RU2320925C1

RU2320925C1 - Draft device for transportation of chemically aggressive and high-temperature nonexplosive gas media

Info

Publication number: RU2320925C1
Application number: RU2006128519/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Калганов (RU); Владимир Михайлович Калганов; Лик Анварович Зайнуллин (RU); Лик Анварович Зайнуллин; Владимир Алексеевич Савельев (RU); Владимир Алексеевич Савельев; Михаил Владимирович Калганов (RU); Михаил Владимирович Калганов
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-03-27

Abstract

FIELD: metallurgy and machine building enterprises.

SUBSTANCE: invention can be used in gas cleaning plants of pickling shops and for circulating gas medium in metal heat treatment furnaces. Proposed device has scroll housing, intake branch pipe, working wheel with blades connected with wheel main disk at one side and with ring at other side. Part of blades is provided with additional blades, weld seams of working wheel are brought out of the limits of its flow portion and are blown by clean air sucked in from surrounding space inside device owing to rarefaction built by rotating additional blades. If proposed device is used for transfer of high-temperature gas medium in thermal furnaces, blowing out of outer surfaces of working wheel with cold ambient air reduced temperature of side surfaces of working wheel by scores of degrees which increases mechanical strength of wheel even at temperature rise of handled gas medium.

EFFECT: increased reliability, and service life of working wheel and mechanical strength of device.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к механическим тягодутьевым устройствам, создано для перемещения химически агрессивных или высокотемпературных невзрывоопасных газовых сред и может быть использовано в установках газоочистки травильных отделений, а также для циркуляции газовой среды в печах для термообработки металла металлургических и машиностроительных предприятий.The invention relates to mechanical draft devices, designed to move chemically aggressive or high-temperature non-explosive gas environments and can be used in gas treatment plants for pickling compartments, as well as for circulating a gas medium in furnaces for metal heat treatment of metallurgical and engineering enterprises.

Наиболее близким к заявленному изобретению являются вентиляторы общепромышленного применения, изготовленные из нержавеющей стали и описанные в атласе ОАО "МОВЕН", 2002 г. Устройство состоит из спирального кожуха, входного патрубка, рабочего колеса с лопатками, соединенными с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом - с другой. К недостаткам известного устройства можно отнести его ограниченный срок службы и недостаточную надежность при перемещении газовой среды, содержащей смеси паров и аэрозолей различных кислот. Те же недостатки имеют место, когда известное устройство используется для циркуляции газовой среды в термических печах при температуре, близкой к предельно допустимой для использования данной марки стали.Closest to the claimed invention are general-purpose fans made of stainless steel and described in the atlas of MOVEN OJSC, 2002. The device consists of a spiral casing, an inlet pipe, an impeller with blades connected to the main wheel disk on one side and the ring - with another. The disadvantages of the known device include its limited service life and insufficient reliability when moving a gaseous medium containing mixtures of vapors and aerosols of various acids. The same disadvantages occur when the known device is used to circulate a gaseous medium in thermal furnaces at a temperature close to the maximum allowable for the use of this steel grade.

Наиболее слабым местом в конструкции известного устройства являются сварные швы в месте присоединения лопаток к коренному диску и кольцу рабочего колеса. При вращении рабочего колеса, особенно в момент его раскрутки, сварные швы находятся под воздействием наиболее больших по величине, чем соседние элементы колеса, напряжений, которые направлены, в основном, на растяжение и сдвиг. Кроме того, поверхность швов находится постоянно под воздействием агрессивного или высокотемпературного потока газовой среды, что в сочетании с изменением структуры металла и его химического состава в этом месте, в результате выгорания легирующих элементов в процессе сварки деталей, приводит к повышению скорости химической или высокотемпературной коррозии, сокращению срока службы и надежности работы известного устройства.The weakest point in the design of the known device are welds at the point of attachment of the blades to the root disk and the impeller ring. When the impeller rotates, especially at the time of its unwinding, the welds are exposed to stresses that are larger in magnitude than the adjacent elements of the wheel, which are directed mainly to tension and shear. In addition, the surface of the joints is constantly affected by aggressive or high-temperature gas flow, which, combined with a change in the structure of the metal and its chemical composition in this place, as a result of the burning of alloying elements during welding of parts, leads to an increase in the rate of chemical or high-temperature corrosion, reducing the service life and reliability of the known device.

Задача настоящего изобретения состоит в создании надежного тягодутьевого устройства для перемещения агрессивных или высокотемпературных газовых сред в установках газоочистки травильных отделений или термических печах металлургических и машиностроительных предприятий.The objective of the present invention is to provide a reliable draft device for moving aggressive or high-temperature gas environments in gas treatment plants of pickling compartments or thermal furnaces of metallurgical and engineering enterprises.

Для решения поставленной задачи предлагаемое коррозионно-стойкое тягодутьевое устройство для перемещения агрессивных или высокотемпературных газовых сред содержит спиральный кожух, входной патрубок, рабочее колесо с лопатками, соединенными с коренным диском колеса с одной стороны и кольцом - с другой.To solve this problem, the proposed corrosion-resistant draft blower for moving aggressive or high-temperature gas environments contains a spiral casing, an inlet pipe, an impeller with blades connected to the main wheel of the wheel on one side and the ring on the other.

Рабочее колесо имеет следующую конструкцию. Наружная часть лопаток относительно диаметра рабочего колеса, составляющая 0,4-0,7 от ширины лопаток, вставлена в соответствующие пазы, выполненные в коренном диске и кольце, при этом эта часть лопаток по их длине выходит за пределы ширины колеса с образованием дополнительных лопаток по обеим сторонам колеса. Для обеспечения возможности подачи окружающего воздуха к внешним поверхностям кольца и коренного диска в торцевой стенке спирального кожуха со стороны вала имеются отверстия, общая площадь которых составляет 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка, а входной патрубок состоит из двух соосно расположенных цилиндров с торцевыми кольцевыми стенками и равномерно распределенными на них отверстиями, общая площадь которых составляет 5-10% от площади проходного сечения входного патрубка, при этом диаметр внешнего цилиндра равен диаметру рабочего колеса устройства.The impeller has the following design. The outer part of the blades relative to the diameter of the impeller, comprising 0.4-0.7 of the width of the blades, is inserted into the corresponding grooves made in the main disk and the ring, while this part of the blades along their length extends beyond the width of the wheel with the formation of additional blades along to both sides of the wheel. To ensure the possibility of supplying ambient air to the outer surfaces of the ring and the main disk, there are openings in the end wall of the spiral casing from the shaft side, the total area of which is 1-2% of the inlet cross-sectional area of the inlet pipe, and the inlet pipe consists of two coaxially arranged end cylinders ring walls and holes evenly distributed on them, the total area of which is 5-10% of the inlet section of the inlet pipe, while the diameter of the outer cylinder is equal to etru operating unit wheel.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что благодаря предложенной конструкции устройство имеет дополнительные вращающиеся лопатки, сварные швы рабочего колеса вынесены за пределы его проточной части и обдуваются чистым воздухом, подсасываемым из окружающего пространства внутрь устройства в результате разряжения, создаваемого вращающимися дополнительными лопатками. В результате повышается надежность и срок службы примерно в 1,5-2,0 раза по сравнению с известным устройством за счет увеличения коррозионностойкости сварных швов рабочего колеса.The essence of the claimed invention lies in the fact that due to the proposed design, the device has additional rotating blades, the welds of the impeller are moved outside its flow part and are blown with clean air, sucked from the surrounding space into the device as a result of the vacuum created by the rotating additional blades. As a result, the reliability and service life are increased by about 1.5-2.0 times compared with the known device by increasing the corrosion resistance of the impeller welds.

Кроме того, увеличивается механическая прочность рабочего колеса, поскольку наружные сварные швы, скрепляющие проходные лопатки с диском и кольцом испытывают в основном напряжения не на растяжение, а на сжатие. При использовании заявленного изобретения в качестве устройства для перемещения высокотемпературной газовой среды в термических печах обдувка наружных поверхностей рабочего колеса холодным окружающим воздухом приводит к снижению температуры боковых поверхностей рабочего колеса на несколько десятков градусов, что позволяет повысить его прочность даже при повышении температуры перемещаемой газовой среды.In addition, the mechanical strength of the impeller increases, since the external welds that fasten the passage blades with a disk and a ring are mainly tested not for tension but for compression. When using the claimed invention as a device for moving a high-temperature gas medium in thermal furnaces, blowing the external surfaces of the impeller with cold ambient air leads to a decrease in the temperature of the side surfaces of the impeller by several tens of degrees, which makes it possible to increase its strength even with increasing temperature of the transported gas environment.

Таким образом, новый технический результат, заявленный изобретением, заключается в повышении надежности и срока службы устройства за счет увеличения коррозионностойкости сварных швов рабочего колеса, а также в увеличении его механической прочности.Thus, the new technical result claimed by the invention is to increase the reliability and service life of the device by increasing the corrosion resistance of the impeller welds, as well as increasing its mechanical strength.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства с разрезом вдоль оси вращения; на фиг.2 - вид справа с разрезом входного патрубка по А-А; на фиг.3 - увеличенный местный разрез части рабочего колеса и прилегающего к нему входного патрубка; на фиг.4 - вид части рабочего колеса справа на дополнительные лопатки в разрезе Б-Б.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device with a cut along the axis of rotation; figure 2 is a right side view with a cut of the inlet pipe along AA; figure 3 is an enlarged local section of a part of the impeller and the adjacent inlet pipe; figure 4 is a view of the part of the impeller to the right of the additional blades in section BB.

Устройство состоит из рамы 1, электродвигателя 2, на валу которого закреплено рабочее колесо 3. Рабочее колесо находится внутри спирального кожуха 4. Со стороны всасывающей части на спиральном кожухе 4 закреплен входной патрубок 5. Рабочее колесо 3 снабжено цельными проходными лопатками 6, наружные части которых относительно диаметра колеса 3, составляющие 0,4-0,7 от ширины лопаток В, вставлены в соответствующие пазы, которые выполнены в коренном диске 7 и кольце 8. Часть лопаток 6 по их длине выходит за пределы ширины рабочего колеса 3 с образованием дополнительных лопаток 9 по его обеим сторонам. Размер b размещения лопаток 6 в соответствующие пазы коренного диска 7 и кольца 8, равный 0.4-0.7 от ширины лопаток В, выбран из следующих условий. При величине пазов менее 0,4 ширина дополнительных лопаток 9 получается недостаточной для размещения дополнительных сварных швов, в результате чего механическая прочность рабочего колеса 3 будет недостаточной. При величине размещения лопаток более 0,7 глубина соответствующих пазов на коренном диске и кольце увеличивается, что также снижает прочность колеса, то есть цель изобретения - надежность - не будет достигнута. Длина l каждой из дополнительных лопаток 9 составляет 2-5% от общей ширины рабочего колеса L и выбрана из условия оптимального соотношения основного перемещаемого потока и дополнительной обдувки внешней стороны рабочего колеса 3. Снижение длины каждой из дополнительных лопаток 9 менее 2% от L приводит к недостаточной обдувке внешней стороны рабочего колеса 3, в результате чего цель изобретения - повышение надежности и срока службы - не будет достигнута. Увеличение длины дополнительных лопаток 9 более 5% от L способствует чрезмерному подсосу воздуха внутрь спирального кожуха, что снижает параметры работы заявленного устройства. Диаметр внешнего цилиндра равен диаметру рабочего колеса Д.The device consists of a frame 1, an electric motor 2, on the shaft of which the impeller 3 is fixed. The impeller is located inside the spiral casing 4. The intake pipe 5 is fixed on the side of the suction part on the spiral casing 4. The impeller 3 is equipped with integral passage blades 6, the outer parts of which relative to the diameter of the wheel 3, constituting 0.4-0.7 of the width of the blades B, inserted into the corresponding grooves, which are made in the main disk 7 and the ring 8. Part of the blades 6 along their length goes beyond the width of the impeller 3 with the formation m additional vanes 9 to its both sides. The size b of the placement of the blades 6 in the corresponding grooves of the main disk 7 and the ring 8, equal to 0.4-0.7 of the width of the blades B, is selected from the following conditions. When the grooves are less than 0.4, the width of the additional blades 9 is insufficient to accommodate additional welds, as a result of which the mechanical strength of the impeller 3 will be insufficient. When the size of the blades is more than 0.7, the depth of the corresponding grooves on the main disk and the ring increases, which also reduces the strength of the wheel, that is, the purpose of the invention - reliability - will not be achieved. The length l of each of the additional blades 9 is 2-5% of the total width of the impeller L and is selected from the condition of the optimal ratio of the main movable flow and additional blowing of the outer side of the impeller 3. A decrease in the length of each of the additional blades 9 to less than 2% of L leads to insufficient blowing of the outer side of the impeller 3, as a result of which the purpose of the invention is to increase reliability and service life will not be achieved. The increase in the length of the additional blades 9 more than 5% of L contributes to excessive suction of air into the spiral casing, which reduces the operating parameters of the claimed device. The diameter of the outer cylinder is equal to the diameter of the impeller D.

Торцевая стенка 10 спирального кожуха 4, находящаяся со стороны вала, имеет отверстия 11, общая площадь которых равна 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка F. Входной патрубок 5 состоит из двух соосно расположенных цилиндров 12 с торцевыми кольцевыми стенками 13 и равномерно расположенными на них отверстиями 14, общая площадь которых составляет 5-10% от площади проходного сечения входного патрубка F.The end wall 10 of the spiral casing 4, located on the shaft side, has holes 11, the total area of which is 1-2% of the area of the inlet section of the inlet pipe F. The inlet pipe 5 consists of two coaxially arranged cylinders 12 with end ring walls 13 and evenly spaced holes 14 on them, the total area of which is 5-10% of the area of the inlet section of the inlet pipe F.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 3 основной поток перемещаемой среды поступает во входной патрубок 5, а затем, проходя через лопатки 6, приобретает энергию и через спиральный кожух 4 выбрасывается в газовый тракт. Увеличение надежности и срока службы достигается за счет аэродинамической обдувки внешней стороны рабочего колеса 3 и внутренних торцевых поверхностей спирального кожуха 4. Во время работы рабочего колеса 3 дополнительные лопатки 9, расположенные по его обеим сторонам, создают разряжение, в результате чего возникают следующие потоки воздуха. Со стороны вала воздух подсасывается через отверстия 11 и, обдувая наружную часть коренного диска 7, дополнительные лопатки 9 и наружные сварные швы, поступает в основной поток перемещаемого газа. Величина отверстий в торцевой стенке 10 спирального кожуха 4 со стороны вала, равная 1-2% от площади проходного сечения входного патрубка F, выбрана из условия подачи оптимального расхода воздуха для обдувки рабочего колеса 3.The device operates as follows. When the impeller 3 rotates, the main flow of the displaced medium enters the inlet pipe 5, and then, passing through the blades 6, acquires energy and is discharged through the spiral casing 4 into the gas path. The increase in reliability and service life is achieved by aerodynamic blowing of the outer side of the impeller 3 and the inner end surfaces of the spiral casing 4. During the operation of the impeller 3, additional blades 9 located on its both sides create a vacuum, resulting in the following air flows. From the shaft side, air is sucked in through the holes 11 and, blowing the outer part of the main disk 7, additional blades 9 and external welds, enters the main flow of the transported gas. The size of the holes in the end wall 10 of the spiral casing 4 from the shaft side, equal to 1-2% of the area of the inlet section of the inlet pipe F, is selected from the condition of supplying the optimal air flow for blowing the impeller 3.

Со стороны всасывающей части устройства воздух поступает в отверстия 14 торцевых кольцевых стенок 13, проходит по кольцевому зазору и поступает в пространство между вращающимся кольцом 8 и торцевой частью входного патрубка 5. В этом месте поток воздуха разделяется на две части, одна из которых за счет работы дополнительных лопаток 9, обдувает их и смешивается с основным потоком, а другая - подсасывается через кольцевой зазор между вращающимся кольцом 8 и внутренним цилиндром 12 во входное окно рабочего колеса 3. Величина отверстий 14, равная 5-10% от площади входного окна F, выбрана из следующих условий. Если площадь отверстий во входном патрубке будет меньше 5%, то подсасываемого воздуха будет недостаточно для организации эффективной обдувки внешней стороны кольца 8, то есть за счет чрезмерного разряжения, создаваемого дополнительными лопатками, часть перемещаемого газа из основного потока через кольцевой зазор будет поступать обратно в пространство между вращающимся кольцом 8 и внутренней торцевой стенкой 14. В результате этого технический результат не будет достигнут. Если площадь отверстий 14 во входном патрубке будет больше 5%, то это способствует неоправданно большой подаче подсасываемого воздуха, что снижает параметры работы устройства.From the suction side of the device, air enters the openings 14 of the end annular walls 13, passes through the annular gap and enters the space between the rotating ring 8 and the end part of the inlet 5. At this point, the air flow is divided into two parts, one of which is due to operation additional blades 9, blow them and mix with the main stream, and the other is sucked through the annular gap between the rotating ring 8 and the inner cylinder 12 into the input window of the impeller 3. The size of the holes 14, equal to 5-10% m area of the entrance window F, selected from the following conditions. If the area of the holes in the inlet pipe is less than 5%, then the sucked-in air will not be enough to organize effective blowing of the outer side of the ring 8, that is, due to the excessive vacuum created by the additional blades, part of the transported gas from the main stream through the annular gap will flow back into space between the rotating ring 8 and the inner end wall 14. As a result, the technical result will not be achieved. If the area of the holes 14 in the inlet pipe is more than 5%, this contributes to an unjustifiably large supply of sucked air, which reduces the operating parameters of the device.

Таким образом, наружная поверхность рабочего колеса при его вращении, включая дополнительные лопатки и сварные швы, находится в атмосфере чистого воздуха и не подвергается химической или высокотемпературной коррозии. Кроме того, в случае использования изобретения для перемещения высокотемпературного газа в термических печах поток холодного воздуха, подсасываемый из окружающего пространства, снижает температуру на несколько десятков градусов указанных выше элементов устройства, способствуя снижению скорости высокотемпературной коррозии и повышению механической прочности рабочего колеса, в результате чего и достигается результат - повышение срока службы и надежности заявленного устройства.Thus, the outer surface of the impeller during its rotation, including additional blades and welds, is in an atmosphere of clean air and is not exposed to chemical or high temperature corrosion. In addition, in the case of using the invention to move high-temperature gas in thermal furnaces, a cold air stream drawn in from the surrounding area reduces the temperature by several tens of degrees of the above elements of the device, helping to reduce the rate of high-temperature corrosion and increase the mechanical strength of the impeller, as a result of which the result is achieved - increased service life and reliability of the claimed device.

Claims

1. Pulling device for moving chemically aggressive or high-temperature non-explosive gas environments, containing a spiral casing, an inlet pipe, an impeller with blades connected to the main disk of the wheel on one side and a ring on the other, characterized in that it contains blades the length of which is 2-5% exceeds the width of the wheel on each side, the blades are mounted in grooves cut in the ring and the main disk, the depth of the grooves is 0.4-0.7 of the total width of the blade, the device is made with the possibility of Aci air to the outer surfaces of the ring and the native disc.

2. The device according to claim 1, characterized in that the end wall of the spiral casing from the side of the main disk has holes, the total area of which is 1-2% of the area of the inlet section of the inlet pipe, and the inlet pipe consists of two coaxially arranged end cylinders ring walls and holes evenly distributed on them, the total area of which is 5-10% of the inlet section of the inlet pipe, while the diameter of the outer cylinder is equal to the diameter of the impeller.