Нагревательная установка для обработки материалов

 

Изобретение относится к нагревательному оборудованию для термической обработки металлов, сушки древесины и сельхозпродуктов. Задачей изобретения является повышение КПД, обеспечение мобильности и автономности установки, снижение металлоемкости, расширение номенклатуры обрабатываемых материалов. Сущность изобретения: нагревательная установка для обработки материалов содержит устройство для получения теплоносителя в виде энерговоспроизводящего и трансформирующего блоков и связанный с устройством рабочий объем,в которой устройство для получения теплоносителя представляет собой автономный воспроизводящий и трансформирующий узел, который выполнен, например, в виде тепловой машины и связанного с ней электрогенератора, соединенных с энерговоспринимающими элементами рабочего технологического объема, а в качестве теплоносителя применены, например, кондиционированные выхлопные газы и жидкость, охлаждающая тепловую машину, при этом электрогенератор имеет отводы для связи с внешними потребителями, например электродвигателями вспомогательных агрегатов установки, автономный воспроизводящий и трансформирующий узел и рабочий технологический объем выполнены мобильными, например снабжены элементами для транспортировки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нагревательному оборудованию для обработки материалов, например для искусственного старения листов и плит из алюминиевых сплавов, может быть использовано для сушки капиллярнопористых материалов, например, древесины, а также сельскохозяйственных продуктов, например овощей и фруктов.

Известна печь для обжига, содержащая углерод изделий, содержащая туннель для обжига, подвижный под, вихревые камеры сгорания с каналами подачи тепловоздушной смеси, шиберные заслонки, систему каналов для распределения и удаления рабочей среды (см. заявку Великобритании N 1409020, F 27 B 9/36, 9/12; F 4 B от 08.10.1975 г.).

Недостатками известного технического решения являются: 1) Низкий КПД печи - выброс рабочей среды, имеющей высокую температуру.

2) Малая эффективность и громоздкость системы сгорания топлива.

3) Сложность конструкции и высокая ее металлоемкость.

4) Несовершенность системы охлаждения садки.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является холодильно-нагревательная установка для темрообработки деталей, в которой получение теплоносителя происходит в роторном нагревателе за счет сжатия воздуха, а циркуляция теплоносителя вентилятором, связанным с расширительной турбиной роторного нагревателя, рабочая камера связана с роторным нагревателем параллельно-последовательно (см. а/с СССР N 428018, C 21 D 9/00, F 25 B 29/00 от 18.12.69 г.).

К ее недостаткам относятся: 1) Низкий КПД установки - необходимость дополнительного энергоемкого источника сжатого воздуха, а также то, что несмотря на наличие рециркуляционного теплообменника, велик выброс нагретой рабочей среды в окружающую среду.

2) Конструктивная сложность установки, особенно для обеспечения изменения режимов ее работы.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение КПД, обеспечение и автономности установки, снижение металлоемкости, расширение номенклатуры обрабатываемых материалов.

Поставленная задача достигается в нагревательной установке для обработки материалов, содержащей устройство для получения теплоносителя в виде энерговоспроизводящего и трансформирующего блоков и связанный с устройством рабочий объем, в которой устройство для получения теплоносителя представляет собой автономный воспроизводящий и трансформирующий узел, который выполнен, например, в виде тепловой машины и связанного с ней электрогенератора, соединенных с энерговоспринимающими элементами рабочего технологического объема, а в качестве теплоносителя применены, например, кондиционированные выхлопные газы и жидкость, охлаждающая тепловую машину, при этом электрогенератор имеет отводы для связи с внешними потребителями, например электродвигателями вспомогательных агрегатов установки; автономный воспроизводящий и трансформирующий узел и рабочий технологический объем выполнены мобильными, например снабжены элементами для транспортировки.

Достижение задачи предполагаемого изобретения проверено экспериментальным путем, в т.ч. и на макетах элементов установки.

Данное предполагаемое изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.

Использование предполагаемого изобретения позволяет: 1) Повысить КПД и экономичность получения теплоносителя способом, наиболее полно использующим теплотворную способность топлива при его сжигании, т.е. сжигание не только для получения газообразного теплоносителя в тепловой машине (выхлопные газы), но и сопутствующего получения электроэнергии и утилизации нагреваемой в тепловой машине охлаждающей жидкости.

2) Обеспечить мобильное применение устройства для получения теплоносителя с любым технологическим объемом в автономном режиме, в т.ч. и посредством его транспортировки на значительные расстояния.

3) За счет кондиционирования теплоносителя (выхлопных газов) обеспечить широкую универсальность установки, в частности получения широкого диапазона рабочих температур.

4) Упростить конструкцию установки и адаптировать ее для применения в различных отраслях народного хозяйства.

5) Добиться высокой степени утилизации полученного тепла при использовании устройства для получения теплоносителя в параллельно-последовательном подключении энерговоспринимающих элементов нескольких технологических объемов.

Суммарным эффектом предполагаемого изобретения является создание универсальной, мобильной, автономной, в том числе и энергетически нагревательной установки для термической обработки материалов, способной работать в полевых условиях, при этом установка за счет повышения КПД, простоты конструкции имеет расчетную стоимость по сравнению с лучшими отечественными и зарубежными аналогами, при равной производительности ниже не менее чем в 2 раза. Кроме того, установка может быть легко перестроена с использования одного вида топлива на другой, например с дизельного топлива на керосин, а также при смене объектов термообработки в диапазоне 70 - 350^oC, установка экологична, способна наиболее полно утилизировать полученное тепло. Все вместе взятое открывает возможность модернизации ныне эксплуатационных термоустановок.

На чертеже изображена принципиальная схема нагревательной установки.

Нагревательная установка для обработки материалов состоит из автономного воспроизводящего и трансформирующего узла 1, в состав которого входит тепловая машина 2 и непосредственно связанный с ней электрогенератор 3, которые подключены к энерговоспринимающим элементам 4, которые размещены в торце рабочего технологического объема 5, с противоположного торца рабочего объема 5, непосредственно за загрузочной дверью размещается термообрабатываемая садка 6; энерговоспринимающие элементы 4 посредством коммуникаций 7, 8 и 11 соединены с автономным энерговоспроизводящим и трансформирующим узлом 1 соответственно: коммуникация 7 соединяет водяной рубашкой тепловой машины 2 с водовоздушным радиатором; коммуникация 8 с системой выхлопа продуктов сгорания топлива в тепловой машине 2 и газовоздушным калорифером, а эл.коммуникация 11 электрогенератор 3 электронагревателем и циркуляционным вентилятором. Коммуникация 8 снабжена устройством для кондиционирования выхлопных газов, например, подсасывающего типа 9 и патрубком 10 для подключения, при одновременной работе, ко второй, параллельно эксплуатируемой аналогичной установке или для утилизации тепла. Эл.коммуникация 11, связанная с электрогенератором 3, имеет отводы 12 для обеспечения работы электродвигателей вспомогательных систем установки, например привод электровентилятора установки, а так же освещения промплощадки (на схеме не показаны). Автономный воспроизводящий и трансформирующий узел 1 и рабочий технологический объем снабжены элементами для транспортировки и удобства монтажа (стыковки между собой) 14 и 13 соответственно, например, колесным шасси и поворотным устройством и элементами крепления к тягачу.

Нагревательная установка работает следующим образом.

Отбуксированные на место проведения работ термообработки материалов, например искусственного старения алюминиевых сплавов, рабочий технологический объем 5 и автономный воспроизводящий и трансформирующий узел 1 за счет элементов для транспортировки 13 и 14 стыкуются друг с другом, соединяются коммуникациями 7, 8 и 11, в рабочий технологический объем 5 загружается садка 6, включается в работу автономный, воспроизводящий узел 1, при этом в энерговоспринимающие элементы 4 рабочего технологического объема 6 подается теплоноситель, по коммуникации 7 нагретая охлаждающая жидкость из водной рубашки тепловой машины 2 с температурой 85 - 90^oC, по коммуникации 8 подаются выхлопные газы от сгорания топлива при температуре 400 - 420^oC, которые кондиционируются в устройстве 9 за счет подсоса воздуха до температуры порядка 190 - 360^oC, от электрогенератора 3 по эл.коммуникации 11 запитывается электронагреватель и циркуляционный вентилятор, электронагреватель при этом поддерживает автоматически температуру обработки, например, 190 - 200^oC (искусственное старение алюминиевого сплава). За счет постоянного обдува энерговоспринимающих элементов 4 повышается температура воздуха рабочей среды и соответственно садки 6, например температура обработки соответствует 190^oC. При этом теплоноситель в виде охлаждающей жидкости возвращается в водяную рубашку тепловой машины 2 при температуре, например, 70 - 75^oC. При достижении в рабочем технологическом объеме 5 температуры свыше 75^oC водовоздушный радиатор 4 отключается, а тепловая машина 2 охлаждается собственной водяной системой (на схеме не показана), а "отработанные" кондиционированные тепловые газы при температуре, например, 150 - 160^oC через патрубок 10 направляются в энероговоспринимающий элемент 4 - газовоздушный калорифер параллельно работающей аналогичной установки или на утилизацию, например систему отопления и проч.

При снижении температуры, по окончании термообработки постепенно уменьшают подачу теплоносителя и снижают температуру электронагревателя при сохранении циркуляции воздуха рабочей среды, далее подачу теплоносителя в энерговоспринимающий элемент 4 (газовоздушный калорифер) прекращают, направляя его за счет запорно-регулирующей арматуры (на схеме не показана) в параллельно работающую установку.

При полном выполнении работ демонтируют коммуникации 7, 8 и 11 и транспортируют автономный воспроизводящий и трансформирующий узел 1 и рабочий, технологический объем 6 в другое место проведения работ, возможно и со сменой объекта производства.

В случае термообработки при температуре выше 350^oC, например, нагрев для отжига алюминиевых сплавов при температуре 250 - 350^oC, теплоноситель в виде выхлопных газов по коммуникации 8 подают в энерговоспринимающий элемент 4 (газовоздушный калорифер) с растворением выхлопных газов горячим воздухом от электровоздушного нагревателя (на схеме не показан) до температуры 300 - 340^oC с дальнейшим повышением температуры до температуры обработки за счет энерговоспринимающего элемента 4 (элетронагревателя).

При необходимости проведения термообработки, например, в среде защитного газа (аргона) источник инертного газа подключают к рабочему технологическому объему 5 через дополнительный патрубок (на схеме не показан), к нему же в случае необходимости может быть подключен дополнительно и вакуум-насос.

Примером использования нагревательной установки для термообработки материалов могут служить примеры 1,2.

Пример 1. Термообработка металлических полуфабрикатов, например искусственное старение после закалки алюминиевых сплавов. В этом случае она эксплуатируется следующим образом: металлические полуфабрикаты (горячекатаные плиты) в виде садки 6, например плиты сплава АК-4-1, размещаются в рабочем технологическом объеме 5, теплоноситель в виде охлаждающей жидкости (подается в энерговоспринимающий элемент 4, т.е. в водовоздушный радиатор только до достижения температуры садки 75^oC) и кондиционированных выхлопных газов от тепловой машины 2 и электроэнергия от электрогенератора поступают на энероговоспринимающие элементы 4, включая вентилятор, за счет чего повышается температура, выдерживаются при температуре обработки 190 - 200^oC в течение времени, например, от 7 до 24 ч, после чего температура снижается с заданным теплом до температуры 50 - 60^oC, после чего подачу теплоносителя прекращают и ведут охлаждение за счет только циркуляции рабочей среды (воздуха).

Одновременно подают "отработанные" теплоноситель, например кондиционированные выхлопные газы при температуре 150 - 160^oC в энероговоспринимающий элемент 4 параллельно работающей аналогичной печи, откуда с температурой 120 - 140^oC идут на утилизацию, при этом вторую параллельно работающую печь запускают со смещением по времени, необходимом для выхода на режим термообработки первой печи, т.е. через 3 - 4 ч. Во второй печи повышается доля использования электроэнергии для достижения температуры обработки.

Пример 2. Сушка сельхозпродукции, например овощей, которая осуществляется следующим образом: предварительно обработанная (промытая) и нарезанная продукция раскладывается на сетчатых поддонах, которые размещаются в этажерках, устанавливаемых на тележках, закатываемых в рабочий технологический объем 5, после чего загрузочная дверь закрывается. Затем включается в работу автономный воспроизводящий и трансформирующий узел 1 и от входящего в него электрогенератора 3 запитывается вентилятор, теплоноситель по коммуникациям 7 и 8 поступает в энерговоспринимающие элементы 4 (водовоздушный радиатор и газовоздушный радиатор, причем в последний поступает кондиционированный, т. е. растворенные воздуховодом в устройстве 9 выхлопные газы от тепловой машины 2), при этом циркулирующая рабочая среда - воздух - нагревается до температуры сушки, например 50 - 80^oC, поддержание заданной температуры производится электронагревателем 4, связанным с эл.коммуникацией 11, нагретый воздух омывает воздухопроницаемые поддоны и проходит через них, частично сбрасывается в атмосферу через дополнительный патрубок (на схеме не показан) рабочего технологического объема 5, унося с собой испарившуюся из продукции влагу. Процесс сушки продолжается до получения заданной (12,5%) влажности. Отработанный теплоноситель в виде кондиционированных выхлопных газов поступает или в параллельно работающую установку или на утилизацию.

За счет наличия элементов транспортировки 13 и 14 установка может быть размещена и использована непосредственно на месте сбора сельхозпродукции.

Формула изобретения

Нагревательная установка для обработки материалов, содержащая устройство для получения теплоносителя, связанные с ним рабочий объем установки и энерговоспринимающие устройства, отличающаяся тем, что устройство для получения теплоносителя выполнено в виде автономного энерговоспроизводящего и транформирующего узла, состоящего из электрогенератора и связанной с ним тепловой машины с использованием в качестве теплоносителя кондиционированных выхлопных газов и жидкости, охлаждающей тепловую машину, при этом электрогенератор имеет отводы для связи с внешним потребителем, а энерговоспринимающие элементы размещены в рабочем объеме.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор имеет отводы для связи с электродвигателями вспомогательных агрегатов установки.

3. Установка по п.1 и 2, отличающаяся тем, что автономный энерговоспроизводящий и трансформирующий узел и рабочий объем установки выполнены мобильными.

4. Установка по п.1 и 3, отличающаяся тем, что автономный воспроизводящий и трансформирующий узел и рабочий объем установки снабжены элементами для транспортировки.

РИСУНКИ

Рисунок 1