Тягодутьевое устройство для перемещения химически агрессивных или высокотемпературных невзрывоопасных газовых сред

Изобретение может быть использовано в установках газоочистки травильных отделений, а также для циркуляции газовой среды в печах для термообработки металла металлургических и машиностроительных предприятий. Для повышения надежности, срока службы рабочего колеса и увеличения механической прочности устройство содержит спиральный кожух, входной патрубок, рабочее колесо с лопатками, соединенными с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом с другой. Часть лопаток имеет дополнительные лопатки, сварные швы рабочего колеса вынесены за пределы его проточной части и обдуваются чистым воздухом, подсасываемым из окружающего пространства внутрь устройства в результате разряжения, создаваемого вращающимися дополнительными лопатками. При использовании заявленного изобретения в качестве устройства для перемещения высокотемпературной газовой среды в термических печах обдувка наружных поверхностей рабочего колеса холодным окружающим воздухом приводит к снижению температуры боковых поверхностей рабочего колеса на несколько десятков градусов, что позволяет повысить его прочность даже при повышении температуры перемещаемой газовой среды. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к механическим тягодутьевым устройствам, создано для перемещения химически агрессивных или высокотемпературных невзрывоопасных газовых сред и может быть использовано в установках газоочистки травильных отделений, а также для циркуляции газовой среды в печах для термообработки металла металлургических и машиностроительных предприятий.

Наиболее близким к заявленному изобретению являются вентиляторы общепромышленного применения, изготовленные из нержавеющей стали и описанные в атласе ОАО "МОВЕН", 2002 г. Устройство состоит из спирального кожуха, входного патрубка, рабочего колеса с лопатками, соединенными с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом - с другой. К недостаткам известного устройства можно отнести его ограниченный срок службы и недостаточную надежность при перемещении газовой среды, содержащей смеси паров и аэрозолей различных кислот. Те же недостатки имеют место, когда известное устройство используется для циркуляции газовой среды в термических печах при температуре, близкой к предельно допустимой для использования данной марки стали.

Наиболее слабым местом в конструкции известного устройства являются сварные швы в месте присоединения лопаток к коренному диску и кольцу рабочего колеса. При вращении рабочего колеса, особенно в момент его раскрутки, сварные швы находятся под воздействием наиболее больших по величине, чем соседние элементы колеса, напряжений, которые направлены, в основном, на растяжение и сдвиг. Кроме того, поверхность швов находится постоянно под воздействием агрессивного или высокотемпературного потока газовой среды, что в сочетании с изменением структуры металла и его химического состава в этом месте, в результате выгорания легирующих элементов в процессе сварки деталей, приводит к повышению скорости химической или высокотемпературной коррозии, сокращению срока службы и надежности работы известного устройства.

Задача настоящего изобретения состоит в создании надежного тягодутьевого устройства для перемещения агрессивных или высокотемпературных газовых сред в установках газоочистки травильных отделений или термических печах металлургических и машиностроительных предприятий.

Для решения поставленной задачи предлагаемое коррозионно-стойкое тягодутьевое устройство для перемещения агрессивных или высокотемпературных газовых сред содержит спиральный кожух, входной патрубок, рабочее колесо с лопатками, соединенными с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом - с другой.

Рабочее колесо имеет следующую конструкцию. Наружная часть лопаток относительно диаметра рабочего колеса, составляющая 0,4-0,7 от ширины лопаток, вставлена в соответствующие пазы, выполненные в коренном диске и кольце, при этом эта часть лопаток по их длине выходит за пределы ширины колеса с образованием дополнительных лопаток по обеим сторонам колеса. Для обеспечения возможности подачи окружающего воздуха к внешним поверхностям кольца и коренного диска в торцевой стенке спирального кожуха со стороны вала имеются отверстия, общая площадь которых составляет 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка, а входной патрубок состоит из двух соосно расположенных цилиндров с торцевыми кольцевыми стенками и равномерно распределенными на них отверстиями, общая площадь которых составляет 5-10% от площади проходного сечения входного патрубка, при этом диаметр внешнего цилиндра равен диаметру рабочего колеса устройства.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что благодаря предложенной конструкции устройство имеет дополнительные вращающиеся лопатки, сварные швы рабочего колеса вынесены за пределы его проточной части и обдуваются чистым воздухом, подсасываемым из окружающего пространства внутрь устройства в результате разряжения, создаваемого вращающимися дополнительными лопатками. В результате повышается надежность и срок службы примерно в 1,5-2,0 раза по сравнению с известным устройством за счет увеличения коррозионностойкости сварных швов рабочего колеса.

Кроме того, увеличивается механическая прочность рабочего колеса, поскольку наружные сварные швы, скрепляющие проходные лопатки с диском и кольцом испытывают в основном напряжения не на растяжение, а на сжатие. При использовании заявленного изобретения в качестве устройства для перемещения высокотемпературной газовой среды в термических печах обдувка наружных поверхностей рабочего колеса холодным окружающим воздухом приводит к снижению температуры боковых поверхностей рабочего колеса на несколько десятков градусов, что позволяет повысить его прочность даже при повышении температуры перемещаемой газовой среды.

Таким образом, новый технический результат, заявленный изобретением, заключается в повышении надежности и срока службы устройства за счет увеличения коррозионностойкости сварных швов рабочего колеса, а также в увеличении его механической прочности.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства с разрезом вдоль оси вращения; на фиг.2 - вид справа с разрезом входного патрубка по А-А; на фиг.3 - увеличенный местный разрез части рабочего колеса и прилегающего к нему входного патрубка; на фиг.4 - вид части рабочего колеса справа на дополнительные лопатки в разрезе Б-Б.

Устройство состоит из рамы 1, электродвигателя 2, на валу которого закреплено рабочее колесо 3. Рабочее колесо находится внутри спирального кожуха 4. Со стороны всасывающей части на спиральном кожухе 4 закреплен входной патрубок 5. Рабочее колесо 3 снабжено цельными проходными лопатками 6, наружные части которых относительно диаметра колеса 3, составляющие 0,4-0,7 от ширины лопаток В, вставлены в соответствующие пазы, которые выполнены в коренном диске 7 и кольце 8. Часть лопаток 6 по их длине выходит за пределы ширины рабочего колеса 3 с образованием дополнительных лопаток 9 по его обеим сторонам. Размер b размещения лопаток 6 в соответствующие пазы коренного диска 7 и кольца 8, равный 0.4-0.7 от ширины лопаток В, выбран из следующих условий. При величине пазов менее 0,4 ширина дополнительных лопаток 9 получается недостаточной для размещения дополнительных сварных швов, в результате чего механическая прочность рабочего колеса 3 будет недостаточной. При величине размещения лопаток более 0,7 глубина соответствующих пазов на коренном диске и кольце увеличивается, что также снижает прочность колеса, то есть цель изобретения - надежность - не будет достигнута. Длина l каждой из дополнительных лопаток 9 составляет 2-5% от общей ширины рабочего колеса L и выбрана из условия оптимального соотношения основного перемещаемого потока и дополнительной обдувки внешней стороны рабочего колеса 3. Снижение длины каждой из дополнительных лопаток 9 менее 2% от L приводит к недостаточной обдувке внешней стороны рабочего колеса 3, в результате чего цель изобретения - повышение надежности и срока службы - не будет достигнута. Увеличение длины дополнительных лопаток 9 более 5% от L способствует чрезмерному подсосу воздуха внутрь спирального кожуха, что снижает параметры работы заявленного устройства. Диаметр внешнего цилиндра равен диаметру рабочего колеса Д.

Торцевая стенка 10 спирального кожуха 4, находящаяся со стороны вала, имеет отверстия 11, общая площадь которых равна 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка F. Входной патрубок 5 состоит из двух соосно расположенных цилиндров 12 с торцевыми кольцевыми стенками 13 и равномерно расположенными на них отверстиями 14, общая площадь которых составляет 5-10% от площади проходного сечения входного патрубка F.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 3 основной поток перемещаемой среды поступает во входной патрубок 5, а затем, проходя через лопатки 6, приобретает энергию и через спиральный кожух 4 выбрасывается в газовый тракт. Увеличение надежности и срока службы достигается за счет аэродинамической обдувки внешней стороны рабочего колеса 3 и внутренних торцевых поверхностей спирального кожуха 4. Во время работы рабочего колеса 3 дополнительные лопатки 9, расположенные по его обеим сторонам, создают разряжение, в результате чего возникают следующие потоки воздуха. Со стороны вала воздух подсасывается через отверстия 11 и, обдувая наружную часть коренного диска 7, дополнительные лопатки 9 и наружные сварные швы, поступает в основной поток перемещаемого газа. Величина отверстий в торцевой стенке 10 спирального кожуха 4 со стороны вала, равная 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка F, выбрана из условия подачи оптимального расхода воздуха для обдувки рабочего колеса 3.

Со стороны всасывающей части устройства воздух поступает в отверстия 14 торцевых кольцевых стенок 13, проходит по кольцевому зазору и поступает в пространство между вращающимся кольцом 8 и торцевой частью входного патрубка 5. В этом месте поток воздуха разделяется на две части, одна из которых за счет работы дополнительных лопаток 9, обдувает их и смешивается с основным потоком, а другая - подсасывается через кольцевой зазор между вращающимся кольцом 8 и внутренним цилиндром 12 во входное окно рабочего колеса 3. Величина отверстий 14, равная 5-10% от площади входного окна F, выбрана из следующих условий. Если площадь отверстий во входном патрубке будет меньше 5%, то подсасываемого воздуха будет недостаточно для организации эффективной обдувки внешней стороны кольца 8, то есть за счет чрезмерного разряжения, создаваемого дополнительными лопатками, часть перемещаемого газа из основного потока через кольцевой зазор будет поступать обратно в пространство между вращающимся кольцом 8 и внутренней торцевой стенкой 14. В результате этого технический результат не будет достигнут. Если площадь отверстий 14 во входном патрубке будет больше 5%, то это способствует неоправданно большой подаче подсасываемого воздуха, что снижает параметры работы устройства.

Таким образом, наружная поверхность рабочего колеса при его вращении, включая дополнительные лопатки и сварные швы, находится в атмосфере чистого воздуха и не подвергается химической или высокотемпературной коррозии. Кроме того, в случае использования изобретения для перемещения высокотемпературного газа в термических печах поток холодного воздуха, подсасываемый из окружающего пространства, снижает температуру на несколько десятков градусов указанных выше элементов устройства, способствуя снижению скорости высокотемпературной коррозии и повышению механической прочности рабочего колеса, в результате чего и достигается результат - повышение срока службы и надежности заявленного устройства.

1. Тягодутьевое устройство для перемещения химически агрессивных или высокотемпературных невзрывоопасных газовых сред, содержащее спиральный кожух, входной патрубок, рабочее колесо с лопатками, соединенное с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом с другой, отличающееся тем, что оно содержит лопатки, длина которых на 2-5% превышает ширину колеса с каждой стороны, лопатки смонтированы в пазах, вырезанных в кольце и коренном диске, глубина пазов составляет 0,4-0,7 от общей ширины лопатки, при этом устройство выполнено с возможностью подачи воздуха к внешним поверхностям кольца и коренного диска.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевая стенка спирального кожуха со стороны коренного диска имеет отверстия, общая площадь которых составляет 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка, а входной патрубок состоит из двух, соосно расположенных цилиндров с торцевыми кольцевыми стенками и равномерно распределенными на них отверстиями, общая площадь которых составляет 5-10% от площади проходного сечения входного патрубка, при этом диаметр внешнего цилиндра равен диаметру рабочего колеса.