ЦЕПЬ ЦЕЛЬНОЛИТАЯ ДЛЯ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ РОТАЦИОННОЙ ОБЖИГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2014 года по МПК F16G13/00 F27B7/18 F16G15/12 

Изобретение относится к области теплообменных устройств, в частности к цепным завесам для вращающихся печей промышленности строительных материалов.

Наиболее распространенными конструктивными элементами, применяемыми при изготовлении цепных теплообменных устройств, являются или круглозвенные, или овальные цепи, изготовленные из прутка цилиндрической формы. В печах промышленности строительных материалов на настоящий момент используют преимущественно круглозвенные цепи как сварные, так и литые. (Вальберг Г.С., Гринер И.К., Мефодовский В.Я. Интенсификация производства цемента. - М.: Стройиздат, 1971 г., стр.145)

Недостатками известной цепи являются:

- низкое количество передаваемого материалу тепла вследствие малой поверхности цепи;

- трудность прогрева в газовом потоке звеньев цепи по толщине вследствие низкой тепловой проводимости звеньев цепи;

- большой износ звеньев цепи в местах их сопряжения вследствие малой площади контакта.

По патенту на полезную модель RU 116590 известна цепь следующих вариантов:

- цепь литая для цепной завесы вращающейся печи, содержащая соединенные между собой звенья, вместе с тем поперечное сечение каждого звена цепи выполнено веретенообразной формы с отношением его вертикального габаритного размера к горизонтальному габаритному размеру, равным 0,3-0,9, при этом контур внешней части поперечного сечения каждого звена образован двумя пересекающимися выпуклыми дугами окружности, а контур внутренней части поперечного сечения каждого звена - двумя сходящимися прямыми линиями и пересекающей их в месте контакта звеньев цепи выпуклой дугой окружности с радиусом, равным радиусу криволинейной части внутреннего кольца звена цепи;

- цепь литая для цепной завесы вращающейся печи, содержащая соединенные между собой звенья, вместе с тем поперечное сечение каждого звена цепи выполнено веретенообразной формы с отношением его вертикального габаритного размера к горизонтальному габаритному размеру, равным 0,3-0,9, при этом контур поперечного сечения каждого звена выполнен двумя пересекающимися выпуклыми дугами окружности и пересекающей их в месте контакта звеньев цепи выпуклой дугой окружности с радиусом, равным радиусу криволинейной части внутреннего кольца звена цепи;

- цепь литая для цепной завесы вращающейся печи, содержащая соединенные между собой звенья, вместе с тем поперечное сечение каждого звена цепи выполнено веретенообразной формы с отношением его вертикального габаритного размера к горизонтальному габаритному размеру, равным 0,3-0,9, при этом контур внешней части поперечного сечения каждого звена выполнен двумя пересекающимися прямыми линиями, а контур внутренней части поперечного сечения каждого звена - двумя сходящимися прямыми линиями и пересекающей их в месте контакта звеньев цепи выпуклой дугой окружности с радиусом, равным радиусу криволинейной части внутреннего кольца звена цепи.

Одновременно с этим каждое звено цепи выполнено с контуром поперечного сечения, внутрь которого вписан круг, имеющий площадь не менее 60% от площади всего поперечного сечения звена.

Недостатками известной цепи являются:

- плохие аэродинамические свойства цепи вследствие наличия у каждого звена цепи сильно развитых боковых поверхностей;

- повышение сопротивления газовому потоку вследствие плохого обтекания каждого второго звена цепи газовым потоком;

- снижение интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу вследствие роста сопротивления цепи газовому потоку;

- снижение производительности ротационной обжиговой печи вследствие снижения интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу;

- повышение абразивного износа внутренней поверхности звеньев цепи и снижение прочности при условии не превышения массы звеньев цепи вследствие малой площади контакта между сопрягаемыми звеньями.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является известная по заявке №2012111725 на полезную модель цепь разнозвенная для цепной завесы вращающейся обжиговой печи, состоящая из соединенных между собой звеньев, каждое из которых имеет поперечное сечение, профиль которого представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях, вместе с тем цепь выполнена из двух видов звеньев с чередованием через звено, при этом направление продольной оси цепи у одного вида звеньев совпадает с наибольшим диаметром овалообразной фигуры, а у другого вида звеньев совпадает с наименьшим диаметром овалообразной фигуры.

Одновременно с этим наименьший диаметр овалообразной фигуры, представляющей собой профиль поперечного сечения каждого звена цепи, выполнен равным диаметру условного круга с площадью, равной не менее 40% площади поперечного сечения звена.

Внешняя часть контура овалообразной фигуры, представляющей собой профиль поперечного сечения каждого звена цепи, выполнена выпуклой кривой линией, а внутренняя часть контура овалообразной фигуры, представляющей собой профиль поперечного сечения каждого звена цепи, в месте контакта звеньев, выполнена выпуклой дугой окружности с радиусом, равным радиусу криволинейной части внутреннего кольца сопрягаемого с ним звена цепи.

Внешняя часть контура овалообразной фигуры, представляющей собой профиль поперечного сечения каждого звена цепи, выполнена ломаной линией, а внутренняя часть контура овалообразной фигуры, представляющей собой профиль поперечного сечения каждого звена цепи, в месте контакта звеньев, выполнена выпуклой дугой окружности с радиусом, равным радиусу криволинейной части внутреннего кольца сопрягаемого с ним звена цепи.

Недостатками известной цепи являются:

- плохие аэродинамические свойства цепи вследствие наличия у каждого второго звена цепи сильно развитых боковых поверхностей;

- повышение сопротивления газовому потоку вследствие плохого обтекания звеньев цепи газовым потоком при вращении печи в силу невозможности постоянного расположения развитых поверхностей вдоль движения газового потока;

- снижение интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу вследствие роста сопротивления цепи газовому потоку;

- снижение производительности ротационной обжиговой печи вследствие снижения интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу;

- повышение абразивного износа внутренней поверхности звеньев цепи и снижение прочности при условии не превышения массы звеньев цепи вследствие малой площади контакта между сопрягаемыми звеньями;

- низкая стойкость к запутыванию вследствие чередования в цепи звеньев разного размера и формы, что приводит к возможности их заедания или заклинивания.

Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:

- повышение аэродинамических свойств цепи;

- снижение сопротивления цепи газовому потоку;

- повышение интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу;

- повышение производительности ротационной обжиговой печи;

- повышение стойкости к запутыванию;

- достижение максимально возможной поверхности контакта звеньев цепи без увеличения массы звеньев цепи и без потери жесткости звеньями;

- повышение прочности цепи от снижения абразивного износа внутренней поверхности звеньев цепи.

Согласно заявляемому изобретению технический результат достигается тем, что цепь цельнолитая для цепной завесы ротационной обжиговой печи, содержащая соединенные между собой звенья, тело каждого из которых имеет поперечное сечение с профилем, представляющим собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях, выполнена таким образом, что в продольном разрезе цепи направление наименьшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи совпадает с направлением продольной оси каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи, а наибольший диаметр овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности, определяющую внутреннюю контактную поверхность звена.

В поперечном сечении тела каждого звена цепи наименьший диаметр овалообразной фигуры делит ее наибольший диаметр на равные части.

Часть контура овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи, определяющая внутреннюю контактную поверхность звена, образована выпуклой дугой окружности с длиной, равной 15-60% от периметра поперечного сечения тела звена, и с радиусом, равным радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта.

Овалообразная фигура в поперечном сечении тела каждого звена цепи имеет соотношение наибольшего диаметра к наименьшему диаметру, равное 4/3÷5.

Согласно заявляемому изобретению выполнение поперечного сечения тела каждого звена цепи в виде овалообразной фигуры, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях, позволяет увеличить площадь поверхности каждого звена, т.е. поверхности теплообмена, что приводит к возрастанию общего количества передаваемого материалу тепла.

Площадь поверхности тора, имеющего профиль поперечного сечения тела в виде овалообразной фигуры, больше площади поверхности тора, имеющего профиль поперечного сечения тела в виде круга.

В процессе работы цепных завес поверхность цепи либо все время покрыта материалом, непосредственно соприкасающимся с газами, либо работает как регенератор, воспринимая теплоту от газов и передавая ее материалу. Таким образом, цепи участвуют в двух видах теплопередачи - конвекции от газов к налипшему на цепях материалу и при регенеративном теплообмене между газами, цепями и материалом.

Можно допустить, что в условиях стационарного режима теплота воспринимается цепями от газов за счет конвективного теплообмена, а затем она целиком переходит в материал.

Процесс переноса теплоты за счет взаимодействия теплоносителей при движении потоков, когда более нагретые частицы, соприкасаясь с менее нагретыми, передают им теплоту, представляет собой конвективный теплообмен. Скорость переноса теплоты конвекцией формулируется законом Ньютона:

$$Q=\alpha \cdot F\cdot \Delta t\cdot \tau ,формула\left(1\right)$$

где α - коэффициент теплоотдачи; F - поверхность теплообмена; Δt - разность температур более нагретого тела и менее нагретого тела (так называемый температурный напор); τ - продолжительность времени переноса теплоты.

Из формулы (1) следует, что количество перенесенной теплоты Q прямо пропорционально поверхности теплообмена F.

При рассмотрении процесса переноса теплоты внутри одного тела (теплопроводность звена цепи), когда теплота переходит из более нагретых частей тела в менее нагретые. Скорость переноса теплоты за счет теплопроводности (кондукции) формулируется законом Фурье:

$$Q=\lambda /s\cdot F\cdot \Delta t\cdot \tau ,формула\left(2\right)$$

где λ - коэффициент теплопроводности; s - длина пути переноса теплоты (толщина звена цепи).

Отношение λ/s из формулы (2) характеризует тепловую проводимость звена цепи. При уменьшении толщины звена цепи появляется возможность более быстрого прогрева звеньев цепи по толщине и аккумулирования большего количества тепла в центральной части звена. Поэтому, согласно заявляемому изобретению поперечное сечение тела каждого звена цепи в виде овалообразной фигуры позволяет лучше прогревать звенья цепи в газовом потоке по толщине и полнее отдавать накопленное тепло материалу, в результате чего интенсифицируется теплообмен между звеньями цепи и материалом, а также между газовым потоком и звеньями цепи, приводя к увеличению производительности печи.

Согласно заявляемому изобретению выполнение цепи для цепной завесы ротационной обжиговой печи таким образом, что в продольном разрезе цепи направление наименьшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи совпадает с направлением продольной оси каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи, позволяет развить не боковые поверхности, препятствующие движению газового потока в печи, а внешнюю и внутреннюю торцевые поверхности каждого звена цепи, что повышает аэродинамические свойства цепи, при этом позволяет снизить сопротивление цепи газовому потоку, повысить интенсивность процесса передачи тепла от газового потока к материалу, повысить производительность вращающейся обжиговой печи, а также повысить стойкость к запутыванию.

В настоящее время на цементных заводах применяют два основных вида цепных завес для вращающихся печей: цепные завесы, у которых каждая цепь подвешена только за один конец (свободно висящие), и цепные завесы, у которых цепи подвешены гирляндами, т.е. за оба конца. (Ю.И.Дешко, М.Б.Креймер, Т.А.Огаркова. Наладка и теплотехнические испытания вращающихся печей на цементных заводах. Издание второе, переработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. Москва, 1966, с.28-29).

Опыт применения цепей с конструктивным решением по заявке №2012111725 на полезную модель (прототип) показал, что данные цепи, особенно в варианте завесы со свободно висящими цепями, имеют повышенное сопротивление газовому потоку и снижают его скорость, так как развитые боковые поверхности звеньев цепи в процессе работы цепной завесы в печи не могут постоянно располагаться вдоль газового потока в виду поворотов звеньев при вращении цепи.

Конструктивное решение звеньев заявляемой цепи заключается в том, что у каждого звена цепи сильно развиты не боковые поверхности, а внешняя и внутренняя торцевые поверхности.

Такое конструктивное решение звеньев заявляемой цепи позволяет интенсифицировать процесс передачи тепла от газового потока к материалу в силу того, что развитые внешние торцевые поверхности звеньев цепи в процессе работы цепной завесы в печи меньше препятствуют движению газового потока в сравнении с прототипом, где коэффициент теплообмена (удельное количество тепла, отнесенное к единице поверхности цепей цепной завесы) снижается, так как каждое звено цепи прототипа при ее постоянном вращении повышает местное сопротивление движению газового потока в силу его дополнения еще и сопротивлением развитых боковых поверхностей каждого второго звена цепи.

Удельное количество тепла, переданное от газов к материалу в цепной зоне (q_ц в ккал/кг клинкера), определяется (Ю.И.Дешко, М.Б.Креймер, Т.А.Огаркова. Наладка и теплотехнические испытания вращающихся печей на цементных заводах. Издание второе, переработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. Москва, 1966 г., стр.40):

$$q_{ц}={\alpha }_{ц}\cdot F_{ц}\cdot \Delta t_{ц}/G,формула\left(3\right)$$

где α_ц - коэффициент теплообмена в ккал/м²·ч·°С; F_ц - суммарная поверхность теплоотдачи в м²; Δt_ц - среднелогарифмическая разница температур материала и газов в цепной зоне в °С; G - производительность печи в кг/ч.

Коэффициент теплообмена из формулы (3) зависит от относительного времени пребывания цепей в газах и материале и коэффициентов теплоотдачи от газового потока к цепям и от цепей к материалу.

Величина коэффициента теплоотдачи является мерой интенсивности процесса передачи тепла.

В связи с тем, что коэффициент теплоотдачи от газового потока к цепям меньше, чем от цепей к материалу, то для интенсификации теплообмена в печи следует увеличивать первый из них.

Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией зависит от физических свойств и режимов течения греющего потока, обтекающего тепловоспринимающую поверхность. Этот параметр обычно находят экспериментальным путем для конкретных условий теплообмена и полученные зависимости выражают в критериальной форме.

На основании уравнений подобия можно определить значения числа Нуссельта и, следовательно, соответствующие значения коэффициента теплоотдачи.

При конвективном теплообмене уравнение подобия в общем случае имеет следующий вид:

$$Nu=f\left(\mathrm{Re},Gr,\mathrm{Pr}\right),формула\left(4\right)$$

где Nu - критерий Нуссельта, который представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи; Re - критерий Рейнольдса, характеризующий режим движения газов; Gr - критерий Грасгофа, характеризующий подъемную силу, возникшую вследствие разности плотности газов; Pr - критерий Прандтля, определяющий физические свойства газов.

При расчете цепных завес для определения критерия Нуссельта применяют следующие виды уравнения подобия:

$$Nu=f\left(\mathrm{Re},\mathrm{Pr}\right),формула\left(5\right)$$

(Д.Я.Мазуров. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов: Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982., стр.160)

$$Nu=f\left(\mathrm{Re}\right),формула\left(6\right)$$

(Ю.И.Дешко, М.Б.Креймер, Т.А.Огаркова. Наладка и теплотехнические испытания вращающихся печей на цементных заводах. Издание второе, переработанное и дополненное. Издательство литературы по строительству. Москва, 1966 г., стр.40-41).

Критерий Нуссельта определяется:

$$Nu=\alpha \cdot d_{экв}/{\lambda }_{г},формула\left(7\right)$$

где α - коэффициент теплоотдачи в ккал/м²·ч·°С; d_экв - эквивалентный диаметр цепи в м, который можно рассматривать как диаметр условного цилиндра; λ_г - коэффициент теплопроводности газов в ккал/м·ч·°С.

Из формулы (7) коэффициент теплоотдачи а определяется:

$$\alpha =Nu\cdot {\lambda }_{г}/d_{экв},формула\left(8\right)$$

Из формул (4), (5), (6) и (8) следует, что коэффициент конвективной теплоотдачи движущегося газового потока является функцией критерия Рейнольдса, который характеризует режим течения потока.

Критерий Рейнольдса определяется:

$$\mathrm{Re}=w_{г}{d}_{экв}/v_{г},формула\left(9\right)$$

где w_г - скорость газов при обтекании цепей в м/сек; v_г - кинематическая вязкость газов в м²/сек.

Из формулы (9) следует, что интенсивность передачи тепла будет определяться относительной скоростью газового потока. Таким образом, интенсифицировать процесс передачи тепла в ротационной печи можно путем увеличения относительной скорости газового потока, что приведет к увеличению производительности ротационной обжиговой печи.

Рассмотрим повторяющиеся с определенным шагом отрезки цепи в виде двух связанных между собой звеньев круглой формы (для простоты расчета) в варианте с конструктивным решением заявляемой цепи (вариант 1), в варианте с известным конструктивным решением цепи по заявке №2012111725 на полезную модель (прототип) (вариант 3) и в варианте с известным конструктивным решением цепи по патенту на полезную модель RU 116590 (вариант 2) для того, чтобы сравнить их влияние на величину живого сечения газового потока (поперечное сечение потока или части его, перпендикулярное направлению движения, выражаемое в единицах измерения площади).

Для обеспечения равенства условий и упрощения анализа необходимо допустить, что d1=d2=d и D1=D2=D, шаг звеньев цепи круглой формы одинаков во всех вариантах и равен (2·r), а также, что проекции звена на плоскость в продольном разрезе цепи определяются кольцом (проекция звена, которое сечется плоскостью вдоль) и прямоугольником (проекция звена, которое сечется плоскость поперек). Тогда получается, что суммарная площадь, препятствующая движению газового потока, будет складываться из площади прямоугольника и площади кольца.

При сравнении цепей в вариантах 1 и 3 очевидно то, что площадь, препятствующая движению газового потока, у известной цепи по заявке №2012111725 на полезную модель (прототип) (вариант 3) значительно превышает площадь, оказывающую сопротивление потоку, у заявляемой цепи (вариант 1), так как из описания конструкции звеньев этих цепей очевидно, что площадь кольца в варианте 3 превышает площадь кольца в варианте 1.

При сравнении цепей в вариантах 1 и 2 необходимо определить суммарные площади, препятствующие движению газового потока, для обоих вариантов, а затем из суммарной площади одного варианта вычесть суммарную площадь другого варианта.

Из патента на полезную модель RU 116590 известно, что d1/D1=(0,3÷0,9), т.е. d=(0,3÷0,9)·D.

Для заявляемой цепи (вариант 1) суммарная площадь, препятствующая движению газового потока, равна:

$$D\cdot \left(2\cdot r+2\cdot d\right)+\pi \cdot \left({\left(r+d\right)}^2-r^2\right),выражение\left(1\right)$$

Для цепи по патенту на полезную модель RU 115690 (вариант 2) суммарная площадь, препятствующая движению газового потока, равна:

$$d\cdot \left(2\cdot r+2\cdot D\right)+\pi \cdot \left({\left(r+D\right)}^2-r^2\right),выражение\left(2\right)$$

Находим разность выражений (1) и (2). Проведя тождественные преобразования и упростив алгебраическое выражение, получаем:

Из выражения (3) видно, что разность суммарных площадей, препятствующих движению газового потока, для двух вариантов получается отрицательной. Так как из выражения (1) вычиталось выражение (2), то суммарная площадь, препятствующая движению газового потока, у заявляемой цепи (вариант 1) меньше, чем у известной цепи по патенту на полезную модель RU 116590 (вариант 2).

Цепь состоит из последовательно соединенных между собой взаимно подвижных звеньев, поэтому при вращении печи есть вероятность их запутывания между собой.

В сравнении с прототипом заявляемая цепь обладает более высокой стойкостью к запутыванию, так как в ее конструкции присутствуют только звенья одной обтекаемой формы с малыми боковыми поверхностями и одних размеров, что снижает вероятность их заклинивания или заедания.

Согласно заявляемому изобретению выполнение цепи для цепной завесы ротационной обжиговой печи таким образом, что наибольший диаметр овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности, определяющую внутреннюю контактную поверхность звена, позволяет получать максимальную площадь контактной поверхности каждого звена цепи.

Максимальная площадь контактной поверхности каждого звена цепи максимально уменьшает их износ в месте контакта вследствие уменьшения нагрузки на внутреннюю поверхность звена.

Согласно заявляемому изобретению, выполнение цепи для цепной завесы ротационной обжиговой печи таким образом, что в поперечном сечении тела каждого звена цепи наименьший диаметр овалообразной фигуры делит ее наибольший диаметр на равные части, позволяет одновременно получать симметрично развитые относительно продольной плоскости, проходящей через центр масс звена, внешние и внутренние торцевые поверхности каждого звена цепи и возможность смещения наибольшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела звена вдоль наименьшего диаметра.

Поперечное сечение тела каждого звена заявляемой цепи выполнено таким образом, что наименьший диаметр овалообразной фигуры делит ее наибольший диаметр на равные части, а деление наименьшего диаметра наибольшим диаметром при этом не ограничивается.

Симметричное развитие внешних и внутренних торцевых поверхностей каждого звена цепи относительно продольной плоскости, проходящей через центр масс звена, необходимо для обеспечения равномерного износа этих звеньев в процессе работы.

Возможность смещения наибольшего диаметра овалообразной фигуры в сечении тела звена вдоль ее наименьшего диаметра необходима для коррекции площади поперечного сечения тела звена, следовательно, и массы звена.

Согласно заявляемому изобретению выполнение части контура овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи, определяющей внутреннюю контактную поверхность звена, в виде выпуклой дуги окружности с длиной, равной 15-60% от периметра поперечного сечения тела звена, и с радиусом, равным радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта, позволяет без увеличения массы звеньев цепи повысить прочность цепи, уменьшив износ звеньев цепи в месте контакта и увеличив период допустимого износа цепи.

На износ цепи одновременно влияет множество различных факторов, приводящих к преждевременному выходу цепи из строя вследствие интенсивного развития процессов коррозии и изнашивания рабочих поверхностей, бороться с которыми весьма сложно. Поэтому, одним из направлений для повышения работоспособности цепей для цепных завес вращающейся печи, эксплуатирующихся в условиях коррозии и абразивного изнашивания, является рациональное конструирование звена цепи такой формы и размеров, которые обеспечивали бы возникновение на рабочих поверхностях минимальных по величине механических воздействий в процессе эксплуатации и продлевали бы период допустимого износа.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механических воздействий, сопровождающихся химическим взаимодействием металла со средой (высокотемпературное окисление металла газами).

Условия сопряжения, характер контакта внутренних торцевых поверхностей звеньев цепи оказывают большое влияние на скорость изнашивания.

Профиль отверстия звена цепи определяет форму этого звена, например круглую или овальную (эти формы наиболее распространены). У круглого звена профиль отверстия полностью криволинейный, а у овального звена профиль отверстия имеет как прямолинейные, так и криволинейные участки. Криволинейные участки профиля отверстия определяют форму контактной поверхности звена.

Опыт конструирования и эксплуатации цепей для цепных завес ротационных печей показывает, что важным параметром для взаимосвязанных и взаимно подвижных звеньев цепи является длина дуги окружности, задающая кривизну внутренних торцевых поверхностей этих свободно соединенных звеньев. Этот параметр напрямую определяет площадь поверхности контакта между сопрягаемыми друг с другом звеньями цепи. Радиус дуги окружности, задающей кривизну контактных поверхностей свободно соединенных звеньев, влияет, но напрямую не определяет площадь поверхности контакта между сопрягаемыми друг с другом звеньями цепи.

Например, при конструировании цепи, основываясь на известных решениях по заявке №2012111725 на полезную модель (прототип) или по патенту на полезную модель RU 116590, затруднительно получить длину дуги окружности, задающей кривизну контактных поверхностей всех звеньев, больше 15% от периметра поперечного сечения тела звена, так как наряду с этим необходимо учитывать и такой параметр, как площадь поперечного сечения звена цепи, которая определяет массу цепи.

На поверхности звеньев при нагреве цепи образуется защитная оксидная пленка (окалина), состоящая из частично сцепленных слоев продуктов коррозии, возникающая при нагреве материала, которая тормозит процесс коррозии.

При конструктивном решении цепи с длиной дуги окружности, задающей кривизну внутренних торцевых поверхностей свободно сочлененных звеньев, меньше 15% от периметра поперечного сечения тела звена наблюдается сильный абразивный износ звеньев цепи.

Абразивный износ приводит к истиранию защитной оксидной пленки, а нарушение сплошности оксидного покрытия материала цепи приводит к ускорению темпа окисления.

Если при работе цепи со звеньями круглой формы наблюдается возможность восстановления сплошности оксидного покрытия, так как возможен поворот звена со смещением места контакта, то при работе цепи со звеньями овальной формы это уже невозможно.

Необходимо также учитывать и тот факт, что при повреждении хотя бы одного звена выходит из работы вся цепь.

Конструктивное решение цепи согласно заявляемому изобретению позволяет значительно увеличить контактную поверхность между звеньями цепи, не прибегая к увеличению массы звеньев, и, вследствие уменьшения нагрузки на внутреннюю поверхность звена, снизить ее износ. Увеличение площади поперечного сечения тела звена повышает массу цепи, а уменьшение площади сечения снижает прочность цепи и более того жесткость звеньев при уменьшении их толщины, т.е. способность звеньев сопротивляться изменению формы под действием нагрузок.

Увеличение массы цепи негативно сказывается как на стоимости самой цепи, так и на работе цепной завесы и всей вращающейся обжиговой печи, приводя к повышению запыленности газового потока, к разрушению гранул материала, к увеличению веса вращающейся части печи, увеличению нагрузки на ролики, бандажи и шестерни редукторов. Возможность не прибегать к увеличению массы звеньев цепи достигается в конструктивном решении заявляемой цепи благодаря тому, что кривизна внутренней торцевой поверхности каждого звена этой цепи в виде дуги окружности одновременно может формировать и большую часть (до 60% при возможном смещении наибольшего диаметра вдоль наименьшего) контура овалообразной фигуры в поперечном сечении тела звена. Таким образом, в заявляемом изобретении достигается максимально возможная поверхность контакта всех звеньев цепи.

Согласно заявляемому изобретению выполнение овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи с соотношением наибольшего диаметра к наименьшему диаметру, равным 4/3÷5, позволяет, добиваясь максимально возможной поверхности контакта звеньев цепи, не снижать жесткости звеньев цепи до появления их деформации, приводящей как к снижению запаса прочности цепи, так и к снижению стойкости цепи к запутыванию.

Если повышения прочности можно добиваться совершенствованием свойств материала, то жесткость зависит только от размеров поперечного сечения тела звена, так как модуль упругости или модуль сдвига при кручении остается без изменения. Повышенные деформации звеньев могут нарушить нормальную работу цепи задолго до возникновения опасных для прочности напряжений. Нарушая равномерное распределение нагрузки, они вызывают сосредоточенные силы на отдельных участках цепи, в результате чего появляются местные напряжения, иногда в несколько раз превышающие номинальные напряжения.

Надо отметить, что длина дуги окружности, определяющей внутреннюю контактную поверхность звена, находится в прямой зависимости от наибольшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела звена. Наибольший диаметр овалообразной фигуры в поперечном сечении тела звена является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности максимальной длины. Можно сделать вывод, что сечением тела звена, оптимальным для всех приведенных выше условий, т.е. трех взаимозависимых параметров сечения тела звена (величины наименьшего диаметра, величины наибольшего диаметра и длины дуги окружности, определяющей внутреннюю поверхность звена), будет являться сечение в форме овала с соотношением его большой полуоси к малой, равным 4/3. Если ввиду небольшой разницы условно принять длину половины дуги, стягивающей хордой которой является большая ось овала, равной отрезку, соединяющему крайнюю точку большой полуоси с крайней точкой малой полуоси, то малая и большая полуоси овала, находящиеся во взаимно перпендикулярных направлениях, а также и отрезок, их соединяющий, взаимного оптимального значения могут достичь при соотношении 3:4:5 (египетский треугольник - прямоугольный треугольник с соотношением сторон 3:4:5). В этом случае получается оптимальная длина дуги окружности, задающей кривизну внутренних торцевых поверхностей свободно соединенных звеньев, и наилучшее в отношении жесткости звеньев и прочности цепи соотношение размеров сечения тела звена.

Но целью заявляемого изобретения является также и интенсификация теплообменных процессов путем увеличения поверхности теплообмена каждого звена цепи. В связи с этим необходимо определить возможность и пределы допустимости снижения каких-либо параметров поперечного сечения тела звена. Добиваясь высоких теплопроводных свойств звеньев цепи путем уменьшения их толщины и принимая во внимание допустимость снижения жесткости до определенных значений, не приводящих к изменению формы звеньев цепи, в заявляемом изобретении допускается увеличение наибольшего диаметра и уменьшение наименьшего диаметра поперечного сечения каждого звена цепи. Так как любая деформация звена цепи может привести к снижению стойкости к запутыванию (появляется возможность заклинивания или заедания звеньев цепи), то верхний предел соотношения наибольшего диаметра к наименьшему диаметру овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи принят равным 5 в силу того, что при больших значениях уже наблюдается изменение формы звеньев цепи.

Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами:

на фиг.1 - показан общий вид цепи с овальными и круглыми звеньями;

на фиг.2 - показан продольный разрез трехзвенного отрезка цепи со звеньями овальной формы;

на фиг.3 - показан продольный разрез трехзвенного отрезка цепи со звеньями круглой формы.

Цепь цельнолитая для цепной завесы ротационной печи состоит из последовательно соединенных между собой взаимно подвижных звеньев 1 любой геометрической формы, например овала или круга.

Поперечное сечение тела каждого звена 1 цепи имеет профиль, который представляет собой овалообразную фигуру 2 с взаимно перпендикулярным направлением наибольшего D и наименьшего d диаметров.

Цепь выполнена таким образом, что в продольном разрезе цепи направление наименьшего диаметра d овалообразной фигуры 2 в поперечном сечении тела каждого звена цепи 1 совпадает с направлением продольной оси 3 каждого предыдущего звена 1 цепи и каждого последующего звена 1 цепи, а наибольший диаметр D овалообразной фигуры 2 в поперечном сечении тела каждого звена 1 цепи является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности 4, определяющую внутреннюю контактную поверхность 5 звена 1.

В поперечном сечении тела каждого звена 1 цепи наименьший диаметр d овалообразной фигуры 2 делит ее наибольший диаметр D на равные части.

Часть контура овалообразной фигуры 2 в поперечном сечении тела каждого звена 1 цепи, определяющая внутреннюю контактную поверхность 5 звена 1, образована выпуклой дугой окружности 4 с длиной, равной 15÷60% от периметра поперечного сечения тела звена 1, и с радиусом R1, равным радиусу R2 дуги окружности 6, определяющей профиль отверстия 7 каждого предыдущего звена 1 цепи и каждого последующего звена 1 цепи в месте контакта 8.

Наряду с этим овалообразная фигура 2 в поперечном сечении тела каждого звена 1 цепи имеет соотношение наибольшего диаметра D к наименьшему диаметру d, равное 4/3÷5.

Цепь для цепной завесы вращающейся печи используется следующим образом:

Цепи используются в качестве внутреннего теплообменного устройства. Во время вращения печи часть цепей находится в потоке газов, а остальная часть погружена в материал. В начале цепной зоны шлам налипает на цепи, находящиеся в газовом потоке. Цепи в этой части зоны увеличивают поверхность соприкосновения шлама с горячими газами, и в результате улучшается теплообмен. Когда шлам подсыхает, он теряет пластичность и уже не налипает на цепи. С этого момента тепло материалу передается цепями по регенеративному принципу: цепи нагреваются в газовом потоке и при погружении в материал передают ему тепло. Наряду с этим материал воспринимает тепло от газов и футеровки.

Оптимальная конструкция цепей должна обеспечивать эффективную теплопередачу, быть устойчивой к действию высокой температуры, иметь высокий запас прочности, сохранять гранулометрический состав материала и не повышать запыленности газового потока.

Изобретение относится к области теплообменных устройств, в частности к цепным завесам для вращающихся печей промышленности строительных материалов. Цепь содержит соединенные между собой звенья, тело каждого из которых имеет поперечное сечение с профилем, представляющим собой овалообразную фигуру. Наибольший и наименьший диаметры овалообразной фигуры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях. В продольном разрезе цепи направление наименьшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи совпадает с направлением продольной оси каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи. Наибольший диаметр овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности, определяющую внутреннюю контактную поверхность звена. В результате обеспечивается повышение аэродинамических свойств цепи, снижение сопротивления цепи газовому потоку, повышение интенсивности процесса передачи тепла от газового потока к материалу, повышение производительности ротационной обжиговой печи, повышение стойкости к запутыванию, достижение максимально возможной поверхности контакта звеньев цепи без увеличения массы звеньев цепи и без потери жесткости звеньями и повышение прочности цепи от снижения абразивного износа внутренней поверхности звеньев цепи. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Цепь цельнолитая для цепной завесы ротационной обжиговой печи, содержащая соединенные между собой звенья, тело каждого из которых имеет поперечное сечение с профилем, представляющим собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях, отличающаяся тем, что в продольном разрезе цепи направление наименьшего диаметра овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи совпадает с направлением продольной оси каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи, а наибольший диаметр овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи является хордой, стягивающей выпуклую дугу окружности, определяющую внутреннюю контактную поверхность звена.

2. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении тела каждого звена цепи наименьший диаметр овалообразной фигуры делит ее наибольший диаметр на равные части.

3. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что часть контура овалообразной фигуры в поперечном сечении тела каждого звена цепи, определяющая внутреннюю контактную поверхность звена, образована выпуклой дугой окружности с длиной, равной 15÷60% от периметра поперечного сечения тела звена, и с радиусом, равным радиусу дуги окружности, определяющей профиль отверстия каждого предыдущего звена цепи и каждого последующего звена цепи в месте контакта.

4. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что овалообразная фигура в поперечном сечении тела каждого звена цепи имеет соотношение наибольшего диаметра к наименьшему диаметру, равное 4/3÷5.