Электрическая печь для обжига вермикулита

Полезная модель относится к области строительных материалов, а именно к технологическому оборудованию для получения вспученного вермикулита из вермикулитовых концентратов.
Известна   электрическая   печь   с вибрационной подовой платформой (RU № 186746, МПК F27B 9/08, F27B 3/08, опубликовано 31.01.2019), содержащая раму с направляющими, горизонтально установленную на раме вибрационную подовую платформу с эксцентриковым приводом с установленными с одной ее стороны цилиндрическими пружинами и с роликами, расположенными в направляющих рамы, установленный на вибрационной подовой платформе противень, установленную на раме термокрышку с электрическими нагревателями с крепежными головками, расположенными на термокрышке, упругий элемент, закрепленным с другой стороны вибрационной подовой платформы, содержащий корпус, в котором установлены ролики с эксцентрично смещенным осями, и упругие пластины, расположенные в контакте с роликами упомянутой платформы и жестко закрепленные на раме.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама с направляющими, вибрационная подовая платформа с эксцентриковым приводом, цилиндрические пружины и роликами, расположенными в направляющих, установленный на вибрационной подовой платформе противень, установленную на раме термокрышку с электрическими нагревателями и крепежными головками, расположенными на термокрышке.
Указанная печь обладает следующими недостатками.
Колебательная система, образованная вибрационной подовой платформой, пружинами, упругим элементом и эксцентриковым приводом работает в режиме резонанса. При этом амплитуда колебаний очень чувствительна к изменениям частоты возбуждения из-за узкого и вытянутого резонансного пика. Изменение частоты возбуждения приведет к нестационарности колебаний, изменению скорости движения вермикулита по противню и продолжительности обжига, что недопустимо. Резонансные колебания так же очень чувствительны к изменению трения на роликах в направляющих, которое зависит от загрязнения направляющих мелкодисперсной пылью, выделяющейся при обжиге вермикулита. Указанные факторы в совокупности скажутся на скорости движения вермикулитового потока и продолжительности его обжига, что не допустимо, так как это изменит главные параметры технологического процесса обжига.
Известна также электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 187215, МПК F27B9/06, С04B20/06 опубликовано 25.02.20191), содержащая раму, электрические нагреватели, противень и установленную над ним термокрышку, закрепленные на ней крепежные головки с зажимами для электрических нагревателей, вибрационную подовую платформу с установленным на ней противнем, оснащенную эксцентриковым приводом, пружинами, установленными с ее противоположных сторон, и роликами, размещенными в направляющих рамы. Кроме того печь снабжена фиксаторами электрических нагревателей.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются рама, электрические нагреватели, противень, термокрышка с закрепленными на ней крепежными головками, вибрационная подовая платформа, на которой установлен противень, оснащенная эксцентриковым приводом, пружинами и роликами, размешенными в направляющих.
Недостатки второго аналога те же, что и у выше рассмотренного.
За прототип принята электрическая печь для обжига вермикулита (RU № 169366, МПК F27B 9/06, С04В 20/06 опубликовано 15.03.2016), содержащая противни, выполненные на подвижных основаниях, крепежные головки, термоизолированные крышки и электронагреватели, размещенные под ними и закрепленные на крепежных головках. Противни расположены параллельно один над другим под углом к горизонту и установлены на телах качения, которые, в свою очередь установлены в направляющих полозьях, расположенных продольно к продольной оси противней. При этом печь снабжена вертикальным приводным валом, расположенным в задней торцевой части противней, снабженным эксцентриками, которые расположены на разных уровнях, соответствующих уровням противней, повернуты один относительно другого на 120°, сопряжены с размещенными в цилиндрах толкателями, которые соединены посредством пружин с подвижными основаниями с одной стороны, которые с другой своей стороны через пружины соединены с рамой печи. Благодаря такому устройству противни при вращении вала с эксцентриками совершают продольные к направлению потока вермикулита колебания, вызывая его движение под уклон в тепловом поле электронагревателей.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, выполненные на подвижных основаниях, крепежные головки, электронагреватели, закрепленные на крепежных головках и размещенные под термоизолированными крышками; противни с подвижными основаниями расположены параллельно друг другу один над другим, установлены на телах качения, которые, установлены в направляющих полозьях, приводной вал с эксцентриками, расположенными на уровне противней с относительным угловым смещением в 120°; пружины, соединяющие подвижные основания с рамой.
Рассмотренная печь обладает следующими недостатками.
2
2
Колебательная система, образованная противнем, пружинами и приводным эксцентриковым валом, работает в резонансном или около резонансном режиме. Резонансный пик у таких систем почти симметричный, узкий и сильно вытянутый, что свидетельствует о большом коэффициенте динамического усиления [Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. М.: Машиностроение, 1978. Т. 1. Колебания линейных систем. 1979. см. стр. 102]. Колебания наклонных противней вызывает вибротранспортный эффект [Бауман И.И., Быховский В.А. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М., «Высш. школа», 1977, стр. 73], т. е. движение вермикулита в тепловом поле электронагревателей. Так как резонансный пик узкий и вытянутый вверх, то чувствительность амплитуды колебаний к незначительным флуктуациям частоты возбуждения со стороны эксцентрикового вала очень высока. Такие флуктуации будут приводить к изменению виброскорости ωА и виброускорения ωА противней, которые и определяют выраженность вибротранспортного эффекта – скорости движения вермикулитового потока по противню и продолжительности его обжига. А это технологические параметры процесса обжига, отклонение которых от заданных значений недопустимо. Кроме того, резонансный или около резонансный режим колебаний противней очень чувствителен к изменению трения на телах качения в направляющих полозьях, которое сильно зависит от загрязнения полозьев мелкодисперсной пылью, выделяющейся при обжиге вермикулита. Изменение трения так же будет приводить к изменению виброскорости ωА и виброускорения ωА противней, изменению вибротранспортного эффекта – скорости движения вермикулитового потока и продолжительности его обжига, что не допустимо, так как приведет к недовспучиванию вермикулита или его пережогу и снижению производительности печи.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении стационарности колебаний противней печи при изменяющемся трении.
Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются противни, выполненные на подвижных основаниях, крепежные головки, электронагреватели, закрепленные на крепежных головках и размещенные под термоизолированными крышками; противни с подвижными основаниями расположены параллельно друг другу один над другим, установлены на телах качения, которые, установлены в направляющих полозьях, приводной вал с эксцентриками, расположенными на уровне противней с относительным угловым смещением в 120°; пружины, соединяющие подвижные основания с рамой.
Указанный технический результат достигается тем, что электрическая печь для обжига вермикулита содержит противни, выполненные на подвижных основаниях, крепежные головки, электронагреватели, закрепленные на крепежных головках и размещенные под термоизолированными крышками; противни с подвижными основаниями расположены параллельно друг другу один над другим, установлены на телах качения, которые, установлены в направляющих полозьях, приводной вал с эксцентриками, расположенными на уровне противней с относительным угловым смещением в 120°; пружины, соединяющие подвижные основания с рамой. Подвижные основания обеспечивают в процессе их колебаний вибротранспортирование вермикулита в пепловом поле электронагревателей, закрепленных на крепежных головках и размещенных под термоизолированными крышками противней.
Приводной вал с эксцентриками, которые расположены на разных уровнях, соответствующих уровням подвижных оснований противней, и повернуты один относительно другого на 120°, дополнительно содержит эксцентрики, выполненные на нем в непосредственной близости к основным эксцентрикам с разворотом относительно них на угол 180°; все эксцентрики снабжены подшипниками качения, которые сопряжены с боковыми сторонами подвижных оснований противней. Противни с подвижными основаниями расположены параллельно один другому и один над другим под одинаковым углом к горизонту и установлены на телах качения, которые, в свою очередь установлены в направляющих полозьях, которые размещены в печи поперечно к продольной оси противней и к направлению потока вермикулита. С противоположных боковых сторон подвижных оснований установлены пружины, соединенные с рамой печи. Таким образом, приводной вал имеет шесть эксцентриков с подшипниками, которые при его вращении, воздействуют на боковые стороны подвижных оснований противней и вызывают их поперечные к продольной оси противней и к направлению потока вермикулита колебания с амплитудой, равной величине эксцентриситета, которая одинакова для всех эксцентриков. Установка дополнительных эксцентриков с разворотом относительно основных на угол 180° обеспечивает антифазные (противоположно направленные) колебания соседних подвижных оснований одного уровня, что обеспечивает динамическую уравновешенность печи. Пружины, установленные с противоположных эксцентрикам боковых сторон противней, обеспечивают возвратное движение противней, прижимая их к своим эксцентрикам.
Бункеры, расположенные в задней (левой) торцевой части противней, с лотками, установленными с зазорами над выступающими частями противней являются накопителями сырья – вермикулитового концентрата. При колебаниях противней в поперечном к их продольной оси и к направлению потока вспучиваемого вермикулита, выступающие части противней принимают на себя постепенно высыпающийся из лотков бункеров вермикулитовый концентрат, который продвигаясь по поверхности противней входит в тепловое поле электронагревателей и постепенно за 3…4 секунды под действием высокой температуры вспучивается и выходит из печи со стороны передней (правой) торцевой части противней как готовый вспученный вермикулит.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются дополнительные эксцентрики, выполненные на приводном валу с разворотом относительно основных на угол 180°, снабженные подшипниками качения и сопряженные с боковыми сторонами противней; направляющие полозья, в которых установлены тела качения противней, размещены поперечно к продольной оси противней и к направлению потока вермикулита, а с противоположных боковых сторон противней установлены пружины, соединенные с рамой; бункеры, расположенные в задней (левой) торцевой части противней, с лотками, установленными с зазорами над выступающими частями противней.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
На фиг. 1 схематично показана электрическая печь для обжига вермикулита (вид сбоку со снятыми стенками) и увеличенный фрагмент I места сопряжения лотка и выступающей части противня.
На фиг. 2 схематично показано поперечное сечение А-А с крышками, электронагревателями, пружинами, эксцентриковым валом и поперечно установленными телами качения.
На фиг. 3 схематично показана электрическая печь для обжига вермикулита (вид сверху).
На фиг. 4 показаны амплитудно-частотные характеристики подвижных подов прототипа и заявляемой электрической печи для обжига вермикулита.
Электрическая печь для обжига вермикулита, фиг. 1, 2 и 3, содержит раму 1, противни 2 с подвижными основаниями 3, термоизолированные крышки 4, электронагреватели 5, закрепленные на крепежных головках 6, тела качения 7, размещенные в направляющих полозьях 8, установленных на раме 1 поперечно к продольной оси противней а и к направлению потока вермикулита по противням 2 и по лоткам 9. Противни 2 со своими основаниями 3 расположены параллельно один другому и один над другим под одинаковым углом к горизонту на 1- ом, 2- ом и 3- ем уровнях, фиг. 1.
Печь так же содержит приводной вал 10, фиг. 2, с основными эксцентриками 11 и дополнительными эксцентриками 12 с посаженными на них подшипниками качения (см. так же фиг. 3). Пары эксцентриков (основных 11 и дополнительных 12) расположены на разных уровнях (1- ом, 2- ом и 3-ем), соответствующих уровням подвижных оснований 3 противней 2, и развернуты на валу 10 относительно друг друга на 120°, а сами основные 11 и дополнительные 12 эксцентрики, выполнены на валу 10 с разворотом относительно друг друга на 180°. Подшипники качения указанных эксцентриков сопряжены с выступающими частями боковых сторон подвижных оснований 3 противней 2 – левой и правой на каждом уровне (см. фиг. 2 и 3). С противоположных боковых сторон подвижных оснований 3 противней 2 установлены пружины 13, соединенные с рамой 1. Приводной вал 10 установлен не менее чем в трех подшипниковых узлах, один из которых 14 (верхний) показан на фиг. 3. Всего приводной вал 10 имеет шесть эксцентриков: три основных 11 и три дополнительных 12.
Бункеры 15 для вермикулитового концентрата расположены в задней (левой) торцевой части противней 2, фиг. 1, и имеют лотки 16 (см. так же фиг. 3), установленные с зазорами z над выступающими частями противней 2 (см. увеличенный фрагмент I места сопряжения лотка 16 и выступающей части противня 2). На лотках 16 предусмотрены шиберные заслонки 17.
Электрическая печь для обжига вермикулита работает следующим образом.
Подшипники эксцентриков 11 и 12, фиг. 2 и 3, при вращении приводного вала 10 с угловой скоростью ω (приводной двигатель на фигурах не показан), воздействуют на выступающие части боковых сторон левого и правого подвижных оснований 3 противней 2 (см. фиг. 2) на каждом уровне расположения подвижных оснований 3 и вызывают их поперечные относительно продольной оси противней 2 и к направлению потока вермикулита колебания х с амплитудой А, равной величине эксцентриситета е, которая одинакова для всех шести эксцентриков приводного вала 10. При этом пружины 13, установленные с противоположных эксцентрикам 11 и 12 боковых сторон подвижных оснований 3 (см. фиг. 2), обеспечивают возвратное движение оснований 3, прижимая их к своим эксцентрикам.
Парная установка эксцентриков 11 и 12, развернутых на валу 10 относительно друг друга на 120°, обеспечивает антифазные колебания соседних подвижных оснований 3 с противнями 2 (левого и правого, см. фиг. 2) одного уровня, что обеспечивает динамическую уравновешенность колебательной системы: т. е. равнодействующая сил инерции каждой пары эксцентриков 11 и 12 равна нулю. Кроме того, при антифазных колебаниях силы инерции подвижных оснований 3 с противнями 2 (левых и правых), так же равны нулю в любой момент времени и на каждом уровне. Это исключает возникновение динамических сил, способных раскачивать в процессе работы печи ее раму 1 и все другие элементы конструкции.
Под действием поперечных к продольной оси противней 2 колебаний, вермикулитовый концентрат, фиг. 1 и 3, из бункеров 15 по лоткам 16 постепенно высыпается на выступающие части противней 2 и, продвигаясь по поверхности противней 2, входит в тепловое поле электронагревателей 5 под термоизолированными крышками 4 и за 3…4 секунды (в зависимости от крупности) под действием высокой температуры вспучивается и выходит из печи со стороны передней (правой) торцевой части противней 2 как готовый вспученный вермикулит. Для регулирования толщины слоя, выходящего из лотков 16 вермикулитового концентрата, предусмотрена шиберная заслонка 17.
2
Колебательная система прототипа, образованная подвижным основанием, пружинами и эксцентриковым приводом, работает как резонансная и имеет амплитудно-частотную характеристику 1, показанную на фиг. 4. Чувствительность колебаний такой системы даже к незначительной флуктуации частоты возбуждения f (f = ω/2π) очень высока и определяется отношением ΔА/Δf. Поэтому малейшее изменение f приведет к заметному изменению амплитуды А, виброскорости ωА и виброускорения ωА колебаний, которые определяют выраженность вибротранспортирования вспучиваемого вермикулита по противням печи, скорость и продолжительность обжига. А это технологические параметры основного процесса, отклонение от которых недопустимо.
В рассматриваемой электрической печи для обжига вермикулита колебания подвижным основаниям 3 с противнями 2 задается принудительно эксцентриками 11 и 12 с постоянной амплитудой А равной величине эксцентриситета е (например 3,5 мм). Тогда амплитудно-частотная характеристика в данном случае будет представлена горизонтальной прямой 2, фиг. 4. Это значит, что если и произойдут изменения частоты возбуждения f, то амплитуда не изменится, а это обеспечит стационарность колебательного процесса и основного технологического процесса обжига, при котором продолжительность обжига не изменится, недовспучивания вермикулита или его пережога не произойдет, и производительность печи останется прежней.
Даже загрязнение направляющих полозьев 8, фиг. 1 и 2, мелкодисперсным вермикулитом, образующемся при его вспучивании, не может повлиять на изменение амплитуды, так как колебания задаются приводным валом 10 с эксцентриками 11 и 12 принудительно.
Парная установка эксцентриков 11 и 12 на валу 10 сбоку от подвижных оснований 3 дает возможность создания спаренного печного агрегата, работающего от одного общего привода при удвоении производительности, что существенно упрощает и удешевляет конструкцию. Более того, установка общего приводного вала 10 позволяет освободить место для размещения бункеров 15 с задней (левой) торцевой части противней 2, фиг. 1, и использовать в качестве дозаторов сырья выступающие части противней 2, устранив тем самым барабанные дозаторы вместе с их приводами, которые применялись ранее в печах такого типа. А это дополнительно упрощает конструкцию и стоимость печного агрегата.
Так достигается технический результат полезной модели, а именно – обеспечиваются стационарные колебания подвижных оснований с противнями при неизменных продолжительности обжига, качестве вермикулита и производительности печи.