Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в установках аэродинамического нагрева, преимущественно в камерных сушилках. Сущность изобретения заключается в том, что роторы могут размещаться произвольно в секциях, снабжены направляющими экранами в виде полуокружности или ломаной линии и установлены на поворотном диске с возможностью поворота вокруг оси на 180o, в перегородке имеются отверстия с заслонками, а регулирующий орган установлен на выходе из нагревателя. 4 з. п. ф-лы, 10 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2064139
Класс(ы) патента: F24H3/02
Номер заявки: 94026969/06
Дата подачи заявки: 15.07.1994
Дата публикации: 20.07.1996
Заявитель(и): Научно-производственная фирма Товарищество с ограниченной ответственностью "Экас"
Автор(ы): Савченко В.Ф.; Шадек Е.Г.; Чернышов Г.Г.; Пруцков Н.В.; Кутилин А.С.; Корсунов П.М.
Патентообладатель(и): Научно-производственная фирма Товарищество с ограниченной ответственностью "Экас"
Описание изобретения: Изобретение относится к области теплотехники, а именно к воздухонагревателям, в частности к устройствам для нагрева и нагнетания воздуха, и может быть использовано в установках аэродинамического роторного нагрева, например в камерных сушилках для древесины.
Наиболее близок по технической сущности к заявляемому устройству описанный в книге В.В. Сергеева "Аэродинамические лесосушильные камеры". М. 1981 г. аэродинамический нагревать, содержащий камеру с прямоугольным выходным отверстием в стенке и регулировочной заслонкой в нем, разделенную перегородкой на две секции, в каждой из которых размещен ротор аэродинамического теплогенератора. Устройство-прототип обслуживает лесосушильную камеру.
Недостаток известного решения значительная неравномерность скоростей истечения потока из выходного отверстия. Из-за неорганизованного взаимодействия струй, выходящих с лопаток ротора и отраженных от стенок камеры, соотношение скоростей составляет в известном устройстве 1:0,6:0,3 (верх, середина, низ). Отсюда большой разброс скоростей в потоке воздуха, омывающего обрабатываемый материал, и в циркуляционном тракте. Такая аэродинамика отрицательно сказывается на качестве тепловой обработки, в частности, в сушилках, приводит к неравномерности конечной влажности в штабеле по высоте.
Цель изобретения улучшение технико-экономических показателей работы установки, а именно качества продукции и экономичности за счет повышения равномерности подачи и расширения возможностей регулирования совместной работы роторов.
Эта цель достигается тем, что в аэродинамическом нагревателе роторы в секциях камеры нагрева размещены произвольно, причем по одному сторону роторов установлены прилегающие к фронтальной и торцевой стенкам камеры направляющие экраны, а в разделительной перегородке между роторами выполнены отверстия, снабженные шарнирно закрепленными заслонками; направляющие экраны выполнены в виде полуокружности вокруг ротора в его плоскости с радиусом кривизны R, равным от 0,6 до 1,0 диаметра ротора D, и с эксцентриситетом Б относительно его оси, составляющим 0,1 0,3 диаметра ротора. Второй конструктивный вариант формы экранов в виде ломаной линии, отрезки которой расположены по касательной к полуокружности вокруг ротора с радиусом кривизны R от 0,6 до 1,0 D, ось которой расположена с эксцентриситетом Б относительно оси ротора от 0,1 до 0,3 D диаметра ротора.
Роторы имеют возможность вращения в обоих направлениях.
Разделительная перегородка между секциями камеры примыкает по касательной к направляющему экрану одного из роторов (нереверсивный нагреватель). В другом варианте каждый направляющий экран установлен на поворотном в плоскости ротора диске, имеющем возможность поворота на 180o (реверсивный нагреватель).
Предлагаемое техническое решение схематично представлено на чертежах, где показаны: на фиг. 1, 2, 6, 7 конструктивные варианты устройства, в двух проекциях фронтальной и в плане; на фиг. 3, 4, 5 схемы узлов нагревателя; на фиг. 8, 9, 10 варианты реализации устройства в промышленных установках на примерах печи для термообработки, сушильной камеры и отопительно-вентиляционной установки соответственно.
Во всех вариантах конструктивного оформления устройства роторы 1 установлены в камере нагрева между верхней 2 и нижней 3 стенками; камера разделена на две секции перегородкой 4 с отверстиями 5 и заслонками 6 (фиг. 1, 2, 4, 6, 7). С одной стороны роторы закрыты направляющими экранами 7, они (экраны) перекрывают всю полость камеры, примыкая к нижней 3 и боковым ее стенкам торцевой (задней на чертежах) 8 и фронтальной (передней) 9 (фиг. 1-3, 6, 7). Стенки 2, 3, 8, 9 образуют выходной канал с отверстием 10 (фиг. 1, 2, 6, 7); в передней стенке 9 имеется входное отверстие 11. Канал 10 перекрывается регулировочной заслонкой 12, например поворотной, выполняющей роль регулятора тепловой мощности нагревателя путем регулирования подачи ротора.
Привод роторов 1 может быть реверсивным; вращение роторов в обоих направлениях дает двухступенчатое регулирование потребляемой мощности, а следовательно теплопроизводительности, от номинальной Nном при прямом вращении до 0,7 Nном при обратном.
Расположение роторов может быть произвольным (фиг. 1, 2). На фиг. 6, 7 показан пример другого, промежуточного между крайними расположения роторов. При таком исполнении устройство легко встраивается в различные схемы, агрегаты, упрощаются компоновка, соединение с циркуляционным трактом.
Направляющие экраны 7 согласно предложению могут быть выполнены в двух вариантах: в виде полуокружности в плоскости ротора (фиг. 3а) либо в виде описанного многоугольника относительно окружности (фиг. 3б) с радиусом кривизны R, равным от 0,6 до 1,0 D, и эксцентриситетом Б относительно оси ротора в пределах 0,1 0,3 D, где D наружный диаметр ротора.
Экраны с прилегающими стенками камеры образуют как бы корпус ротора подобно устройству вентилятора, с проемом для подачи (выхода) потока.
Указанные соотношения обеспечивают точность изготовления и контроль размеров экранов; эти соотношения выбраны как наиболее рациональные по опытным и расчетным данным и рекомендациям: значения радиуса кривизны R и эксцентриситета обеспечивают в сочетании компактность узла (ограничение верхнего значения R) с одной стороны и достаточно плавный профиль экрана (ограничение R снизу) с другой и тем самым невысокие аэродинамические сопротивление узла и потери энергии потока.
В заявляемом объекте, в рамках одного общего технического решения, предусматриваются два технологических варианта устройства: нереверсивный (фиг. 1, 2) и реверсивный (фиг. 6, 7) нагреватели.
В нереверсивном устройстве разделительная перегородка 4 установлена по одну сторону от плоскости, проходящей через оси вращения роторов, по касательной к экрану одного из роторов и служит продолжением экрана. Поток движется в одном направлении ( на фиг. 1, 2 справа налево). Направление потока показано стрелками.
Реверсирование потока, практикуемое иногда в сушильных камерах, улучшает аэродинамику, обеспечивает равномерный обдув материала и способствует повышению качества тепловой обработки ( равномерность сушки, снижение перепадов температуры в материале).
В реверсивном нагревателе (фиг. 6, 7) экраны 7 установлены на поворотном диске (площадке) 13, имеющем возможность поворота на 180o (фиг. 5). Вал этого диска проходит наружу, к приводному устройству (рычагу) через стенку камеры, например, в то же отверстие, что и вал ротора (не показано).
На фиг. 6 исходное положение экранов; на фиг. 7 положение после поворота экранов на 180o. Направление движения воздуха меняется при этом на противоположное.
В реверсивном нагревателе перегородка 4 расположена по обе стороны от проходящей через оси роторов плоскости.
На фиг. 4 показано устройство перегородки 4 с гравитационным приводом заслонок, как вариант, в виде груза 14, прижимающего заслонку 6, которая закрывает отверстие 5. Конструкция перегородки в сочетании с экраном 7 позволяет получить равномерное распределение потока по высоте. Как показали испытания опытного образца, соотношение скоростей в выходном отверстии по высоте составляет 0,95:1:0,95.
Регулировочная заслонка или регулятор мощности 12 может быть выполнена секционной или сплошной, как показано на чертежах для простоты. Заслонка устанавливается в канале 10 на выходе потока из камеры нагрева и имеет выведенный наружу привод ручной, механический, дистанционный, автоматический (не показан). Работа заслонки улучшает распределение потока по всему выходному сечению за счет дросселирования, регулируя мощность при открытии заслонки до 90o от 0,35 Nном до 1,0 Nном (из-за неплотностей).
Для управления потоком в условиях реверса нагреватель снабжен двумя регулировочными заслонками 12 и двумя клапанами 15, установленными под углом 90o друг к другу (фиг. 6, 7). Нижняя и верхняя стенки камеры снабжены технологическими выступами 16 для выравнивания потока, по высоте камеры установлен продольный экран 17.
Конструкция работает следующим образом.
При малой потребности в энергии в работе находится один ротор, например левый на фиг. 1. Поток от ротора направляется экраном 7 и распределяется перегородкой 4 равномерно по выходному сечению. Потоком воздуха заслонки 6 прижимаются к перегородке и закрывают отверстия 5. Регулятором 12 изменяют проходное сечение выходного канала 10, регулируя тем самым подачу и связанную с ним мощность ротора.
При увеличении нагрузки включают второй ротор, например верхний, фиг. 2. Потоком воздуха от этого ротора заслонки 6 в перегородке 4 открываются, потоки от обоих роторов сливаются и образуют общий поток с относительно равномерным распределением скоростей в выходном отверстии 10. Требуемую тепловую мощность устанавливают регулятором 12.
Реверсивный нагреватель работает с одним ротором аналогично нереверсивному по схеме на фиг. 1: на фиг. 6 в работе нижний ротор, на фиг. 7 верхний, только в этом случае все заслонки 6 закрыты.
На фиг. 6, 7 показаны варианты работы обоих роторов, но с различным направлением потока. По схеме на фиг. 6 воздух засасывается справа между передней стенкой 9 и продольным экраном 17 во входные отверстия 11; поток выходит из роторов под напором, формируется и направляется под воздействием экранов 7 и выступов 16, разворачивается влево и через выходной канал 10 и регулятор 12 выходит из нагревателя; направление потока справа налево.
Реверсирование потока производят поворотом направляющих экранов 7 на 180 o с помощью поворотных дисков 13 (фиг. 5, 7). В исходном положении (фиг.6) отверстия 5 в верхней части перегородки 4 открыты, а в нижней закрыты. После поворота экранов на 180o (фиг. 7) отверстия верхней половины перегородки закрыты, а нижней открыты. Направление потока - обратное.
Для ступенчатого регулирования мощности нагревателя меняют направление вращение ротора, включают в работу один или оба ротора. В результате имеют ступени мощности, от номинальной: 1:0,7:0,5:0,35: оба ротора прямого и обратного вращения и один ротор в тех же режимах соответственно. Плавное регулирование обеспечивают регулятором мощности 12 от 1 до 0,35 Nном ротора
В реверсивном нагревателе используют два регулятора мощности 12 попеременно: один из них закрыт, другим регулируют поток на выходе (фиг. 6, 7). Два клапана 15 в приточном канале также находятся попеременно в позициях "открыто-закрыто" одновременно с регулятором 12. Эти клапаны 15 изменяют направление потока воздуха к входным отверстиям 11, идущего по всасывающему каналу между стенкой 9 и экраном 17.
Фиг. 8-10 иллюстрируют применение нагревателя в промышленных установках. Так, в печи с нереверсивным нагревателем для тепловой (термической) воздушной обработки материала установке типа ПАП (фиг. 8) роторы установлены в корпусе печи 18 под сводом, а их приводы электродвигатели 19 на своде. Обрабатываемый материал 20 размещают на тележке 21 и закатывают в печь, закрывая корпус дверью 22. Для притока свежего и выброса отработанного воздуха имеются приточно-вытяжные трубы 23.
Предлагаемый нагреватель обеспечивает нагрев и циркуляцию воздуха в рабочем объеме по замкнутому контуру, тепловую обработку материала с высокой равномерностью и регулированием тепловой нагрузки в широких пределах 0,35 - 1,0 Nном.
Установка (термическая печь, сушильная камера и т.п.), показанная на фиг. 9, оборудована реверсивным нагревателем. Реверс потока осуществляют поворотом направляющих экранов 7 на 180o, перестановкой регуляторов мощности и клапанов.
На фиг. 10 показано применение устройства как отопительно-вентиляционного агрегата. Воздух всасывается по каналу 24 с клапаном 15 и нагнетается через выходной канал 10 и регулятор 12 в помещение 25. На выходе установки предусмотрена заслонка 26, с помощью которой обеспечивают рециркуляцию потока в корпусе установки с целью интенсификации нагрева и повышения тепловой мощности.
Таким образом, отличительные признаки описывают объект изобретения, удовлетворяющий требованиям существенной новизны, и дают новый эффект по сравнению с известными решениями, а именно:
многоступенчатое и плавное регулирование в больших пределах,
большие равномерность скоростей потока на выходе и в контуре, однородность тепловой обработки, лучшее качество продукции,
большие возможности и лучшие условия регулирования нагрузки электродвигателей и тем самым экономичность их работы за счет повышения значений КПД и cosϕ при включении одного или двух роторов. 2 4
Формула изобретения: 1. Аэродинамический нагреватель, преимущественно для сушильной установки, содержащий камеру нагрева с параллельными фронтальной и торцевой стенками, выходным каналом и регулировочным дроссельным органом, направляющими экранами, и разделенную перегородкой на две секции, в каждой из которых размещен ротор аэродинамического теплогенератора, установленный с возможностью вращения в двух направлениях, отличающийся тем, что направляющие экраны выполнены криволинейной формы, размещены с частичным обрамлением каждого ротора и установлены в камере по всей ее ширине от фронтальной до торцевой стенки, а в перегородке выполнены отверстия, дополнительно снабженные шарнирно закрепленными заслонками.
2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что направляющие экраны имеют в сечении форму полуокружностей с радиусом кривизны, равным от 0,6 до1 диаметра ротора, оси которых размещены с эксцентриситетом относительно оси ротора, составляющим 0,1-0,3 диаметра ротора.
3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что направляющие экраны выполнены в виде ломаной линии, отрезки которой расположены по касательной к полуокружности вокруг ротора с радиусом кривизны от 0,6 до 1,0, ось которой расположена с эксцентриситетом относительно оси роторов от 0,1 до 0,3 диаметра ротора.
4. Нагреватель по пп.1-3, отличающийся тем, что разделительная перегородка между секциями камеры установлена по одну сторону от плоскости, проходящей через оси вращения роторов, и примыкает по касательной к направляющему экрану одного из роторов.
5. Нагреватель по пп.1-4, отличающийся тем, что направляющие экраны установлены каждый на поворотном в плоскости ротора диске с возможностью поворота на 180o.