Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДЪЕМНО-КОПАЮЩИМИ МЕХАНИЗМАМИ

Изобретение относится к пневматическим системам управления экскаваторами и кранами, работающими в условиях отрицательных температур.

Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2158805, МПК E02F 9/22, опубл. 10.11.2000), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцеры ввода очищаемого воздуха, корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода обогревающего отрегенерированного воздуха в атмосферу.

Недостатком являются энергозатраты, обусловленные увеличением аэродинамического сопротивления воздушного фильтра из-за наличия во всасываемом атмосферном воздухе значительного количества твердых частиц технологической пыли, определяемых специфическими условиями эксплуатации, а наличие твердых частиц в полости компрессора не только снижает его массовую производительность по сжатому воздуху, но и способствует аварийному режиму, что в конечном итоге снижает эффективность работы подъемно-копающих механизмов.

Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2400598, МПК E02F 9/22, опубл. 27.09.2010), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха.

Недостатком является снижение качества осушки сжатого воздуха из-за термического разрушения зерен адсорбента, контактирующих с равномерно распределенными подогревателями по объему адсорбера, что приводит к ухудшению работы как пневмооборудования, так и в целом подъемно-копательных механизмов.

Технической задачей является поддержание эффективной работы при длительной эксплуатации устройства управления подъемно-копающими механизмами путем обеспечения заданного качества осушки сжатого воздуха за счет устранения термического разрушения зерен адсорбента при непосредственном контакте их с равномерно распределенными по всему объему адсорберов подогревателями.

Технический результат достигается тем, что устройство управления подъемно-копающими механизмами содержит компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем на внутренней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки с профилем в виде ласточкина хвоста, а у его входного отверстия выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений, при этом круговая канавка соединена с криволинейными канавками и снабжена сеткой.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства управления подъемно-копающими механизмами; на фиг.2 - профиль криволинейных канавок в виде ласточкина хвоста; на фиг.3 - внутренняя поверхность штуцера ввода очищаемого воздуха с устройством удаления загрязнений.

Устройство состоит из соединенных последовательно системой трубопроводов (воздуховодов) 1 всасывающего фильтра 2, компрессора 3, масловлагоотделителя 4, ресивера 5, двух циклично работающих адсорберов 6 и 7, подогревателя 8 с терморегуляторами 9, закрепленными на каждом элементе подогревателя 8. При этом всасывающий фильтр 2 включает корпус 10, выполненный в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, коническим днищем 11 с отверстием 12 в его нижней части, штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13, штуцеры ввода очищаемого воздуха 14, конденсатоотводчик 15, расположенный в отверстии 12 конического днища 11, отражательную перегородку 16, штуцер ввода обогревающего воздуха 17, трубопровод 18, соединяющий через регулирующий клапан 19 штуцер 17 с адсорберами 6 и 7, штуцер сброса обогреваемого воздуха в атмосферу 20, при этом регулирующий клапан 19 обеспечивает также сброс воздуха после регенерации адсорберов в атмосферу при положительных температурах окружающей среды. На внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки 22 с профилем в виде ласточкина хвоста, а у его входного отверстия 23 выполнена круговая канавка 24, соединенная с устройством удаления загрязнений 25, при этом круговая канавка 24 соединена с криволинейными канавками 22 и снабжена сеткой 26.

Подогреватели 8 в двух циклично работающих адсорберах 6 и 7 от зерен адсорбента 27 отделяют перегородками 28, каждая из которых выполнена из биметалла, причем материал 29 со стороны подогревателя 8 имеет коэффициент теплопроводности (например, коэффициент теплопроводности алюминия равен 207 Вт/(м·г), см., Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980. - 469 с. ил.) в 2,0-2,5 раза выше, чем материал 30 (например, коэффициент тепловодности латуни равен 85 Вт/(м·г)) со стороны зерен адсорбента 27.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что при высокой температуре воздуха или газа в процессе регенерации адсорбента и, особенно, при непосредственном контакте зерен адсорбента с подогревателем наблюдается термическое их разрушение, путем растрескивания (см., например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа, 1989. - 368 с.ил.). В результате резко снижается качество очистки сжатого воздуха и эксплуатационная надежность в целом устройства управления подъемно-копающими механизмами. При устранении непосредственного контакта зерен адсорбента 27 и подогревателей 8 путем использования перегородок 28 из биметалла наблюдается перераспределение теплового потока, т.к. теплопроводность материала 29 более высокая, то теплота от подогревателей 8 достаточно быстро передается по материалу 29 перегородки 28, а после контакта с материалом 30 снижает скорость распространения теплового потока (см., например, стр.40. Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. М.: Энергия, 1971. - 384 с.ил.). Это приводит к равномерности прогрева зерен адсорбента с постепенно возрастающим градиентом температур до нормированных значений, например 100°С, т.е. поддерживать заданный процесс регенерации, предотвращающий термическое разрушение зерен адсорбента.

Кроме того, выполненная перегородка 28 из биметалла приводит при прохождении через нее теплового потока к образованию термовибрации (см., например, Дмитриев В.Г. Биметаллы. Пермь, 1990. - 297 с.ил.). Это препятствует налипанию зерен адсорбента на перегородку 28, а в процессе термовибрации точки соприкосновения перегородки 28 с зернами адсорбента непрерывно перемещаются по их поверхности, что практически ускоряет температурное напряжение, способствующее разрушению адсорбента.

Специфика условий эксплуатации подъемно-копающих механизмов обусловлена наличием значительного количества твердых частиц технологической и атмосферной пыли во всасываемом компрессором 3 атмосферном воздухе, поэтому в начале его работы данная смесь воздуха и массы загрязнений перемещается к штуцеру ввода очищаемого воздуха 14 и контактирует с сеткой 26, при этом крупные частицы отделяются от потока, а более мелкие через входное отверстие 23 проникают во внутреннюю полость штуцера ввода очищаемого воздуха 14. Так как штуцер ввода очищаемого воздуха 14 выполнен в виде суживающегося сопла, поток всасываемого воздуха с загрязнениями увеличивает свою скорость и, перемещаясь по криволинейным канавкам 22, закручивается. В результате твердые частицы, прошедшие сетку 26, центробежной силой отбрасываются к внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14 и заполняют полости криволинейных канавок 22, где накапливаются и, вследствие выполнения данных полостей по профилю в виде ласточкина хвоста, не выпадают вновь в движущийся поток, а смещаются в сторону круговой канавки 24, откуда под действием силы тяжести перемещаются в устройство удаления загрязнений 25 для последующего удаления вручную или автоматически (на фиг.1 не показано).

Оставшиеся мельчайшие твердые частицы с потоком закручиваемого всасываемого атмосферного воздуха, выходя из штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, ударяются об отражательную перегородку 16. В результате контакта потока всасываемого атмосферного воздуха с отражательной перегородкой 16 твердые частицы загрязнений с каплеобразной или льдообразной влагой в своем большинстве выпадают в коническое днище 11, где накапливаются по мере накопления и выбрасываются из всасывающего фильтра 2 конденсатоотводчиком 15 через отверстие 11.

Очищенный от загрязнений всасываемый воздух через штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13 по воздуховоду 1 поступает на сжатие в компрессор 3, после чего через маслоотделитель 4, ресивер 5 направляется на осушку в адсорберы, например в адсорбер 6. Очистка всасываемого атмосферного воздуха от твердых частиц и капельной или льдообразной влаги обеспечивает снижение энергоемкости производства пневмоэнергии от 12% до 18% в зависимости от условий эксплуатации компрессора.

Осушенный сжатый воздух подается к пневмоаппаратуре системы управления подъемно-копающими механизмами. Одновременно часть осушенного воздуха направляется во второй адсорбер 7, находящийся в режиме регенерации. Первый по ходу регенерирующего воздуха элемент подогревателя 8 включается терморегулятором 9 и подогревает воздух. Ко второму элементу подогревателя регенерирующий воздух поступает с температурой 100°С. Мощность потребления вторым элементом подогревателя ниже мощности первого и складывается из затрат на потери тепла корпусом адсорбера в окружающую среду и необходимого тепла для регенерации. Аналогично работают остальные элементы подогревателя, причем каждый из них имеет индивидуальное подключение к источнику питания через терморегулятор 9.

Всасывающий фильтр 2 компрессора 3 находится в кузовном помещении, где температура всасываемого воздуха близка к температуре окружающей среды, или же всасывающий фильтр 2 выносится наружу из кузовного помещения. В результате при низких температурах окружающей среды и особенно при метелях, наличии инея или дождях наблюдается налипание твердых загрязнений и каплеобразной или льдообразной влаги по сечению входного отверстия воздушного фильтра. Это приводит в конечном итоге к возрастанию гидравлического сопротивления во всасывающем тракте компрессора 3 и, как следствие, увеличивает энергозатраты на производство сжатого воздуха. Кроме того, наличие дополнительной влаги в сжатом воздухе приводит к более тяжелым условиям работы масловлагоотделителя 4, а возможное поступление влаги в адсорберы 6 и 7 приводит к растрескиванию зерен адсорбера, что резко ухудшает процесс осушки и значительно сокращает эффективность эксплуатации пневмооборудования подъемно-копающих механизмов. Поэтому предлагаемая конструкция всасывающего фильтра компрессора 3 обеспечивает дополнительную очистку атмосферного воздуха, особенно при отрицательных температурах окружающей среды.

Сжатый воздух после регенерации, например, адсорбера 7 с температурой около 80°С по трубопроводу 18 направляется через регулирующий клапан 19 к штуцеру ввода обогревающего воздуха 17 и заполняет воздушную полость в двухслойной рубашке, в виде которой выполнен корпус 10 всасывающего фильтра 2. Обогревающий воздух, отдав тепло корпусу 10, выбрасывается в атмосферу через штуцер 20.

При положительных температурах окружающей среды, когда не требуется обогрева корпуса 10 всасывающего фильтра 2, нагретый сжатый воздух после процесса регенерации адсорберов 6 или 7 по трубопроводу 18 через регулирующий клапан 19 выбрасывается непосредственно в атмосферу. Капельная же влага, выбрасываемая с регенерирующим воздухом в атмосферу и частично вновь поступающая с атмосферным воздухом во всасывающий фильтр 2 компрессора 3, пройдя штуцер 14, ударяется об отражательную перегородку 16, накапливается в днище 11 и посредством конденсатоотводчика 15 выбрасывается наружу.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что выполнение перегородки, отделяющей от непосредственного контакта подогревателя и зерен адсорбента, из биметалла приводит как к устранению термического разрушения адсорбента, так и к оптимальному прогреву зерен адсорбента. При этом непрерывно под действием термовибрации перемещаются точки контакта по поверхности зерен с движущимся потоком тепла, что также улучшает процесс регенерации, а это не только поднимает качество осушки сжатого воздуха, но и в целом повышает эффективность работы устройства управления подъемно-копающими механизмами.