УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИМА ПЛАСТИН ПРОТОЧНОГО МОДУЛЯ, ПЛАСТИН РЕАКТОРА ИЛИ ПЛАСТИН ТЕПЛООБМЕННИКА
DEVICE FOR CLAMP-UP OF FLOW MODULE PLATES, REACTOR PLATES OR HEAT-EXCHANGER PLATES

Изобретение относится к устройству для зажима, к способу раскрытия или перекрытия пластинчатого реактора или проточного модуля и к применениям устройства для зажима.
Описание предшествующего уровня техники
Проточные модули или реакторы, которые включают в себя пластины, которые расположены друг над другом стопкой и которые выполнены из материалов с большим коэффициентом температурного расширения и низкомодульной упругостью, работают в большом температурном диапазоне. Большой коэффициент температурного расширения и низкомодульная упругость материалов пластин, по сравнению с рамной конструкцией, винтами, натяжными стержнями и концевыми плитами, могут вызывать повреждения или утечки. Таким образом, одной задачей является сохранение давления во всей конструкции в пределах границ всего температурного диапазона, не вызывая утечки или повреждения в какой бы то ни было части модуля или реактора.
Другой задачей при работе с пластинами является равномерное распределение контактного давления по пластинам, насколько это возможно, чтобы предотвратить неравномерность и, таким образом, утечку или повреждение какой-либо из уложенных в стопку пластин.
Сущность изобретения
Соответственно, настоящее изобретение решает эти задачи путем размещения стопки пластин на сетке из пружин, так называемом упругом основании Винклера, которую помещают между двумя концевыми плитами. За счет такого решения натяжные стержни могут испытывать напряжение в допустимых границах. Другим преимуществом является то, что усилия зажима становятся равномерно распределенными по всей площади пластины сложенных стопкой пластин вместо того, чтобы быть сконцентрированными вдоль кромок пластин. Еще одним преимуществом является то, что жесткость при изгибе концевой плиты становится менее значительной в проточном модуле или пластинчатом реакторе. Дополнительным преимуществом является то, что путем измерения сжатия пружин можно контролировать и регулировать усилия зажима. Другим преимуществом является то, что усилие может быть опосредованно измерено путем измерения прогиба каждой пружины.
Дополнительным преимуществом является то, что, за счет выбора жесткости пружины, которая значительно меньше, чем жесткость окружающей конструкции, распределение усилия зажима будет оставаться действующим независимо от распределения нагрузки на составные элементы окружающей конструкции. Другим преимуществом является то, что можно иметь различные усилия в каждой пружине, если требуется.
max
min
max
min
max
max
x
x
1,
2,
1
2
1
2
1
x
2
2
1
2
1
Чтобы уплотнения проточного модуля или реактора работали должным образом, усилия зажима должны находиться в соответствующем диапазоне. Усилие зажима F является функцией длины L пружины. Длина пружины будет изменяться внутри диапазона от L до L, где L определяют как свободную длину при ненагруженной пружине, при этом L определяют как длину пружины при максимальном сжатии. Максимальное усилие Fопределяют как силу пружины при максимальном сжатии пружины и поэтому усилие пружины будет изменяться между 0 и F. Усилие пружины F, которое соответствует L, должно быть больше, чем усилие F чтобы быть уверенным, что не произойдет утечки, но усилие пружины не должно быть больше, чем усилие F чтобы не испытывать риск постоянных деформаций. F и F соответствуют длинам L и L пружины соответственно, и L < L < L. Используя пружины или связку пружин с кривой соответствующего усилия сжатия, может быть достигнут достаточный рабочий диапазон от L до L. Диапазон от L до L должен быть больше, чем другие геометрические неточности от производства, сборки и эксплуатации. Такие неточности могут быть, например, производственными допусками на сплющенность и на толщину, или деформациями, появляющимися от усилий при сборке, или деформационными изменениями, обусловленными термическим расширением или ползучестью материала при работе.
Настоящее изобретение относится к устройству для зажима, содержащему две концевые плиты, пружины и натяжные стержни, в котором пружины размещены на опорном элементе для распределения усилий зажима на одну или более пластину проточного модуля или их комбинацию, при этом пластины размещены между двумя концевыми плитами. Натяжные стержни совместно с концевыми плитами образуют рамку для пластин реактора или пластин проточного модуля.
Пружинная система, т.е. сетка связок пружин, согласно одному из вариантов изобретения, распределяет усилие пружины на пакет пластин проточного модуля или пластинчатого реактора. Проточный модуль или пластинчатый реактор включает в себя один или более слой пластин, сложенных стопкой вместе. Пластины могут быть пластинами реактора, проточными пластинами, пластинами теплообменника, промежуточными пластинами и т.п., при этом пластины могут иметь вставленные элементы или встроенные элементы с протоками, элементы Пельтье, элементы с углублениями, каналами или выточками, элементы с вырезанными участками или со сквозными каналами. Пластины также могут быть барьерным слоем, изоляционными пластинами, комбинацией либо встроенных пластин, либо отдельных пластин.
x
x
min
x
max
Два и более натяжных стержня могут быть размещены вдоль периферии пластин. Натяжные стержни могут быть свинчены или затянуты вместе для сжатия пружин до длины L, причем L > L и L < L. Затягивание системы может быть произведено вручную или с помощью привода в зависимости от системы. Натяжные стержни могут быть затянуты синхронно или последовательно маленькими этапами в соответствии со схемой затягивания. Натяжные стрежни могут иметь постоянную длину или могут иметь модульную длину для установки нескольких заданных постоянных длин. Заданная длина может соответствовать одной пластине, двум пластинам, до любой требуемой длины. Модульная длина может быть получена путем комбинирования одного или более натяжного стрежня определенной длины. Постоянная длина, по меньшей мере, определяет толщину одной пластины или определяет общую толщину нескольких пластин. Согласно другому варианту натяжные стержни могут быть механическими домкратами или роликовыми ходовыми винтами.
x
Пружинная система, т.е. сетка из связок пружин, может быть соответствующим образом интегрирована в концевую плиту. Пружины могут быть размещены в отверстиях в концевой плите или размещены на концевых плитах с помощью поршней, проходящих через концевую плиту. Пружинами могут быть соответствующие пружины любого типа. Одним из пригодных типов пружин является связка тарельчатых пружин, при этом связка тарелок расположена, чтобы принимать наиболее благоприятное усилие F пружины.
x
min
Настоящее изобретение относится также к способу раскрытия или перекрытия проточного модуля или пластинчатого реактора, включающему в себя следующие этапы: этап (i) сжатия пружинной системы до длины L > L; этап (ii) размещение пакета из одной или более пластин проточного модуля, одной или более реакторных пластин, одной или более пластин теплообменника или их комбинаций между сжатой пружинной системой и концевой плитой; этап (iii) затягивание натяжных стрежней и соединение двух концевых плит до длины А, определяемой как общая длина между двумя концевыми плитами, заданная длиной натяжных стержней; этап (iv) снятие сжатия пружинной системы.
x
min
Альтернативный способ по изобретению раскрытия или перекрытия проточного модуля или пластинчатого реактора включает в себя этап (i) размещения пакета из одной или более пластин проточного модуля, одной или более пластин реактора, одной или более пластин теплообменника или их комбинаций между несжатой системой пружин и концевой плитой; этап (ii) сжатия пружинной системы до длины L > L; этап (iii) размещения распорных блоков между одной концевой плитой и распределительной плитой в рамке для установления расстояния А; этап (iv) снятия сжатия пружинной системы.
x
x
Способ согласно обоим вариантам может также включать в себя этап (v), в котором длину L замеряют для каждой пружины для контроля усилия пружины F.
Способ также может включать в себя то, что сжатие на этапе (i) и снятие напряжения на этапе (iv) выполняется с помощью гидравлических цилиндров или электромеханическим, или механическим приводом.
x
min
Согласно дополнительному варианту способ содержит раскрытие проточного модуля или пластинчатого реактора, включающее следующие этапы: этап (i) сжатия пружинной системы в устройстве для зажима согласно настоящему изобретению. Пружинную систему сжимают до длины L> L или до длины, когда одна или более пластин проточного модуля, одна или более пластин реактора, одна или более пластин теплообменника или их комбинации могут быть удалены; этап (ii) удаления одной или более пластин проточного модуля, одной или более пластин реактора, одной или более пластин теплообменника или их комбинаций; этап (iii) снятия сжатия пружинной системы.
x
min
Согласно дополнительному варианту изобретение относится к способу раскрытия проточного модуля или пластинчатого реактора, содержащего следующие этапы: этап (i) сжатия пружинной системы до длины L > L; этап (ii) перемещения распорных блоков между одной концевой плитой и распределительной пластиной в рамке; этап (iii) снятия сжатия пружинной системы; этап (iv) удаления одной или более пластин проточного модуля, одной или более пластин реактора, одной или более пластин теплообменника или их комбинаций из рамы.
x
x
Согласно одному варианту способа натяжные стержни могут быть затянуты одновременно и синхронно, пока не установится правильная длина L. Это может быть сделано как с использованием механических домкратов или роликовых ходовых винтов, так и натяжных стержней с приводом. Когда правильная длина L достигнута, механические домкраты или роликовые ходовые винты должны быть заблокированы. Приводом может быть электродвигатель, гидравлический двигатель или любой другой тип двигателя. Синхронизация может быть осуществлена с помощью механической трансмиссии или с помощью регулирующих индивидуальных приводов.
Настоящее изобретение относится также к применению устройства для зажима для компенсации температурного расширения пакета из одной или более пластин проточного модуля, одной или более пластин реактора, одной или более пластин теплообменника или их комбинаций между двумя концевыми плитами. Настоящее изобретение дополнительно относится к применению устройства для зажима для раскрытия или перекрытия проточного модуля или пластинчатого реактора.
Когда давление увеличивается внутри проточного модуля или пластинчатого реактора, датчик давления любого вида посылает сигнал на блок управления согласно одному варианту изобретения. Блок управления может быть соединен с приводом гидравлических цилиндров, механических домкратов или роликовых ходовых винтов, гидравлика которых соединена с устройством для зажима. Когда давление достигает критического уровня или заданного значения, блок управления заставляет привод раскрыть проточный модуль или пластинчатый реактор для снижения давления.
Далее изобретение будет пояснено с использованием фиг.1-12. Чертежи даны для демонстрации изобретения и не предназначены ограничивать его объем.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой поперечный вид сетки пружин, установленной на концевой плите согласно одному варианту изобретения.
Фиг.2 представляет собой вид сверху сетки пружин согласно одному варианту изобретения.
max
Фиг.3 представляет собой вид сбоку сетку пружин в несжатом состоянии с длиной L.
min
Фиг.4 представляет собой вид сбоку сжатой сетки пружин с длиной L, на чертеже также определена длина А.
x
Фиг.5 представляет собой вид сбоку сетки пружин с длиной L, и показано, как пружины создают уплотнение проточного модуля или пластинчатого реактора.
Фиг.6 представляет собой график зависимости между усилием пружины и длиной пружин.
Фиг.7 представляет собой альтернативный вариант осуществления изобретения с рамой, которая содержит два натяжных стержня и две концевые плиты, причем рама удерживает пластины реактора или пластины проточного модуля на месте с помощью гидравлических цилиндров.
Фиг.8 представляет собой тот же вариант осуществления изобретения, что и на фиг.7, в котором распорные блоки находятся в открытом или не зажатом положении.
Фиг.9 представляет собой тот же вид, что и на фиг.8, рамы с распорными блоками, удерживающими пластины реактора на месте в перекрытом или зажатом положении.
Фиг.10 представляет собой вид сбоку того же варианта осуществления изобретения, что и на фиг.7, в котором распорные блоки находятся в прижатом положении, при этом гидравлические цилиндры свободны.
Фиг.11 представляет собой вид сбоку перекрытой рамы реактора без зажатых пластин и по сечению А-А.
Фиг.12 представляет собой вид сверху сечения А-А.
Подробное описание чертежей
Фиг.1 представляет собой поперечный вид сетки пружин 1, установленных на концевой плите 2, согласно одному варианту изобретения. На этом чертеже пружины являются пакетными связками тарельчатых пружин, размещенных, чтобы достигать соответствующей длины и усилия, чтобы быть способными перекрыть реактор или проточный модуль. Каждая пакетная связка тарельчатых пружин нанизана на поршень 3, который закреплен на противоположной стороне концевой плиты 2 с помощью шайбы 4 и стопорного кольца 5. Пластины 6 реактора или проточные пластины наглухо уплотнены с помощью концевой плиты 7 и натяжных стержней 8. Натяжные стержни могут иметь постоянную длину или могут быть модульными для установки нескольких заданных постоянных величин длины, которые могут соответствовать длине одной, двух или более пластин, при этом каждый модульный натяжной стержень может состоять из различных комбинаций, чтобы быть гибким, насколько это возможно, таким образом, один комплект натяжных стержней может быть использован для единичной пластины или для пары пластин или для нескольких пластин в зависимости от того, как размещены натяжные стержни для конкретного применения. Согласно этому варианту осуществления изобретения перекрытие пластинчатого реактора или проточного модуля достигают путем свинчивания вместе двух концевых плит с сеткой пружин, пластин и натяжных стержней. Когда оборудование перекрыто или уплотнено, усилие зажима может быть измерено путем измерения расстояния между концевыми плитами и концами поршней пружин.
Фиг.2 представляет собой вид сверху сетки пружин согласно одному варианту изобретения. На этом чертеже пакетная связка 1 пружин образует 3×7 сетку пружин на концевой плите 2. Вдоль длинных сторон концевой плиты имеется 9 отверстий для закрепления натяжных стержней 8 к винтам, которые не видно на этом чертеже, при перекрытии устройства. Одним путем перекрытия устройства является применение сетки пакетных связок пружин, распределенных по плите, как показано на фиг.2, когда все свинчено вместе с помощью натяжных стержней вдоль периметра пластин. Стержни затягивают равномерно, пока прогиб каждой пружины не будет правильным.
max
min
min
x
x
x
x
x
x
На фиг.3 показана сетка пружин 10 в не сжатом состоянии с длиной пружин, равной L, при этом пружины нанизаны на поршень 3. На этом чертеже добавлена постоянная к длине пружин, при этом постоянная равна толщине головок 11 поршней 3. На чертеже также показаны гидравлические цилиндры 12, которые могут быть использованы для перекрытия или раскрытия реактора или проточного модуля. Когда проточный модуль или реактор раскрыты, пружины сжаты гидравлическими цилиндрами до длины L, которую можно видеть на фиг.4. К длине L на этом чертеже добавлена та же постоянная, что и на фиг.3. Проточные пластины, пластины реактора, пластины теплообменника или их комбинация размещены между головками 11 и концевой плитой 7, пластины помещают на место, и гайки затягивают до длины зажима А. Длину А зажима определяют как общую длину между двумя концевыми плитами 2 и 7. На фиг.5 можно видеть, как перекрывают проточный модуль или реактор. Когда гидравлика освобождается, тогда пластины зажаты. Для контроля усилий F замеряют длину L для каждой пакетной связки пружин. Длина пружины равна L плюс та же постоянная, что и на фиг.3. Длина L соответствует усилию пружины F, которое воздействует на проточный модуль или реактор. Длина L изменяется в зависимости от температуры. Большой коэффициент температурного расширения и низкомодульная упругость материалов пластин, по сравнению с рамой, винтами, натяжными стержнями, концевыми плитами и т.п., таким образом, компенсируются сеткой пружин, которая придает собранному реактору или проточному модулю упругость, при этом повреждения или утечки могут быть предотвращены.
На фиг.6 показан график зависимости между усилием пружины и длиной пружин. Измеряя длины пружины сетки пружин, можно подобрать усилие для каждой длины при помощи графика.
График на фиг.6 показан на примере 1, который дан в качестве примера, иллюстрирующего зависимость между усилием и длиной пружины, при этом не ограничивает сущность изобретения.
На фиг.7 показан другой вариант изобретения, в котором рама удерживает реакторные пластины 6 или пластины 6 проточного модуля на месте. На этом чертеже пластины остаются неподвижными за счет усилия со стороны сетки пружин и концевых плит. Согласно этому варианту изобретения распределительная плита 15 и нажимные плиты 13а и 13b расположены между двумя концевыми плитами и пластинами реактора 6 или пластинами 6 проточного модуля. Два распорных блока 16 размещены между концевой плитой 7 и распределительной плитой 15. Распорные блоки находятся в сжатом положении на этом чертеже, что можно видеть на чертеже, где распорные блоки размещены между концевой плитой и распределительной плитой, что не является случаем, когда распорные блоки находятся в разжатом положении. Усилия от гидравлических цилиндров 12 могут быть сняты таким образом, что пластины 6 остаются на месте без помощи гидравлических цилиндров 12. Усилие на пластинах 6 может быть измерено путем измерения расстояния между концевой плитой 2 и определения того, как далеко штоки 3 вышли за пределы концевой плиты 2, см. также фиг.10. Две концевые плиты 2 и 7 расположены таким образом, что предназначенное количество пластин 6 может войти между ними, когда они находятся в разжатом положении. Расстояние между двумя концевыми плитами может быть отрегулировано путем выбора числа втулок 17 и затягивания гаек 18 на каждом натяжном стержне 8.
На фиг.8 показаны распорные блоки в разжатом положении. Разжатым положением является положение, при котором каждый блок расположен на наружных сторонах распределительной плиты 15. На фиг.9 показаны распорные блоки в перекрытом положении. Когда реактор или проточный модуль перекрыты, распорные блоки 16 находятся за распределительной плитой 15. На фиг.10 гидравлические цилиндры 12 освобождены от давления, при этом распорные блоки расположены за распределительной плитой, удерживая реактор или проточный модуль в перекрытом положении.
На фиг.11 показан вид сбоку рамы с распорными блоками в перекрытом положении за распределительной плитой 15. На чертеже показана линия А-А сечения. На фигуре 12 показан вид в сечении по линии А-А устройства по фиг.11, демонстрирующий раму и сетку пружин. На фиг.12 показано, как распределительная плита 14 может перемещаться внутри корпуса сетки пружин в зависимости от усилия, приложенного гидравлическими цилиндрами на нажимную плиту. Поскольку на этом чертеже нет пластин реактора или пластин проточного модуля, то нет и усилия, приложенного к пакетным связками тарельчатых пружин, в результате поршни 3 находятся на уровне наружной стороны концевой плиты 2. Если имеются усилия со стороны пружин или гидравлических цилиндров, усилия распределяются с помощью распределительных плит 14 и 15 давления. Повторное распределение может быть произведено путем добавления или удаления материала для определения профиля контакта в промежутке между нажимными плитами и распределительной плитой давления 13а и 15, 13b и 14, соответственно. В этом случае вертикальный паз выточен в распределительных плитах давления по всей их длине, создавая две вертикальные линии контакта.
Пример 1
Например, пакет из десяти реакторных пластин, согласно одному варианту, может иметь общее размерное изменение L2-L1=0,6 (mm) мм в температурном диапазоне от около -40°С до около 200°С. Используя сетку настроенных пакетных связок пружин, усилия могут удерживаться в пределах для каждой пакетной связки, которые в данном случае находятся между F1=12kN (кН) F2=28kN (кН) (kN = кило Ньютон).