Результат интеллектуальной деятельности: Установка для охлаждения сыпучих материалов

Изобретение относится к цементной, коксохимической, металлургической промышленности, а именно к устройствам для охлаждения сыпучих материалов, например клинкера при производстве цемента, кокса, цинка, свинца, олова и переработки руд.

Известно устройство для охлаждения сыпучих материалов (А.с. СССР, №1765154, кл. С10В 39/00, F27B 7/38), включающее водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабана с карманами охлаждения, выполненный из секций, каждая из которых смонтирована из шести пластин, выполненных в виде равнобочных трапеций, средства для загрузки и выгрузки. Каждая из трапеций соединяется боковой стороной попеременно с последующей трапецией по ее плоскости и проходит через вершину у верхнего основания и боковой стороны, образуя внутреннюю полость секции в виде правильного октаэдра. Секции соединены между собой в барабан нижними основаниями. Нижние основания трапеций больше боковой стороны на величину верхнего основания. Карманы охлаждения образованы соединением последовательно по периметру секции под внутренним тупым углом друг к другу попеременно к торцам секции верхним и нижним основаниями с односторонним напуском в сторону, противоположную внутреннему тупому углу. Односторонний напуск по наружному углу между двумя пластинами направлен в сторону вращения барабана.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной интенсивности и эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью смешивания и переориентации частиц сыпучих материалов и теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой ввиду недостаточной площади периметра барабана и его проходного сечения, а также недостаточной скорости перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для охлаждения сыпучих материалов (заявка на изобретение №2009137941/05 (053636), кл. МКИ С10В 39/00, F27B 7/38, 2009 г), включающее средства для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, выполненный из прямоугольных полос, согнутых попеременно в противоположные стороны под углом 140° по надрезам, выполненным под углом 60° друг к другу и к продольным кромкам полос с образованием по длине полосы равносторонних треугольников, расположенных попеременно в противоположные стороны, при этом полосы соединены одна с другой по продольным кромкам под углом 70°, с образованием по внутреннему периметру трех ломаных винтовых канавок основного направления и двух ломаных винтовых канавок противоположного направления, а по наружному периметру трех ломаных винтовых линий основного направления и двух ломаных винтовых линий противоположного направления, в точках излома которых расположены места схождения сторон шести равносторонних треугольников.

Недостатками известного устройства являются ограниченные технологические возможности из-за недостаточной интенсивности и эффективности охлаждения, обусловленной недостаточной интенсивностью смешивания и переориентацией частиц сыпучих материалов и теплообмена между сыпучими материалами и охлаждающей водой ввиду недостаточной площади периметра барабана и его проходного сечения, а также недостаточной скорости перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке.

Техническим результатом задачи является расширение технологических возможностей, увеличение площади периметра барабана и его проходного сечения, а также повышение скорости перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, повышение интенсивности теплообмена между частицами сыпучих материалов и водой охлаждения, а также эффективности охлаждения за счет увеличения диапазона изменений вектора перемещений и переориентации частиц сыпучих материалов, что увеличивает их смешивание.

Технический результат достигается тем, что в установке для охлаждения сыпучих материалов, включающей водяную ванну, установленный в ней вращающийся барабан, изготовленный из полос, средства для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, барабан выполнен винтовым многозаходным из полос прямоугольной формы, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении на цилиндрической оправке с образованием по периметру барабана винтовых линий и винтовых криволинейных поверхностей одного направления вогнутой формы относительно оси симметрии барабана с центрами кривизны, расположенными снаружи поперечного сечения барабана.

По данным патентно-технической литературы не обнаружено техническое решение, аналогичное заявляемому, что позволяет судить об изобретательском уровне предлагаемой конструкции установки для охлаждения сыпучих материалов.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что такое конструктивное оформление барабана и выполнение его винтовым многозаходным из полос прямоугольной формы, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении на цилиндрической оправке с образованием по периметру барабана винтовых линий и винтовых криволинейных поверхностей одного направления вогнутой формы относительно оси симметрии барабана с центрами кривизны, расположенными снаружи поперечного сечения барабана, расширяет технологические возможности, увеличивает площадь периметра барабана, увеличивает скорость перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, повышает интенсивность теплообмена между частицами сыпучих материалов и водой охлаждения, а также эффективность охлаждения, увеличивает диапазон изменений вектора перемещений и переориентации частиц сыпучих материалов, а также их смешивание.

Новизна обусловлена тем, что барабан изготовлен с постоянным по всей длине поперечным сечением, что исключает появление встречных потоков движения сыпучих материалов.

Новизна усматривается в том, что барабан выполнен из одинаковых по ширине и по длине полос, что упрощает конструкцию и технологию изготовления барабана.

Новизна предложения заключается в том, что за счет выполнения барабана винтовым многозаходным с образованием по периметру барабана винтовых линий и винтовых криволинейных поверхностей одного направления вогнутой формы относительно оси симметрии барабана с центрами кривизны, расположенными снаружи поперечного сечения барабана, увеличивается площадь и интенсивность полива барабана.

Новизна заключается также в том, что за счет выполнения барабана винтовым многозаходным с образованием по периметру барабана винтовых линий и винтовых криволинейных поверхностей одного направления вогнутой формы относительно оси симметрии барабана с центрами кривизны, расположенными снаружи поперечного сечения барабана, возбуждаются в воде турбулентные струи, нарушается сплошность внутри воды, образуются воздушные пузырьки во всем объеме воды моечной камеры, что интенсифицирует процесс охлаждения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано следующее.

На фиг. 1 схематично изображена установка для охлаждения сыпучих материалов, продольный разрез; на фиг. 2 - барабан, общий вид; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 барабана, изготовленного из полос прямоугольной формы, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении вогнутой формы; на фиг. 4 - одна из полос после скручивания в вертикальной плоскости относительно ее горизонтальной оси О₁-О₁; на фиг. 5 - вид полосы, изогнутой по винтовым линиям в поперечном направлении на цилиндрической оправке; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7- разрез Б-Б на фиг. 5 с совмещением боковых сторон двух полос.

Установка для охлаждения сыпучих материалов (фиг. 1) включает водяную ванну 1, установленный в ней вращающийся барабана 2 с загрузочным 3 и разгрузочным 4 приспособлениями. Над барабаном 2 установлен разбрызгиватель 5. Над водяной ванной 1 установлен дефлегматор 6. Для обеспечения вывода разгрузочное приспособление 4 снабжено внутренней винтовой навивкой 7.

Барабан 2 с винтовыми криволинейными поверхностями одного направления вогнутой формы относительно оси симметрии барабана 2 с центрами кривизны расположенными наружи поперечного сечения барабана 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) выполнен винтовым многозаходным из полос прямоугольной формы 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, скрученных в вертикальной плоскости в продольном направлении (фиг. 4) и изогнутых по винтовым линиям в поперечном направлении на цилиндрической оправке 16 с образованием по периметру барабана 2 винтовых линий и винтовых криволинейных поверхностей одного направления (фиг. 3) вогнутой формы относительно оси симметрии барабана 2 с центрами кривизны, расположенными наружи поперечного сечения барабана 2.

Каждая из полос 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 скручена в продольном направлении относительно собственной оси симметрии O₁-О₁, например полоса 8 на фиг. 4 с продольными боковыми кромками 17 и 18, у которой зафиксирован в горячем или холодном состоянии один из концов и повернут другой конец полосы в заданном направлении. Скрученную таким образом полосу 8 размещают на цилиндрическую оправку 16, как, например, на фиг. 5 полосу 8, и изгибают так, чтобы кромки 17 и 18 полосы 8 разместились бы в поперечном направлении по винтовым линиям. При этом полоса 8 деформируется и ее либо снимают с оправки, либо фиксируют на ней в деформированном положении. Аналогичным образом обрабатывают остальные полосы, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. Далее деформированные таким образом полосы 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 размещают на цилиндрической оправке 16, например как на фиг. 6 полосу 8, и совмещают продольные кромки, например кромку 18 полосы 8, с продольной кромкой 17 полосы 15, как на фиг. 7, и соединяют известными способами, например сваркой.

Установка для охлаждения сыпучих материалов (фиг. 1) работает следующим образом. Раскаленные частицы сыпучих материалов, например клинкер, кокс и т.п., поступают во вращающийся барабана 2 с помощью загрузочного приспособления 3, где они захватываются внутренней винтовой поверхностью и перемещаются в сторону выгрузки. Барабан 2 орошается водой, поступающей из разбрызгивателя 5. По достижении определенной высоты под действием гравитационных сил и образовавшегося угла естественного откоса сыпучие материалы перемещаются винтовыми канавками К₁, К₂, К₃ К₄, К₅, К₆ К₇, К₈ (фиг. 1) барабана 2 в сторону выгрузки. Так как винтовые линии и криволинейные поверхности по периметру барабана непрерывны, то и непрерывен процесс движения последующих порций сыпучих материалов, которые поднимаются вверх и перемещаются в сторону выгрузки. Поскольку боковые поверхности по периметру барабана 2 криволинейны, то в каждой порции каждая частица сыпучих материалов перемещается по своему вектору направления в сторону выгрузки, что повышает эффективность охлаждения частиц сыпучих материалов, так как обеспечивается увеличение частоты их контактов друг о друга и о стенки барабана 2, тепло от которых интенсивно забирается потоками воды. Процесс теплоотдачи интенсифицируется также потоками воды, образованными при вращении барабана 2 и прохождении его криволинейных поверхностей (вогнутых или выпуклых) через слой воды ванны 1. Эти криволинейные поверхности, созданные по периметру барабана 2, захватывают и поднимают вверх из ванны 1 порции воды и обеспечивают дополнительный полив водой барабана 2. Охлажденные частицы сыпучих материалов поступают в разгрузочное приспособление и с его помощью выводятся за пределы устройства для охлаждения сыпучих материалов.

Предлагаемая форма и конструкция барабана позволяют расширить технологические возможности, не только увеличить площадь периметра барабана, что увеличит интенсивность теплообмена, но и расширить проходное сечение барабана, а также повысить скорость перемещения частиц сыпучих материалов от загрузки к выгрузке, повысить интенсивности теплообмена между частицами сыпучих материалов и водой охлаждения, а также эффективность охлаждения за счет увеличения диапазона изменений вектора перемещений и переориентации частиц сыпучих материалов, увеличить их смешивание.

Технико-экономические преимущества возникают за счет расширения технологических возможностей, за счет увеличения площади периметра барабана и его проходного сечения, повышения эффективности охлаждения, обусловленной повышением интенсивности теплообмена между частицами сыпучих материалов и охлаждающей водой, увеличения перемешиваемости и интенсификации движения частиц сыпучих материалов внутри барабана.