадочного устройства, имеющих конкретные размеры поперечного сечения, например, диаметр сквозных вертикальных отверстий, с элементами верхнего слоя решеток и, соответственно, с элементами насадки воздухонагревателя, имеющими разные размеры (диаметры) вертикальных сквозных отверстий. Невозможны унификация и снижение стоимости элементов обоих слоев поднасадочного устройства за счет увеличения использования однотипных изделий.
Недостатком является также повышенная возможность забивания имеющих уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий металлических выравнивающих плиток и опорных элементов обломками и пылью от керамических элементов насадки, что снижает коэффициент полезного действия насадки воздухонагревателя и уменьшает его межремонтный период.
Известно поднасадочное устройство воздухонагревателя доменной печи (авторское свидетельство СССР 1770371), содержащее металлические колонны, опорные поднасадочные решетки (опорные элементы) со сквозными вертикальными цилиндрическими ячейками (отверстиями), поверх которых установлена промежуточная решетка из жаропрочных металлических элементов (выравнивающих плиток), также имеющих сквозные вертикальные цилиндрические отверстия. Выравнивающие плитки выполнены в нижней части с трапециевидными выступами, контактирующими с верхней поверхностью опорных элементов. Высота трапециевидных выступов составляет от одного до трех диаметров сквозного отверстия выравнивающей плитки. Отношение площади сечения вертикального сквозного отверстия выравнивающей плитки к площади сечения вертикального сквозного отверстия опорного элемента поднасадочного устройства находится в пределах от 1:12 до 1:15.
В сравнении с предыдущим аналогом в рассматриваемом поднасадочном устройстве обеспечена возможность использования опорных элементов с увеличенным диаметром вертикальных цилиндрических сквозных отверстий, что ведет к соответствующему снижению сложности изготовления таких элементов, уменьшению брака и потерь металла в отбракованных изделиях, увеличению возможности унификации опорных элементов, уменьшению возможности забивания сквозных отверстий в этих элементах пылью и обломками элементов насадки.
Недостатком рассматриваемого аналога является увеличенная конструктивная сложность выравнивающих плиток за счет наличия у них выступающих трапециевидных выступов, контактирующих с верхней поверхностью опорных элементов. Высота указанных выступов, составляющая один-три диаметра сквозного отверстия выравнивающей плитки, вызывает увеличение общей высоты промежуточной плитки и поднасадочного устройства в целом, обусловливает повышенную металлоемкость выравнивающих плиток, рост сложности изготовления и повышение себестоимости этих изделий. За счет этого увеличена и стоимость изготовления поднасадочного устройства.
Уменьшенная площадь соприкосновения между трапециевидными выступами выравнивающих плиток и опорными элементами увеличивает величину удельного давления массы насадки на соприкасающиеся поверхности указанных плиток и элементов. Это увеличивает вероятность разрушения указанных поверхностей, появления сколов металла, уменьшает межремонтный период.
Кроме того, имеют место завихрения потока газов вокруг трапециевидных выступов выравнивающих плиток, вызывающие увеличенное сопротивление потоку газов в воздухонагревателе. Вместе с повышенной возможностью забивания имеющих уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий выравнивающих плиток обломками и пылью от керамических элементов насадки это снижает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и уменьшает его межремонтный период.
Наиболее близким к первому предложенному варианту поднасадочного устройства является поднасадочное устройство для блочной насадки воздухонагревателя доменной печи (заявка на изобретение РФ 97116819), содержащее пустотелые опорные колонны, поддерживающие слой опорных поднасадочных решеток (опорных элементов) с размещенным на них слоем выравнивающих плиток, обычно выполненных по форме элементов насадки. На выравнивающих плитках при использовании поднасадочного устройства располагается слой элементов насадки. Сквозные отверстия опорных элементов выполнены с расширением кверху, с выходом каждого отверстия каждого опорного элемента на несколько вертикальных цилиндрических сквозных отверстий выравнивающих плиток, причем площадь поперечного сечения верхнего окна отверстия опорного элемента равна или превышает сумму площадей поперечного сечения отверстий выравнивающих плиток, на которые выходит отверстие опорного элемента. При этом каждое сквозное отверстие в опорных элементах выполнено в виде совокупности двух частей, расположенных вдоль вертикальной оси указанного отверстия. В верхней части отверстие выполнено расширяющимся кверху. Нижняя часть отверстия имеет цилиндрическую форму, диаметр которой равен минимальному диаметру сужающейся вниз части отверстия.
Наличие в опорных элементах прототипа поднасадочного устройства сквозных отверстий, выполненных в виде двух частей, верхняя из которых расширяется кверху, а нижняя имеет цилиндрическую форму уменьшенного диаметра, обусловливает повышенную сложность изготовления и повышенную металлоемкость каждого такого опорного элемента.
Недостатком прототипа является невозможность применения выравнивающих плиток, имеющих конкретные размеры поперечного сечения, с элементами насадки воздухонагревателя, имеющими разные размеры (диаметры) вертикальных сквозных отверстий. Невозможны унификация и снижение стоимости выравнивающих элементов за счет увеличения использования однотипных изделий.
Кроме того, уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий и толщины стенок между ними в выравнивающих плитках поднасадочного устройства усложняет изготовление (отливку из чугуна) этих элементов, снижает качество и увеличивает брак. Следствием этого является повышенная стоимость изготовления выравнивающих плиток и поднасадочного устройства. Значимость указанного недостатка растет с реализацией вышеупомянутой тенденции к уменьшению поперечных сечений сквозных отверстий элементов насадки и толщины стенок между отверстиями.
Недостатком прототипа, возникающим при его использовании, является повышенная возможность забивания имеющих уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий выравнивающих плиток и цилиндрических частей уменьшенного диаметра в отверстиях опорных элементов обломками и пылью от керамических элементов насадки, что снижает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и уменьшает его межремонтный период.
Задачей при создании первого варианта поднасадочного устройства для воздухонагревателя с блочной насадкой является снижение металлоемкости выравнивающих плиток и опорных элементов, уменьшение сложности изготовления опорных элементов и выравнивающих плиток, снижение стоимости изготовления поднасадочного устройства. Значимость решения этой задачи растет с увеличением габаритов плиток и опорных элементов. Другой задачей является повышение уровня унификации выравнивающих плиток и повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя, увеличение межремонтного периода.
Для решения поставленных задач поднасадочное устройство для воздухонагревателя с блочной насадкой, включающее горизонтальный слой, составленный из элементов в виде выравнивающих плиток, размещенных на горизонтальном слое элементов в виде опорных решеток, элементы каждого из указанных слоев имеют сквозные отверстия между параллельными друг другу горизонтальными поверхностями этих элементов, в одном из слоев сквозные отверстия элементов выполнены расширяющимися кверху, отличается тем, что расширяющиеся кверху сквозные отверстия выполнены в элементах слоя выравнивающих плиток, а сквозные отверстия в элементах в виде опорных решеток выполнены с вертикальными стенками по всей длине отверстия или эти же сквозные отверстия выполнены расширяющимися вниз по всей длине отверстия, причем площадь поперечного сечения верхнего окна каждого сквозного отверстия в опорных элементах равна или больше площади нижнего поперечного сечения соответствующего сквозного отверстия выравнивающей плитки.
Одним техническим результатом первого варианта поднасадочного устройства для воздухонагревателя с блочной насадкой является снижение металлоемкости и уменьшение сложности изготовления выравнивающих плиток и опорных элементов. Эффект от этого результата увеличивается с ростом габаритов плиток и опорных элементов.
Другой технический результат заключается в повышении возможности унификации выравнивающих плиток, в устранении возможности забивания имеющих сквозных отверстий выравнивающих плиток обломками и пылью от керамических элементов насадки, повышении коэффициента полезного действия воздухонагревателя и увеличении его межремонтного периода.
Указанные результаты в предложенном поднасадочном устройстве по первому варианту обеспечиваются благодаря тому, что расширяющиеся кверху сквозные отверстия выполнены в выравнивающих плитках, а сквозные отверстия в опорных элементах выполнены или с вертикальными стенками или выполнены расширяющимися вниз по всей длине каждого отверстия, причем площадь поперечного сечения верхнего окна каждого из отверстий в опорных элементах равна или больше площади нижнего поперечного сечения расширяющегося отверстия выравнивающей плитки. При использовании поднасадочного устройства каждое расширяющееся вверх сквозное отверстие выравнивающей плитки соединяет несколько сквозных отверстий элемента насадки с одним сквозным отверстием опорного элемента. При этом нескольким сквозным отверстиям с относительно небольшими поперечными сечениями, расположенным в элементах насадки, соответствует одно сквозное отверстие в выравнивающей плитке и одно сквозное отверстие в опорном элементе, поперечные сечения каждого из которых в несколько раз больше поперечного сечения каждого упомянутого сквозного отверстия в элементах насадки. Это обеспечивает снижение металлоемкости и упрощение изготовления выравнивающих плиток и опорных элементов.
Выполнение в выравнивающих плитках сквозных отверстий расширяющимися кверху, соответствующее увеличение поперечных сечений этих отверстий в сравнении с поперечными сечениями таких отверстий в прототипе (и элементах насадки) увеличивает уровень унификации выравнивающих плиток, устраняет возможность забивания сквозных отверстий выравнивающих плиток обломками и пылью от керамических элементов насадки, что повышает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и увеличивает его межремонтный период. Увеличение поперечного сечения сквозных отверстий в опорных элементах по всей длине отверстия (имеющего вертикальные стенки или расширяющегося вниз) уменьшает сопротивление проходящим газам и также повышает коэффициент полезного действия воздухонагревателя.
Совпадение площади нижнего поперечного сечения каждого сквозного отверстия в выравнивающих плитках с площадью верхнего поперечного сечения соответствующего сквозного отверстия в опорных элементах и, соответственно, увеличенная в сравнении с прототипом площадь соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей плиток и опорных элементов обеспечивают снижение удельного давления массы насадки на эти поверхности, уменьшение степени разрушения указанных поверхностей и соответствующее увеличение межремонтного периода.
В результате использования указанных расширяющихся поперечных сечений сквозных отверстий в выравнивающих плитках при обеспечении увеличенных поперечных сечений по всей длине отверстий в опорных элементах обеспечивается системный эффект, заключающийся в вышеуказанном улучшении характеристик воздухонагревателя, обеспечиваемом в процессе его проектирования, изготовления и эксплуатации.
Наиболее близким ко второму предложенному варианту поднасадочного устройства является уже описанное выше поднасадочное устройство для блочной насадки воздухонагревателя доменной печи по заявке на изобретение РФ 97116819.
Недостатком прототипа в этом случае являются повышенные металлоемкость и сложность изготовления каждого опорного элемента со сквозными отверстиями, выполненными в виде двух частей, верхняя из которых расширяется кверху, а нижняя имеет цилиндрическую форму уменьшенного диаметра.
Недостатком прототипа при его использовании является также повышенная возможность забивания цилиндрических частей уменьшенного диаметра в сквозных отверстиях опорных элементов обломками и пылью от керамических элементов насадки, что снижает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и уменьшает его межремонтный период.
Задачей при создании второго варианта поднасадочного устройства для воздухонагревателя с блочной насадкой является снижение металлоемкости, уменьшение сложности изготовления опорных элементов, снижение стоимости изготовления поднасадочного устройства, повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя, увеличение межремонтного периода. Значимость решения этой задачи растет с увеличением габаритов опорных элементов.
Для решения указанной задачи поднасадочное устройство для воздухонагревателя с блочной насадкой, включающее горизонтальный слой, составленный из элементов в виде выравнивающих плиток, размещенных на горизонтальном слое элементов в виде опорных решеток, каждый элемент указанных слоев имеет сквозные отверстия между параллельными друг другу горизонтальными поверхностями элемента, отличается тем, что каждое из сквозных отверстий каждой из выравнивающих плиток выполнено в виде N расходящихся кверху каналов, верхний выход каждого из которых образует одно верхнее окно выравнивающей плитки, нижние выходы указанных N каналов объединены в одно нижнее окно выравнивающей плитки, а сквозные отверстия в элементах в виде опорных решеток выполнены с вертикальными стенками по всей длине отверстия или эти же сквозные отверстия выполнены расширяющимися вниз по всей длине отверстия, причем площадь поперечного сечения верхнего окна каждого из сквозных отверстий опорных элементов равна или больше площади вышеупомянутого нижнего окна выравнивающей плитки.
Техническим результатом второго варианта поднасадочного устройства для воздухонагревателя с блочной насадкой является снижение металлоемкости опорных элементов, уменьшение сложности изготовления этих элементов, а при использовании - повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя, увеличение межремонтного периода. Эффект от этого результата увеличивается с ростом габаритов опорных элементов.
Этот технический результат в предложенном поднасадочном устройстве по второму варианту обеспечивается благодаря тому, что, в частности, сквозные отверстия между верхними и нижними поверхностями элементов одного из двух слоев элементов поднасадочного устройства выполнены в элементах слоя выравнивающих плиток в виде N каналов. То есть во втором варианте поднасадочного устройства каждое сквозное отверстие в выравнивающих плитках представляет собой набор расходящихся кверху N каналов, имеющих окна с верхней стороны плитки, соединяющихся в один канал, имеющий окно с нижней стороны плитки. Это позволяет сквозные отверстия в опорных элементах выполнить с вертикальными стенками по всей длине отверстия, то-есть перпендикулярными верхней и нижней поверхностям опорного элемента, или выполнить указанные отверстия расширяющимися вниз по всей длине каждого отверстия.
Такая конструкция обеспечивает упрощение изготовления опорных элементов, снижает стоимость изготовления, повышает коэффициент полезного действия воздухонагревателя.
Совпадение площади нижнего поперечного сечения каждого сквозного отверстия в выравнивающих плитках с площадью верхнего поперечного сечения соответствующего сквозного отверстия в опорных элементах и, соответственно, увеличенная в сравнении с прототипом площадь соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей плиток и опорных элементов обеспечивают снижение удельного давления массы насадки на эти поверхности, уменьшение степени разрушения указанных поверхностей и соответствующее увеличение межремонтного периода.
При использовании поднасадочного устройства по второму варианту возникает преимущество в сравнении с устройством по первому варианту, заключающееся в увеличенной площади соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей выравнивающей плитки и расположенного на ней элемента насадки воздухонагревателя. Это уменьшает возможность разрушения поверхности элемента насадки и также увеличивает межремонтный период.
Выполнение во втором варианте поднасадочного устройства каждого сквозного отверстия выравнивающих плиток не в виде расширяющихся кверху отверстия, как в первом варианте, а в виде набора расходящихся кверху N каналов является альтернативным конструктивным исполнением, расширяющим способы достижения технического результата группы изобретений.
Наиболее близкой к первому предложенному варианту выравнивающей плитки является выравнивающая плитка для воздухонагревателя доменной печи с блочной насадкой (заявка на изобретение РФ 97116819), имеющая сквозные цилиндрические отверстия между своими параллельными друг другу поверхностями. Выравнивающие плитки при их использовании размещаются между опорными элементами поднасадочного устройства и элементами насадки воздухонагревателя, осуществляя необходимую связь между предназначенными для прохода газов сквозными отверстиями в элементах насадки и сквозными отверстиями в опорных элементах поднасадочного устройства. При размещении на одной выравнивающей плитке одного элемента насадки воздухонагревателя плитка обычно имеет форму этого элемента насадки. Если на одной плитке размещается несколько элементов насадки, она имеет соответствующую форму.
При использовании выравнивающей плитки по прототипу вертикальные сквозные отверстия, их размещение, форма и размеры поперечных сечений по необходимости одинаковы с размещением, формой и размерами сквозных отверстий в размещаемых на плитках элементах насадки. То есть при существующей тенденции сквозные отверстия выравнивающих плиток имеют уменьшенные поперечные сечения сквозных отверстий и толщины стенок между ними, что усложняет изготовление плиток, снижает качество и увеличивает брак, повышает стоимость изготовления выравнивающих плиток и поднасадочного устройства, в котором они используются.
Недостатком прототипа является также невозможность применения выравнивающих плиток, имеющих конкретные размеры (диаметры) поперечного сечения, с элементами насадки воздухонагревателя, имеющими разные размеры (диаметры) вертикальных сквозных отверстий. Невозможны унификация и снижение стоимости выравнивающих элементов за счет увеличения использования однотипных изделий.
Кроме того, недостатком прототипа при его использовании является повышенная возможность забивания имеющих уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий выравнивающих плиток обломками и пылью от керамических элементов насадки, что снижает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и уменьшает межремонтный период.
При использовании выравнивающей плитки по прототипу уменьшенная площадь соприкосновения между поверхностями выравнивающих плиток и опорных элементов увеличивает величину удельного давления массы насадки на соприкасающиеся поверхности указанных плиток и элементов. Это увеличивает вероятность разрушения упомянутых поверхностей, появления сколов металла, дополнительно уменьшает межремонтный период.
Задачей первого варианта выравнивающей плитки для поднасадочного устройства воздухонагревателя с блочной насадкой является создание выравнивающей плитки, обеспечивающей упрощение ее изготовления, повышение уровня ее унификации и снижение стоимости, а также - устранение возможности забивания имеющих уменьшенное поперечное сечение сквозных отверстий выравнивающих плиток обломками и пылью от керамических элементов насадки, повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя и увеличение его межремонтного периода.
Для решения поставленной задачи выравнивающая плитка для поднасадочного устройства воздухонагревателя с блочной насадкой, имеющая сквозные отверстия между своими параллельными друг другу поверхностями, отличается тем, что каждое из указанных сквозных отверстий выполнено расширяющимся в сторону одной из упомянутых параллельных поверхностей.
Выполнение в выравнивающей плитке по первому варианту сквозных отверстий расширяющимися обеспечивает упрощение изготовления плитки, повышение уровня ее унификации и снижение стоимости. При использовании плитки устраняется возможность забивания имеющих увеличенное поперечное сечение сквозных отверстий обломками и пылью от керамических элементов насадки, повышается коэффициент полезного действия воздухонагревателя и увеличивается его межремонтный период.
При использовании выравнивающей плитки по первому варианту каждое сквозное отверстие плитки обращено своим расширенным окном в сторону элементов насадки воздухонагревателя и сообщается с несколькими сквозными отверстиями насадки. Другое окно сквозного отверстия плитки обращено к опорным элементам воздухонагревателя. Создана выравнивающая плитка с указанными расширяющимися сквозными отверстиями, обеспечивающая при ее использовании применение опорных элементов не только с увеличенными поперечными сечениями сквозных отверстий, но с такими отверстиями, стенки которых, в частности, перпендикулярны к нижней и верхней поверхностям опорного элемента или могут быть выполнены расширяющимися по всей длине отверстия. Такие опорные элементы наиболее просты в изготовлении.
Совпадение площади нижнего поперечного сечения каждого сквозного отверстия в выравнивающих плитках с площадью верхнего поперечного сечения соответствующего сквозного отверстия в опорных элементах при использовании плитки по первому варианту и, соответственно, увеличенная в сравнении с прототипом площадь соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей плиток и опорных элементов обеспечивают снижение удельного давления массы насадки на эти поверхности, уменьшение степени разрушения указанных поверхностей и соответствующее увеличение межремонтного периода.
Все указанное дает системный эффект, заключающийся в том, что использование предложенной выравнивающей плитки улучшает характеристики воздухонагревателя, обеспечиваемые в процессе его проектирования, изготовления и эксплуатации.
Наиболее близкой ко второму предложенному варианту выравнивающей плитки является описанная выше выравнивающая плитка для воздухонагревателя доменной печи с блочной насадкой по заявке на изобретение РФ 97116819.
При использовании выравнивающей плитки по прототипу имеет место уменьшенная площадь соприкосновения между выравнивающими плитками и опорными элементами, что увеличивает величину удельного давления массы насадки на соприкасающиеся поверхности указанных плиток и элементов. Это увеличивает вероятность разрушения указанных поверхностей, появления сколов металла, дополнительно уменьшает межремонтный период.
Задачей второго варианта выравнивающей плитки является создание плитки с альтернативным конструктивным исполнением, расширяющим способы достижения технического результата группы изобретений.
Для решения поставленной задачи выравнивающая плитка для поднасадочного устройства воздухонагревателя с блочной насадкой, имеющая сквозные отверстия между своими параллельными друг другу поверхностями, отличается тем, что каждое из указанных сквозных отверстий выполнено в виде N каналов, окна каждого из которых расположены на первой параллельной поверхности, указанные N каналы выполнены сходящимися друг к другу в сторону второй параллельной поверхности с образованием на ней общего для N каналов окна указанного сквозного отверстия, при этом для каждого указанного сквозного отверстия площадь поперечного сечения окна, расположенного на второй из параллельных поверхностей, равна или больше суммы площадей поперечных сечений окон N каналов, расположенных на первой из упомянутых параллельных поверхностей.
Технический результат от использования выравнивающей плитки по второму варианту обеспечивается благодаря вышеуказанным отличительным признакам, по которым каждое сквозное отверстие представляет собой набор сходящихся в сторону одной из параллельных поверхностей плитки N каналов, имеющих свои окна на одной из параллельных поверхностей плитки и соединяющихся в общее для N каналов окно на другой параллельной поверхности. При использовании выравнивающей плитки окна N каналов обращены к N сквозным отверстиям элементов насадки воздухонагревателя, а общее окно увеличенного поперечного сечения обращено к сквозному отверстию опорного элемента поднасадочного устройства. Это обеспечивает возможность применения в комплексе с предложенной выравнивающей плиткой опорных элементов с увеличенными поперечными сечениями сквозных отверстий, имеющих стенки, как перпендикулярные параллельным поверхностям этих элементов, так и расширяющиеся по всей длине отверстия. Такие опорные элементы просты в изготовлении, что снижает стоимость их изготовления.
Кроме того, при использовании предложенной плитки по второму варианту, как и по первому варианту, имеет место совпадение площади нижнего поперечного сечения каждого сквозного отверстия в выравнивающих плитках с площадью верхнего поперечного сечения соответствующего сквозного отверстия в опорных элементах и, соответственно, обеспечена увеличенная в сравнении с прототипом площадь соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей плиток и опорных элементов. Это снижает удельное давление массы насадки на эти поверхности, уменьшает степень разрушения указанных поверхностей и соответственно увеличивает межремонтный период.
Преимуществом, возникающим при использовании выравнивающей плитки по второму варианту, перед плиткой по первому варианту, является увеличенная площадь соприкосновения обращенных друг к другу поверхностей такой плитки и расположенного на ней элемента насадки воздухонагревателя. Это уменьшает возможность разрушения поверхности элемента насадки и увеличивает межремонтный период.
Выполнение во втором варианте выравнивающей плитки каждого сквозного отверстия не расширяющимся в сторону одной из параллельных поверхностей плитки, как в первом варианте, а в виде набора N каналов, сходящихся в одном направлении (расходящихся в противоположном направлении), является альтернативным конструктивным исполнением, расширяющим способы достижения технического результата группы изобретений.
Наиболее близким к предложенному опорному элементу является вышеописанный опорный элемент (поднасадочная решетка) для воздухонагревателя доменной печи с блочной насадкой (заявка на изобретение РФ 97116819), имеющий между своими параллельными друг другу поверхностями сквозные отверстия сложной формы, включающие цилиндрическую и коническую (расширяющуюся) части, расположенные вдоль оси каждого указанного отверстия (фиг.1 упомянутой заявки). Со стороны одной из параллельных поверхностей элемента часть каждого отверстия выполнена расширяющейся. С другой стороны отверстие имеет цилиндрическую часть, диаметр которой равен минимальному диаметру расширяющейся части отверстия.
Наличие в опорном элементе-прототипе сквозных отверстий, выполненных в виде двух частей, одна из которых расширяется, а другая имеет цилиндрическую форму уменьшенного диаметра, обусловливает повышенную сложность изготовления и повышенную металлоемкость каждого такого опорного элемента.
Недостатком прототипа при его использовании является повышенная возможность забивания цилиндрических частей уменьшенного диаметра в сквозных отверстиях опорных элементов обломками и пылью от керамических элементов насадки, что снижает коэффициент полезного действия воздухонагревателя и уменьшает его межремонтный период.
Задачей при создании опорного элемента поднасадочного устройства для воздухонагревателя с блочной насадкой является снижение металлоемкости, уменьшение сложности изготовления опорного элемента, снижение стоимости изготовления, а при использовании элемента - повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя, увеличение межремонтного периода. Значимость решения этой задачи растет с увеличением габаритов опорных элементов.
Для решения поставленной задачи опорный элемент для поднасадочного устройства воздухонагревателя с блочной насадкой, имеющий сквозные отверстия, расположенные между параллельными друг другу поверхностями опорного элемента, отличается тем, что одни сквозные отверстия выполнены расширяющимися по всей длине в сторону одной из упомянутых параллельных поверхностей, а другие сквозные отверстия выполнены с вертикальными стенками по всей длине каждого отверстия, причем площадь поперечного сечения каждого отверстия с вертикальными стенками равна минимальной площади поперечного сечения расширяющегося отверстия.
Указанное исполнение сквозных отверстий в опорном элементе обеспечивает увеличенные размеры поперечного сечения отверстий, за счет чего снижаются металлоемкость и сложность изготовления опорного элемента, уменьшается сопротивление проходящим газам, особенно при подаче их со стороны более широкого окна расширяющегося отверстия, повышается коэффициент полезного действия воздухонагревателя и увеличивается его межремонтный период.
Единство предложенной группы из пяти изобретений обусловлено тем, что три из них (выравнивающие плитки и опорный элемент) являются частями двух других изобретений (поднасадочных устройств), изобретения решают аналогичные задачи функционально одинаковыми средствами - выполнением в выравнивающих плитках каждого сквозного отверстия расширяющимся или в виде набора нескольких (N) расходящихся каналов, а в опорном элементе - расширяющимся по всей длине отверстия и обеспечивают достижение совпадающих технических результатов.
Группа изобретений поясняется чертежами
фиг.1 - разрез поднасадочного устройства (фрагмент) по первому варианту с расширяющимися кверху отверстиями в выравнивающих плитках;
фиг.2 - вид сверху (фрагмент) поднасадочного устройства с расширяющимися кверху отверстиями в выравнивающих плитках;
фиг.3 - разрез поднасадочного устройства (фрагмент) по второму варианту с отверстиями в выравнивающих плитках, каждое из которых включает три расходящихся канала;
фиг.4 - вид сверху (фрагмент) поднасадочного устройства с отверстиями в выравнивающих плитках, каждое из которых включает три расходящихся канала;
фиг.5 - вид в изометрии примера выполнения сквозного отверстия выравнивающей плитки, включающего три расходящихся канала, со стороны трех окон этих каналов;
фиг.6 - вид в изометрии примера выполнения сквозного отверстия выравнивающей плитки, включающего три расходящихся канала, со стороны одного окна этого отверстия.
Поднасадочное устройство по первому варианту, выравнивающая плитка и опорный элемент по первому варианту изображены на фиг.1 и 2. Поднасадочное устройство включает горизонтальный слой 1 опорных элементов 2 со сквозными цилиндрическими вертикальными отверстиями 3 (то есть имеющими вертикальные стенки). Поддерживающиее конструкции, например, колонны или балки, на которых размещаются опорные элементы 2, на чертежах не показаны. На опорных элементах 3 расположен горизонтальный слой 4 выравнивающих плиток 5 со сквозными отверстиями 6. На выравнивающих плитках 5 располагается горизонтальный слой 7 элементов насадки 8, имеющих сквозные цилиндрические вертикальные отверстия 9.
Сквозные отверстия 6 выравнивающих плиток 5 выполнены с расширением кверху (фиг.1). Нижнее цилиндрическое окно 10 каждого отверстия 6 сообщается с одним из цилиндрических сквозных отверстий 3 опорного элемента 2. Сквозные отверстия 3 в опорных элементах 2 выполнены цилиндрическими и имеют вертикальные стенки, причем площадь поперечного сечения верхнего окна каждого такого отверстия равна (фиг.1, 2) или больше (не показано) площади поперечного сечения нижнего окна 10 расширяющегося кверху сквозного отверстия 6 выравнивающей плитки 5.
Верхнее окно 11 каждого отверстия 6 выравнивающей плитки 5 (фиг.2) имеет треугольное сечение со скругленными углами и сообщается с тремя соседними цилиндрическими сквозными отверстиями 9 элементов насадки 8. Площадь поперечного сечения верхнего окна 11 каждого отверстия 6 выравнивающей плитки 5 больше суммы площадей поперечного сечения отверстий 9, принадлежащих элементу насадки 8, на которые выходит отверстие 6. Окно 11 и три соответствующих отверстия 9 совпадают по расположению. В элементах насадки 8 и в выравнивающих плитках 5 имеются замки 12 для фиксации этих элементов относительно друг друга.
Поднасадочное устройство и выравнивающая плитка по второму варианту представлены на фиг.3, 4, 5 и 6. Поднасадочное устройство включает горизонтальный слой 13 опорных элементов 14 со сквозными цилиндрическими вертикальными отверстиями 15. Поддерживающие конструкции на этих чертежах также не показаны. На опорных элементах 14 расположен горизонтальный слой 16 выравнивающих плиток 17 со сквозными отверстиями 18. На выравнивающих плитках 17, в свою очередь, располагается горизонтальный слой 19 элементов насадки 20, имеющих вертикальные сквозные цилиндрические отверстия 21. Каждое сквозное отверстие 18 выравнивающих плиток 17 выполнено в виде трех цилиндрических, соседствующих друг с другом расходящихся кверху (сходящихся вниз, наклонных) каналов 22, 23 и 24, то есть значение N равно трем (фиг.3÷6). В верхней плоскости выравнивающей плитки 17 каждый упомянутый канал имеет верхнее окно 25, которое сообщается с соответствующим сквозным отверстием 21 элементов насадки 20. В нижней плоскости выравнивающей плитки 17 три соседних канала 22÷24 образуют нижнее окно 26 каждого сквозного отверстия 18 в плитках 16. Площадь поперечного сечения нижнего окна 26 выравнивающей плитки равна или больше суммы площадей поперечных сечений окон 25 трех соседних каналов 22÷24, образующих окно 26. Указанное окно 26 сообщается с соответствующим сквозным отверстием 15 опорного элемента 14. Площадь поперечного сечения верхнего окна отверстия 15 элемента 14 равна (фиг.3 и 4) или больше (не показано) площади поперечного сечения окна 26 отверстия 18 плитки 17. Окно 26 и отверстие 15 совпадают по расположению. Кроме того, для каждого сквозного отверстия 18 площадь поперечного сечения нижнего окна 26, сообщающегося с тремя каналами этого отверстия, равна (фиг.3, 4) или больше (не показано) суммы площадей поперечных сечений окон указанных каналов. Замки 27 выполнены в элементах насадки 20 и в выравнивающих плитках 17.
На фигурах 1÷4 показано выполнение сквозных отверстий 3 (15) в опорных элементах 2 (14) цилиндрическими по всей длине отверстий (первый вариант опорного элемента). В других исполнениях опорного элемента все или некоторые из его сквозных отверстий являются расширяющимися по всей их длине (например, коническими), от верхней горизонтальной поверхности элемента до нижней параллельной ей поверхности (пунктир 30 на фиг.1, пунктир 31 на фиг.3). То есть при необходимости каждый опорный элемент 2 (14) может содержать только цилиндрические или только расширяющиеся по всей длине отверстия, а также может включать как цилиндрические, так и расширяющиеся отверстия (второй вариант опорного элемента, на чертежах не показано). Расположение в опорных элементах 2 (14) обоих указанных видов сквозных отверстий определяется конструктивными соображениями.
Каждый элемент насадки 8 (20) и каждая выравнивающая плитка 5 (17) выполнены в виде шестиугольной прямой правильной призмы. Опорный элемент 2 (14) представлен на чертежах в виде фрагмента. Средства взаимной фиксации выравнивающих плиток и опорных элементов на чертежах не показаны.
Необходимым условием достижения технического и экономического результатов предложенных изобретений является, наряду с другими техническими признаками изобретений, выполнение сквозных отверстий в выравнивающих плитках 4 (17) таким образом, чтобы при использовании предложенных выравнивающих плиток 5 (17) обеспечивалось сообщение между каждым сквозным отверстием 3 (15) в опорном элементе 2 (14) с несколькими (N) сквозными отверстиями 9 (21) в элементах насадки 8 (20) без увеличения сопротивления прохождению газов, что достигается при вышеуказанных соотношениях между площадями поперечных сечений сквозных отверстий элементов поднасадочного устройства. При этом в элементах всех трех слоев 1, 4 и 7 (13, 16 и 19) могут быть использованы сквозные отверстия, имеющие различную форму поперечного сечения (горизонтального или наклонного), например, окружность, эллипс, прямоугольник, формы, близкие к указанным, другие, более сложные формы сечений, в частности, в виде лепестков ромашки, крестообразные и так далее. При этом формы указанных сечений могут быть совпадающими во всех трех слоях элементов или различающимися в разных слоях. Расходящиеся кверху (сходящиеся вниз) каналы 22, 23, 24 и отверстия 18 в выравнивающих плитках 17 могут иметь колена 28, 29, 30 (фиг.3, 5, 6) или могут быть выполнены прямыми без колен (не показано). Расширяющиеся кверху отверстия 6 в выравнивающих плитках 5 и каналы 22÷24 в плитках 17 могут иметь наклонные стенки от верхней до нижней поверхности плитки (как показано на фиг.1), а также могут выполняться в виде, например, вертикального набора цилиндрических отверстий разного диаметра или набора чередующихся цилиндрических и конических отверстий, в том числе с плавными переходами между частями набора, а также могут быть выполнены в виде совокупности плавных переходов, то есть образующие стенок отверстий могут представлять собой ломаные или плавно изогнутые линии (не показано). Сквозные отверстия в опорных элементах 2 и 14, в том числе расширяющиеся отверстия 30 и 31 также могут иметь различную форму поперечного сечения. Стенки расширяющихся отверстий 30 и 31 могут быть выполнены в виде совокупности плавных переходов, то есть образующие стенок этих отверстий могут представлять собой плавно изогнутые линии (не показано). Углы наклона стенок сквозных отверстий и каналов по отношению к верхней и нижней поверхностям элементов металлических слоев 1, 4 и 7 (13, 16 и 19) поднасадочного устройства выбираются в зависимости от требуемых характеристик воздухонагревателя и поднасадочного устройства. Расширяющиеся сквозные отверстия 6 в выравнивающих плитках 5 могут иметь сообщение с разным числом N сквозных отверстий элементов насадки 8, например, с двумя или четырьмя и более. Форма поперечного сечения верхнего окна 11 каждого отверстия 6 выравнивающей плитки 5 (фиг.2) может быть выбрана из условия оптимизации (максимизации) площади верхней поверхности плитки 5, соприкасающейся с нижней поверхностью элемента насадки 8. В выравнивающих плитках 17 сквозные отверстия 18 могут иметь разное число N наклонных каналов 22 (23, 24), например, два, четыре и более. Соотношения равенства и превышения относительно друг друга размеров сквозных отверстий устанавливаются в обычных для данной отрасли пределах. Указанное обусловливается конструктивными особенностями конкретного воздухонагревателя и поднасадочного устройства, соотношением размеров отверстий и стенок между ними в элементах насадки и размеров выравнивающих плиток.
Все вертикальные сквозные отверстия и отверстия N наклонных каналов могут иметь технологические уклоны. Соответствующие друг другу элементы насадки 8 (20) и выравнивающие плитки 5 (17), а также опорные элементы 2 (14) могут быть разными по форме исполнения.
Поднасадочное устройство работает следующим образом. В одном цикле работы воздухонагревателя через сквозные отверстия 9 (21) элементов насадки 8 (20), далее, через сквозные отверстия 6 (18) выравнивающих плиток 5 (17) и, наконец, через сквозные отверстия 3 (15, 30, 31) опорных элементов 2 (14) пропускают нагретый до соответствующей температуры газ (продукты горения). Проходя через указанные отверстия, газ отдает тепло в основном элементам насадки 8 (20) и, в гораздо меньшей мере, выравнивающим плиткам 5 (17) и опорным элементам 2 (14). Последнее обусловлено увеличенными поперечными сечениями сквозных отверстий указанных элементов 5 и 2 (17 и 14) в сравнении с поперечными сечениями отверстий в элементах насадки 8 (20). В другом цикле работы воздухонагревателя через указанные сквозные отверстия пропускают нагреваемый газ (воздух), который отбирает тепло от всех элементов насадки и поднасадочного устройства. Взаимодействие проходящих газов с поверхностями упомянутых сквозных отверстий, выполненных в соответствии с предложенными изобретениями, обеспечивает повышение коэффициента полезного действия воздухонагревателя, увеличение межремонтного периода. Предложенное конструктивное исполнение сквозных отверстий в элементах поднасадочного устройства обусловливает уменьшенную металлоемкость, упрощение изготовления выравнивающих плиток, опорных элементов, повышение уровня унификации выравнивающих плиток.