шиберный клапан горячего дутья доменного воздухонагревателя

Формула изобретения

Шиберный клапан горячего дутья доменного воздухонагревателя, содержащий корпус с крышкой, охлаждаемый полый диск с расположенными в его полости криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента и вертикальными разделительными перегородками с отверстиями, отличающийся тем, что в полости диска дополнительно установлена противоположно криволинейной боковой направляющей и по одной окружности с ней криволинейная перегородка с отверстиями, длина ее составляет 0,6-0,7 длины полуокружности, на которой она расположена, причем нижние концы криволинейной перегородки и криволинейной боковой направляющей равноудалены от вертикальной оси диска на расстояние, равное 0,2-0,25 длины полуокружности, а вертикальные разделительные перегородки с отверстиями установлены с равномерным шагом и их верхние и нижние концы лежат на одной окружности, описанной из центра диска.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, а точнее к оборудованию доменных воздухонагревателей, и касается клапанов горячего дутья.

Срок службы клапанов горячего дутья доменных воздухонагревателей существенно зависит от разности тепловых нагрузок в режиме дутья и нагрева. Увеличение разности тепловых нагрузок независимо от вида охлаждения снижает стойкость клапанов, причем значительнее при охлаждении технической водой, чем при испарительном. Следовательно, целесообразно применение испарительного охлаждения, особенно при повышенной температуре дутья.

Клапаны с водяным и испарительным охлаждением отличаются друг от друга только конструкцией запорного диска, выход из строя которого является одной из основных причин замены клапанов горячего дутья.

Известен охлаждаемый запорный диск шиберного клапана доменного воздухонагревателя, образованный двумя круглыми боковинами и обечайкой и содержащий в полости охлаждения криволинейную направляющую для подвода охлаждающего агента в нижнюю часть полости и разделительные перегородки (авт. свид. СССР 775134, С 21 В 9/12, з. 10.07.78, oп. 30.10.80).

Разделительные перегородки по отношению к криволинейной боковой направляющей и обечайке диска установлены с торцовыми зазорами, расположенными в чередующемся порядке и образуют петлеобразный восходящий канал охлаждения. Перегородки могут быть установлены наклонно или горизонтально. Этот клапан возможно применять как при водяном, так и при испарительном охлаждении, а предложенное расположение перегородок обеспечивает необходимую жесткость диска.

Однако горизонтальное расположение перегородок в условиях испарительного охлаждения препятствует скоростной эвакуации пара из нижней части диска, подверженной наибольшему нагреву в процессе эксплуатации клапана, что приводит к перегреву диска и его заклиниванию вследствие деформации. При этом также возрастает опасность разрушения диска.

Известен также клапан горячего дутья, диск которого имеет штампованные боковины с криволинейной направляющей для подвода охлаждающего агента и с вертикальными ребрами жесткости, поочередно соединенными с противоположными боковинами и снабженными соосными отверстиями, через которые пропущены горизонтальные стержни с возможностью свободного перемещения в них (авт. свид. СССР 988874, С 21 В 9/10, з. 10.06.81, oп. 15.01.83).

Такая конструкция обеспечивает прогиб боковин под действием высокой температуры и давления. Однако наличие криволинейной боковой направляющей, примыкающей к входному отверстию для подачи хладагента, приводит к тому, что жесткость периферии диска становится неравномерной по его периметру, так как нарушается картина симметрии в расположении ребер жесткости в полости диска. А это приводит к нарушению плотности сопряжения диска и упорного кольца корпуса на участках с повышенной жесткостью периферии диска, что существенно снижает герметичность клапана.

Из известных шиберных клапанов доменного воздухонагревателя наиболее близким по технической сущности является шиберный клапан, содержащий футерованные корпус с крышкой, охлаждаемый футерованный полый диск с расположенными в полости криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента и вертикальными разделительными перегородками с отверстиями (авт. свид. СССР 1475928, С 21 В 9/12, з. 05.03.87, oп. 30.04.89).

Длина криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента примерно равна 1/3 (120^o) длины окружности.

Недостаток известной конструкции шиберного клапана доменного воздухонагревателя заключается в том, что несимметричное расположение ребер жесткости в полости охлаждения диска приводит к тому, что жесткость его периферии становится неравномерной по периметру диска.

При этом в закрытом положении клапана, когда диск прижат давлением рабочей среды к полости упорного кольца корпуса, на участках с повышенной жесткостью периферии диска происходит нарушение плотности запирания клапана.

Другим недостатком известной конструкции является то, что наличие в полости охлаждения диска вертикально расположенных разделительных перегородок не позволяет эффективно использовать клапан в условиях водяного охлаждения, так как при этом не обеспечивается необходимая циркуляция воды, позволяющая последовательно омывать все участки тепловоспринимающей поверхности диска.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства, позволяющего повысить срок службы шиберного клапана горячего дутья доменного воздухонагревателя за счет повышения стойкости диска благодаря его повышенной жесткости при сохранении эффективности охлаждения.

Поставленная задача достигается тем, что в шиберном клапане горячего дутья доменного воздухонагревателя, содержащем футерованные корпус с крышкой, охлаждаемый футерованный диск с расположенными в его полости криволинейной боковой направляющей для подвода хладагента и вертикальными разделительными перегородками с отверстиями, согласно изобретению в полости диска дополнительно установлена противоположно боковой направляющей и по одной окружности с ней криволинейная перегородка с отверстиями, длина ее составляет 0,6-0,7 длины полуокружности, на которой она расположена, причем нижние концы криволинейной перегородки и криволинейной боковой направляющей равноудалены от вертикальной оси диска на расстояние, равное 0,2-0,25 длины полуокружности, а вертикальные разделительные перегородки установлены с равномерным шагом, и их верхние и нижние концы лежат на одной окружности, описанной из центра диска.

Такое конструктивное выполнение шиберного клапана горячего дутья доменного воздухонагревателя позволяет повысить срок его службы за счет повышения изгибной жесткости диска, уменьшающей остаточный прогиб диска или его "выпучивание", благодаря дополнительной криволинейной перегородке и равномерному расположению вертикальных перегородок, обеспечивающих жесткую связь боковин друг с другом.

При этом симметрия в расположении ребер жесткости в полости охлаждения диска способствует выравниванию жесткости по периферии диска, а это, в свою очередь, обеспечивает плотность сопряжения диска и упорного кольца корпуса при нагружении диска давлением рабочей среды. Такое расположение ребер обеспечивает также незначительное гидравлическое сопротивление полости диска, что облегчает естественную циркуляцию охлаждающей среды. Этому же способствуют сквозные поперечные отверстия в дополнительной криволинейной перегородке.

Как показали результаты моделирования, если нижние концы криволинейной перегородки и криволинейной боковой направляющей удалены от вертикальной оси диска на расстояние меньше 0,2 длины полуокружности, то это создает припятствие для восходящего потока хладагента из нижней наиболее теплонагруженной части диска, что в условиях испарительного охлаждения приводит к снижению эффективности охлаждения.

Если же данное расстояние больше 0,25 длины полуокружности, то это приводит к уменьшению длины криволинейных перегородок и, как следствие, к увеличению неравномерности распределения жесткости по периферии диска.

Если длина криволинейной перегородки с отверстиями меньше 0,6 длины полуокружности, на которой она расположена, то это приводит к уменьшению ее длины и, как следствие, к увеличению неравномерности распределения жесткости по периферии диска.

Если же длина этой перегородки будет больше 0,7 длины полуокружности, то возникает дополнительное препятствие для восходящего потока хладагента из нижней теплонагруженной части диска, а это в условиях испарительного охлаждения приведет к снижению эффективности охлаждения.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображен шиберный клапан горячего дутья доменного воздухонагревателя.

Шиберный клапан доменного воздухонагревателя содержит футерованные корпус 1 с крышкой 2, размещенный в корпусе 1 охлаждаемый футерованный диск 3 с расположенными в его полости криволинейной боковой направляющей 4 для подвода хладагента, вертикальными разделительными перегородками 5 с отверстиями 6, криволинейной перегородкой 7 с отверстиями 8 для прохода пара.

Криволинейная перегородка 7 установлена противоположно криволинейной боковой направляющей 4 и по одной окружности с ней. Нижние концы криволинейной перегородки 7 и криволинейной направляющей 4 равноудалены от вертикальной оси диска на расстояние l, равное 0,2-0,25 длины полуокружности, на которой они расположены. Длина криволинейной перегородки 7 равна 0,6-0,7 длины полуокружности. Вертикальные разделительные перегородки 5 установлены с равномерным шагом, а их верхние и нижние концы лежат на одной окружности, описанной из центра диска 3.

Устройство работает следующим образом.

При работе шиберного клапана в режиме испарительного охлаждения хладагент подается в нижнюю часть полости диска 3 по каналу, образованному обечайкой диска и криволинейной боковой направляющей 4, а затем вдоль вертикальных разделительных перегородок 5 и криволинейной перегородки 7 к выходному патрубку. Гидравлическое сопротивление охлаждаемой полости при этом незначительно. Равномерно установленные вертикальные разделительные перегородки и две криволинейные (криволинейная направляющая и криволинейная перегородка с отверстиями) обеспечивают необходимую изгибную жесткость диска 3.

Предложенный шиберный клапан доменного воздухонагревателя по сравнению с известными имеет более высокий срок службы благодаря более высокой стойкости диска.