Колпачковая газораспределительная решетка
Владельцы патента RU 2320922:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский центр ПО "Бийскэнергомаш" (ООО "НИЦ ПО "Бийскэнергомаш") (RU)
Изобретение относится к конструкциям газораспределительных решеток и может использоваться в энергетике, в химической и металлургической промышленности, где применяются устройства кипящего слоя. Технический результат - обеспечение равномерности сжижения слоя в широком диапазоне регулирования производительности устройств кипящего слоя. Для достижения данного технического результата колпачковая газораспределительная решетка, содержащая установленные в плите неподвижные колпачки с входными окнами, снабженные отверстиями, расположенными в боковых стенках колпачков на разных уровнях от плиты, дополнительно снабжена подвижными сердечниками, каждый из которых помещен в полость каждого колпачка со стороны входного окна колпачка. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к конструкциям газораспределительных решеток и может использоваться в энергетике, в химической и металлургической промышленности, где применяются устройства кипящего слоя.
Основным конструктивным элементом устройств кипящего слоя является газораспределительная решетка, предназначенная для подвода газа и равномерного ожижения материала слоя по ее поверхности. Равномерность распределения газа и ожижения слоя влияет на качество технологических процессов, осуществляемых на решетке, и поэтому является ее важной характеристикой. Равномерность ожижения непосредственно зависит от аэродинамического сопротивления решетки - чем выше сопротивление, тем более равномерным является ожижение слоя.
Известны колпачковые газораспределительные решетки, содержащие установленные в плитах подвижные или неподвижные колпачки с входными окнами (Буевич Ю.А. Струйное псевдоожижение / Ю.А.Буевич, Г.А.Минаев. - М.: Химия, 1984. - С.126-128, рис.4.10). Подвижные колпачки, выполненные в виде клапанов, предназначены для предотвращения провала материала слоя в пространство под решеткой при остановке устройства кипящего слоя (Буевич Ю.А. Струйное псевдоожижение / Ю.А.Буевич, Г.А.Минаев. - М.: Химия, 1984. - С.126-128, рис.4.10, позиции. 26, 46, 49, 51, 54). Неподвижные колпачки снабжены отверстиями разной формы и размера, расположенными в боковых стенках колпачков горизонтально или наклонно к поверхности плиты. Отверстия могут быть размещены по высоте колпачка в один или несколько ярусов, либо колпачок может быть выполнен с перфорацией по высоте. Неподвижные колпачки, как и подвижные, также предназначены для предотвращения провала материала слоя в пространство под решеткой при остановах устройств кипящего слоя путем подбора размеров отверстий таким образом, чтобы материал слоя, попавший в них и расположившийся под углом естественного откоса, не просыпался в пространство под решеткой (Буевич Ю.А. Струйное псевдоожижение / Ю.А.Буевич, Г.А.Минаев. - М.: Химия, 1984. - С.126-128, рис.4.10, позиции. 1, 2, 5, 6, 15, 32, 34, 36, 39).
Среди известных технических решений наиболее близкой к предлагаемому изобретению, выбранной в качестве прототипа, является колпачковая газораспределительная решетка, содержащая для создания устойчивого кипящего слоя установленные в плите неподвижные колпачки с входными окнами, снабженные отверстиями, расположенными в боковых стенках колпачков на разных уровнях от плиты. Отверстия могут быть выполнены с разными диаметрами, причем отверстия малого диаметра размещаются в промежутках между отверстиями большего диаметра (авторское свидетельство СССР №77693, Кл. 24f, 1).
Общим существенным недостатком вышеописанных колпачковых газораспределительных решеток является неравномерность ожижения слоя с соответствующими нарушениями параметров протекающих в нем технологических процессов, приводящими к аварийным остановам, являющаяся причиной значительного ограничения диапазона регулирования производительности устройств кипящего слоя. Это объясняется зависимостью аэродинамического сопротивления этих колпачковых газораспределительных решеток от расхода сжижающего агента, то есть газа, из-за чего эксплуатация устройств кипящего слоя при снижении производительности путем уменьшения расхода сжижающего агента сопровождается резким падением аэродинамического сопротивления решетки.
Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения равномерности ожижения слоя в широком диапазоне регулирования производительности устройств кипящего слоя.
Для достижения этого технического результата колпачковая газораспределительная решетка, содержащая установленные в плите неподвижные колпачки с входными окнами, снабженные отверстиями, расположенными в боковых стенках колпачков на разных уровнях от плиты, согласно изобретению снабжена подвижными сердечниками, каждый из которых помещен в полость каждого колпачка со стороны входного окна колпачка.
Сердечник может быть выполнен в виде сопряженных поршневого элемента в верхней части и суживающегося книзу хвостовика в нижней части, установленных внутри полости колпачка с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршневого элемента в области расположения отверстий, а хвостовика - с возможностью возвратно-поступательного перемещения во входном окне колпачка.
Кроме того, на боковой поверхности поршневого элемента выполнены прорези и/или внутри сердечника - продольные каналы, связывающие пространство под решеткой с полостью колпачка над поршневым элементом.
Кроме того, на боковой поверхности сердечника выполнены продольные ребра, по меньшей мере, три.
Равномерность ожижения слоя в широком диапазоне регулирования производительности устройств кипящего слоя обусловлена введением подвижных сердечников, регулирующих проходные сечения колпачков и обеспечивающих постоянное аэродинамическое сопротивление газораспределительной решетки вне зависимости от расхода сжижающего агента. Выполнение сердечника в виде сопряженных поршневого элемента в верхней части, передвигающегося в перфорированной части колпачка, и суживающегося книзу, то есть имеющего переменное поперечное сечение, хвостовика в нижней части, передвигающегося во входном окне колпачка, позволяет описать характер изменения поперечного сечения хвостовика нижеприведенными зависимостями (1), (2) и (3).
где S - площадь поперечного сечения хвостовика в плоскости входного окна колпачка, м2;
FBX - площадь входного окна колпачка, м2;
FOTB - суммарная площадь сечения работающих, то есть находящихся ниже поршневого элемента, отверстий в боковой стенке колпачка, м2;
k - конструктивный параметр колпачка;
где SО - площадь поперечного сечения хвостовика в плоскости входного окна при крайнем нижнем положении сердечника, м2;
FOTB.O - суммарная площадь сечения работающих, то есть находящихся ниже поршневого элемента, отверстий в боковой стенке колпачка при крайнем нижнем положении сердечника, м2.
В частном случае, когда k=1, из (1) имеем:
Благодаря описанному выше характеру изменения поперечного сечения хвостовика при изменении расхода сжижающего агента скорости течения внутри колпачка сохраняются на прежнем уровне и, следовательно, неизменным останется и аэродинамическое сопротивление решетки. Сохраняется также и давление под решеткой, так как оно складывается из веса сердечника, отнесенного к поперечному сечению поршневого элемента, веса ожиженного материала, отнесенного к площади решетки, и ее сопротивления. Таким образом, постоянство аэродинамического сопротивления решетки обеспечивает равномерность ожижения слоя на пониженных расходах сжижающего агента и за счет этого существенно расширяет диапазон регулирования производительности устройств кипящего слоя.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид колпачковой газораспределительной решетки при размещении сердечника в нижнем положении, разрез по осям фиксатора, колпачка и направляющего ребра; на фиг.2 - то же при размещении сердечника в верхнем положении; на фиг.3 - горизонтальный разрез А-А фиг.1 и фиг.2; на фиг.4 - горизонтальный разрез Б-Б фиг.1 и фиг.2.
Дополнительно на чертеже обозначено следующее:
- изогнутыми сплошными линиями со стрелками показаны направления движения сжижающего агента в колпачковой газораспределительной решетке;
- изогнутыми пунктирными линиями показаны направления движения сжижающего агента для охлаждения верхней части колпачка.
Колпачковая газораспределительная решетка содержит неподвижные колпачки 1, установленные в плите 2. Колпачки 1 снабжены, в частности перфорированы, несколькими ярусами отверстий 3. Отверстия 3 расположены в боковых стенках колпачков 1 на разных уровнях от плиты 2. Внутри каждого колпачка 1 находится подвижный сердечник 4, помещенный в полость колпачка 1 со стороны входного окна 5. Сердечник 4 выполнен в виде сопряженных поршневого элемента 6 в своей верхней части и хвостовика 7 в нижней части. Хвостовик 7 имеет суживающуюся книзу форму. Поршневой элемент 6 и хвостовик 7 сердечника 4 установлены внутри полости колпачка 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршневого элемента 6 в области расположения отверстий 3, а хвостовика 7 - во входном окне 5. На боковой поверхности поршневого элемента 6 для охлаждения верхушки колпачка 1 выполнены продольные прорези 8 и/или внутри сердечника 4 - продольные каналы 9, связывающие пространство 10 под газораспределительной решеткой с полостью 11 над поршневым элементом 6. На боковой поверхности сердечника 4 имеются продольные направляющие ребра 12, например три ребра, для фиксации положения сердечника 4 и предотвращения его заклинивания.
Кроме того, на боковой поверхности колпачка 1 смонтированы фиксаторы 13, которые используются в качестве опор для сердечника 4 в его нижнем положении.
Колпачковая газораспределительная решетка работает следующим образом.
При неработающем кипящем слое исходным в колпачке 1 является нижнее положение сердечника 4, при котором открыт нижний ярус отверстий 3, как показано на фиг.1. В нижнее положение сердечник 4 устанавливается под действием собственного веса и опирается на фиксаторы 13. При увеличении расхода сжижающего агента, а именно воздуха, поршневой элемент 6 передвигается вверх в область расположения отверстий 3, а хвостовик 7 - вверх во входном окне 5. При этом увеличиваются площадь проходного сечения входного окна 5 и работающих отверстий 3, через которые сжижающий агент поступает под слой. При максимальном расходе сжижающего агента сердечник 4 занимает крайнее верхнее положение, как показано на фиг.2, и удерживается набегающим потоком газа. При уменьшении расхода сжижающего агента поршневой элемент 6 передвигается вниз в области расположения отверстий 3, а хвостовик 7 - вниз во входном окне 5. При этом уменьшаются площадь проходного сечения входного окна 5 и работающих отверстий 3, через которые сжижающий агент поступает под слой. Поэтому скорость течения сжижающего агента внутри колпачка 1 при изменении расхода сжижающего агента не изменяется.
Таким образом, использование данной колпачковой газораспределительной решетки позволяет стабилизировать ожижение материала слоя на ее поверхности во всем диапазоне регулирования производительности, в том числе на пониженных расходах сжижающего агента.
1. Колпачковая газораспределительная решетка, содержащая установленные в плите неподвижные колпачки с входными окнами, снабженные отверстиями, расположенными в боковых стенках колпачков на разных уровнях от плиты, отличающаяся тем, что она снабжена подвижными сердечниками, каждый из которых помещен в полость каждого колпачка со стороны входного окна колпачка.
2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что сердечник выполнен в виде сопряженных поршневого элемента в верхней части и суживающегося книзу хвостовика в нижней части, установленных внутри полости колпачка с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршневого элемента в области расположения отверстий, а хвостовика - с возможностью возвратно-поступательного перемещения во входном окне колпачка.
3. Решетка по п.2, отличающаяся тем, что на боковой поверхности поршневого элемента выполнены прорези и/или внутри сердечника - продольные каналы, связывающие пространство под решеткой с полостью колпачка над поршневым элементом.
4. Решетка по п.2, отличающаяся тем, что на боковой поверхности сердечника выполнены продольные ребра, по меньшей мере три.
