СПОСОБ НАСТРОЙКИ СПРЕЙЕРА Российский патент 1994 года по МПК C21D1/02 

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано для охлаждения струями воды цилиндрических изделий, например труб.

Известен способ регулирования подачи струй жидкости во вращающемся спрейере при радиальном их направлении. По этому способу при заданной скорости вращения спрейера омывание поверхности обрабатываемого изделия обеспечивается подборкой скорости истечения струй. В процессе работы в спрейере из отдельных струй, истекающих из сопел, формируется вращающийся вокруг оси спрейера поток жидкости с воздушной полостью в центре. Диаметр этой полости пропорционален скорости вращения и обратно пропорционален скорости истечения струй. Таким образом часть скоростного напора струй тратится на преодоление центробежных сил, поэтому скорость истечения, а следовательно, и пропорционально связанный с ней расход воды при использовании этого способа выше требуемого по условиям теплосъема.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ, по которому труба охлаждается во вращающемся спрейере, в котором сопла устанавливаются под углом к радиальному направлению. Такая установка сопел позволяет нейтрализовать влияние центробежных сил.

В способе-прототипе углы наклона подбираются произвольно для каждого изделия, т. е. устанавливается некоторый угол наклона струй, включается спрейер, определяется, есть ли касание потоком поверхности изделия, т.е. совпадает ли диаметр воздушной полости с диаметром изделия. Если этого нет, устройство отключается, устанавливается новый угол наклона струй и процесс повторяется. Подборка углов необходима также и при смене типоразмера или скорости движения изделия.

Таким образом, процесс настройки требует длительного времени, что приводит к снижению производительности устройства. Кроме того, в процессе длительной настройки вода расходуется впустую, что увеличивает общие энергозатраты на устройство.

Цель изобретения - сокращение потерь времени настройки, обеспечивающее увеличение суточной производительности устройства.

Это достигается тем, что при заданном расходе жидкости определяют скорость вращения спрейера W_о, обеспечивающую омывание поверхности изделий при раздельном направлении струй, а затем струи разворачивают к радиальному направлению под углом α , определяемым по кривой в координатах α = f (W/W_о), проходящей через точки, в которых углам α 0^о; 20^о; 40^о; 60^о; 70^o соответствуют соотношения 1; 2,2; 3,2; 3,8; 4, где W - заданная скорость вращения спрейера.

В процессе вращения спрейера на поверхности движущегося поступательно вдоль его оси изделия каждая струя оставляет винтообразную линию. Шаг между витками спирали прямо пропорционален скорости перемещения изделия и обратно пропорционален скорости вращения спрейера. Равномерное охлаждение изделия обеспечивается при смыкании витков спирали. Таким образом требуемая скорость вращения задается скоростью перемещения изделия. Расход охлаждающей жидкости, а следовательно, и скорость истечения струй определяется количеством тепла, которое необходимо снять с охлаждаемого изделия в процессе его обработки в устройстве. Таким образом, расход воды и скорость вращения спрейера W задаются технологией.

Угол разворота струй α, обеспечивающий при заданных расходах и скоростях вращения спрейера, в приемлемых для инженерного расчета выражениях не может быть получен, так как радиальная и касательная составляющие каждой капли струи после ее отрыва от сопла постоянно меняются.

При экспериментальном исследовании работы вращающихся водяных спрейеров различных типоразмеров получена зависимость, позволяющая при заданных расходах воды в зависимости от скорости вращения данного спрейера, обеспечивающей омывание изделий при радиальном направлении струй Wо, выбрать угол α их наклона, обеспечивающий такое же омывание при заданной скорости W вращения спрейера.

Соотношение выбрано в качестве определяющего для нахождения угла α разворота сопел, так как в нем отсутствуют параметры, связанные с размерами спрейера = , где d - диаметр спрейера; n - число оборотов спрейера за единицу времени, что позволяет использовать его для спрейеров любых типоразмеров.

Направление струй в сторону вращения спрейера приводит к увеличению влияния центробежных сил на струи жидкости. Радиальное направление, т.е. α = 0, применяется в качестве исходного для настройки спрейера. Увеличение угла более 70^о приводит к резкому увеличению влияния центробежных сил на струю.

Изобретение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия", так как не обнаружены при поиске по патентной и научно-технической литературе технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками предлагаемого решения.

Способ реализуется следующим образом.

При заданном по условиям теплосъема расходе охлаждающей жидкости и радиальном направлении струй устанавливается скорость вращения спрейера, обеспечивающая диаметр воздушной полости, необходимой для омывания изделия.

По заданной технологии скорость вращения спрейера по предлагаемому графику выбирают и устанавливают угол наклона струй, необходимый для омывания поверхности изделия. При необходимости изделия скорости вращения, вызванной сменой тепла прохождения изделия, достаточно изменить угол наклона струй без предварительной их установки в радиальное положение.

П р и м е р. В спрейере диаметром 150 мм необходимо охладить трубу диаметром 80 мм, движущуюся со скоростью 1 м/с. Для качественного охлаждения трубы необходимы расход воды 100 м³/ч и скорость вращения 300 об/мин. Устанавливают сопла, а следовательно, и струи в радиальном направлении. Подают требуемый расход воды. Изменяя скорость вращения спрейера, добиваются касания потоком воды поверхности изделия. Скорость вращения при этом равна 150 об/мин. Определяют, что для получения касания потоком воды поверхности изделия при 300 об/мин необходимо развернуть сопла на 15^о.

Предлагаемый способ по сравнению со способом-прототипом позволяет сократить время наладки на 20-30 мин. Для условий, приведенных в примере конкретного выполнения, применение предлагаемого способа позволяет дополнительно обработать 1200 - 1800 м трубы. Мощность двигателя, обеспечивающего спрейер заданным расходом воды, 20 кВт/ч. Таким образом на каждой настройке экономится 10 кВт электроэнергии.

Сущность изобретения: способ включает подачу струй жидкости на внешнюю поверхность цилиндрических изделий с изменением угла наклона струй в плоскости, перпендикулярной оси вращения спрейера, обеспечивающую омывание поверхности изделий при радиальном направлении струй и заданном расходе жидкости, а затем струи разворачивают к радиальному направлению под углом α , определяемым по кривой в координатах a= f(W/W_o) , проходящей через точки, в которых углам α 0^°; 20^°; 40^°; 60^°; 70^° соответствуют соотношения W/W_o соответственно 1; 2, 2; 3, 2; 3, 8; 4, где W - заданная скорость вращения спрейера.

СПОСОБ НАСТРОЙКИ СПРЕЙЕРА, включающий подачу струй жидкости на внешнюю поверхность цилиндрических изделий, изменение угла наклона струй в плоскости, перпендикулярной к оси вращения спрейера, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени настройки, при заданном расходе жидкости определяют скорость вращения спрейера W₀, обеспечивающую омывание поверхности изделий при радиальном направлении струй, а затем струи разворачивают к радиальному направлению под углом α , определяемым по кривой в координатах α = f(W / W_o), проходящей через точки, в которых углам α = 0^o ; 20^o; 40^o; 60^o; 70^o соответствуют соотношения W / W₀ соответственно 1; 2,2; 3,2; 3,8; 4, где W - заданная скорость вращения спрейера.