ЗАЩИТНЫЙ ЧЕХОЛ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к; теплоэнергетике и, в частности, к производству термопреобразователей, защитного чехла термопреобразователя и предназначена для применения в металлургических, нагревательных печах (далее тепловых агрегатов) для непрерывного измерения температуры, внутренней среды теплового агрегата, при непосредственном воздействии на полезную модель температуры, газодинамического потока продуктов сгорания топлива, внутренней агрессивной среды.
Известен аналог термопреобразователь, включающий взаимосвязанные между собой смонтированные на корпусе функциональные узлы нагрева, термопары с рабочим спаем, защитной арматурой и узел калибрования (см Политехнический словарь, М., С.Э., 1989 г. с.528).
Известен также аналог термопреобразователь, включающий взаимосвязанные между собой смонтированные на корпусе функциональные узлы нагрева, термопары с рабочим спаем, защитной арматурой и узел калибрования (см. Политехнический словарь, М., С.Э., 1989 г. с.529.)
Недостатками известных аналогов является относительно низкая надежность работы термопреобразователя и долговечность, особенно при наличии агрессивных сред.
Известен прототип - защитный чехол термопреобразователя в описании к свидетельству на полезную модель №23334, 24.01.2002, МПК G01R 19/03, опуб. 10.06.2002, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные в оболочке функциональные узлы - термочувствительный узел с минеральной изоляцией, рабочим спаем и узел заделки выводных проводников, отличающийся тем, что термопреобразователь снабжен размещенным на оболочке защитным чехлом, который выполнен контактирующим своей внутренней поверхностью с внешней поверхностью оболочки термочувствительного узла, а длина защитного чехла выполнена равной или превышающей длину рабочей зоны термопреобразователя.
2. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен трубчатым.
3. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из стали.
4. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из нержавеющей стали.
5. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен слоистым.
6. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен слоистым из нержавеющей стали.
7. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из сплава нержавеющей стали.
8. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из цветных металлов.
9. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из легких цветных металлов.
10. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из тяжелых цветных металлов.
11. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из меди и ее сплавов.
12. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из никеля и его сплавов.
13. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из кобальта и его сплавов.
14. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из свинца и его сплавов.
15. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из олова и его сплавов.
16. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из тугоплавких цветных металлов.
17. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из вольфрама и его сплавов.
18. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из молибдена и его сплавов.
19. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из ниобия и его сплавов.
20. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из тантала и его сплавов.
21. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из циркония и его сплавов.
22. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из благородных цветных металлов.
23. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из рассеянных цветных металлов.
24. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из редкоземельных цветных металлов.
25. Термопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что защитный чехол выполнен из радиоактивных цветных металлов.
Недостатки: относительно низкая надежность работы и долговечность, при наличии механического воздействия и вибрации, прямого воздействия дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания топлива (не менее 40 м/с), агрессивной среды теплового агрегата. Выход из рабочего пространства теплового агрегата продуктов сгорания топлива из технологического отверстия, в месте установки термопреобразователя (тепловые потери).
Технический результат: повышение надежности работы и долговечности в условиях механического воздействия и вибрации, прямого воздействия дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания, агрессивной среды, герметизация технологического отверстия для установки термопреобразователя для исключение тепловых потерь через неплотности в футеровке. Указанный технический результат достигается за счет того, что защитный чехол термопреобразователя, размещенный на его оболочке, контактирующий своей внутренней поверхностью с внешней поверхностью оболочки термопреобразователя, контактирующий своей наружной поверхностью с внутренней средой теплового агрегата и футеровкой печи, выполненный рубчатым, отличающийся тем, что корпус защитного чехла термопреобразователя, выполненный в форме гильзы, из карбида кремния с добавлением аморфного карборунда, имеет огнеупорную вставку, выполненную трубчатой, из теплоизоляционного стекловолокнистого картона, изолирующую чехол от футеровки теплового агрегата и ободок для установки различных видов крепления термопреобразователей.
Известные аналоги не обеспечивают компенсацию воздействия вибрации передаваемой на чехлы и термопреобразователи от футеровки теплового агрегата;
- не обеспечивают компенсацию механического воздействия от температурного расширения футеровки (кладки) теплового агрегата;
- не обеспечивают герметизации технологического отверстия в месте установки термопреобразователя в футеровку;
- не обеспечивает достаточной защиты от прямого воздействия дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания топлива (не менее 40 м/с), агрессивной среды;
- защитный чехол является частью конструкции термопреобразователя, то есть технологически не унифицирован, этот недостаток влечет дополнительные расходы производителей термопреобразователей на разработку и внедрение собственных конструкций защитных чехлов.
Известные аналоги не предусматривают выполнение чехла из карбида кремния-SiSiC, что снижает возможность выбора материала защитного чехла для различных условий эксплуатации, не имеют огнеупорной вставки.
Повышение надежности работы заявляемой полезной модели обеспечивается за счет того, что защитный чехол выполнен в форме гильзы, из карбида кремния с добавлением аморфного карборунда (SiSiC), имеет, огнеупорную вставку, выполненную трубчатой, из теплоизоляционного стекловолокнистого картона, изолирующую чехол от футеровки теплового агрегата.
Повышение долговечности заявляемой полезной модели при наличии механического воздействия, вибрации, прямого воздействия газодинамического потока продуктов сгорания топлива и агрессивных сред, обеспечивается за счет того, что защитный чехол выполнен в форме гильзы, из карбида кремния, с добавлением аморфного карборунда, имеет огнеупорную вставку, выполненную трубчатой, из теплоизоляционного стекловолокнистого картона, изолирующую чехол от футеровки теплового агрегата.
-1
-1
3
Карбид кремния с добавлением аморфного карборунда, имеет особые физико-механические свойства: карбид кремния, с добавлением аморфного карборунда не подвержен деформации от воздействия температуры (до 1350°С) и прямого воздействия газодинамического потока продуктов сгорания топлива и агрессивных сред, сохраняет форму и физико-механические свойства в течении длительного времени, не вступает в реакцию с окислителями, что позволяет применять полезную модель в нагревательных печах любого типа среды, в том числе восстановительной. Карбид кремния, с добавлением аморфного карборунда не выделяет испарения, в том числе свободного кремния. Карбид кремния, с добавлением аморфного карборунда химически нейтрален по отношению к конструкционным материалам термопреобразователя электрического платины и платинородиевых материалов, керамики, сталей и сплавов. Высокая теплопередача карбида кремния 35 WmK при температуре 1200°С позволяет эффективно, с высокой точностью и большой скоростью реагирования на изменения температуры, получать термо-ЭДС в спае (рабочем теле) термопреобразователя. Плотность материала - карбида кремния, с добавлением аморфного карборунда составляет 3 гр/см, тем самым обеспечивает заявляемой полезной модели небольшой вес, удобство в обращении и транспортировки. Ободок чехла из карбида кремния, с добавлением аморфного карборунда обеспечивает герметичную установку термопреобразователя.
Прессованный волокнистый муллитокремнеземистый картон, из которого изготовлена огнеупорная вставка, имеет высокую огнеупорность (1150°С, а при добавления в материал циркония до 1260°С), устойчив к воздействию различных окислителей и благодаря волокнистой структуре - эффективно компенсирует воздействие вибрации, передаваемой от кладки теплового агрегата. Герметизация технологического отверстия для установки термопреобразователя в футеровке теплового агрегата обеспечивается за счет того, что при изготовлении огнеупорной вставки размер ее, наружного диаметра подбирается равным или на 1-2 мм меньшим, по отношению к внутреннему диаметру технологического отверстия для установки чехла из карбида кремния в футеровку теплового агрегата. За счет пластичности материала, эффективно уплотняется технологическое отверстие для установки чехла в тепловой агрегат, что сокращает тепловые потери с продуктами сгорания, выдавливаемыми через неплотности в футеровки теплового агрегата
Форма и размеры заявляемой полезной модели, исполнение чехла из карбида кремния с добавлением аморфного карборунда в форме гильзы с закрытым отверстием рабочей части чехла, позволяют использовать полезную модель с термопреобразователями электрическими платиновыми - платино-родиевыми (ТПП (S)), длинной 1000 мм и 1250 мм, с наружным диаметром рабочей части конструкции до 20 мм.
Закрытое торцевое отверстие рабочей части чехла из карбида кремния обеспечивает изоляцию конструктивных элементов термопреобразователей от продуктов сгорания теплового агрегата, различных испарений от нагреваемого материала (в частности, углерод, сажа), испарения тяжелых металлов и их окислов от нагреваемых в тепловом агрегате материалов.
Исполнение торцевой части чехла из карбида кремния с увеличением наружного и внутреннего диаметра, наличием ободка, делает технически возможным для соединения заявляемой полезной модели с термопреобразователями различных конструкций.
Заявляемая полезная модель повысит надежность работы, долговечность при наличии механического воздействия, прямого воздействия дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания топлива (не менее 40 м/с) агрессивных сред, обеспечит герметизацию технологического отверстия в месте установки термопреобразователя в футеровку.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая полезная модель, отличается от известных аналогов, совокупностью существенных отличительных признаков:
- выполнением защитного чехла из карбида кремния с добавлением аморфного карборунда;
- наличием огнеупорной вставки, выполненной трубчатой, из теплоизоляционного стекловолокнистого картона, изолирующей чехол от футеровки теплового агрегата;
- наличием ободка для крепления различных конструкций термопреобразователей.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая полезная модель соответствует критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображен общий вид защитного чехла термопреобразователя в разрезе;
Защитный чехол термопреобразователя состоит из:
корпуса 1, выполненного в виде гильзы из карбида кремния с открытым торцом 4 для установки термопреобразователя, рабочей 5 и торцевой 6 частью. Рабочая часть 6 корпуса 1 чехла имеет глухой торец 7, и предназначена для установки рабочего тела термопреобразователя электрического с максимальным размером наружного диаметра конструкции до 20 мм. На рабочей части 6 снаружи, закреплена огнеупорная вставка 2, выполненная из прессованного волокнистого муллитокремнеземистого картона.
Торцевая часть 5 чехла 1: имеет открытый торец 4, с ободком 3, и предназначена для установки в корпус 1 термопреобразователя электрического. Торцевая часть 5 имеет ободок 3, который предназначен для устройства различных приспособлений для жесткой фиксации конструкции термопреобразователя и чехла. Конструкционный материал корпуса чехла 1: карбид кремния, полученный из кристаллического карборунда с добавлением в качестве связки аморфного карборунда, обожженный в восстановительной среде при температуре 2000°С. Форма корпуса чехла 1 - изготавливается центробежным прессованием.
Работа заявляемой полезной модели.
Сборка полезной модели заключается в следующем. На корпус 1 защитного чехла термопреобразователя одевается огнеупорная вставка 2.
После сборки полезная модель устанавливается в тепловой агрегат, в открытый торец 4, устанавливается термопреобразователь на всю длину корпуса 1. Для закрепления с полезной моделью используется ободок 3.
Полезная модель погружается в футеровку наружной поверхностью огнеупорной вставки 2 и в рабочее пространство термопреобразователя наружной поверхностью рабочей части 6 чехла. Происходит теплообмен между рабочим пространством термопреобразователя, материалом корпуса чехла 1.
Тепловая энергия передается спаю рабочего органа термопреобразователя электрического. Спай рабочего органа преобразователя, преобразует тепловую энергию в электричество, создается термо-ЭДС, работа по преобразованию термопреобразователя тепловой энергии в электрическую и созданию термо-ЭДС, защищена от прямого воздействия газодинамического потока продуктов сгорания топлива и агрессивной среды теплового агрегата корпусом чехла 1. Герметизация технологического отверстия для установки термопреобразователя, препятствие выхода продуктов сгорания обеспечены огнеупорной вставкой 2. Вибрация от футеровки теплового агрегата поглощается огнеупорной вставкой 2.
Применение заявляемой полезной модели обеспечивает повышение надежности работы и долговечности термопреобразователя в условиях механического воздействия и вибрации, прямого воздействия дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания топлива, агрессивной среды, исключение теплопотерь при установке термопреобразователя в футеровку.
Технико-экономический эффект
2
Заявляемая полезная модель используется на предприятии ОАО «Уральская Кузница» г.Чебаркуль Челябинской области, кузнечно-прессовом заводе с мая 2009 года и обеспечивает эффективную защиту термопреобразователей электрических типа ТПП (S) длинной 1250 мм, в условиях интенсивного производства; при температуре в тепловых агрегатах 1300°С; при наличии механического воздействия термического расширения кладки из шамота, вибрации от прессов и молотов (виброускорения до 2 м/с, виброперемещения до 20 мм/с); прямого воздействия на полезную модель дозвукового газодинамического потока продуктов сгорания топлива от горелочного устройства типа ГНП, со скоростью истечения продуктов сгорания - 40 м/с, агрессивных сред: испарения от нагревания сталей и сплавов, продуктов сгорания природного газа.
Проволока рабочего элемента термопреобразователя электрического типа ТПП (S), платиновая и платинородиевая, сохраняет свои свойства при использовании заявляемого чехла в течение установленного срока службы и более в 1, 2 раза.
Была достигнута полная герметизация технологического отверстия в месте установки термопреобразователя в футеровку, тем самым были исключены тепловые потери с отходящими газами через технологическое отверстие для установки термопреобразователя.
Перечень позиций.
1 - корпус защитного чехла;
2 - огнеупорная вставка;
3 - ободок;
4 - открытый торец;
5 - торцевая часть защитного чехла;
6 - рабочая часть защитного чехла;
7 - закрытый торец.