Устройство для получения минеральной ваты
Владельцы патента RU 2372301:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к производству минеральной ваты, в частности к валковым вертикально центробежным центрифугам. Технический результат - повышение срока службы устройства для получения минеральной ваты. Устройство для получения минеральной ваты содержит вращающиеся приемный и распределительные валки. Каждый из валков выполнен полым и включает обойму с торцевой и цилиндрической поверхностями, посаженную на полый опорный вал с торцевой поверхностью и прикрепленную к нему винтами. Внутри обоймы и полого опорного вала через втулку с отверстиями для выхода охлаждающей жидкости стационарно установлена трубка для подачи охлаждающей жидкости, на которой посажен и закреплен полый герметичный барабан, образующий зазоры с внутренней торцевой и цилиндрической поверхностью обоймы и торцевой поверхностью опорного вала. Вдоль наружной цилиндрической поверхности полого герметичного барабана выполнена винтовая нарезка по направлению вращения полого опорного вала и обоймы. 2 ил.
Изобретение относится к производству минеральной ваты, в частности, к валковым вертикально центробежным центрифугам.
Известно устройство для получения минеральной ваты [Центробежная машина для изготовления минерального волокна, а.с. СССР №523053, БИ №28, 1976], включающее вращающиеся полые опорные валы с посаженными на них полыми валками, в которые через полые опорные валы, канавки, кольцевые выточки и каналы подается охлаждающая жидкость. Отвод охлаждающей жидкости из полого валка осуществляется через каналы в его торцевой поверхности.
Применение такой конструкции устройства обеспечивает снижение массы охлаждающей жидкости, находящейся в полых валках при ее работе. Это позволяет уменьшить усилия, действующие на полые опорные валы и их подшипники, а также снизить мощность привода устройства для получения минеральной ваты.
Однако такая конструкция устройства не позволяет осуществлять эффективное охлаждение внутренних поверхностей полого валка из-за невозможности организации непрерывного потока охлаждающей жидкости от входа ее в полость валка до выхода наружу. Это объясняется тем, что между равномерно распределенной центробежными силами вдоль внутренней цилиндрической поверхности полого валка охлаждающей жидкостью и охлаждаемой поверхностью образуется паровая "подушка". При этом под воздействием динамического напора пара охлаждающая жидкость вытесняется от охлаждаемой поверхности. Из-за этого охлаждающая жидкость после входа ее во внутреннюю полость валка вытекает из нее, не контактируя с охлаждаемыми поверхностями.
Под паровой пленкой резко повышается температура охлаждаемой поверхности. Это приводит к износу наружной цилиндрической поверхности полых валков, их короблению и выходу из строя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения минеральной ваты [Устройство для получения минеральной ваты, пат. РФ №2059576, опубл. 10.05.1996 г.].
Данное устройство включает полые валки, посаженные на полые вращающиеся опорные валы, внутри которых размещена трубка подвода охлаждающей жидкости.
Применение в данном устройстве дополнительных элементов в виде перегородки и диафрагмы, закрепленных на трубке подвода охлаждающей жидкости и на вращающихся полых опорных валах и валках, позволяет несколько повысить эффективность охлаждения полого валка за счет частичного отделения объема внутренней полости валка, в которую охлаждающая жидкость входит, от объема внутренней полости валка, из которого охлаждающая жидкость выходит наружу.
Однако такая конструкция устройства имеет следующие недостатки.
При креплении трубки подачи охлаждающей жидкости вместе с перегородкой и диафрагмой на вращающихся полых опорных валах и валках охлаждающая жидкость при работе устройства также совершает вращательное движение вместе с охлаждаемыми внутренними поверхностями полого валка. Это исключает относительное тангенциальное перемещение внутренней цилиндрической поверхности полого валка относительно охлаждающей жидкости, необходимое для эффективного теплообмена между ними. Поток охлаждающей жидкости организуется только за счет превышения ее давления на входе в полый валок над ее давлением на выходе из полого валка.
Кроме того, при большом давлении охлаждающая жидкость сразу перемещается к внутренней торцевой поверхности полого валка, расположенной со стороны, противоположной опорному валу. Далее охлаждающая жидкость за счет центробежных сил перемещается вдоль указанной торцевой поверхности полого валка к ее внутренней цилиндрической поверхности, находящейся как во входной, так и в выходной полости валка. Из-за этого во входной полости валка потоки входящей и выходящей охлаждающей жидкости будут пересекаться, нарушая поточность перемещения охлаждающей жидкости и снижая эффективность системы охлаждения.
Все это ухудшает теплообмен между меду охлаждаемой поверхностью и охлаждающей жидкостью.
Другим недостатком данного устройства является выполнение его конструкции без учета закономерностей теплообмена между высокотемпературной охлаждаемой поверхностью и охлаждающей жидкостью. Эти закономерности связаны с, так называемым, пленочным кипением, при котором между охлаждаемой поверхностью и охлаждающей жидкостью образуется паровая «подушка», препятствующая проникновению охлаждающей жидкости к охлаждаемой поверхности. Для удаления паровой «подушки» с охлаждаемой поверхности требуется применение специальных механизмов, которые отсутствуют в данной конструкции устройства.
К недостаткам данного устройства относится также осуществление вращения полых валков и полых опорных валов вместе с охлаждающей жидкостью. Это приводит к существенному повышению усилий, действующих на опорные валы, их подшипники, и мощности привода вращения полых валков и полых опорных валов.
Таким образом, комплекс указанных недостатков данной конструкции устройства для получения минеральной ваты приводит к перегреву полых валков, действию на них повышенных силовых и термических напряжений, что является причиной быстрого износа их наружной цилиндрической поверхности, коробления, образования на них трещин. Данные обстоятельства являются причиной малого срока службы полых валков устройств для получения минеральной ваты.
Задачей изобретения является повышение срока службы устройств для получения минеральной ваты.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом устройстве для получения минеральной ваты, включающем полые валки, посаженные на полые вращающиеся опорные валы, внутри которых размещена трубка подвода охлаждающей жидкости, согласно изобретению трубка подвода охлаждающей жидкости установлена стационарно, внутри полых валков установлен полый герметичный барабан, посаженный на трубке подвода охлаждающей жидкости, закрепленный на ней и образующий зазоры с торцевыми и цилиндрическими поверхностями полых валков, при этом вдоль наружной цилиндрической поверхности полого герметичного барабана при приближении к опорному валу по направлению его вращения выполнена винтовая нарезка.
Установка внутри каждого полого валка полого герметичного барабана снижает объем охлаждающей жидкости в полом валке на объем, равный объему барабана. Это уменьшает нормальные усилия, действующие как на сам полый валок, так и на опорный вал с подшипниками, а также способствует интенсивному теплообмену. Стационарная установка трубки подвода охлаждающей жидкости внутри полого опорного вала и полого валка вместе с посаженным и закрепленным на ней полым герметичным барабаном позволяет уменьшить мощность привода вращения полых валков с полыми опорными валами и касательные напряжения, действующие на них. Образование зазора между полым герметичным барабаном, торцевыми и цилиндрическими поверхностями полых валков создает естественный поток охлаждающей жидкости внутри полого валка. Охлаждающая жидкость, пройдя через трубку подвода охлаждающей жидкости, находящейся внутри полого герметичного барабана, поступает в полость валка к его торцевой поверхности со стороны, противоположной положению опорного вала. Далее центробежными силами охлаждающая жидкость перемещается вдоль указанной торцевой поверхности к цилиндрической поверхности полого валка и под давлением перемещается вдоль зазора между внутренней цилиндрической поверхностью полого валка и наружной цилиндрической поверхностью герметичного барабана. Затем охлаждающая жидкость под давлением течет вдоль зазора между торцевой поверхностью полого валка со стороны полого опорного вала и торцевой поверхностью полого герметичного барабана, выходит наружу через кольцевой зазор между наружной поверхностью трубки подачи охлаждающей жидкости и внутренней поверхностью полого опорного вала. Выполнение вдоль наружной цилиндрической поверхности полого герметичного барабана винтовой нарезки по направлению вращения полого опорного вала, если смотреть от полого валка в сторону опорного вала, создает дополнительный поток охлаждающей жидкости по винтовой линии к торцевой поверхности полого валка со стороны полого опорного вала. Это связано с тем, что охлаждающая жидкость силами трения вращающейся внутренней цилиндрической поверхности полого валка получает также вращательное движение с меньшей скоростью относительно цилиндрической поверхности полого герметичного барабана, а неподвижная винтовая нарезка выполняет функции направляющей поверхности, способствующей ее перемещению к торцевой поверхности полого валка со стороны полого опорного вала. Благодаря этому между охлаждаемой внутренней цилиндрической поверхностью полого валка и охлаждающей жидкость осуществляется интенсивный теплообмен с удалением паровой «подушки» с внутренней цилиндрической поверхности полого валка.
Создание с помощью предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты описанной системы охлаждения полого валка не позволят данному валку перегреваться. Это способствует уменьшению его износа, устраняет коробление и трещинообразование, повышая срок службы устройства для получения минеральной ваты.
Таким образом, применение предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты позволяет за счет интенсификации процесса охлаждения полых валков, снижения нормальных и касательных усилий, действующих на полые валки и полые опорные валы, уменьшить их износ, устранить коробление и трещинообразование. Это повышает срок службы устройства для получения минеральной ваты.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами. На фиг.1 показан вид сбоку на устройство для получения минеральной ваты. На фиг.2 показано сечение А-А по одному полому валку и полому опорному валу.
Устройство для получения минеральной ваты (фиг.1) содержит вращающиеся приемный 1 и распределительные валки 2, 3, 4. Каждый из валков (фиг.2) выполнен полым и включает обойму 5 с торцевой и цилиндрической поверхностями, посаженную на полый опорный вал 6 с торцевой поверхностью и прикрепленную к нему винтами. Полый опорный вал 6 опирается на подшипники 7. Внутри обоймы 5 и полого опорного вала 6 через втулку 8 с отверстиями для выхода охлаждающей жидкости стационарно установлена трубка для подачи охлаждающей жидкости 9 (далее трубка 9), на которой посажен и закреплен полый герметичный барабан 10, образующий зазоры с внутренней торцевой и цилиндрической поверхностью обоймы 5 и торцевой поверхностью опорного вала 6. Втулка 8 выполняет роль подшипника скольжения между вращающимся полым опорным валом 6 и стационарной трубкой 9 подачи охлаждающей жидкости. Вдоль наружной цилиндрической поверхности полого герметичного барабана 10 выполнена винтовая нарезка 11 по направлению вращения полого опорного вала 6 и обоймы 5, если смотреть от обоймы 5 в сторону полого опорного вала 6. Направления вращения валков на фиг.1 показаны сплошными стрелками, выполненными по дуге.
Работа устройства для получения минеральной ваты осуществляется следующим образом.
Включается привод устройства для получения минеральной ваты (не показано) и его валки 1, 2, 3, 4 осуществляют вращение по направлению сплошных стрелок (фиг.1), выполненных по радиусу. На наружную цилиндрическую поверхность данных валков подается горячий расплав, из которого за счет центробежных сил получается минеральная вата. При этом наружная цилиндрическая поверхность обоймы 5 (фиг.2) нагревается. От данной поверхности тепло передается сначала на внутреннюю цилиндрическую поверхность обоймы 5, а затем на торцевые поверхности обоймы 5 и полого опорного вала 6. Для охлаждения этих поверхностей внутрь каждого полого валка через трубку 9 подается охлаждающая жидкость. Направление течения охлаждающей жидкости внутри полого валка показано сплошными и дугообразными стрелками вдоль внутреннего его периметра. Охлаждающая жидкость проходит по трубке 9 через полый герметичный барабан 10 к внутренней торцевой поверхности обоймы 5. Далее центробежными силами охлаждающая жидкость перемещается вдоль торцевой поверхности обоймы 5 к ее внутренней цилиндрической поверхности. При этом охлаждается внутренняя торцевая поверхность обоймы 5. Затем охлаждающая жидкость перемещается поступательно вдоль внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5 за счет перепада давления и совершает вращательное движение за счет ее фрикционного взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью вращающейся обоймы 5. Движение охлаждающей жидкости по винтовой линии обеспечивается винтовой нарезкой полого герметичного барабана 10. При этом окружная скорость охлаждающей жидкости меньше окружной скорости указанной поверхности обоймы 5, т.к. коэффициент трения между ними меньше единицы.
При перегреве на внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5 образуется "паровая подушка", препятствующая проникновению к ней охлаждающей жидкости. Превышение окружной скорости внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5 над окружной скоростью охлаждающей жидкости, перемещение охлаждающей жидкости по винтовой линии и под давлением перпендикулярно торцевой поверхности обоймы 5 создает систему охлаждения, обеспечивающую удаление паровой «подушки» с внутренней поверхности обоймы 5.
Далее горячая охлаждающая жидкость и образовавшийся из нее пар за счет превышения давления на входе в полый валок над давлением на выходе из него перемещаются вдоль торцевой поверхности полого опорного вала 6, охлаждая ее, и через зазор между наружной поверхностью трубки 9 и внутренней цилиндрической поверхностью полого опорного вала 6 выходят наружу. При этом они проходят через отверстия во втулке 8.
За счет системы охлаждения, создаваемой заявляемой конструкцией устройства для получения минеральной ваты, обеспечивается эффективное охлаждение валков. Это позволяет избежать перегрева валков, что, в свою очередь, снижает износ их наружной цилиндрической поверхности, устраняет коробление, трещинообразование и, как следствие, повышает срок службы указанного устройства.
Таким образом, применение предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты за счет создаваемой ей эффективной системы охлаждения полых валков, снижения нормальных и касательных усилий, действующих на полые валки и полые опорные валы, уменьшить их износ, устранить коробление и трещинообразование, позволяет существенно повысить срок ее службы.
Предлагаемая конструкция устройства для получения минеральной ваты используется в одном из вариантов проекта реконструкции четырехвалковой вертикальной центробежной центрифуги одного из предприятий Челябинской области.
Устройство для получения минеральной ваты, включающее полые валки, посаженные на полые вращающиеся опорные валы, внутри которых размещена трубка подвода охлаждающей жидкости, отличающееся тем, что трубка подвода охлаждающей жидкости установлена стационарно, внутри полых валков установлен полый герметичный барабан, посаженный на трубке подвода охлаждающей жидкости, закрепленный на ней и образующий зазоры с торцевыми и цилиндрическими поверхностями полых валков, при этом вдоль наружной цилиндрической поверхности полого герметичного барабана при приближении к опорному валу по направлению его вращения выполнена винтовая нарезка.
