ЦЕПЬ С ПЕРЕКРЫВАЮЩИМИСЯ ЗВЕНЬЯМИ ДЛЯ НАСОСА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ЭКСТРУЗИИ СУХОГО УГЛЯ
CHAIN WITH OVERLAPPING LINKS FOR DRY ANGLE EXTRUSION PUMP

Ссылка на родственные заявки
Данная заявка претендует на приоритет на основании патентной заявки США №12/487856, поданной 19 июня 2009 года.
Заявление о Федеральном финансировании научно-исследовательскойработы или опытно-конструкторской разработки.
Настоящее изобретение создано при поддержке правительства США согласно DE-FC26-04NT42237, предоставленной Министерством энергетики. Правительство США имеет определенные права на это изобретение.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к насосу для экструзии сухого угля с целью газификации угля, и более конкретно - к цепи указанного насоса.
Уровень техники
Процесс газификации угля предусматривает превращение угля или других углеродосодержащих твердых тел в синтез-газ. Поскольку в процессе газификации используют как сухой уголь, так и водную суспензию, перекачивание сухого угля может быть термически более эффективным, чем известный способ с применением проточной водной суспензии.
Для модернизации процесса и увеличения механического коэффициента полезного действия при газификации сухого угля все более широкое применение находят насосы для экструзии сухого угля. Однако некоторые существующие в настоящее время насосы для экструзии сухого угля имеют такие недостатки, как зоны разрушения от внутреннего сдвига и застой потока. Наличие таких проблемных зон может приводить к уменьшению механического коэффициента полезного действия.
Раскрытие изобретения
Цепь насоса, используемого для экструзии дисперсного материала, согласно одному из аспектов настоящего изобретения включает множество звеньев, каждое из которых содержит корпус и консоль, при этом консоль каждого из множества звеньев по меньшей мере частично перекрывает корпус соседнего звена из множества звеньев.
Цепь для насоса, используемого для экструзии дисперсного материала, согласно одному из аспектов настоящего изобретения включает множество передних звеньев, каждое из которых содержит корпус переднего звена с перекрывающей консолью переднего звена, а также множество задних звеньев, каждое из которых содержит корпус заднего звена с перекрывающей консолью заднего звена, при этом каждая перекрывающая консоль переднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус соседнего заднего звена, а каждая перекрывающая консоль заднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус соседнего переднего звена.
Насос для транспортирования дисперсного материала согласно одному из аспектов настоящего изобретения включает канал, частично образованный по меньшей мере одной цепью, при этом указанная цепь включает множество передних звеньев, каждое из которых содержит корпус переднего звена с перекрывающей консолью переднего звена, и множество задних звеньев, каждое из которых содержит корпус заднего звена с перекрывающей консолью заднего звена, и при этом каждая перекрывающая консоль переднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус соседнего заднего звена, а каждая перекрывающая консоль заднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус соседнего переднего звена.
Краткое описание чертежей
Различные характеристики станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания варианта осуществления, не имеющего ограничительного характера. Прилагаемые чертежи можно кратко описать следующим образом:
фигура 1А - вид в перспективе насоса для экструзии сухого угля;
фигура 1В - вид спереди насоса для экструзии сухого угля;
фигура 2А - изображение в разобранном виде блока звеньев для насоса, используемого для экструзии сухого угля;
фигура 2В - вид в перспективе блока звеньев с фигуры 2 А;
фигура 2С - вид сбоку цепи, показывающий зону загрязнения вдоль опорной пластины, образованную между ведущими цепными колесами;
фигура 3А - изображение в разобранном виде другого блока звеньев для насоса, используемого для экструзии сухого угля; и фигура 3В - вид в перспективе блока звеньев с фигуры 3А.
Осуществление изобретения
На фигурах 1А и 1В схематически показаны вид в перспективе и вид спереди, соответственно, насоса 10 для экструзии сухого угля, который переназначен для транспортирования сухого дисперсного материала, в частности порошкообразного сухого угля. Насос 10 описан в качестве средства для транспортирования порошкообразного сухого угля, однако он может также транспортировать любой сухой дисперсный материал, и может быть использован в различных отраслях промышленности, включая, в частности, но без ограничения, следующие рынки:
нефтехимический, электроэнергетический, пищевой и сельскохозяйственный.
Насос 10 в общем виде включает входное отверстие 12, канал 14, выходное отверстие 16, первую опорную пластину 18А, вторую опорную пластину 18В, первое уплотнение 20А скребкового типа, второе уплотнение 20В скребкового типа, узел 22А первого привода, узел 22 В второго привода, вентиль 24, и торцевую стенку 26. Порошкообразный сухой уголь входит в насос через входное отверстие 12, проходит через сквозной канал 14 и выходит из насоса 10 через выходное отверстие 16. Канал 14 образован первой цепью 28А и второй цепью 28В, которые расположены, по существу, параллельно и напротив друг друга. Первая цепь 28А вместе со второй цепью 28В, перемещают порошкообразный сухой уголь по каналу 14. Следует понимать, что первая цепь 28А и вторая цепь 28В являются в целом аналогичными за исключением того, что первая цепь 28А перемещается в направлении, противоположном направлению перемещения второй цепи 28В, поэтому ниже приведено подробное описание только первой цепи 28А и связанных с ней систем. Следует также понимать, что используемый здесь термин "цепь" относится к ленте, предназначенной для транспортирования сухого дисперсного материала и совершения работы в результате взаимодействия между первой цепью 28А, второй цепью 28В и материалом, находящимся между ними.
Первая цепь 28А образована блоком 30 звеньев и содержит множество передних звеньев 30А и множество задних звеньев 30В, соединенных попеременно в непрерывную последовательность осью 32, на которую опирается также несколько опорных роликов 34 (фигура 2А). Опорные ролики 34 установлены на оси 32 звена и предназначены для передачи механических сжимающих нагрузок, нормальных к блоку звена, на опорную пластину 18А (фигура 2С).
Первая и вторая опорные пластины 18А и 18В расположены внутри первой цепи 28А и во второй цепи 28В соответственно. Первая опорная пластина 18А несет механическую нагрузку первой цепи 28А и поддерживает часть первой цепи 28А, которая образует канал 14, имеющий, по существу, линейную форму (фигура 2 В). Порошкообразный сухой уголь, транспортируемый по каналу 14, создает сильные напряжения в первой цепи 28А, в том числе, как сжимающие напряжения, направленные наружу из канала 14, так и сдвигающие напряжения, направленные вверх к входному отверстию 12. Сжимающие нагрузки, направленные наружу, передаются от блока звеньев на ось 32 звена, на опорные ролики 34 и на первую опорную пластину 18А (фигура 2С). Таким образом, первая опорная пластина 18А удерживает первую цепь 28А от сложения в первой внутренней части 36А первой цепи 28А, когда сухой порошкообразный уголь транспортируется по каналу 14. Сдвигающие нагрузки, направленные вверх, передаются от блока 30 звена непосредственно на ведущие цепные колеса 38А, 38В и узел 22А привода.
Первое уплотнение 20А скребкового типа расположено вблизи канала 14 и выходного отверстия 16. Первая цепь 28А и первое уплотнение 20А скребкового типа образуют уплотнение между насосом 10 и наружной атмосферой. При этом частицы порошкообразного сухого угля, которые захватываются между первой цепью 28А и первым уплотнением 20А скребкового типа, становятся подвижным герметичным уплотнением для первой цепи 28А. Наружная поверхность первого уплотнения 20А скребкового типа образует относительно небольшой угол с прямолинейной частью первой цепи 28А для того, чтобы счищать поток порошкообразного сухого угля с перемещающейся первой цепи 28А. Такой угол предотвращает застой порошкообразного сухого угля, который может приводить к уменьшению механического коэффициента полезного действия насоса. В одном примере осуществления первое уплотнение 20А скребкового типа образует с прямолинейной частью первой цепи 28А угол 15°. Первое уплотнение 20А скребкового типа может быть выполнено из любого пригодного материала, включая, в частности, но без ограничения, закаленную инструментальную сталь.
Узел 22А первого привода может быть расположен в первой внутренней части 36А первой цепи 28А и обеспечивает перемещение первой цепи 28А в первом направлении. Узел 22А первого привода включает по меньшей мере два ведущих цепных колеса 38А и 38В, расположенных на противоположных концах первой цепи 28А. В описанном варианте осуществления, не имеющем ограничительного характера, каждое из ведущих цепных колес 38А и 38В содержит пару, по существу, круглых цепных шестерней 40 с множеством зубьев 42, которые выступают из них для вращения вокруг оси S (фигура 2С). Зубья 42 входят в зацепление с первой цепью 28А для того, чтобы перемещать первую цепь 28А относительно ведущих цепных колес 38А и 38В. В показанном варианте осуществления узел 22А первого привода вращает первую цепь 28А со скоростью примерно от 1 фута в секунду до примерно 5 футов в секунду (фут/с).
Вентиль 24 расположен вблизи выходного отверстия 16 насоса 10 и выполнен с возможностью переключения между открытой позицией и закрытой позицией. Прорезь 44 проходит сквозь вентиль 24 и регулирует прохождение порошкообразного сухого угля через выходное отверстие 16 насоса 10 в приемный резервуар (не показан), расположенный под насосом 10. Ширина прорези 44 больше, чем размер выходного отверстия 16 между уплотнениями 20А и 20В скребкового типа. Когда вентиль 24 находится в закрытой позиции, прорезь 44 не совмещается с каналом 14 и выходным отверстием 16, предотвращая выход порошкообразного сухого угля из насоса 10. При отсутствии вращения первой и второй цепи 28А и 28В насоса 10 вентиль 24 обычно находится в закрытой позиции.
При запуске насоса 10 вентиль 24 остается в закрытой позиции. Когда первая и вторая цепь 28А и 28В начинают вращаться, вентиль 24 поворачивается на 90° в открытую позицию (фигура 1 В). Когда вентиль 24 находится в открытой позиции, прорезь 44 совмещается с каналом 14 и выходным отверстием 16, чтобы обеспечить прохождение порошкообразного сухого угля по каналу 14 через насос 10 в приемный резервуар. В показанном варианте осуществления вентиль 24 представляет собой цилиндрический вентиль.
Можно определить расстояние между цепными колесами 38А и 38В в первом и втором узле привода 22А и 22В, полуугол схождения "тэта" между опорными пластинами 18А и 18В и расстояние между уплотнениями 20А и 20В скребкового типа для того, чтобы обеспечить наибольший механический коэффициент полезного действия, возможный при перекачивании конкретного сухого дисперсного материала без возникновения вредного обратного потока частиц и выброса в насос 10. Высокий механический коэффициент полезного действия при перекачивании частиц обычно получают, когда механическая работа, совершаемая насосом 10 при перемещении частиц, уменьшается до уровня, почти соответствующего изоэнтропным условиям (т.е. без скольжения частиц).
Как показано на фигурах 2А-2С, блок 30 звеньев образует плоскую поверхность вдоль опорной пластины 18А и обладает гибкостью для поворота вокруг каждого цепного колеса 38А, 38В. Первая цепь 28А образует первую внутреннюю часть 36А, в которой может быть расположен узел 22А первого привода.
Блок 30 звеньев включает множество передних звеньев 30А и множество задних звеньев 30В, которые соединяются осями 32 звеньев. Оси 32 звеньев обеспечивают зацепление с зубьями 42. Блок 30 звеньев и оси 32 звеньев могут быть выполнены из любого пригодного материала, включая, в частности, но без ограничения, закаленную инструментальную сталь. Каждое переднее звено 30А расположено рядом с задним звеном 30В в чередующемся порядке.
Каждое переднее звено 30А обычно включает корпус 50 переднего звена с перекрывающей консолью 50А переднего звена и несколько пластин 52А, 52В, 52С переднего звена. В описанном примере осуществления показаны три пластины 52А, 52В, 52С переднего звена, однако, следует понимать, что альтернативно этому можно использовать любое количество пластин звена. Каждая из нескольких пластин 52А, 52В, 52С переднего звена имеет первое отверстие 53А и второе отверстие 53В. Термин "корпус", используемый в данном описании, относится к части каждого звена, которая создает основную рабочую поверхность рядом с каналом 14. Термин "консоль", используемый в данном описании, относится к части каждого звена, которая выступает из корпуса для того, чтобы по меньшей мере частично перекрывать соседний "корпус", и опирается на него. Следует понимать, что консоль может выступать из передней части или из задней части соответствующего корпуса. Следует также понимать, что термин "пластина" включает, в частности, но без изменения плоские элементы, которые выступают из корпуса.
Каждое заднее звено 30В обычно включает корпус 54 заднего звена с перекрывающей консолью 54А заднего звена и несколько пластин 56А, 56В заднего звена. В описанном примере осуществления показаны две пластины 56А, 56В заднего звена, однако, следует понимать, что альтернативно этому можно использовать любое количество пластин звена. Каждая из нескольких пластин 56А, 56В заднего звена имеет первое отверстие 57А и второе отверстие 57В.
Первое отверстие 53А и второе отверстие 53 В каждого переднего звена 30А, соответственно, соединяются с первым отверстием 57А одного заднего звена 30В и со вторым отверстием 57 В другого заднего звена 30В при помощи соответствующей оси 32 звена (фигура 2 В). Заднее звено 30В и заднее звено 30В соединяются с каждой стороной переднего звена 30А.
Опорные ролики 34 в количестве двух штук в данном варианте осуществления, не имеющем ограничительного характера, установлены на каждой оси 32 звена, соответственно между пластиной 52А переднего звена и пластиной 56А заднего звена, а также между пластиной 52С переднего звена и пластиной 56В заднего звена (фигура 2 В). В одном варианте осуществления, не имеющем ограничительного характера, опорный ролик 34 может включать упорное кольцо.
Пластины 56А, 56В заднего звена расположены по бокам от центральной пластины 52В переднего звена, таким образом, пластины 56А, 56В заднего звена находятся снаружи ведущего цепного колеса 38А, 38В, поэтому, когда первая цепь 28А и вторая цепь 28В перемещаются ими, центральная пластина 52В переднего звена проходит между цепными шестернями 40 (фигура 2С).
Каждая консоль 50А переднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус 54 соседнего заднего звена, а каждая перекрывающая консоль 54А заднего звена по меньшей мере частично перекрывает корпус 50 соседнего переднего звена. При этом геометрия передней линии 30А цепи и задней линии 30В цепи обеспечивает эффективное уплотнение. Такая геометрия позволяет транспортировать сухой дисперсный материал с минимальным попаданием его в блок 30 звеньев.
Как показано на фигуре 2С, каждое переднее звено 30А перекрывает соответствующее соседнее заднее звено 30В в зоне загрязнения для того, чтобы предотвратить захват загрязняющих посторонних тел (англ.: foreign object debris, FOD). Зона загрязнения обычно определяется как участок, расположенный вдоль канала 14 по меньшей мере на длине опорной пластины 18А. Зона загрязнения обычно определяется как линейное расстояние между цепными колесами 38А и 38 В. При этом первая цепь 28А и вторая цепь 28В образуют герметичную поверхность для транспортирования сухого дисперсного материала вдоль зоны загрязнения.
Каждое переднее звено 30А по меньшей мере частично отделяется от соответствующего соседнего заднего звена 30В за пределами зоны загрязнения и обычно - вокруг цепных колес 38А и 38В для того, чтобы обеспечить удаление FOD. Таким образом, первая цепь 28А и вторая цепь 28В по меньшей мере частично отделяются для того, чтобы вывести сухой дисперсный материал за пределы зоны загрязнения. Следует отметить, что консоль 50А переднего звена и консоль 54А заднего звена обычно расположены вдоль задней кромки соответствующего корпуса 50 переднего звена и корпуса 54 заднего звена. При этом консоль 50А переднего звена и консоль 54А заднего звена следуют в направлении вращения за соответствующей первой и второй цепью 28А и 28В.
Как показано на фигуре 3А, другой блок 80 звеньев включает множество передних звеньев 80А и множество задних звеньев 80 В. Каждое переднее звено 80А обычно включает корпус 82 переднего звена с перекрывающей консолью 82А переднего звена и множество пластин 84А, 84В, 84С, 84D переднего звена. Каждая из множества пластин 84А, 84В, 84С, 84D переднего звена имеет первое отверстие 86А и второе отверстие 86В.
Каждое заднее звено 80 В обычно включает корпус 88 заднего звена с перекрывающей консолью 88А заднего звена и несколько пластин 90А, 90В, 90С, 90D заднего звена. Каждая из нескольких пластин 90А, 90В, 90С, 90D заднего звена имеет первое отверстие 92А и второе отверстие 92В.
Каждое переднее звено 80А расположено рядом с задним звеном 80 В в чередующемся порядке и соединено с ним осью 94 звена. Каждая ось 94 звена служит опорой для опорных роликов 96 в количестве трех штук в данном варианте осуществления, не имеющем ограничительного характера, установлены на каждой оси 94 звена, соответственно, между пластинами 84А, 84В, 84С, 84D переднего звена и пластинами 90А, 90В, 90С, 90D заднего звена. Таким образом, пластины 90А, 90В заднего звена расположены между пластинами 84А, 84В переднего звена, а пластины 90С, 90D заднего звена расположены между пластинами 84С, 84D переднего звена.
На каждом конце оси 94 звена может быть установлена втулка 98 для того, чтобы фиксировать ось 94 звена в соединении переднего звена 80А и заднего звена 80В и тем самым прикреплять каждое переднее звено 80А к каждому заднему звену 80В (фигура 3В). Втулка 98 может быть также использована для создания поверхности зацепления для ведущего цепного колеса 100. Каждое ведущее цепное колесо 100 включает цепные шестерни 102, обычно имеющие круглую форму, с множеством зубьев 104, которые, соответственно, выступают из него. Следует отметить, что в данном варианте осуществления, не имеющем ограничительного характера, ведущее цепное колесо 100 установлено в наружной позиции относительно блока 80 звеньев. Ведущее цепное колесо 100 может быть установлено с обеих сторон узла 108 привода, по бокам от опорной пластины 106.
Следует понимать, что термины, связанные с относительным расположением, в частности, "переднее", "заднее", "верхнее", "нижнее", "над", "под" и т.п., относятся к нормальному рабочему положению устройства и не должны рассматриваться как ограничительные в ином смысле.
Следует также понимать, что аналогичными ссылочными номерами на нескольких чертежах обозначены соответствующие или аналогичные элементы. Кроме того, следует понимать, что в показанном варианте осуществления описано одно конкретное расположение компонентов, однако, другие расположения также включаются в объем изобретения.
Несмотря на то, что показаны, описаны и заявлены конкретные последовательности операций, следует понимать, что указанные операции могут быть выполнены в любом порядке, разделены или скомбинированы, если не указано иного, при этом они также включаются в объем изобретения.
Приведенное выше описание является иллюстративным и не определяется содержащимися в нем ограничениями. Здесь описаны различные не ограничительные варианты осуществления, однако для специалиста в данной области техники очевидно, что различные модификации и изменения в свете вышеописанных положений включаются в объем прилагаемой формулы изобретения. Таким образом, следует понимать, что в рамках прилагаемой формулы изобретения изобретение может быть реализовано иным образом, чем это конкретно описано. По этой причине прилагаемую формулу изобретения следует рассматривать как определяющую истинный объем и содержание изобретения.