Устройство для получения минеральной ваты
Владельцы патента RU 2369566:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к производству минеральной ваты, в частности к валковым вертикально центробежным центрифугам. Технической задачей изобретения является повышение срока службы устройства для получения минеральной ваты. Устройство для получения минеральной ваты содержит приемный и распределительные валки. Каждый из валков выполнен полым и включает обойму с торцевой и цилиндрической поверхностями, посаженную и закрепленную винтами на полом опорном валу, имеющем торцевую поверхность. Полый опорный вал опирается на подшипники. На внутренней торцевой поверхности обоймы по спирали выполнены канавки с направлением спирали против направления вращения полого валка. На внутренней торцевой поверхности полого опорного вала по спирали выполнены канавки с направлением спирали по направлению вращения полого валка. 4 ил.
Изобретение относится к производству минеральной ваты, в частности к валковым вертикально центробежным центрифугам.
Известно устройство для получения минеральной ваты [Центробежная машина для изготовления минерального волокна, А.С. СССР № 1511226, БИ № 36, 1989], включающее вращающиеся от привода полые опорные валы с посаженными на них полыми опорными валками, в которые через трубку, проходящую через полые валы, подается охлаждающая жидкость. Отвод охлаждающей жидкости из полого валка осуществляется через зазоры между трубкой и полым опорным валом.
Недостатком данного устройства является невозможность организации непрерывного потока охлаждающей жидкости, обеспечивающего эффективное охлаждение полых валков. Это приводит к быстрому износу рабочей поверхности перегретых валков, их короблению и выходу из строя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения минеральной ваты [Устройство для получения минеральной ваты, пат. РФ № 2059576].
Данное устройство включает полые вращающиеся от привода опорные валы с посаженными на них полыми валками, имеющими внутри две торцевые и цилиндрическую поверхности.
Применение в данном устройстве дополнительных элементов в виде перегородки и диафрагмы для направления потока охлаждающей жидкости не обеспечивает эффективное охлаждение как цилиндрической, так и торцевых поверхностей полого валка. Это объясняется недостаточным учетом физических закономерностей теплообмена между вращающимися полыми валками и находящейся в них охлаждающей жидкостью. Во вращающихся на пределе прочностных условий полых валках поступающая в них охлаждающая жидкость за счет центробежных сил перемещается к их внутренней цилиндрической поверхности с большой скорость и равномерно распределяется по ней. Из-за этого на внутреннюю цилиндрическую поверхность полого валка действует высокое давление охлаждающей жидкости. В средней части полого валка создается зона пониженного давления. При вращении холодного полого валка, благодаря описанным закономерностям, организуется следующее направление перемещения охлаждающей жидкости: подача охлаждающей жидкости в полый валок, перемещение ее центробежными силами к внутренней цилиндрической поверхности полого валка, перемещение избытка жидкости в зону разрежения средней части полого валка и выход ее наружу через зазоры между трубкой подачи охлаждающей жидкости и полым опорным валом.
При вращении полого валка с нагретыми до высокой температуры его поверхностями охлаждение их охлаждающей жидкостью осуществляется сначала за счет "пузырькового" кипения. При достижении критической плотности теплового потока от расплава, передающегося от наружной на внутреннюю цилиндрическую поверхность полого валка, "пузырьковое" кипение охлаждающей жидкости переходит в "пленочное", характеризующееся образованием между охлаждаемой поверхностью и охлаждающей жидкостью паровой "подушки". При этом под воздействием динамического напора пара охлаждающая жидкость вытесняется от охлаждаемой поверхности. Под паровой пленкой резко повышается температура охлаждаемой поверхности. Это приводит к износу наружной цилиндрической поверхности полых валков, их короблению и выходу из строя.
Таким образом, основным недостатком данной конструкции устройства для получения минеральной ваты является невозможность организации непрерывного подвода охлаждающей жидкости к охлаждаемым поверхностям полого валка из-за образования паровой "подушки". Это приводит к перегреву полого валка и, как следствие, к износу, короблению, образованию на нем трещин из-за термических и силовых напряжений. Данные обстоятельства являются причиной малого срока службы полых валков устройств для получения минеральной ваты.
Задачей изобретения является повышение срока службы устройств для получения минеральной ваты.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом устройстве для получения минеральной ваты, включающем полые вращающиеся от привода опорные валы с посаженными на них полыми валками, имеющими две внутренние торцевые и цилиндрическую поверхности, согласно изобретению на торцевых поверхностях полых валков по спирали выполнены направляющие канавки, причем на торцевой поверхности со стороны полого опорного вала спираль канавки направлена по направлению его вращения, а на другой торцевой поверхности спираль канавки направлена в противоположную сторону, на цилиндрической поверхности полого валка выполнена винтовая нарезка с винтовой линией, направленной по направлению его вращения со стороны привода.
Выполнение на внутренних торцевых поверхностях полых валков канавок по спирали, а на их внутренней цилиндрической поверхности винтовой нарезки при указанных направлениях спирали и винтовой нарезки обеспечивает непрерывную подачу охлаждающей жидкости на охлаждаемые поверхности полого валка и удаление с них пара с нагретой охлаждающей жидкостью. Направление спиральной канавки на внутренней торцевой поверхности полого валка со стороны, противоположной положению полого опорного вала, обеспечивает дополнительно к центробежным силам перемещение охлаждающей жидкости от середины полого валка к его внутренней цилиндрической части. Винтовая нарезка на внутренней цилиндрической поверхности полого валка в направлении, совпадающем с направлением вращения полого валка, если смотреть со стороны привода, обеспечивает непрерывное удаление с данной поверхности образующегося слоя пара и слоя горячей охлаждающей жидкости в сторону полого опорного вала. Далее пар и горячая охлаждающая жидкость по спиральным канавкам на торцевой поверхности полого валка со стороны полого опорного вала перемещаются в середину полого валка и полого опорного вала с выходом наружу.
Кроме того, наличие канавок и винтовой нарезки на внутренних поверхностях полого валка интенсифицирует процесс охлаждения не только за счет увеличения площади охлаждаемой поверхности, но и за счет турбулентности потока охлаждающей жидкости около охлаждаемой поверхности, а также известного из теории теплообмена эффекта "искусственной шероховатости" охлаждаемой поверхности.
Создание с помощью предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты описанной системы охлаждения полого валка не позволят данному валку перегреваться. Это способствует уменьшению его износа, устраняет коробление и трещинообразование, повышая срок службы устройства для получения минеральной ваты.
Таким образом, применение предлагаемой конструкции устройства для получения минеральной ваты позволяет за счет интенсификации процесса охлаждения полых валков уменьшить износ их наружной цилиндрической поверхности, устранить коробление и трещинообразование. Это повышает срок службы устройства для получения минеральной ваты.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами. На фиг.1 показан вид сбоку на устройство для получения минеральной ваты. На фиг.2 показано сечение А-А по одному полому валку и полому опорному валу. На фиг.3 и 4 показаны соответственно сечения Б-Б и В-В по полому валку.
Устройство для получения минеральной ваты (фиг.1) содержит приемный валок 1 и распределительные валки 2, 3, 4. Каждый из валков (фиг.2, 3, 4) выполнен полым и включает обойму 5 с торцевой и цилиндрической поверхностями, посаженную и закрепленную винтами на полом опорном валу 6 с торцевой поверхностью. Полый опорный вал 6 опирается на подшипники 7. Внутри полого опорного вала 6 с зазором установлена трубка 8 для подачи охлаждающей жидкости. На внутренней торцевой поверхности обоймы 5 по спирали выполнены канавки 9 с направлением спирали против направления вращения полого валка. Направления вращения валков на фиг.1, 3, 4 показаны сплошными стрелками, выполненными по дуге. На внутренней торцевой поверхности полого опорного вала 6 по спирали выполнены канавки 10 с направлением спирали по направлению вращения полого валка. Направление спирали показано на фиг.3, 4 стрелками, выполненными по дуге. Наиболее эффективно применение спирали архимеда, обеспечивающей радиальное перемещение пара и горячей охлаждающей жидкости с постоянной скоростью при постоянной окружной скорости. На внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5 выполнена винтовая нарезка 11 в направлении, совпадающем с направлением вращения полого валка, если смотреть со стороны привода. Направление винтовой нарезки на фиг.2 показано сплошными наклонными стрелками.
Работа устройства для получения минеральной ваты осуществляется следующим образом.
Включается привод устройства для получения минеральной ваты (не показано) и его валки 1, 2, 3, 4 осуществляют вращение по направлению сплошных стрелок (фиг.1), выполненных по радиусу. На наружную цилиндрическую поверхность данных валков подается горячий расплав, из которого за счет центробежных сил получается минеральная вата. При этом наружная цилиндрическая поверхность обоймы 5 (фиг.2, 3, 4) нагревается. От данной поверхности тепло передается сначала на внутреннюю цилиндрическую поверхность обоймы 5, а затем на торцевые поверхности обоймы 5 и полого опорного вала 6. Для охлаждения этих поверхностей внутрь каждого полого валка через трубку 8 подается охлаждающая жидкость. Направление течения охлаждающей жидкости внутри полого валка показано сплошными и дугообразными стрелками вдоль внутреннего его периметра. За счет центробежных сил и спиральных канавок 9 внутренней торцевой поверхности обоймы 5 охлаждающая жидкость перемещается к внутренней цилиндрической поверхность обоймы 5. При этом она охлаждает внутреннюю торцевую поверхность обоймы 5. За счет центробежных сил охлаждающая жидкость сосредотачивается на внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5. При перегреве на данной поверхности образуется "паровая подушка", препятствующая проникновению охлаждающей жидкости к внутренней цилиндрической поверхности обоймы 5. При вращении обоймы 5 с помощью винтовой нарезки 11 слой пара вместе с горячей охлаждающей жидкостью перемещается к внутренней торцевой поверхности опорного вала 6 и вдоль нее с помощью спиральных канавок 10 перемещается в среднюю часть полого валка, имеющую за счет центробежных сил низкое давление. Отсюда охлаждающая жидкость через зазор между внутренней поверхностью полого опорного вала 6 и трубкой 8 выходит наружу.
За счет системы охлаждения, создаваемой заявляемой конструкцией устройства для получения минеральной ваты, обеспечивается эффективное охлаждение валков. Это позволяет избежать перегрева валков, что, в свою очередь, снижает износ их наружной цилиндрической поверхности, устраняет коробление, трещинообразование и, как следствие, увеличивает срок службы валков.
В настоящее время ведутся подготовительные работы по промышленному испытанию заявляемой конструкций устройства для получения минеральной ваты.
Устройство для получения минеральной ваты, включающее полые вращающиеся от привода опорные валы с посаженными на них полыми валками, имеющими две внутренние торцевые и цилиндрическую поверхности, отличающееся тем, что на торцевых поверхностях полых валков по спирали выполнены направляющие канавки, причем на торцевой поверхности со стороны полого опорного вала спираль канавки направлена по направлению его вращения, а на другой торцевой поверхности спираль канавки направлена в противоположную сторону, на цилиндрической поверхности полого валка выполнена винтовая нарезка с винтовой линией, направленной по направлению его вращения со стороны привода.
