КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ ДОМЕННЫХ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C21B9/12 

Изобретение относится к области черной металлургии и касается оборудования воздухонагревателей доменных печей, а точнее конструкции клапанов горячего дутья.

Известен клапан со сварным корпусом, имеющим полые кольцевые упоры трапециевидного поперечного сечения, спрофилированного из прямолинейных участков [1]. Такая конфигурация поперечного сечения кольцевых упоров корпуса обеспечивает отвод осевых усилий, возникающих на уплотнительных поверхностях, к массивным крепежным фланцам, сообщая корпусу повышенную жесткость и прочность, позволяющую выдерживать высокие нагрузки. Однако излишняя жесткость конструкции вызывает опасность образования трещин из-за переменных температурных напряжений.

Известен также шиберный клапан для трубопроводов большого диаметра [2]. Корпус клапана имеет корытообразные уплотнительные кольцевые упоры, стенки которых приварены с одной стороны к крепежным фланцам, а с другой - к внутренним стенкам корпуса. В качестве спорного элемента применены перегородка, расположенная соосно кольцевым упорам и образующая форму усеченного конуса, или пальцы, распределенные по периферии. Торцевая поверхность опорных элементов, обращенная к уплотнительной поверхности кольцевых упоров, свободно прилагает к их внутренней стенке.

Благодаря этому нагрузки на уплотнительных поверхностях кольцевых упоров, возникающие от давления горячего воздуха при закрытом диске клапана, передаются в зону крепежных фланцев, не нарушая возможности упругой деформации корпуса.

В процессе эксплуатации в результате термической деформации участка воздухопровода, на котором смонтирован клапан, корпус воспринимает осевые сжимающие нагрузки. При восприятии этих нагрузок опорные перегородки или опорные пальцы действуют как жесткие упоры, обеспечивая прочность конструкции корпуса клапана, но существенно снижая податливость, что неизбежно приводит к возникновению трещин и преждевременному выходу клапана из строя.

Из известных клапанов горячего дутья доменных воздухонагревателей наиболее близким по технической сущности (прототипом) является клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей [3].

Этот клапан содержит футерованные запорный диск и корпус с крышкой, фланцами и полыми кольцевыми упорами. Кольцевые упоры имеют цилиндрическую внутреннюю поверхность и образованную диафрагмами коническую наружную поверхность. Одна из торцевых поверхностей кольцевых упоров криволинейно изогнута внутрь (к центру) клапана и имеет кольцевой уплотнительный поясок, предназначенный для контактирования с запорным диском. Другая торцевая поверхность кольцевых упоров имеет конический профиль и приварена к крепежным фланцам корпуса. Боковые перегородки, соединенные лучевыми перемычками, образуют в полости корпуса отстойную камеру, а также две полости интенсивного охлаждения.

Конический профиль торцевой поверхности кольцевых упоров обеспечивает необходимые жесткость и прочность конструкции клапана, позволяя передавать усилия от нагруженного давлением диска при закрытом клапане на крепежные фланцы. При этом конический профиль наружной поверхности кольцевых упоров и боковые перегородки с лучевыми перемычками обеспечивают также жесткость и прочность конструкции клапана при восприятии осевых нагрузок от воздействия деформирующегося в процессе эксплуатации воздухопровода.

Недостатком известной конструкции является то, что повышенная жесткость не позволяет компенсировать циклически меняющиеся температурные воздействия, снижая таким образом трещиностойкость корпуса клапана.

Задача настоящего изобретения состоит в создании конструкции клапана горячего дутья доменных воздухонагревателей, позволяющей повысить его надежность и долговечность за счет обеспечения податливости при одновременном сохранении необходимой жесткости и прочности.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане горячего дутья доменных воздухонагревателей, включающей футерованные запорный диск и корпус с крышкой, фланцами и полыми кольцевыми упорами, у которых с запорным диском клапана торцевая поверхность криволинейно изогнута внутрь корпуса и имеет кольцевой уплотнительный поясок, согласно изобретению, наружная поверхность кольцевых упоров выполнена цилиндрической, а их примыкающая к фланцам торцевая поверхность имеет тарельчатый профиль, причем отношение длины образующей внутренней цилиндрической поверхности кольцевых упоров к длине образующей наружной цилиндрической поверхности составляет 0,75-0,85, а ширина канала между кольцевыми упорами составляет 0,3-0,4 длины клапана.

Гибкий тарельчатый профиль поверхности F кольцевых упоров обеспечивает податливость конструкции корпуса клапана, тем самым уменьшая вероятность образования трещин при циклически меняющемся термонапряженном состоянии клапана в условиях его эксплуатации. В то же время цилиндрическая наружная поверхность B кольцевых упоров обеспечивает необходимую жесткость и прочность корпуса клапана в осевом направлении, позволяет противостоять значительным усилиям, возникающим в процессе эксплуатации тракта горячего дутья вследствие давления горячего воздуха и деформации воздухопровода.

Предлагаемое соотношение длины l образующей внутренней цилиндрической поверхности A кольцевых упоров в длине l₁ образующей наружной цилиндрической поверхности позволяет достичь наиболее оптимального сочетания податливости и жесткости. Если отношение длины l образующей внутренней цилиндрической поверхности A к длине l₁ образующей наружной цилиндрической поверхности B меньше 0,75 существенно снижается податливость, т.е. увеличивается жесткость конструкции, возрастает нагрузка на сварной шов, являющийся стыком двух частей кольцевых упоров и увеличивается вероятность разрушения этого стыка под действием знакопеременных нагрузок на клапан.

Если упомянутое отношение будет больше 0,85, податливость конструкции возрастает, жесткость ее становится недостаточной и уязвимым становится сварной шов, соединяющий кольцевые упоры с крепежными фланцами, возрастает вероятность его разрушения.

Для обеспечения конструктивной прочности клапана и его трещиностойкости ширина S канала H между кольцевыми упорами корпуса составляет 0,3-0,4 установочной длины L клапана, т.е. расстояния между его крепежными фланцами. При ширине S канала H между кольцевыми упорами меньшей 0,3 установочной длины L клапана жесткость конструкции существенно возрастает и вероятность разрушения сварных стыков элементов конструкции увеличивается.

Если ширина S канала H между кольцевыми упорами больше 0,4 установочной длины, то чрезмерно увеличивается податливость конструкции, а прочность значительно снижается, что также приводит к разрушению клапана.

Кроме того, предлагаемый профиль кольцевых упоров способствует более надежному удержанию огнеупорной футеровки, увеличивая срок службы клапана в целом.

На фиг. 1 изображен клапан горячего дутья в разрезе (с опущенным запорным диском).

На фиг. 2 - место 1 на фиг. 1 (увеличено).

Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованные корпус 1 и запорный диск 2, находящийся в крышке 3 в режиме дутья и опускающийся в корпус 1 в режиме нагрева. Корпус 1 включает полые кольцевые упоры 4 и 5 с цилиндрическими внутренней A и наружной B поверхностями. Торцевая поверхность C кольцевых упоров 4 и 5 криволинейно изогнута внутрь корпуса 1 и имеет кольцевой уплотнительный поясок D для контакта с запорным диском 2. Торцевая поверхность F кольцевых упоров 4 и 5, приваренная к фланцам 6 и 7, имеет тарельчатый профиль. Наружная поверхность B кольцевых упоров 4 и 5 одной из сторон приварена к соответствующим фланцам 6 и 7. Отношение длины l образующей внутренней цилиндрической поверхности A кольцевых упоров 4 и 5 к длине l₁ образующей наружной цилиндрической поверхности B составляет 0,75-0,85. Ширина S канала H между кольцевыми упорами 4 и 5 составляет 0,3-0,4 длины L клапана. Охлаждающая вода подается непосредственно в кольцевые упоры 4 и 5.

Клапан работает следующим образом. В режиме дутья запорный диск 2 поднят и через клапан движется разогретый в воздухонагревателе воздух с температурой 1300^oC и выше. При этом происходит интенсивный обогрев элементов корпуса и особенно полых кольцевых упоров 4 и 5 и канала H между ними. Техническая вода, подаваемая в полые кольцевые упоры 4 и 5, охлаждает их.

В режиме нагрева запорный диск 2 опущен, перекрывает воздухопровод. Обогрев элементов корпуса клапана происходит в основном за счет излучения от футеровки. При этом клапан испытывает сильные нагрузки от давления горячего дутья и воздействия деформирующегося в процессе эксплуатации воздухопровода.

Благодаря жесткой и одновременно податливой конструкции корпуса обеспечивается надежность и долговечность клапана в сложных условиях его эксплуатации при циклически меняющемся термонапряженном состоянии.

Предложенная конструкция клапана горячего дутья доменных воздухонагревателей по сравнению с известными позволяет повысить его надежность и долговечность.

Изобретение может быть использовано в оборудовании воздухонагревателей доменных печей. Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей содержит футерованные корпус и запорный диск, находящийся в крышке в режиме дутья и опускающийся в корпус в режиме нагрева. Корпус включает полые кольцевые упоры с цилиндрическими внутренней и наружной поверхностями. Одна из торцевых поверхностей кольцевых упоров криволинейно изогута внутрь корпуса и имеет кольцевой уплотнительный поясок для контактирования с запорным диском. Другая торцевая поверхность кольцевых упоров приварена к крепежным фланцам и имеет тарельчатый профиль. Отношение длины образующей внутренней цилиндрической поверхности кольцевых упоров к длине образующей наружной цилиндрической поверхности составляет 0,75 - 0,85. Ширина канала между кольцевыми упорами составляет 0,3 - 0,4 длины клапана. 2 ил.

Клапан горячего дутья доменных воздухонагревателей, включающий футерованные запорный диск и корпус с крышкой, фланцами и полыми кольцевыми упорами, у которых внутренняя поверхность выполнена цилиндрической, одна торцевая поверхность примыкает к фланцам, а другая торцевая поверхность криволинейно изогнута внутрь корпуса и имеет кольцевой уплотнительный поясок, отличающийся тем, что наружная поверхность кольцевых упоров выполнена цилиндрической, а их примыкающая к фланцам торцевая поверхность имеет тарельчатый профиль, причем отношение длины образующей внутренней цилиндрической поверхности кольцевых упоров к длине образующей наружной цилиндрической поверхности составляет 0,75 - 0,85, а ширина канала между кольцевыми упорами составляет 0,3 - 0,4 длины клапана.