Аэродинамический нагреватель

 

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 180^o, в перегородке имеются отверстия с заслонками, а регулирующий орган установлен на выходе из нагревателя. 4 з. п. ф-лы, 10 ил.

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 180^o (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 N_ном при прямом вращении до 0,7 N_ном 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 180^o (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 180^o. 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 90^o от 0,35 N_ном до 1,0 N_ном (из-за неплотностей).

Для управления потоком в условиях реверса нагреватель снабжен двумя регулировочными заслонками 12 и двумя клапанами 15, установленными под углом 90^o 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 180^o (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 N_ном 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 N_ном.

Установка (термическая печь, сушильная камера и т.п.), показанная на фиг. 9, оборудована реверсивным нагревателем. Реверс потока осуществляют поворотом направляющих экранов 7 на 180^o, 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 180^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10