УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
DEVICE FOR PRODUCTION OF MINERAL WOOL

Изобретение относится к производству минеральной ваты, в частности к валковым вертикально центробежным центрифугам.
Известно устройство для получения минеральной ваты [Центробежная машина для изготовления минерального волокна, А.С. СССР № 1511226, БИ № 36, 1989], включающее вращающиеся от привода полые опорные валы с посаженными на них полыми опорными валками, в которые через трубку, проходящую через полые валы, подается охлаждающая жидкость. Отвод охлаждающей жидкости из полого валка осуществляется через зазоры между трубкой и полым опорным валом.
Недостатком данного устройства является невозможность организации непрерывного потока охлаждающей жидкости, обеспечивающего эффективное охлаждение полых валков. Это приводит к быстрому износу рабочей поверхности перегретых валков, их короблению и выходу из строя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения минеральной ваты [Устройство для получения минеральной ваты, пат. РФ № 2059576].
Данное устройство включает полые валки, посаженные на полые вращающиеся от привода опорные валы, внутри которых размещена трубка подвода охлаждающей жидкости.
Применение в данном устройстве дополнительных элементов в виде перегородки и диафрагмы для направления потока охлаждающей жидкости не обеспечивает эффективное охлаждение поверхностей полого валка. Их наличие обеспечивает охлаждение только торцевых поверхностей полого валка за счет того, что охлаждающая жидкость имеет возможность выхода из полого валка после ее перемещения вдоль его к торцевой поверхности со стороны, противоположной полому опорному валу. Однако это не позволяет организовать охлаждение цилиндрической поверхности полого валка. Данное обстоятельство объясняется следующим. Охлаждающая жидкость, поступающая во вращающиеся от привода полые валки через трубку, за счет центробежных сил перемещается к их внутренней цилиндрической поверхности и равномерно распределяется по ней. Из-за этого на внутреннюю цилиндрическую поверхность полого валка действует высокое давление охлаждающей жидкости. В средней части полого валка создается зона пониженного давления.
При вращении полого валка с нагретыми до высокой температуры его поверхностями охлаждение их охлаждающей жидкостью осуществляется сначала за счет "пузырькового" кипения. При достижении критической плотности теплового потока от расплава, передающегося от наружной на внутреннюю цилиндрическую поверхность полого валка, "пузырьковое" кипение охлаждающей жидкости переходит в "пленочное", характеризующееся образованием между охлаждаемой поверхностью и охлаждающей жидкостью паровой "подушки". Под воздействием динамического напора пара охлаждающая жидкость вытесняется от охлаждаемой поверхности. При этом охлаждающая жидкость препятствует выходу из пара из внутренней полости валка наружу из-за образования так называемого "водяного затвора", перекрывающего зазор между трубкой и цилиндрическую поверхность полого опорного вала. Под паровой пленкой резко повышается температура охлаждаемой поверхности. Это приводит к износу наружной цилиндрической поверхности полых валков, их короблению и выходу из строя.
Таким образом, основным недостатком данной конструкции устройства для получения минеральной ваты является невозможность организации непрерывного подвода охлаждающей жидкости к охлаждаемым поверхностям полого валка из-за образования паровой "подушки" и отсутствие возможности выхода пара наружу из-за образующегося "водяного затвора". Это приводит к перегреву полого валка и, как следствие, к износу его наружной цилиндрической поверхности, короблению, образованию на нем трещин из-за термических и силовых напряжений. Данные обстоятельства являются причиной малого срока службы устройств получения минеральной ваты.
Задачей изобретения является повышение срока службы устройств для получения минеральной ваты.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом устройстве для получения минеральной ваты, включающем полые валки, посаженные на полые вращающиеся от привода опорные валы, внутри которых размещена трубка подвода охлаждающей жидкости, согласно изобретению, внутри полых валков установлена кольцевая перегородка, закрепленная на трубке подвода охлаждающей жидкости и образующая кольцевой зазор с их внутренней цилиндрической поверхностью, на внутренней цилиндрической поверхности полых опорных валов по направлению их вращения со стороны привода выполнена винтовая нарезка.
Установка внутри полых валков кольцевой перегородки, закрепленной на трубке подвода охлаждающей жидкости, позволяет одновременно с устранением прямого потока охлаждающей жидкости, минуя внутреннюю цилиндрическую поверхность полого валка, от выходного конца трубки подачи охлаждающей жидкости к кольцевому зазору между полым опорным валом и наружной поверхностью трубки подачи охлаждающей жидкости, решить задачу устранения "водяного затвора", препятствующего выходу пара наружу при полном заполнении полого валка охлаждающей жидкостью.
Выполнение винтовой нарезки на внутренней цилиндрической поверхности полых опорных валов по направлению их вращения, если смотреть со стороны привода, создает, по существу, осевой насос, откачивающий из полых валков горячую охлаждающую жидкость и образовавшийся из нее пар. При этом между кольцевой перегородкой и внутренней торцевой поверхностью полого валка со стороны опорного вала создается зона низкого давления (зона разряжения), куда устремляется горячая охлаждающая жидкость и пар с внутренней цилиндрической поверхности полого валка, проходя через кольцевой зазор между данной поверхностью и кольцевой перегородкой. Благодаря этому в заявляемом устройстве для получения минеральной ваты организуется следующая система охлаждения. Охлаждающая жидкость, по трубке для ее подвода подается во внутреннюю полость полых валков между кольцевой перегородкой и торцевой поверхностью полого валка со стороны, противоположной положению опорного вала, и центробежными силами перемещается к внутренней цилиндрической поверхности полого валка. При перегреве на данной цилиндрической поверхности образуется слой пара. Далее охлаждающая жидкость и пар перемещаются в зону разряжения между кольцевой перегородкой и торцевой поверхностью полого валка со стороны полого опорного вала, созданную вращающимся полым опорным валом с винтовой нарезкой. При этом охлаждающая жидкость и пар проходят кольцевой зазор между внутренней цилиндрической поверхностью полого валка и кольцевой перегородкой. Затем осуществляется радиальное перемещение пара и охлаждающей жидкости вдоль торцевой поверхности полого валка со стороны полого опорного вала, охлаждая ее. Охлаждающая жидкость и пар перемещаются через полость полого опорного вала и выдаются наружу с помощью лопастей винтовой нарезки внутренней цилиндрической поверхности полого опорного вала.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства для получения минеральной ваты обеспечивает эффективное охлаждение полых валков, что уменьшает износ их наружной цилиндрической поверхности, коробление, трещинообразование и, как следствие, повышает срок службы указанного устройства.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами. На фиг.1 показан вид сбоку на устройство для получения минеральной ваты. На фиг.2 показано сечение А-А по одному полому валку и полому опорному валу.
Устройство для получения минеральной ваты (фиг.1) содержит приемный 1 и распределительные 2, 3, 4 валки. Каждый из валков (фиг.2) выполнен полым и включает обойму 5 с торцевой и цилиндрической поверхностями, посаженную на полый опорный вал 6 с торцевой поверхностью и прикрепленную к нему винтами. Полый опорный вал 6 опирается на подшипники 7. Внутри обоймы 5 и полого опорного вала 6 с зазором установлена трубка 8 для подачи охлаждающей жидкости, на которой неподвижно закреплена кольцевая перегородка 9, образующая кольцевой зазор с внутренней цилиндрической поверхностью обоймы 5. В полость полого опорного вала 6 посажена втулка 10 с винтовой нарезкой, выполненной по направлению его вращения, если смотреть со стороны привода данного опорного вала. От поворота относительно полого опорного вала 6 втулка 10 зафиксирована шпонкой 11.
Работа устройства для получения минеральной ваты осуществляется следующим образом.
Включается привод устройства для получения минеральной ваты (не показано), и его валки 1, 2, 3, 4 осуществляют вращение по направлению сплошных стрелок (фиг.1), выполненных по радиусу. На наружную цилиндрическую поверхность данных валков подается горячий расплав, из которого за счет центробежных сил получается минеральная вата. При этом наружная цилиндрическая поверхность обоймы 5 (фиг.2) нагревается. От данной поверхности тепло передается сначала на внутреннюю цилиндрическую поверхность обоймы 5, а затем на торцевые поверхности обоймы 5 и полого опорного вала 6. Для охлаждения этих поверхностей внутрь каждого полого валка через трубку 8 подается охлаждающая жидкость. Направление течения охлаждающей жидкости внутри полого валка показано сплошными и дугообразными стрелками вдоль внутреннего его периметра. За счет центробежных сил охлаждающая жидкость перемещается к внутренней цилиндрической поверхность обоймы 5 между ее внутренней торцевой поверхностью и кольцевой перегородкой 9. При этом охлаждается внутренняя торцевая поверхность обоймы 5. За счет центробежных сил охлаждающая жидкость сосредотачивается на указанной части внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5. При перегреве на данной поверхности образуется "паровая подушка", препятствующая проникновению к ней охлаждающей жидкости. При этом за счет вращения полого опорного вала 6 вместе со втулкой 10 с винтовой нарезкой в направлении вращения полого опорного вала 6, выполняющих функцию осевого насоса, в полостях валка и опорного вала от кольцевой перегородки 9 до втулки 10 создается зона разряжения (низкого давления). Благодаря этому охлаждающая жидкость и пар перемещаются в указанную зону разряжения через кольцевой зазор между кольцевой перегородкой 9 и внутренней цилиндрической поверхностью обоймы 5. При этом осуществляется охлаждение торцевой и внутренней цилиндрических поверхностей полого опорного вала 6. Пройдя втулку 10 с винтовой нарезкой, горячая охлаждающая жидкость и образовавшийся пар выталкиваются наружу с помощью лопастей винтовой нарезки.
За счет системы охлаждения, создаваемой заявляемой конструкцией устройства для получения минеральной ваты, обеспечивается эффективное охлаждение валков. Это позволяет избежать перегрева валков, что, в свою очередь, снижает износ их наружной цилиндрической поверхности, устраняет коробление, трещинообразование и, как следствие, повышает срок службы указанного устройства.
Таким образом, применение предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты за счет создаваемой ей эффективной системы охлаждения полых валков, позволяет существенно повысить срок ее службы.
В настоящее время выполняется проект реконструкции четырехвалковой вертикальной центробежной центрифуги одного из предприятий Челябинской области.