УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

Полезная модель относится к строительной, химической, металлургической и другим отраслям промышленности, где применяются агрегаты (вращающиеся печи, сушилки и т.п.) с вращающимся барабаном, и может быть использована для уплотнения зазора между вращающейся и неподвижной частями этого оборудования.
Известно уплотнительное устройство, например, вращающейся печи, содержащее обхватывающую корпус печи неподвижную уплотняющую шайбу, состоящую из отдельных секций, прижимаемых пружинами, при этом секции шайбы, выполненные с уступом и соединенные внахлестку, снабжены опорными катками, а на стенке неподвижной камеры закреплено кольцо трения, контактирующая с шайбой часть которого выполнена овальной. Секции шайбы снабжены эластичными прокладками со стороны корпуса. Пружины установлены под углом к корпусу печи и жестко закреплены на опорах посредством винтовой нарезки (см. патент СССР №314054, МПК F27В 7/24, опубл. 01.01.1971 г.).
Недостатками известной конструкции являются, во-первых, отсутствие раздельной регулировки усилия прижима торцевого и радиального уплотнений, а во-вторых, эластичные прокладки не обеспечивают надежного радиального уплотнения при значительном радиальном биении корпуса печи. Это снижает степень герметичности уплотнения, уменьшая надежность и эффективность уплотнения.
Известно устройство для уплотнения концов вращающейся печи, содержащее прижатые друг к другу вращающееся кольцо, закрепленное на корпусе печи, и уплотнительное кольцо, смонтированное на неподвижной камере с возможностью свободного перемещения вдоль оси печи, при этом одно из колец снабжено подпружиненными роликами, контактирующими с другим кольцом (см. патент СССР №365540, МПК F27В 7/24, опубл. 01.01.1973 г.).
Однако при больших линейных перемещениях известное устройство должно иметь большие геометрические размеры, при этом при радиальном биении (перемещении) уплотнение не обеспечивается. Это указывает на ограниченные функциональные свойства известного устройства.
Известно устройство для уплотнения зазора между загрузочным концом вращающейся печи и неподвижной камерой, содержащее уплотнительные кольца, одно из которых выполнено из отдельных секторов, установленных с возможностью осевого перемещения на неподвижной обечайке неподвижной камеры, с прижимными устройствами в виде стержней с пружинами, при этом оно снабжено сменными пластинами, установленными на неподвижной обечайке и входящими внутрь вращающейся печи, секторы уплотнительного кольца неподвижной камеры внахлест соединены друг с другом и установлены на уровне расположения торцовых пластин загрузочного конца вращающейся печи, при этом один стержень прижимного устройства каждого сектора соединен с ним посредством шарнира с обеспечением вращения относительно оси, направленной по нормали к поверхности неподвижной обечайки, а другой стержень установлен с образованием точечного контакта с сектором (см. патент СССР №1534266, МПК F27В 7/24, опубл. 07.01.1990 г.).
Недостатками известной конструкции являются недостаточная надежность уплотнения и ограниченные функциональные возможности. При значительном осевом перемещении конца печи значительно меняется усилие прижима пластин, для устранения этого потребуются пружины большой длины. При этом при недостаточном усилии пружины возникнет зазор, что приведет к уменьшению надежности уплотнения. Кроме того, известная конструкция не обеспечивает уплотнения при радиальных смещениях печи.
Известно устройство для уплотнения зазора между вращающейся печью и неподвижной камерой, содержащее уплотнительное кольцо, соединенное с неподвижной камерой при помощи шпоночных соединений, при этом шпонки выполнены в виде призматических выступов на наружной торцевой поверхности уплотнительного кольца, а торец неподвижной камеры выполнен с вилкообразными упорами с пазами для выступов шпонок (см. патент СССР №1820159, МПК F27В 7/24, опубл. 07.06.1993 г.).
Недостатками известного устройства являются отсутствие уплотнения между пластинами и неравномерное усилие прижатия пластин. Это приводит к снижению степени герметичности уплотнения, уменьшая его надежность и эффективность.
Известно также уплотнительное устройство, обеспечивающее изоляцию при нетермических деформациях и предотвращающих износ, разрушение и снижающих шум, например, в процессе вибрации. Устройство содержит корпус в виде кольца, установленный на подвижную часть печи. Периферийная часть кольца содержит площадку, ориентированную соосно подвижной части печи. На неподвижную часть печи также установлено кольцо, которое снабжено множеством шарниров с тремя лапками, одной из которых он жестко закреплен с кольцом на неподвижной части печи. Другая лапка снабжена гибкой пластиной, контактирующей, с площадкой на кольце уплотнения на подвижной части печи, а третья лапка подпружинена относительно кольца на неподвижной части печи (см. патент Японии № JP 7159041, МПК F27В 7/24, F27В 7/20, опубл. 20.06.1995 г.).
Однако, известной конструкции также присуще недостаточно надежное уплотнение. Во-первых, это обусловлено тем, что после значительного радиального расширения пластины, обеспечивающие герметизацию, могут деформироваться и не вернуться в первоначальное состояние, что впоследствии не обеспечит должного уплотнения. Во-вторых, при значительных линейных перемещениях конструктивные элементы уплотнения, в частности, пластины, лапки шарнира, могут сместиться друг относительно друга, что также приведет к возможному возникновению зазора и снижению эффективности уплотнения.
Известно уплотнительное устройство для больших вращающихся цилиндров, содержащее множество L-образных элементов, каждый из которых контактирует с вращающимися цилиндрами. При этом каждый L-образный элемент пересекается с другим L-образным элементом. Через отверстие в плоской вертикально ориентированной стороне L-образные элементы стянуты гибким элементом, например, тросом, образуя единый каркас (см. патент ВОИС № WO 2004/031626, МПК F16J 15/16, F27B 7/24, опубл. 15.04.2004 г.).
Недостатком известного уплотнительного устройства является то, что механизм прижима с помощью троса не обеспечивает равномерного усилия на каждом сегменте уплотнения - L-образном элементе, что ухудшает уплотняющие характеристики известной конструкции, уменьшая надежность и эффективность уплотнения. Кроме того, при значительном линейном перемещении уплотняемых цилиндров друг относительно друга значительно возрастают габариты и масса уплотняющих L-образных элементов, что ограничивает применение известной конструкции при относительно небольших возможных перемещениях уплотняемых частей.
Наиболее близким техническим решением является известное уплотнительное устройство печи, предназначенной для производства цемента, содержащей вращающуюся и неподвижную части, при этом уплотнительное устройство между ними кольцевой формы, установлено на подвижной части, причем плотнение содержит корпус, имеющий изогнутый профиль, периферийная часть которого упруго контактирует с чередующимися подпружиненными рычажными элементами в виде скоб, причем скобы между собой соединены также посредством пружин. При линейном расширении периферийная часть корпуса уплотнения, благодаря зазору между ним и неподвижной частью печи, проходит через кольцо подпружиненных скоб, при этом лапки скобы в силу наличия вертикально ориентированных пружин, через которые проходит спинка скобы, контактируют с поверхностью корпуса, исключая зазор и проникновение воздуха внутрь печи (см. патент Великобритании № GB 872346, МПК С04С, F06, опубл. 18.11.1959 г., патент Франции № FR 1240400, МПК F27В 7/24, F27В 7/20, опубл. 02.09.1960 г., патент США № US 3012765, МПК F27В 7/24, F27В 7/20, опубл. 12.12.1961 г.).
Известной конструкции присуще недостаточно надежное уплотнение. При ослаблении с течением времени пружин, которыми снабжена каждая скоба, усилие, с которым скоба подпружинивает кольцевой корпус уплотнения, может также ослабнуть. Скобы, находящиеся в нижней части уплотнения, под действием силы тяжести продолжат плотно контактировать с кольцевым корпусом, однако, скобы в верхней части, также под действием силы тяжести, преодолевая усилие пружины, могут недостаточно плотно контактировать с кольцевым корпусом, допуская зазор между частями печи. Известная конструкция также имеет функциональное ограничение, выражающееся в том, что не может быть использована на печах, допускающих значительные линейные перемещения подвижных частей. Применение известной конструкции ограничено перемещением, сопоставимым с первичным зазором между вертикально ориентированными частями кольцевого корпуса и неподвижной частью печи. В противном случае при больших перемещениях конструктивные элементы уплотнения могут быть деформированы и выйдут из строя. Кроме того, корпус уплотнения устанавливается на вращающуюся часть печи, что исключает визуальный осмотр уплотнения в процессе работы печи и негативно влияет на предотвращение возникновения внештатных ситуаций.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание конструкции, обеспечивающей надежное уплотнение вращающейся и неподвижной частей печи и допускающей значительные линейное и радиальное биения (расширения) вращающейся части.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является создание лабиринтного уплотнения между элементами уплотнения, возможность перемещения уплотнения по вращающейся части печи и снижение силы трения между элементами уплотнения и вращающейся частью печи, неизменность усилия, прикладываемого со стороны печи на элементы уплотнения при линейном расширении, исключение деформации конструктивных элементов уплотнительного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что уплотнительное устройство вращающейся печи, содержащее корпус кольцевой формы и множество подпружиненных элементов, согласно полезной модели, установлено на неподвижной части печи, на корпусе радиально расположены кронштейны, на которых шарнирно установлены двуплечие рычаги, на одном конце которых шарнирно на осях установлены пластины, а на другом имеется крючок для механической связи с пружиной, при этом другим концом пружины установлены на кронштейне, пластины снабжены, по крайней мере, одним выступом и пазом прямоугольной формы, ответными друг другу и контактирующими соответственно с пазом и выступом соседних пластин, и антифрикционной накладкой, размещенной на стороне, обращенной к уплотняемой поверхности.
Рабочая поверхность антифрикционной накладки выполнена по радиусу равному радиусу уплотняемой поверхности вращающейся части печи.
Периферийная часть каждой пластины снабжена вертикально ориентированным ребром с, по крайней мере, одним выступом и пазом прямоугольной формы, ответными друг другу.
Размещение уплотнительного устройства на неподвижной части печи позволит в процессе работы (вращении печи) оставаться ему неподвижным относительно оси вращения печи. Таким образом, уплотнение будет доступно визуальному контролю, что исключит возникновение внештатной ситуации, а также исключит воздействие на уплотнительное устройство сил, возникающих при вращении. При этом при линейном перемещении вращающейся части, уплотнительное устройство будет целиком надвигаться на вращающуюся часть, не испытывая дополнительного чрезмерного усилия на конструктивные элементы, например, пластины. В этом случае величина линейного перемещения не ограничивается конструктивными особенностями уплотнительного устройства, а зависит только от конструкции печи в целом.
Механически связанные конструктивные элементы уплотнительного устройства, а именно, подпружиненные рычаги, установленные на кронштейнах корпуса, уплотнительные пластины, а также установленные между ними связи, например, посредством пружины, обеспечивают надежное и плотное уплотнение по контуру вращающейся части печи, исключая, например, проникновение воздуха внутрь уплотнения. В этом случае, например, при радиальном расширении, пластина стремится выйти из своего первоначального состояния, отгибая рычаг. Конец рычага, связанный с пружиной, двигается по часовой стрелке, однако, под действием пружины, другой конец рычага, путем приложения усилия к пластине, стремится вернуть ее в первоначальное состояние, обеспечивая уплотнение.
Пластины в первичном состоянии контактируют друг с другом, например, по всему профилю пазов и ответных им выступов. При радиальном расширении (биении) выступ одной из пластин стремится выйти из паза другой пластины. Однако, за счет прямоугольной формы выступа и паза остается контакт между сторонами выступа и паза, соосными самой пластине, и таким образом, контакт между профилями пластин не прерывается, сохраняя лабиринтное уплотнение, образоранное между уплотнительными пластинами, независимо от величины и силы такого радиального биения.
Вместе с тем, для большего повышения надежности уплотнения периферийную часть каждой пластины целесообразно снабдить вертикально ориентированным ребром с, по крайней мере, одним выступом и пазом прямоугольной формы, ответными друг другу. При этом ребра, как и пластины, будут контактировать друг с другом по профилю этих пазов и выступов.
Антифрикционные накладки на пластинах нивелируют силу трения, возникающую между вращающейся частью печи и уплотнительными накладками. В противном случае вращающаяся часть печи может провернуть за собой уплотнительное устройство, сорвав его с неподвижной части, и нарушив тем самым, уплотнение. Для дополнительного нивелирования трения рабочую поверхность антифрикционной накладки целесообразно выполнять по радиусу равному радиусу уплотняемой поверхности вращающейся части печи.
При этом в процессе работы исключается деформация конструктивных элементов уплотнительного устройства, например, прижимной пластины (в отличие от аналога) или контура уплотнительного кольца (в отличие от прототипа). Таким образом, исключается потенциальная возможность «запоминания» материалом деформируемой формы и возникновения зазора в уплотняемых местах после снятия усилия со стороны вращающейся печи.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 представлено уплотнительное устройство вращающейся печи, общий вид в ракурсе 3/4; на фиг.2 - уплотнительное устройство вращающейся печи, вид сверху; на фиг.3 - узел I на фиг.1, в увеличенном масштабе; на фиг.4 - узел II на фиг.2, в увеличенном масштабе; на фиг.5 - контактирующие между собой пластины, в увеличенном масштабе.
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - корпус уплотнительного устройства; 2 - кронштейн; 3 - оси в кронштейнах 2; 4 - двуплечий рычаг; 5 - пружина; 6 - регулировочная цепь; 7 - пластина; 8 - выступ на пластине 7; 9 - паз на пластине 7; 10 и 11 - планки закрывающие пластины 7; 12 - антифрикционная накладка на пластине 7; 13 - ребро на периферийной части пластины 7.
Уплотнительное устройство вращающейся печи, устанавливаемое на неподвижной части вращающейся печи, содержит корпус 1 кольцевой формы и множество подпружиненных элементов, установленных на нем (фиг.1).
На корпусе 1 радиально расположены кронштейны 2 с отверстиями. К кронштейнам 2 через оси 3 в вертикально ориентированных отверстиях шарнирно установлены двуплечие рычаги 4 (фиг.2 и 3).
На одном конце рычага 4 имеется крючок для механической связи с пружиной 5, например, через регулировочную цепь 6. При этом другим концом пружины 5 установлены в одном из отверстий на кронштейне 2.
На другом конце каждого рычага 4 шарнирно на осях установлены уплотнительные пластины 7 (фиг.3 и 4).
Пластины 7 также снабжены, по крайней мере, одним выступом 8 и пазом 9 прямоугольной формы, ответными друг другу (фиг.5). Выступы 8 и пазы 9 размещают на сторонах пластины 7, параллельных друг другу и продольной оси вращающей части печи. При этом соседние пластины 7 контактируют друг с другом именно через стороны, на которых расположены вышеуказанные выступы 8 и пазы 9. Таким образом, выступ 8 на одной пластине 7 при установке уплотнения входит в соответствующий паз 9 соседней с ней пластины 7, образуя лабиринтное уплотнение.
Контур контакта соседних пластин 7 для улучшения изоляции целесообразно закрывать с двух сторон планками 10 и 11 (фиг.4).
Кроме того, на стороне пластины 7, обращенной к уплотняемой поверхности, размещена антифрикционная накладка 12, с контуром, повторяющим контур пластины 7, из материала с высокой износоустойчивости работоспособного при температуре не ниже температуры контактной поверхности печи. Рабочая поверхность антифрикционной накладки 12 может быть выполнена по радиусу равному радиусу уплотняемой поверхности вращающейся части печи (фиг.3).
Периферийная часть каждой пластины 7 снабжена вертикально ориентированным ребром 13 с, по крайней мере, одним выступом и пазом прямоугольной формы, ответными друг другу. При этом ребра 13 пластин 7 контактируют друг с другом по такому же принципу, как и пластины 7. Выступ на одном из ребер 13 вводит в паз, расположенный на соседнем с ним ребре 13 (фиг.3 и 4).
Уплотнительное устройство вращающейся печи работает следующим образом.
Корпус 1 кольцевой формы уплотнительного устройства с уплотняющими элементами устанавливается на неподвижную часть вращающейся печи.
Посредством выбора длин пружин 5 и, при необходимости, регулировочной цепи 6 обеспечивают регулировку необходимого усилия прижима уплотнительных пластин 7 через рычаги 4 посредством контакта антифрикционных накладок 12 с поверхностью вращающейся части печи.
При вращении печи происходит линейное и радиальное перемещения (биения) вращающейся части печи.
При линейном перемещении вращающаяся часть смещается относительно неподвижной части печи, на которое установлено уплотнительное устройство. При этом уплотнительное устройство просто перемещается по поверхности вращающейся части печи. Причем в процессе перемещения уплотняющие элементы, а именно пластины 7 или рычаги 4 не испытывают дополнительного увеличивающегося усилия со стороны вращающейся печи, которое может привести к их деформации. Такое перемещение также возможно вследствие контакта уплотнительного устройства через антифрикционные накладки 12, позволяющие компенсировать силу трения, возникающую при смещении и предотвращающие срыв уплотнительного устройства в момент вращения и/или биения.
При радиальном смещении или линейном смещении по расширяющейся в диаметре части печи происходит следующее.
Пластины 7 стремятся выйти из своего первоначального состояния, расширяя диаметр образовавшегося уплотнения. При этом отгибается рычаг 4. Конец рычага 4, связанный с пружиной 5, двигается по часовой стрелке. Однако, под действием пружины, установленной в осях 3 в кронштейне 2, это усилие компенсируется и другой конец рычага 4, путем приложения усилия к пластине 7, стремится вернуть ее в первоначальное состояние, обеспечивая уплотнение.
В момент движения рычага 4 пластины 7 отходят друг от друга. Однако, за счет прямоугольной формы выступа 8 и паза 9 сохраняется контакт между сторонами выступа 8 и паза 9, соосными самой пластине 7. Контакт нарушается только между сторонами параллельными оси вращения печи. Таким образом, контакт между профилями пластин 7 не прерывается, сохраняя лабиринтное уплотнение, образованное между уплотнительными пластинами 7. Благодаря этому, а также планкам 10 и 11, ребрам 13 на периферийной части пластины 7 с пазами и выступами аналогичной прямоугольной формы, обеспечивается надежная изоляция внутреннего пространства печи.
В процессе работы исключается деформация конструктивных элементов уплотнительного устройства, что исключает, в свою очередь, возникновение зазора в уплотняемых местах после снятия усилия со стороны вращающейся печи. При этом предложенное уплотнительное устройство допускает при вращении печи значительные радиальное и линейное (торцевое) перемещения (биения) вращающейся части печи, что позволяет использовать предложенное устройство, как на разгрузочном, так и на загрузочном концах печи.