ЗВЕНО ЦЕПИ ЛИТОЕ Российский патент 2015 года по МПК F16G15/12 F27B7/18 

Изобретение относится к цепям стальным навесным для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу.

Известны цепи стальные навесные для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, звенья которых представляют собой выполненные литьем или гибкой стального прутка с последующей сваркой встык тороидные тела круглой или овальной конфигурации, имеющие постоянное поперечное сечение в виде круга (см. сайты ведущих производителей этой продукции: в Российской федерации - ООО ЗЛЗ «Метапласт», г.Златоуст Челябинской обл., URL - http://metaplast.biz, http://fromzlatoust.ru/catalog/chain.htm, на Украине - ЗАО «Артемовский машиностроительный завод «Вистек», г.Артемовск Донецкой обл., URL - http://www.vistek.com.ua, в Германии - ф. Kettenfabrik Unna GmbH & Co.KG, URL - http://www.kettenfabrik-unna.de).

Известны также цепи, которые конструктивно при выполнении их из стали соответствующей марки литьем или гибкой стального прутка с последующей сваркой встык могут применяться в тепловых завесах вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, звенья которых представляют собой тороидные тела круглой или овальной конфигурации, имеющие как постоянное, так и переменное по длине тела звена цепи поперечное сечение в виде кругов, эллипсов, прямоугольников со скругленными углами и множества других форм (US №3796246, US №4110971, US №6895739, US №7389634), с дополнительными перемычками различных сечений (US №3864906, US №4498284, US №4627232), а также с двумя идентичными выступами, расположенными симметрично на серединах противоположных больших внутренних сторон тороидного тела звена цепи овальной конфигурации, ограниченных поверхностями усеченных квазиконусов с овальными основаниями, меньшие из которых обращены навстречу друг другу, вогнутыми образующими боковых поверхностей, эллипсоидными вершинами и высотами, лежащими в плоскости наибольшего продольного сечения тела звена цепи перпендикулярно к линии центров постоянных по длине тела звена цепи его круговых поперечных сечений, причем большие оси овальных оснований выступов лежат в той же плоскости, при этом упомянутые выступы предназначены для ограничения перемещений внутри данного звена других сцепленных с ним звеньев цепи с целью облегчения ее натяжения в процессе работы (US №2006/0053766).

Кроме того, известны цепи стальные литые навесные для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, звенья которых имеют развитую поверхность и представляют собой выполненные литьем круглые дискообразные тела с центральным круглым отверстием, на плоских боковых поверхностях которых выполнены выпуклости в виде лежащих радиально фрагментов усеченных конусов, каждая из которых расположена напротив промежутка между двумя аналогичными выпуклостями на другой стороне звена цепи, а также цепи, составленные из звеньев с развитой поверхностью, представляющих собой литые цилиндрические кольца, по периметру середины внешней поверхности которых выполнен гребешок полукруглого профиля, имеющий зигзагообразные изгибы (см. статью «Метапласту» - 10 лет» в журнале «Цемент и его применение» №5 за 2009 г., стр.96, 97, УДК 666884).

Общим недостатком всех перечисленных конструкций звеньев, составляющих цепи, при их использовании в навесках для устройства тепловых завес вращающихся обжиговых печей для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу является небольшие значения коэффициента К - отношение площади поверхности звена к его массе, определяющего интенсивность процессов передачи тепла продуваемых сквозь печь газообразных продуктов сгорания топлива (газа, мазута) цепям в их вывешенном состоянии и последующей теплоотдачи ими в сырьевой шлам в погруженном после проворота печи в него состоянии для его прогрева, сушки, первичного комкования и последующего распада гранул, сопровождающих первые стадии физико-химических превращений исходных сырьевых материалов в клинкер: выгорание органических примесей, разложение глинистой составляющей и дегидратацию, на что требуется значительное, определяемое производительностью печи, количество тепла и, следовательно, ввиду малости коэффициента К, большой объем цепей по массе - до 175-200 т на одну печь при высоком расходе топлива. Кроме того, звенья цепей круглой конфигурации с развитой поверхностью, представленные ООО «ЗЛЗ-Метапласт», обладают более низким сроком службы в условиях химико-термического износа равной интенсивности по нормали к любой поверхности по сравнению с традиционно применяемыми, изготовленными из той же марки стали, с одинаковыми массой и диаметром внутреннего отверстия в силу конструктивно обусловленной разницы в характерных размерах их поперечных сечений: толщина звена цепи в первом случае заведомо меньше диаметра звена цепи во втором.

Известны цепи стальные литые навесные для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, звенья которых овальной или круглой конфигурации представляют собой тороидные тела круглого поперечного сечения и имеют значительно более развитую, чем в описанных выше случаях, поверхность и, следовательно, высокие значения коэффициента К за счет выполненных на ней выпуклостей в виде гребешков полукруглого профиля, расположенных продольно закольцованно по периметрам середин внешней, внутренней и обеих боковых сторон, кроме того, идущим по меньшей мере двум, опоясывающим тело звена цепи спиралям левого и правого вращения, а также по линиям, дополнительно опоясывающим тело звена цепи по меньшей мере по части периметра его поперечного сечения, при этом взаимные пересечения поверхностей выполнены с округлениями (патент РФ на полезную модель №107306). Кроме того, упомянутые выпуклости могут быть выполнены в виде гребешков полукруглого профиля постоянной высоты, в том числе по большей мере четырех, закольцованных продольно по средним линиям внешней, внутренней и боковых сторон, а также по меньшей мере двум, опоясывающим тело звена цепи по винтовым линиям по меньшей мере однозаходных спиралей левого и правого вращения, при этом взаимные пересечения поверхностей выполнены с округлениями, а идущие по винтовым линиям гребешки выполнены фрагментарно с переменой направления вращения спиралей в точках их пересечения со средними линиями верхней, нижней и каждой из боковых сторон с образованием таким образом множества поперечно опоясывающих тело звена цепи по замкнутым зигзагообразным линиям гребешков, причем последние выполнены отстоящими друг от друга с шагом, обеспечивающим попадание в любое поперечное сечение звена цепи фрагментов двух соседних упомянутых последними гребешков, которые на по меньшей мере части внешней поверхности тела звена цепи выполнены с профилем большего диаметра, чем на внутренней, а также на внешней поверхности тела звена цепи выполнены с меньшим, чем на внутренней, углом между своими, идущими по разнонаправленным спиралям, фрагментами со значениями углов, лежащими в диапазоне 60°÷90° (патент РФ на полезную модель №114116 - прототип).

К недостаткам таких звеньев цепи, в том числе и прототипа, следует отнести достаточно быструю потерю их главного преимущества - способности интенсифицировать процесс переноса тепла от продуктов сгорания топлива к сырьевому шламу. Это относится главным образом к тем зонам печи, где шлам, прогреваясь, теряет свою жидкотекучесть, становясь вязким, консистентным. Дело в том, что несмотря на округления во впадинах между соседними выпуклостями часть высохшего при вывешивании цепи шлама не осыпается со звена цепи, оставаясь во впадинах в промежутках между выпуклостями, в особенности в угловых сопряжениях гребешков, становясь тем самым препятствием для процессов теплопереноса в этих местах, снижающим его эффективность в целом.

Технической задачей изобретения является создание конструкции звена цепи с развитой поверхностью, обеспечивающей сохранение высокой, соразмерной значению коэффициента К интенсивности процессов теплопередачи от продуктов сгорания топлива сырьевому шламу в течение всего срока службы навесной цепи.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в выполнении выпуклостей с высокими значениями радиусов закруглений, что исключает возникновение на поверхности звена цепи участков с локальным залипанием высохшего не осыпавшегося шлама, препятствующего процессам теплопередачи.

Сущность изобретения состоит в том, что у звена цепи стальной литой навесной круглой или овальной конфигурации для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, представляющего собой тороидное тело, имеющее развитую поверхность за счет выполненных на нем выпуклостей, упомянутые выпуклости ограничены поверхностями двух групп эллипсоидов, сориентированных так, что большая и одна из малых осей каждого эллипсоида первой группы, а также обе малые оси каждого эллипсоида второй группы лежат в плоскости закольцованной продольной оси тороидного тела, при этом эллипсоиды первой и второй групп чередуются между собой по одному пошагово вдоль продольной оси тороидного тела, причем все эллипсоиды расположены по внешнюю сторону центрального отверстия звена цепи касательно к его контуру в сечении по плоскости продольной оси тороидного тела, кроме того поверхности соседних эллипсоидов сопряжены между собой сплайновыми поверхностями, при этом все эллипсоиды выполнены с равными значениями длины осей, которые, как и параметры сплайновых поверхностей подобраны из условия обеспечения постоянства площади поперечного сечения звена цепи по нормали к продольной оси тороидного тела в любой ее точке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены звенья цепи круглой и овальной конфигурации заявляемой конструкции: на Фиг.1 - фронтальный вид звена цепи круглой конфигурации, имеющего на своей поверхности выпуклости в виде различно ориентированных эллипсоидов; на Фиг.2 - эллиптическое сечение тела звена цепи по А-А на Фиг.1; на Фиг.3 - эллиптическое сечение тела звена цепи по Б-Б на Фиг.1; на Фиг.4 - фронтальный вид звена цепи овальной конфигурации, имеющего на своей поверхности выпуклости в виде различно ориентированных эллипсоидов; на Фиг.5 - эллиптическое сечение тела звена цепи по В-В на Фиг.4; на Фиг.6 - эллиптическое сечение тела звена цепи по Г-Г на Фиг.4; на Фиг.7 - аксонометрическая проекция звена цепи, изображенного на Фиг.1; на Фиг.8 - аксонометрическая проекция звена цепи, изображенного на Фиг.4.

Звено цепи стальной литой навесной круглой или овальной конфигурации для тепловых завес вращающихся обжиговых печей представляет собой тороидное тело 1, имеющее развитую поверхность за счет выполненных на нем выпуклостей, которые ограничены поверхностями двух групп эллипсоидов 2, сориентированных так, что большая и одна из малых осей каждого эллипсоида первой группы (см. Фиг.2 и 5), а также обе малые оси каждого эллипсоида второй группы (см. Фиг.3 и 6) лежат в плоскости закольцованной продольной оси тороидного тела 1, при этом эллипсоиды 2 первой и второй групп чередуются между собой по одному пошагово вдоль продольной оси тороидного тела 1. Эллипсоиды 2 обеих групп расположены по внешнюю сторону центрального отверстия звена цепи касательно к его контуру диаметром D1 у звена цепи круглой конфигурации или овалу с размерами НхВ1 у звена цепи овальной конфигурации в сечении по плоскости продольной оси тороидного тела 1. Все эллипсоиды 2 выполнены с равными значениями длины осей а и b, при этом поверхности соседних эллипсоидов 2 сопряжены между собой сплайновыми поверхностями 3 (см. Фиг.7 и 8), причем значения длины осей эллипсоидов 2 и параметры сплайновых поверхностей 3 подобраны из условия обеспечения постоянства площади поперечного сечения звена цепи по нормали к продольной оси тороидного тела 1 в любой ее точке.

Цепи стальные навесные для тепловых завес вращающихся обжиговых печей овальной и круглой конфигураций со звеньями заявляемой конструкции могут быть изготовлены по известным технологиям - литьем в землю, литьем в формы с применением холодно-твердеющих смесей и другими методами литья по извлекаемым моделям, а также литьем по газифицируемым моделям (ЛГМ) из углеродистых (40ХЛ, 35ХГСЛ и др.) и жаропрочных (20Х27Н4СЛ, 35Х23Н7СЛ и др.) марок сталей для различных температурных зон печей. Такие цепи могут быть изготовлены с любыми используемыми при производстве цемента типоразмерами звеньев - от 19×100 до 28×120 овальной конфигурации и от 19×90 до 28×120 круглой конфигурации, где первое число в обозначении указывает диаметр тела звена цепи в мм, второе - наибольший размер внутреннего отверстия в мм, любой, используемой в навесках тепловых завес обжиговых печей, длины (количества звеньев в плети) - до 6 м (50 звеньев) и выше. Наибольшее применение имеют звенья цепей овальной и круглой конфигурации с гладкой поверхностью следующих типоразмеров: 25×120 и 25×100 соответственно с площадью поперечного сечения ~490 мм², для которых значение коэффициента К - отношение площади поверхности звена к его массе, определяющее интенсивность процессов передачи тепла продуваемых сквозь печь газообразных продуктов сгорания топлива (газа, мазута) по цепям в их вывешенном состоянии и последующей теплоотдачи ими в сырьевой шлам в погруженном после проворота печи в него состоянии составляет ~20,5 мм²/г, у звеньев цепи с развитой поверхностью конструкции прототипа с высотой выпуклостей 2,5 мм - ~23-24 мм²/г. У звеньев цепи заявляемой конструкции этого типоразмера значения размеров внутреннего отверстия не отличаются от традиционных: у звена цепи круглой конфигурации диаметр D1=100 мм, у звена цепи овальной конфигурации шаг Н=120 мм, радиус закругления К=50 мм. С целью обеспечения равнопрочности звеньев цепи заявляемой и традиционной конструкций за счет выполнения условий равенства их площадей поперечного сечения тела звена цепи в любом его месте, а именно - ~490 мм², значения величин осей эллипсоидов выбраны: малые - 21,6 мм, большая - 30 мм, а сопряжение каждых двух соседних эллипсоидов выполнено по сплайнам второго порядка. Значение коэффициента К в этом случае равно ~22 мм²/г. У прототипа в определенных местах площадь поперечного сечения может отличаться от значения ~490 мм² в меньшую сторону на 4-5%, что соответствующим образом сказывается на сроке его службы, поскольку на таких участках звена цепи площадь поперечного сечения, уменьшаясь в процессе эксплуатации, в первоочередном порядке, то есть раньше, чем на других достигает минимально допустимого значения по критерию способности к сопротивлению звена цепи нагрузкам на растяжение и разрыв, являющемуся одним из основных факторов работоспособности звена цепи и цепи в целом, определяющим частоту замен цепей в обжиговых печах и, следовательно, объем финансовых затрат на эти цели. Минимальный радиус закруглений эллипсоидных выпуклостей составляет 10,8 мм, а во впадинах между ними значительно больше - ~30 мм, что в отличие от прототипа с его радиусами закруглений, равными 2-3 мм, обуславливает отсутствие множества, как у прототипа, участков на поверхности звена цепи с локальным залипанием высохшего не осыпавшегося шлама, препятствующего процессам теплопередачи, и, следовательно, сохранение высокой, соразмерной значению коэффициента К интенсивности процессов теплопередачи от продуктов сгорания топлива сырьевому шламу в течение всего срока службы навесной цепи, составленной из звеньев заявляемой конструкции.

Таким образом, создана конструкция звена цепи стальной литой навесной для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, как круглой, так и овальной конфигурации, применение которой позволяет сохранять относительно высокие значения коэффициента К в течение всего срока службы навесных цепей, что в конечном итоге обуславливает снижение затрат на выпуск единицы продукции (клинкера).

Звено цепи для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, в частности для изготовления клинкера в цементном производстве по мокрому способу, представляет собой тороидное тело, имеющее развитую поверхность за счет выполненных на нем выпуклостей. Упомянутые выпуклости выполнены ограниченными поверхностями по разному сориентированных эллипсоидов, которые чередуются между собой по одному пошагово вдоль продольной оси тороидного тела звена цепи. Исключается возникновение на поверхности звена цепи участков с локальным залипанием высохшего не осыпавшегося шлама. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Звено цепи стальной литой навесной круглой или овальной конфигурации для тепловых завес вращающихся обжиговых печей, представляющее собой тороидное тело, имеющее развитую поверхность за счет выполненных на нем выпуклостей, отличающееся тем, что упомянутые выпуклости ограничены поверхностями двух групп эллипсоидов, сориентированных так, что большая и одна из малых осей каждого эллипсоида первой группы, а также обе малые оси каждого эллипсоида второй группы лежат в плоскости закольцованной продольной оси тороидного тела, при этом эллипсоиды первой и второй групп чередуются между собой по одному пошагово вдоль продольной оси тороидного тела.

2. Звено цепи по п.1, отличающееся тем, что эллипсоиды обеих групп расположены по внешнюю сторону центрального отверстия звена цепи касательно к его контуру в сечении по плоскости продольной оси тороидного тела.

3. Звено цепи по п.2, отличающееся тем, что поверхности соседних эллипсоидов сопряжены между собой сплайновыми поверхностями.

4. Звено цепи по п.3, отличающееся тем, что все эллипсоиды выполнены с равными значениями длины осей.

5. Звено цепи по п.4, отличающееся тем, что значения длины осей эллипсоидов и параметры сплайновых поверхностей подобраны из условия обеспечения постоянства площади поперечного сечения звена цепи по нормали к продольной оси тороидного тела в любой ее точке.