ПРУЖИННЫЙ МОЛОТ ДЛЯ ВСТРЯХИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
SPRING HAMMER FOR SURFACE SHAKE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Область техники, которой относится изобретение
,
[0002] Настоящее изобретение относится к пружинному молоту в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения; это устройство может применяться, например, для удаления загрязнений с поверхностей нагревапластинчатых воронок или каналов паровых котлов или труб рекуперации тепла для пирометаллургических процессов. Таким образом, изобретение относится, в частности, к устройству, содержащему наковальню с ударной поверхностью, причем эта наковальня может быть прикреплена к подлежащей встряхиванию поверхности; подвижный поршень, первый конец которого при работе перемещается в направлении к ударной поверхности наковальни; направляющая структура для направления движения поршня в заданном направлении относительно наковальни, и средство инициирования движения поршня в направлении к ударной поверхности наковальни.
[0003] Описание предшествующего уровня техники
[0004] Загрязнение поверхностей может вызывать различные нарушения работы конкретной установки. Например, засорение труб рекуперации тепла ухудшает эффективность их теплообмена и тем самым снижает производительность процесса. В то же время это повышает температуру отходящих газов и приводит к неблагоприятным результатам в каналах и устройствах, расположенных после установки рекуперации тепла. С другой стороны, например, загрязнения, приставшие к поверхности канала отходящих газов, могут существенно повышать сопротивление потоку отходящихх газов, что увеличивает мощность собственных нужд котла. В самом худшем случае эти загрязнения могут даже закупорить каналы и тем самым остановить работу установки. Загрязненные поверхности можно очищать, например, с помощью паровых или пневматических обдувочных аппаратов или звуковых обдувочных аппаратов. В частности, в процессах с очень высокой степенью загрязнений, включающих химически реактивные, липкие, расплавленные или полурасплавленные частицы пыли или конденсирующиеся газовые компоненты, для очистки поверхностей также используются механические пружинные молоты. Поверхность подвергают ударам таких устройств, чтобы вызвать в ней быстрые колебания малой амплитуды. Таким образом можно эффективно отделять приставшие к поверхности загрязнения, не вызывая чрезмерных механических напряжений на поверхности.
[0005] В патенте США 4,974,494 описано пневматическое ударное устройство, содержащее цилиндрический корпус, имеющий нижнюю пластину, которая крепится к обрабатываемой поверхности. В корпусе расположена продолговатая пружинная камера с пружиной для инициирования движения поршня в направлении к нижней поверхности корпуса. Поршень выполнен с возможностью движения в направлении к верхней стенке корпуса под действием сжатого воздуха против давления пружины, а быстродействующий выпускной клапан выпускает воздух из камеры под поршнем, чтобы поршень ударил по нижней поверхности. Недостаток этого устройства заключается в том, что сильные удары могут повредить поршень или другие части устройства.
[0006] В патенте США 3,835,817 описана система молота для очистки труб котла; этот молот имеет пару тарельчатых пружин, упруго прикрепленных к его ударному концу и установленных относительно труб так, чтобы прикладывать к ним механический импульс, ударяя по требуемой точке импульса, при этом частота импульса составляет 200-2000 Гц.
[0007] Из европейского патента EP 2102577 B1 известен пружинный молот, содержащий цилиндрический корпус, поршень, выполненный с возможностью перемещения в корпусе, наковальню, пружину для инициирования движения поршня относительно ударной поверхности наковальни, и пружинный блок, состоящий из пары тарельчатых пружин, расположенных между поршнем и ударной поверхностью наковальни. Пружинный блок в определенной степени замедляет ударное движение и тем самым уменьшает силы и напряжения, а также риск повреждения молота и наковальни. Сила упругости пружин блока предпочтительно такова, что максимальное замедление поршня составляет порядка 500-1000 g. На практике было подтверждено, что этот несколько замедленный удар также удаляет загрязнения с обрабатываемых поверхностей более эффективно, чем полностью жесткий удар. Недостаток известного пружинного блока заключается в том, что тарельчатые пружины и элементы крепления пружин могут в некоторых условиях разрушаться или ослабевать во время работы.
[008] Целью настоящего изобретения является создание эффективного пружинного молота для загрязненных поверхностей, позволяющего свести к минимуму описанные выше недостатки известных устройств.
[009] Для минимизации упомянутых выше недостатков известных устройств предлагается устройство, отличительные признаки которого раскрыты в отличительной части независимого пункта формулы изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В соответствии с одним аспектом изобретения предложен пружинный молот для встряхивания поверхности, причем пружинный молот содержит наковальню с ударной поверхностью, которая может быть прикреплена к подлежащей встряхиванию поверхности; подвижный поршень, имеющий первый конец, который при работе перемещается в направлении к ударной поверхности наковальни; направляющая структура для направления движения поршня в заданном направлении относительно наковальни, и средство инициирования движения поршня в направлении к ударной поверхности наковальни, причем первый конец поршня или ударная поверхность наковальни обработаны механическим способом с образованием выполненного за одно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие.
[0011] При работе пружинного молота поршень наносит удары по наковальне, а ударной поверхностью является поверхность наковальни, которая принимает удары от поршня. Заданным направлением, обычно, является перпендикуляр к поверхности удара в точке нанесения ударов. Это направление также можно назвать ударной осью наковальни. Иными словами, когда первый конец поршня обработан механическим способом с образованием выполненного за одно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие, ударная поверхность будет принимать удары от поршня, при этом первый конец, который в работе перемещается в направлении к ударной поверхности наковальни, будет затем находиться в непосредственном контакте с ударной поверхностью. В частности, во время удара гибкий геометрический элемент на поршне будет находиться в прямом контакте с ударной поверхностью. С другой стороны, когда ударная поверхность наковальни обработана механическим способом с образованием выполненного заодно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие, этот выполненный за одно целое гибкий геометрический элемент (в наковальне) будет принимать удары от первого конца поршня, который при этом будет находиться в прямом контакте с выполненным за одноцелое гибким геометрическим элементом (в наковальне) во время удара.
[0012] Направляющая структура предпочтительно имеет такую цилиндрическую форму, которая препятствует любому наклонному или поперечному движению поршня. Направляющая структура прикреплена к наковальне, чтобы гарантировать требуемое направление движения поршня относительно наковальни. Предпочтительно, чтобы крепление направляющей структуры к наковальне было в определенной степени гибким в направлении оси удара для смягчения действия ударов на направляющую структуру. Такая компоновка позволяет сохранять движение поршня в нужном направлении и при этом смягчать передачу удар на направляющую структуру.
[0013] Ударное движение пружинного молота может обеспечиваться, например, пневматически или с помощью электромагнитов. Однако для создания ударного движения предпочтительно, чтобы используемое средство содержало пружину, напряжение которой обеспечивается устройством создания напряжения с помощью соответствующего приводного средства. Напряжение пружины предпочтительно может сбрасываться с помощью регулируемого спускового механизма при требуемом уровне напряжения, в результате чего освобожденный молот ударяет с большой скоростью по ударной поверхности наковальни.
[0014] Пружина предпочтительно расположена между опорными поверхностями, связанными с поршнем и наковальней, предпочтительно таким образом, чтобы пружина при напряжении была сжата или растянута в направлении ударной оси, а при спуске возвращалась к своей первоначальной длине. Для обеспечения малого размера пружинного молота его длина хода предпочтительно должна быть относительно короткой. Однако длина хода предпочтительно должна быть достаточно большой, чтобы молот мог развить достаточную скорость с подходящим ускорением силы тяжести, предпочтительно 1-5 g, наиболее предпочтительно 2-3 g. При этом сила реакции, действующая на опорную поверхность наковальни, остается относительно небольшой и повышается долговечность опорной поверхности наковальни.
[0015] Силу упругости пружины следует рассчитать таким образом, чтобы требуемое ускорение обеспечивалось за счет выбранного веса молота, обычно составляющего 30-40 кг. Например, чтобы получить начальное ускорение 2,5 g, сила упругости пружины в напряженном состоянии должна составлять 750-1000 Н. Пружину предпочтительно следует выбирать таким образом, чтобы даже в конце удара еще оставалась сила упругости, превышающая вес молота, например 400-500 Н, благодаря чему пружинный молот молота не будет перемещаться ни при транспортировке, ни при сборке, и будет иметь устойчивое положение покоя также при направлении удара вверх, например, в сторону внешней поверхности дна воронки.
[0016] Устройством создания напряжения пружины предпочтительно может быть, например, двигатель, пневматический или гидравлический цилиндр или электромагнит. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере наиболее чувствительные части устройства создания напряжения, например, двигатель и его шестерни, не опираются на наковальню, а удерживаются раздельно с помощью внешнего опорного элемента. Благодаря этому колебания наковальни не передаются чувствительным частям устройства создания напряжения, и снижается риск их поломки. При этом приводной механизм устройства создания напряжения должен быть гибко плавающим или, в противном случае, он должен допускать движение пружинного молота, вызванное температурными перемещениями подлежащей встряхиванию поверхности.
,
[0017] В известном решении между поршнем и наковальней располагается так называемый пружинный блок, иными словами гибкий элемент свысокой жесткостью пружины в направлении оси удара. Обычный пружинный блок представляет собой пару жестких тарельчатых пружин. Пружинный блок в определенной степени замедляетударное движение и тем самым уменьшает силы и напряжения, а также риск повреждения молота и наковальни. Жесткость пружин этого блока предпочтительно такова, что максимальное замедление поршня составляет около 500-1000 g. На практике было доказано, что в определенной степени такой замедленный удар также удаляет загрязнения с встряхиваемых поверхностей более эффективно, чем полностью жесткий удар.
[0018] Настоящее изобретение отличается от известного решения тем, что узел пружинного блока и поршня, или наковальни и пружинного блока, заменен цельным блоком, в котором на первом конце поршня или на ударной поверхности наковальни выполнен путем механической обработки выполненного за одно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие, заменяющего отдельный пружинный блок. Таким образом, путем механической обработки можно изготовить полностью цельный поршень или наковальню с выполненным за одно целое гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие. В результате можно обойтись без известного пружинного блока и в значительной степени устранить проблемы, связанные с отдельным пружинным блоком. Кроме того, меньшее количество отдельных деталей продлит срок службы и снизит потребность в обслуживании пружинного молота, в котором узел поршня или наковальни с выполненным за одно целое гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие, представляет собой цельный блок. Гибкий геометрический элемент с требуемыми свойствами можно получить с помощью специально изготовленных токарных инструментов и тщательного анализа результата механической обработки.
[0019] Пружинный молот предпочтительно содержит криволинейную полую часть, выполненную за одно целое с концом части цельного блока. Эта криволинейная полая часть может быть выточена, например, токарными инструментами, с образованием полой части, имеющей, например, чашеобразную форму. Криволинейная полая часть имеет открытый свободный конец. Если гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, является частью молота, то открытый свободный конец расположен на том конце выполненного за одно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие, который будет обращен к ударной поверхности во время удара. Если гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, является частью ударной поверхности наковальни, то открытый свободный конец расположен на том конце выполненного за одно целое гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие, который будет обращен к первому концу молота.
[0020] Если криволинейная полая часть выполнена за одно целое на конце части цельного блока, то угол на внешней поверхности первого конца между поршнем и выполненным за одно целое гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие, предпочтительно составляет 10-60° для заданного расстояния.
[0021] Согласно одному варианту осуществления изобретения гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, на первом конце поршня может иметь опосредованный контакт с ударной поверхностью, для этого между гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие, и ударной поверхностью наковальни предусмотрен промежуточный элемент для передачи ударных сил, или же гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, на ударной поверхности наковальни может иметь опосредованный контакт с первым концом молота, для этого между гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие, и первым концом наковальни расположен промежуточный элемент для передачи ударных сил.
[0022] Движение пружинного молота в соответствии с настоящим изобретением задается параллельно ударной оси наковальни на стадии изготовления. При этом пружинный молот не требует выравниваниянаковальни и молота в одну линию при сборке устройства или повторного выравнивания, например, при повышении температуры подлежащих встряхиванию теплообменных труб. Следовательно, в данном устройстве устранен изгибающий момент относительно наковальни из-за смещения молота и вызванного этим повреждения наковальни, а также повреждения стыка, соединяющего наковальню со встряхиваемой поверхностью. Правильно выровненный удар также повышает эффективность передачи удара подлежащей встряхиванию поверхности.
[0023] Пружинный молот имеет простую конструкцию и может быть собран уже на стадии изготовления. Это упрощает сборку устройства и снижает его стоимость, а также потребность в техническом обслуживании. Устройство представляет собой компактный блок, который можно легко шумоизолировать и установить в любом необходимом положении. В практических применениях обычно используется большое количество пружинных молотов, которые могут быть совершенно отдельными или иметь, например, общее пневматическое устройство для создания напряжения, которое направляет встряхивающие импульсы в нужной последовательности к различным пружинным молотам. Благодаря небольшому размеру и малому весу их можно собирать даже в узких пространствах, а при необходимости и вплотную друг к другу.
[0024] Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
[0025] Фигуры 1-3 схематично изображают поперечные сечения различных пружинных молотов в соответствии с настоящим изобретением.
[0026] На фиг.1 показан пружинный молот 10 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Этот пружинный молот содержит наковальню 12 с ударной поверхностью 14 на одном конце наковальни. Другой конец наковальни присоединен сварным швом 16 к встряхивающей балке 18. Если подлежащая встряхиванию стенка, является, например, наружной стеной реактора, канала или воронки, то другой конец встряхивающей балки 18, не показанный на фиг.1, может быть приварен к этой стене. В качестве альтернативы, в таком случае может не потребоваться отдельная встряхивающая балка 18, а наковальня 12 может быть прикреплена непосредственно к подлежащей встряхиванию стене. Если же, например, в герметичном пространстве реактора или парового котла имеются пучки теплообменных труб, подлежащие встряхиванию, то встряхивающую балку 18 можно гибко герметично присоединить к стенке газового пространства и приварить к теплообменным трубам или их соединительному элементу. Поскольку различные способы герметичного соединения и крепления встряхивающей балки известны, они не будут подробно описываться ниже.
[0027] Пружинный молот содержит подвижный поршень 20, имеющий первый конец 22 гибкого геометрического элемента, обеспечивающего пружинное действие. Гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, предпочтительно представляет собой криволинейную полую часть с открытым свободным концом, выполненную за одно целое в цельной части наковальни. Первый конец при работе движется в направлении к ударной поверхности 14 наковальни.
[0028] В качестве материала поршня преимущественно используется высококачественная закаленная сталь, подходящая для применения в пружинах и для требуемой механической обработки. Однако может также использоваться широкий спектр материалов, которые выдерживают необходимые циклические растягивающие и сжимающие нагрузки и достаточно легко поддаются требуемой механической обработке.
[0029] Пружинный молот также содержит цилиндрический корпус 24, служащий направляющей структурой, который позволяет поршню 20 перемещаться только в определенном направлении относительно наковальни. Цилиндрический корпус крепится к наковальне 12, например, болтами 26. Болты фиксируются на месте с помощью подходящих упругих элементов, например, упругих втулок 27, для смягчения действия ударов на направляющую структуру. В данном варианте болты 26 расположены перпендикулярно направлению удара, однако альтернативно они могут проходить через подходящий фланец, как будет понятно специалисту в области соединения деталей, в направлении удара или против него. В таких случаях в качестве упругих элементов предпочтительно используются пружины, например, подходящие тарельчатые пружины.
[0030] Второй конец поршня 20, противоположный первому концу поршня, прикреплен к торцевой пластине 28. Торцевая пластина расположена снаружи внешнего конца 29 цилиндрического корпуса 24. Несколько пружин 30 растяжения, например, четыре пружины растяжения, расположены между фланцем 32 цилиндрического корпуса 24 и торцевой пластиной 26.
[0031] Пружинный молот 10 на фиг.1 показан в положении удара, иными словами в положении, в котором пружины 30 имеют минимальную длину, а первый конец 22 гибкого, обеспечивающего пружинное действие, геометрического элемента поршня 20 находится в контакте с наковальней 12. При использовании пружинного молота напряжение пружин 30 создается путем вытягивания поршня 20 наружу с помощью подходящего устройства создания напряжения. Устройство создания напряжения, не показанное на фиг.1, обычно пневматическое, но в качестве альтернативы оно может быть, например, электромагнитным или приводиться в действие отдельным двигателем. При этом в работе поршень 20 сначала взводится путем его перемещения дальше от наковальни, после чего пружины 30 освобождаются, чтобы вынудить поршень двигаться в направлении к ударной поверхности 14 наковальни. Когда пружины 30 взведены до требуемого напряжения, их освобождение вызывает удар, при котором первый конец 22 поршня 20 ударяет с высокой скоростью по ударной поверхности 14 наковальни 12. Поскольку направление движения молота 18определяется направляющим средством, т.е. цилиндрическим корпусом 24, этот удар всегда имеет правильное направление относительно наковальни.
[0032] Гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, на первом конце 22 подвижного поршня 20 предпочтительно имеет высокую силу упругости, чтобы смягчить остановку поршня 20. Гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, увеличивает продолжительность одного удара без существенного уменьшения суммарной энергии удара. В соответствии с примерным вариантом замедление движения молота предпочтительно составляет максимум около 1000 g.
2
[0033] Длина хода, иными словами, изменение длины пружины при использовании устройства, предпочтительно составляет 50-100 мм, например 60 мм. В предпочтительном варианте масса молота составляет около 40 кг, сила упругости при максимальном напряжении составляет около 1000 Н, а в конце удара она все еще составляет около 500 Н. При этом начальное ускорение удара составляет 25 м/сек, а энергия удара - 112 Нм. Регулируя длину хода пружинного молота, можно легко регулировать силу удара. Предпочтительные значения параметров пружинного молота зависят от его применения, поэтому они могут сильно отличаться от приведенных выше примерных значений.
[0034] На фиг.2, иллюстрирующей другой предпочтительный вариант пружинного молота в соответствии с изобретением, детали, соответствующие деталям на фиг.1, показаны с теми же ссылочными обозначениями, что и на фиг.1.
[0035] На фиг.2 показан пружинный молот 10’ в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Пружинный молот 10' отличается от пружинного молота 10, показанного на фиг.1, в основном тем, что пружины 30 растяжения заменены пружиной 30' сжатия, расположенной между вторым концом 34 поршня и торцевой пластиной 26. При этом напряжение пружины 30' создается посредством ее сжатия подходящим способом, например, пневматически, по направлению к торцевой пластине 26. В остальном работа пружинного молота 10' соответствует работе пружинного молота 10, показанного на фиг.1.
[0036] На фиг.3 показан пружинный молот 10’’ в соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Пружинный молот 10'' отличается от пружинного молота 10, показанного на фиг.1, тем, что гибкий геометрический элемент 22, обеспечивающий пружинное действие, расположен на ударной поверхности 14' наковальни, а не на первом конце поршня 20. При этом гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, не перемещается вместе с поршнем, а остается с наковальней, т.е. неподвижна при работе пружинного молота. Однако этот гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, обеспечивает такой же эффект смягчения ударов поршня, как и в описанных выше вариантах. Наковальня с гибким геометрическим элементом, обеспечивающим пружинное действие, расположенным на ударной поверхности 14’ наковальни, также может быть использован в пружинном молоте с пружиной сжатия, как на фиг.2.
[0037] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения поршень с первым концом, на котором механическим способом выполнен выполненный за одно целое гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, как показано на фиг.1 и 2, или наковальня с ударной поверхностью, на которой механическим способомвыполнен за одно целое гибкий геометрический элемент, обеспечивающий пружинное действие, как показано на фиг.3, может быть отдельным изделием, например, запасной частью к существующему пружинному молоту.
[0038] Настоящее изобретение описано выше со ссылками на примерный вариант осуществления, однако оно также имеет множество других вариантов осуществления и модификаций. Таким образом, очевидно, что раскрытый примерный вариант осуществления не предназначен для ограничения объема изобретения, и изобретение включает в себя ряд других вариантов осуществления, ограниченных прилагаемой формулой изобретения и содержащимися в ней определениями.