БАРАБАННЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ
DRUM COOLER

Барабанный охладитель относится к теплообменным устройствам непрерывного действия. Он предназначен для применения в тех областях, где требуется транспортирование и охлаждение горячего кускового массива с утилизацией тепла для технологических и хозяйственных целей. Изобретение может быть применено, например, в нефтеперерабатывающей промышленности в составе установки прокаливания нефтяного кокса.
Известен воздухоподогреватель для утилизации тепла дымовых газов (пат. RU 2162584 C2, F28D 19/02, опубл. 27.01.2001. Бюл. №3). Он содержит вращающийся на роликоопорах вокруг наклонной оси корпус с центральной вставкой (т.е. трубным пространством) для дымовых газов, движущихся по ней снизу вверх, и наружным межтрубным пространством для встречного движения нагнетаемого воздуха, который через стенку нагревается дымовыми газами и перемещается вниз к вентилятору. Межтрубное и трубное пространства соединены между собой перетоками, по которым пересыпается в качестве промежуточного теплоносителя крупнозернистый песок. Однако такую конструкцию теплообменного аппарата невозможно применить для твердого и жидкого веществ, которые в нашем случае должны участвовать в теплообмене. Для перемещения и охлаждения твердого кускового массива можно использовать вращающееся трубное пространство без каких-либо перетоков в межтрубное пространство, при этом наклон его оси должен быть выполнен в противоположную сторону (“горячий” конец должен быть выше “холодного”) - для того чтобы охлаждаемый материал имел возможность перемещаться под действием сил гравитации. Межтрубное пространство может представлять собой проточную водяную рубашку.
Известен вращающийся холодильник для охлаждения кокса (пат. RU 2453578 C1, C10B, опубл. 20.06.2012, прототип). Он содержит выполненные в виде барабана трубное пространство и окружающую его водяную рубашку. Барабан для осуществления вращения оснащен наружными приводным и опорными устройствами. По всей длине водяная рубашка разделена на секционные зоны радиальными плоскими перегородками. В зоне “горячего” загрузочного конца барабана в перегородках проделаны отверстия для петлевого перетока воды, т.е. внутри рубашки образованы соседствующие продольные противоточно движущиеся горячие и холодные потоки. В зоне “холодного” разгрузочного конца барабана из рубашки выведены к его центру радиальные спицеобразные трубы, которые присоединяют каждый сектор рубашки к коаксиально смонтированным в барабане внутреннему напорному или наружному сливному трубопроводам. Эти трубопроводы (вращающиеся вместе в барабаном) протянуты за пределы зоны работы холодильника и, хотя водораспределительное устройство для этих вращающихся трубопроводов не показано, естественно, обе коаксиальные трубы должны быть через уплотнительные устройства присоединены к неподвижным напорной и сливной магистралям.
Недостатком прототипа является обустройство в рубашке по всей ее длине противоточных горячих и холодных потоков, в результате чего снижается эффективность охлаждения.
Еще один недостаток - спицеобразное трубопроводное подсоединение рубашки к коаксиальным напорному и сливному трубопроводам. Эти “спицы” создают дополнительное сопротивление самовыгружающемуся из трубного пространства коксу и подвергаются усиленному износу.
Определенную проблему также представляет собой подсоединение соосных вращающихся напорного и сливного трубопроводов к стационарным магистралям.
Изобретение барабанного охладителя устраняет указанные недостатки.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении перемещения в трубном пространстве вращающегося барабанного охладителя горячего кускового массива (например, прокаленного нефтяного кокса) под действием сил гравитации. При этом осуществляется эффективная прямоточная передача тепла водяной рубашке. Охлаждающая вода нагревается в процессе работы и может быть утилизирована для технологических и хозяйственных нужд.
Для достижения указанного результата в барабанном охладителе, выполненном  в виде вращающегося вокруг наклонной оси прямоточного теплообменного устройства типа “труба в трубе”, по трубному пространству которого силами гравитации перемещается охлаждаемый бесконтактным способом высокотемпературный кусковой массив, например, прокаленный нефтяной кокс, а межтрубное пространство выполнено в виде проточной водяной рубашки, имеющем наружные опорные и упорную роликовые станции, электромеханический привод с подвенцовой шестерней на выходном валу, зацепляющейся с цилиндрическим зубчатым венцом, закрепленным на наружной поверхности оболочки, для входа и выхода охлаждающей воды на штуцерах входа и выхода воды герметично закреплены гибкие напорные рукава, а его барабан совершает возвратно-вращательное движение на пол-оборота в каждую сторону, для чего привод снабжен электромагнитным тормозом и реверсивным устройством пуска электродвигателя, управляемыми конечным выключателем, срабатывающим при достижении барабаном одного из крайних положений, при этом по всей длине цилиндрического трубного пространства вдоль одной из его образующих выполнена продольная плоская радиально-направленная к центру пластина, способная при каждом полуцикле вращения барабана поднимать кусковой массив охлаждаемого материала и сбрасывать его на внутреннюю стенку оболочки.
На фиг.1 представлен боковой вид барабанного охладителя в среднем положении, на фиг.2 - продольный разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - поперечный разрез В-В на фиг.1.
Примечание. В дальнейшем, изображенное на фиг.1 среднее положение вращающегося барабанного охладителя условно принято за мгновенно остановленное и имеющее “верх” и “низ” - для определения местоположения отдельных элементов конструкции.
Барабанный охладитель представляет собой наклонно установленный длинномерный теплообменник типа “труба в трубе”, работающий по принципу прямотока. Он состоит из трубного пространства 1 и водяной рубашки 2, заключенных в герметичную оболочку 3. Трубное пространство имеет открытые торцы, к которым подведены неподвижно установленные загрузочное 4 и разгрузочное 5 устройства.
На наружной цилиндрической поверхности оболочки 3 неподвижно, например сваркой, закреплены цилиндрические бандажи 6, опирающиеся на способные вращаться ролики 7 опорных станций 8, и конический бандаж 9, опирающийся на ролики 10 упорной станции 11. Станции 8 и 11 неподвижно установлены на бетонном основании. На цилиндрической или торцовой поверхностях оболочки 3 выполнены штуцеры входа 12 и выхода 13 охлаждающей воды, к которым герметично прикреплены гибкие напорные, например, резино-тканевые рукава 14 и 15. Если необходимо, возможно большее чем по одному, количество штуцеров 12 и 13 и рукавов 14 и 15.
Для защиты от износа внутренняя поверхность трубного пространства 1 может быть покрыта шамотной футеровкой 16 (полностью или только частично - в зоне “горячего” конца у загрузочного устройства 4).
Внутри оболочки 3 вдоль ее “нижней” образующей по всей длине трубного пространства неподвижно закреплена, например приварена, продольная плоская радиально-направленная к центру пластина 17. Вращение барабанного охладителя осуществляется электромеханическим приводом 18. Привод неподвижно установлен на бетонном основании и содержит электродвигатель 19, электромагнитный тормоз 20 и редуктор 21. На выходном валу редуктора 21 насажена подвенцовая шестерня 22, входящая в зацепление с зубчатым венцом 23, который закреплен на наружной поверхности оболочки 3. Для управления электродвигателем 19 привода 18 служат реверсивное устройство 24 и электроразводка 25 (поз.24 и 25 изображены на фиг.1 условно), а также двухсторонний конечный выключатель 26 и упорная радиальная пластина 27, закрепленная на “верхней” образующей оболочки 3.
Работа барабанного охладителя осуществляется следующим образом. Подлежащий охлаждению горячий кусковой материал, например прокаленный нефтяной кокс, подается через загрузочное устройство 4 в трубное пространство 1. Барабанный охладитель своими бандажами 6 и 9 опирается соответственно на вращающиеся ролики 7 и 10 опорных 8 и упорной 11 станций. При включенном электродвигателе 19 привод 18 с помощью редуктора 21, подвенцовой шестерни 22 и зубчатого венца 23 производит полуоборот оболочки 3 вокруг ее оси до тех пор, пока упорная пластина 27 не нажмет на один из контактов конечного выключателя 26. По сигналу конечного выключателя 26 срабатывает электромагнитный тормоз 20 и вращение барабана прекращается. После торможения и полной остановки барабана реверсивное устройство 24 с помощью электроразводки 25 производит переключение полюсов электродвигателя 19, который опять включается в работу с вращением в противоположную сторону. Благодаря возвратно-вращательному движению, не требуется создание на оболочке 3 специальных водоподающего и водопринимающего устройств с уплотнением подвижных поверхностей, а применены гибкие, например резино-тканевые, напорные рукава 14 и 15, герметично присоединенные, соответственно, к штуцерам входа 12 и выхода 13 охлаждающей (и одновременно нагреваемой) воды. В процессе работы штуцеры 12 и 13 совершают перемещение из верхнего в нижнее положение и обратно, а рукава 14 и 15, следуя за ними, осуществляют надежный переток воды в рубашке 2. Перемещение охлаждаемого кускового массива в трубном пространстве 1 происходит за счет его подъема пластиной 17 выше диаметральной плоскости барабанного охладителя и гравитационного обрушения поднятого материала на футеровку 16 или (там, где ее нет) - на внутреннюю поверхность наклонной вращающейся оболочки 3. С “холодного” конца трубного пространства кусковой массив самовыгружается в разгрузочное устройство 5.
Барабанный охладитель предназначен для работы в составе автоматической технологической линии, на которой производится горячий кусковой материал, например в установке прокаливания нефтяного кокса, которому требуется охлаждение для дальнейшего транспортирования.