ЦЕПЬ ДЛЯ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ РОТАЦИОННОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области теплообменных устройств, в частности, к цепным завесам для вращающихся печей промышленности строительных материалов.
Наиболее распространенными конструктивными элементами, применяемыми при изготовлении цепных теплообменных устройств, являются или круглозвенные, или овальные цепи, изготовленные из прутка цилиндрической формы. В печах промышленности строительных материалов на настоящий момент используют преимущественно круглозвенные цепи как сварные, так и литые. (Вальберг Г.С., Гринер И.К., Мефодовский В.Я. Интенсификация производства цемента. -М.: Стройиздат, 1971 г., стр.145)
Недостатками известной цепи являются:
- низкое количество передаваемого материалу тепла вследствие малой поверхности цепи;
- трудность прогрева в газовом потоке звеньев цепи по толщине вследствие низкой тепловой проводимости звеньев цепи;
- большой износ звеньев цепи в местах их сопряжения вследствие малой площади контакта.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является известная по патенту на полезную модель RU 116589 цепь для цепной завесы вращающейся печи, состоящая из соединенных между собой звеньев, причем внешняя поверхность каждого звена выполнена с оребрением, а внутренняя поверхность каждого звена выполнена криволинейной с радиусом, равным половине шага цепи либо радиусу криволинейной части шага цепи, при этом оребрение выполнено в виде ломаной линии в поперечном сечении звена, отрезки которой представляют собой хорды эллипса, большая ось которого является продольной осью поперечного сечения звена.
Недостатками известной цепи являются:
- низкая стойкость к запутыванию вследствие наличия у каждого звена цепи боковых поверхностей сложной формы, что усложнят процесс собираемости звеньев при опускании цепи вниз печи (заходе ее в материал) во время работы в цепной завесе вращающейся (ротационной) печи и приводит к возможности захлестывания одной цепи другой цепью, заедания или заклинивания звеньев с образованием узлов при контакте с другими цепями.
Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:
- повышение поверхности теплоотдачи цепи;
- повышение теплопроводных свойств каждого звена цепи;
- повышение стойкости к запутыванию;
- снижение износа звеньев цепи в местах их сопряжения.
Согласно первому варианту полезной модели, технический результат достигается тем, что цепь для цепной завесы ротационной обжиговой печи, содержащая соединенные между собой звенья, выполнена таким образом, что поперечное сечение тела каждого звена цепи состоит из прямоугольника, большая сторона которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси, и примыкающего к его малой стороне в месте контакта звеньев кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена.
При этом радиус дуги окружности кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена, равен радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта.
Согласно второму варианту полезной модели, технический результат достигается тем, что цепь для цепной завесы ротационной обжиговой печи, содержащая соединенные между собой звенья, выполнена таким образом, что поперечное сечение тела каждого звена цепи состоит из прямоугольника, большая сторона которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси, и двух примыкающих к его малым сторонам круговых сегментов, один из которых определяет внешнюю торцевую поверхность звена и представляет собой полуокружность с диаметром, равным малой стороне прямоугольника, а другой определяет внутреннюю контактную поверхность звена.
При этом радиус дуги окружности кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена, равен радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта.
Согласно первому варианту заявляемой полезной модели, выполнение в поперечном сечении тела каждого звена цепи прямоугольника, большая сторона которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси, и примыкающего к его малой стороне в месте контакта звеньев кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена, позволяет повысить теплопроводные свойства каждого звена цепи и увеличить площадь поверхности каждого звена, т.е. увеличить поверхность теплообмена цепи, что приводит к возрастанию общего количества передаваемого материалу тепла, а также значительно повысить стойкость цепи к запутыванию.
При равенстве площадей поперечных сечений тел шайбы и тора площадь поверхности шайбы, имеющей профиль поперечного сечения тела в виде прямоугольника, значительно больше площади поверхности тора, имеющего профиль поперечного сечения тела в виде круга.
В процессе работы цепных завес поверхность цепи либо все время покрыта материалом, непосредственно соприкасающимся с газами, либо работает как регенератор, воспринимая теплоту от газов и передавая ее материалу. Таким образом, цепи участвуют в двух видах теплопередачи - конвекции от газов к налипшему на цепях материалу и при регенеративном теплообмене между газами, цепями и материалом.
Можно допустить, что в условиях стационарного режима теплота воспринимается цепями от газов за счет конвективного теплообмена, а затем она целиком переходит в материал.
Процесс переноса теплоты за счет взаимодействия теплоносителей при движении потоков, когда более нагретые частицы, соприкасаясь с менее нагретыми, передают им теплоту, представляет собой конвективный теплообмен. Скорость переноса теплоты конвекцией формулируется законом Ньютона:
Q=α·F·Δt·τ, формула (1)
где α - коэффициент теплоотдачи; F - поверхность теплообмена; Δt - разность температур более нагретого тела и менее нагретого тела (так называемый температурный напор); τ - продолжительность времени переноса теплоты.
Из формулы (1) следует, что количество перенесенной теплоты Q прямо пропорционально поверхности теплообмена F.
Выполнение в поперечном сечении тела каждого звена цепи примыкающего к малой стороне прямоугольника кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена, позволяет еще больше увеличить площадь поверхности звена цепи, так длина дуги всегда больше длины стягивающей ее хорды.
При рассмотрении процесса переноса теплоты внутри одного тела (теплопроводность звена цепи), когда теплота переходит из более нагретых частей тела в менее нагретые. Скорость переноса теплоты за счет теплопроводности (кондукции) формулируется законом Фурье:
Q=λ/s·F·Δt·τ, формула (2)
где λ - коэффициент теплопроводности; s - длина пути переноса теплоты (толщина звена цепи).
Отношение λ/s из формулы (2) характеризует тепловую проводимость звена цепи. При уменьшении толщины звена цепи появляется возможность более быстрого прогрева звеньев цепи по толщине и аккумулирования большего количества тепла в центральной части звена. Поэтому, согласно заявляемой полезной модели, поперечное сечение тела каждого звена цепи в виде прямоугольника позволяет лучше прогревать звенья цепи в газовом потоке по толщине и полнее отдавать накопленное тепло материалу, в результате чего интенсифицируется теплообмен между звеньями цепи и материалом, а также между газовым потоком и звеньями цепи, приводя к увеличению производительности печи.
В настоящее время на цементных заводах применяют два основных вида цепных завес для вращающихся печей: цепные завесы, у которых каждая цепь подвешена только за один конец (свободно висящие), и цепные завесы, у которых цепи подвешены гирляндами, т.е. за оба конца. (Ю.И. Дешко, М.Б. Креймер, Т.А. Огаркова. Наладка и теплотехнические испытания вращающихся печей на цементных заводах. Издание второе, переработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. Москва, 1966, с.28-29)
Цепь состоит из последовательно соединенных между собой взаимно подвижных звеньев, поэтому при вращении печи есть вероятность их запутывания между собой с образованием узлов. Эта ситуация возникает обычно при опускании цепей вниз ротационной (вращающейся) печи при ее обороте.
Конструктивное решение заявляемой полезной модели приводит к получению цепи с очень высокой стойкостью к запутыванию, так как в цепи присутствуют только одинаковые звенья с плоскими боковыми поверхностями, позволяющими при опускании цепи вниз печи (в материал) одному звену цепи легко скользить по другому звену вдоль продольной оси цепи, и тем самым собираться всем звеньям цепи в кучу. Способность звеньев цепи собираться в кучу позволяет значительно снизить риск захлестывания одной цепи другой цепью, заедания или заклинивания звеньев с образованием узлов при контакте с другими цепями.
Согласно второму варианту заявляемой полезной модели, выполнение в поперечном сечении каждого звена цепи прямоугольника, большая сторона которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси, и примыкающих к его малым сторонам круговых сегментов, один из которых определяет внешнюю торцевую поверхность звена и представляет собой полуокружность с диаметром, равным малой стороне прямоугольника, а другой определяет внутреннюю контактную поверхность звена, позволяет повысить теплопроводные свойства каждого звена цепи, получить максимально возможную поверхность каждого звена цепи, так как длина дуги всегда больше длины стягивающей ее хорды, а также получить обтекаемую внешнюю поверхность каждого звена цепи, чтобы исключить какое-либо зацепление звеньев острыми краями, приводящее к запутыванию звеньев с образованием узлов. Максимальной длины дуга окружности, определяющая внешнюю торцевую поверхность звена, достигает при условии, если будет дугой полуокружности с диаметром, равным малой стороне прямоугольника.
Согласно первому и второму вариантам заявляемой полезной модели, выполнение в поперечном сечении тела каждого звена цепи дуги окружности кругового сегмента, определяющего внутреннюю контактную поверхность звена, с радиусом, равным радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта, позволяет получить максимально возможную площадь контакта звеньев заявляемой цепи.
Максимально возможная площадь контактной поверхности каждого звена цепи максимально уменьшает их износ в месте контакта вследствие уменьшения нагрузки на внутреннюю поверхность звена.
На износ цепи одновременно влияет множество различных факторов, приводящих к преждевременному выходу цепи из строя вследствие интенсивного развития процессов коррозии и изнашивания рабочих поверхностей, бороться с которыми весьма сложно. Поэтому, одним из направлений для повышения работоспособности цепей для цепных завес вращающейся печи, эксплуатирующихся в условиях коррозии и абразивного изнашивания, является рациональное конструирование звена цепи такой формы и размеров, которые обеспечивали бы возникновение на рабочих поверхностях минимальных по величине механических воздействий в процессе эксплуатации и продлевали бы период допустимого износа.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий, сопровождающихся химическим взаимодействием металла со средой (высокотемпературное окисление металла газами).
Условия сопряжения, характер контакта внутренних торцевых поверхностей звеньев цепи оказывают большое влияние на скорость изнашивания.
Профиль отверстия звена цепи определяет форму этого звена, например, круглую или овальную (эти формы наиболее распространены). У круглого звена профиль отверстия полностью криволинейный, а у овального звена профиль отверстия имеет как прямолинейные, так и криволинейные участки. Криволинейные участки профиля отверстия определяют форму контактной поверхности звена.
На поверхности звеньев при нагреве цепи образуется защитная оксидная пленка (окалина), состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая при нагреве материала, которая тормозит процесс коррозии.
Абразивный износ приводит к истиранию защитной оксидной пленки, а нарушение сплошности оксидного покрытия материала цепи приводит к ускорению темпа окисления.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунками:
На фиг.1 - показан общий вид цепи с овальными и круглыми звеньями;
На фиг.2 - показан продольный разрез трехзвенного отрезка цепи со звеньями овальной формы;
На фиг.3 - показан продольный разрез трехзвенного отрезка цепи со звеньями круглой формы;
На фиг.4 - показано поперечное сечение тела каждого звена цепи, согласно первому варианту полезной модели;
На фиг.5 - показано поперечное сечение тела каждого звена цепи, согласно второму варианту полезной модели.
Цепь для цепной завесы ротационной печи состоит последовательно соединенных между собой взаимно подвижных звеньев 1 любой геометрической формы, например, овала или круга.
Согласно первому варианту полезной модели, поперечное сечение тела каждого звена 1 цепи состоит из прямоугольника 2, большая сторона 3 которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси 4, и примыкающего к его малой стороне 5 в месте контакта 12 звеньев 1 кругового сегмента 6, определяющего внутреннюю контактную поверхность 7 звена.
Согласно второму варианту полезной модели, поперечное сечение тела каждого звена 1 цепи состоит из прямоугольника 2, большая сторона 3 которого в продольном разрезе цепи параллельна ее центральной продольной оси 4, и двух примыкающих к его малым сторонам 5 круговых сегментов. Круговой сегмент 9, определяющий внешнюю торцевую поверхность 8 звена 1, представляет собой полуокружность с диаметром, равным малой стороне 5 прямоугольника 2. Другой круговой сегмент 6 определяет внутреннюю контактную поверхность 7 звена 1.
Согласно первому и второму вариантам полезной модели, радиус R1 дуги окружности кругового сегмента 6, определяющего внутреннюю контактную поверхность 7 звена 1, равен радиусу R2 дуги окружности, определяющей профиль 10 отверстия 11 каждого предыдущего звена 1 цепи и каждого последующего звена 1 цепи в месте контакта 12.
Цепь для цепной завесы вращающейся печи используется следующим образом:
Цепи используются в качестве внутреннего теплообменного устройства. Во время вращения печи часть цепей находится в потоке газов, а остальная часть погружена в материал. В начале цепной зоны шлам налипает на цепи, находящиеся в газовом потоке. Цепи в этой части зоны увеличивают поверхность соприкосновения шлама с горячими газами, и в результате улучшается теплообмен. Когда шлам подсыхает, он теряет пластичность и уже не налипает на цепи. С этого момента тепло материалу передается цепями по регенеративному принципу: цепи нагреваются в газовом потоке и при погружении в материал передают ему тепло. Наряду с этим материал воспринимает тепло от газов и футеровки.
Оптимальная конструкция цепей должна обеспечивать эффективную теплопередачу, быть устойчивой к действию высокой температуры, иметь высокий запас прочности, сохранять гранулометрический состав материала и не повышать запыленности газового потока.