Рекуперационный аппарат для текстильных отделочных машин Советский патент 1992 года по МПК D06B23/20 

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к устройствам для повторного использования тепла сточных вод текстильных отделочных машин.

Известен рекуперационный аппарат для текстильных отделочных машин, содержащий емкость для горячих отработанных растворов с размещенными в нем вертикальными теплообменниками, связанными с приводом их возвратно-вращательного движения относительно осей вращения теплообменников через авторезонансный механизм, выполненный в виде пружин кручения, установленных на осях теплообменников.

Недостатком этого аппарата является низкая надежность пружинного авторезонансного механизма из-за усталостного разрушения пружин.

Более прогрессивным техническим решением является рекуперационный аппарат, содержащий емкость для горячих отработанных растворов с размещенным в ней горизонтальным теплообменником, связанным с приводом его возвратно-вращательного движения относительно оси вращения теплообменника через авторезонансный механизм, выполненный в виде маятника гравитационного типа, состоящего из рычага, жестко соединенного с осью вращения теплообменника, и подвешенного на конце этого рычага груза.

Аппарат-прототип работает надежно, но его эффективность может быть повышеVJ

ю ю о о

на путем более активного разрушения граничного слоя жидкости при теплообмене. При этом одновременно можно снизить материалоемкость конструкции, т. к. груз маятника у аппарата-прототипа используется не аффективно: он движется по дуговой траектории вместе с теплообменником и добавляет свою силу инерции к моменту сил инерции теплообменника, отчего приходится для предотвращения падения собственной частоты системы увеличить массу груза.

Целью изобретения является повышение эффективности работы рекуперацион- ного аппарата при сокращении материалоемкости конструкции.

Маятник в известном устройстве повернут на 90°, что создает новый эффект: груз маятника уже не воспринимает и не повторяет возвратно-вращательных движений теплообменника, а лишь воспринимает вертикальную составляющую этих движений, отчего силы инерции груза, передаваемые теплообменнику, резко уменьшаются и при той же массе груза удается получить значительно большую собственную частоту движенийтеплообменника,тем интенсифицировав теплообмен, или приюй же требуемой частоте обойтись в 5-6 раз меньшим грузом. Введение в привод преобразователя вращательного движения в движение W arctgsfn ал, где Ч - угол поворота ведомого звена, са t - угол поворота ведущего равномерно вращающегося звена, позволят создать новое качество: высокочастотные колебания поверхности теплообмена и повышение таким образом его интенсивности. Разная изгибная жесткость теплообменника в зависимости от угла при действии сил тяжести и инерции, ориентированных в пространстве строго определенно, дает эффект нестабильности частоты высокочастотных колебаний поверхности теплообмена, что также способствует разрушению граничного слоя при теплообмене.

На фиг. 1 изображен рекуперационный аппарат, вид в аксонометрии; на фиг, 2 - график моментов сил инерции и уравновешивающих сил на оси вращения теплообменника; на фиг. 3 - тензограмма напряжений на поверхности теплообмена.

Аппарат содержит емкость 1 для горячих отработанных растворов с размещенным в ней горизонтальным теплообменником 2, связанным с приводом его возвратно-вращательного движения относительно оси А-А вращения теплообмен- ник, 1 2. Привод состоит из внешнего источника вращения (электродвигателя) 3 и

передаточных механизмов, а также авторезонансного механизма, выполненного в виде маятника гравитационного типа, составленного из стержня 4 с грузом 5, вместо которого может быть установлена пружина сжатия. Стержень 4 установлен на шарнирной подвеске 6 перпендикулярно вертикальной плоскости, проходящей через ось А-А. Стержень 4 связан с осью теплообменника 2 посредством двухповодковой группы из стержней 7 и 8 и шарниров 9 и 10. Стержень 8 установлен в шарнире 11, жестко закрепленном на стенке емкости 1. С другой стороны емкости 1 в шарнире 12,

соосном с шарниром 11, помещен стержень 13. Стержни 8 и 13 имеют гнезда 14 и 15, в которых помещаются трубопроводы-обводы 16 и 17 теплообменника 2.

Гнезда 14 и 15 позволяют теплообмен. ник 2 легко вынуть для чистки, не трогая ничего больше в аппарате.

Привод снабжен преобразователем 18 вращательного движения в движение по закону арктангенса (арккотангенса) гармонической (синуса или косинуса) функции Р arctgsin р или Ч arctg, cos f или Ч arctgsin Farctgcosf, где 4х -угол поворота ведомого звена, связанного с теп- яообменгшком 2, a угол поворота равномерно вращающегося ведущего звена.

Теплообменник 2 выполнен гибким, причем жесткость на изгиб поперек оси А-А различна в зависимости от того, в каком радиальном направлении происходит изгиб. Максимальна она в плоскости трубопроводов-обводов 16 и 17, во всех других плоскостях, проходящих через ось А-А, из- гмбная жесткость теплообменника 2 ниже. Это достигается тем, что трубопроводы-обводы 16 и 17 изогнуты, образуя раму, и в плоскости изгиба этой рамы жесткость получается максимальной из-за того, что трубы, перпендикулярные оси , длиннее трубы, параллельной оси, причем первых две, а

вторая одна. Поэтому гнется конструкция легче поперек перпендикулярных труб, чем поперек параллельных. Таким образом при изгибе в различных осевых плоскостях теплообменник имеет различные резонансные

(собственные) частоты изгибных колебаний. Преобразователь 18 вращательного движения соединен с внешним источником вращения 3 посредством ременной передачи, состоящей из двух шкивов 19 к 20 и

ремня 21. От ременной передачи вращение преобразователю 18 передается валом 22, помещенным в неподвижные подшипники 23 и 24.

Теплообменник 2 с преобразователем 18 вращательного движения соединен посредством стержня 25 с взаимноперпенди- кулярными шарнирами 26 и 27. Шарнир 26 представляет собой двухрядный сферический шарикоподшипник.

Аппарат работает следующим образом.

В емкость 1 непрерывно подается горячий отработанный раствор из промывной линии текстильного отделочного производства, и с противоположной стороны емкости непрерывно стекает в канализацию.

Холодная свежая вода проходит по обводу 16, через теплообменник 2, где нагревается теплом отработанного раствора, и через обвод 17 нагретая вода подается в ту же промывную линию.

При этом электродвигатель 3 через ременную передачу 19-20-21 вращает вал 22, заставляя шайбу 18 качаться по закону Ч arctgKsln p, где К tg a, a a - угол наклона шайбы по отношению к валу 22. Эти движения передаются через стержень 25 и шарниры 26 и 27 стержню 8, соединенному через гнездо 14 с обводом 16, который, в свою очередь, жестко соединен с теплообменником 2. Стержень 25 и шарниры 26 и 27 компенсируют неточности изготовления и установки шайбы 18, если бы не стержень и шарниры, в соединении шайбы с теплообменником имели бы место напряжения, ломающие детали.

Теплообменник 2 движется возвратно- вращательно, стряхивая с себя грязь, при этом на оси теплообменника имеют место моменты сил инерции, показанные двухгор- бой кривой на фиг. 2. Эта кривая - следствие арктангенсно-синусного закона движения.

Стержень U, поворачиваясь вместе с теплообменником в опоре 11, передает движение через стержень 7 и шарниры 10 и 9 маятнику. Стержень 4 маятника поворачивается в опоре 6, а груз 5 при этом создает на оси теплообменника момент, показанный на фиг. 2 пунктирной линией. Этот момент имеет противоположный моменту сил инерции знак, и, складываясь, эти два момента рождают малые по амплитуде колебания с удвоенной частотой, что способствует разрушению граничного слоя жидкости при теплообмене, Груз 5 при этом ходит на небольшую амплитуду и практически не передает своей силы инерции на ось теплообменника. Из-за этого достаточно для частоты движения последнего 1 Гц груза всего в 20 кг, в то время как в прототипе, где груз двигался вместе с теплообменником по дуге на жестко прикрепленном к теплообменнику рычаге, нужно было 60 кГ

Теплообменник 2 поворачивается относительно оси А-А, ориентировка силы тяжести и сил инерции постоянна, Сила тяжести всегда вертикальна, а пик сил инерции имеют место всегда при определенных углах Ч . Но изгибная радиальная жесткость благодаря форме обводов 16 и 17 у теплообмен- ника при различных. Ч различна. Колебания с удвоенной частотой в результате коллизии на фиг. 2 порождают в поверхности теплообменника собственные упругие изгибные колебания, и эти колебания (фиг. 3) из-за нестабильности изгибной жесткости имеют все время меняющуюся

частоту. Это предположительно способствует также разрушению граничного слоя при теплообмене, Как показал эксперимент, это явление повышает эффективность теплооб- пена настолько, что полностью компенсирует издержки из-за горизонтальности теплообменника, усредняющего температуры по вертикали и нарушающего противоток. Эффективность аппарата не ниже эффективности аппарата с вертикальными

теплообменниками при той же площади теп- лообменной поверхности.

Для того, чтобы все эти сложные колебательные явления не вызывали ударов в элементах передач, в качестве последних

применены шкивы 19 и 20, соединяемые ремнем 21. Ременная передача, в отличие от зубчатой, при знакопеременных нагрузках не порождает ударов. Кроме того, шкивы и сам двигатель 3 работают благодаря

ременной передаче в качестве маховиков, сглаживая момент на валу двигателя и не давая ему переходить в генераторный режим,

Формула изобретения

1. Рекуперационный аппарат для текстильных отделочных машин, содержащий емкость для горячих отработанных растворов с размещенным в ней горизонтальным

теплообменником, связанным с приводом его возвратно-вращательного движения относительно оси вращения теплообменника через авторезонансный механизм, выполненный в виде маятника, отличзющийс я тем, что, с целью повышения эффективности работы при сокращении материалоемкости конструкции, маятник выполнен в виде стержня с грузом или пружиной, установленного на шарнирной подвеске перпендикулярно вертикальной осевой плоскости теплообменника и связанного с осью теплообменника посредством двухпо- водковой группы, расположенной в этой плоскости.

2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник имеет на своих концах трубопроводы-обводы, выполненные в виде рам,

3.Аппарат поп, 1, отличающийся тем, что привод имеет преобразователь вращательного движения теплообменника в движение по закону арктангенса (арккотангенса) гармонической функции.

4.Аппарат по п. 3, отличающийся тем, что преобразователь вращательного

движения выполнен в виде механизма типа качающаяся шайба.

5. Аппарат по пп. 1 и 3. отличающий- с я тем, что привод включает электродвигатель, соединенный с преобразователем вращательного движения посредством ременной передачи, а теплообменник соединен с преобразователем вращательного движения посредством стержня с взаимно перпендикулярными шарнирами.

Использование: в текстильной промышленности, а именно в устройствах для повторного использования тепла сточных вод текстильных отделочных машин. Сущность изобретения: рекуперационный аппарат содержит емкость для горячих отработанных растворов с размещенным в ней горизонтальным теплообменником. Последний связан с приводом его возвратно-вращательного движения относительно оси вращения теплообменника через авторезонансный механизм, выполненный в виде маятника гравитационного типа, соединенного с осью вращения теплообменника. Маятник выполнен в виде стержня с грузом или пружиной, установленного на шарнирной подвеске перпендикулярно вертикальной осевой плоскости теплообменника и связанного с осью теплообменника посредством двухповодко- вой группы, расположенной в этой плоскости. Привод снабжен преобразователем вращательного движения теплообменника в движение по закону арктангенса гармонической функции. Аппарат имеет повышенную эффективность работы при сокращении материалоемкости конструкции. 4 з, п. ф-лы, 3 ил. сл С

3 19 21 20 23

Н-и

Фиг.З

момент сил инерции

противоположный ему по знаку момент уравковеж- вающих сил от маятника