CN110408754A - 一种可旋转混合阵列式喷口 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业热处理炉技术领域，应用于卷材端面喷吹加热箱式热处理炉，主要提供一种用于卷材端面喷吹传热设备的可旋转混合阵列式喷口，喷口固定于喷口面板上，利用喷口面板的可旋转功能实现对卷材端面的均匀加热，同时结合狭缝式喷口和圆形喷口各自的优点，以混合阵列方式合理的搭配组合布置于喷口面板上，通过将狭缝式喷口布置于核心区域，圆形喷口布置于边缘区和核心区的边缘处的布置方式，实现对风量的合理分配，从而达到提高常用卷材的加热效率的同时，兼顾非常用卷材的热处理需求。
Description
技术领域
本发明涉及工业热处理炉技术领域，具体涉及一种可旋转混合阵列式喷口，应用于卷材端面喷吹加热箱式热处理炉。
背景技术
由于卷材产品层与层之间存在间隙及油膜，使得层与层之间存在接触热阻，在退火过程中径向导热系数要小于产品材质本身的导热系数，实践证明，卷材端面传热效率高于径向传热效率，因此，采用阵列式喷口对卷材端面进行喷吹加热能有效提高传热效率，缩短卷材加热时间。目前，卷材端面喷吹加热方式已成为箱式卷材退火炉发展趋势。固定式气流喷口结构，由于气流喷吹位置固定，卷材断面受热存在较大温差。可旋转混合阵列式喷口，可解决卷材端面均匀受热问题，提高卷材受热面温度均匀性，端面喷吹加热方式主要应用射流冲击壁面换热理论，高温气流在压差作用下通过喷口阵列喷射到卷材端面，形成壁面射流，在壁面射流和环境气流的剪切作用下提高了卷材端面的换热系数。射流冲击换热系数大小与喷口阵列几何结构、射流雷诺数以及射流和受热面温差等有很大关系。喷口阵列几何结构设计成为提高射流冲击换热系数的主要手段。目前主要有圆形和条状喷口阵列，圆形缺点：回风效果不好，阻力系数较大，平均努塞尔数分布分布没有狭缝喷口均匀；条状喷口阵列缺点：布风面积较大。目前主要集中于对单一阵列式圆形喷口和阵列式狭缝式喷口进行传热特性、传热系数和射流状态的试验和理论研究，但对于混合式的阵列喷口还未有相关研究，如何在合理搭配组合过程中实现射流速度均匀和保证传热系数分布均匀，提高平均传热系数是混合式的阵列喷口的主要技术难点。
发明内容
本发明的目的是：设计一种可旋转混合阵列式喷口，以解决混合式阵列喷口如何合理搭配实现射流速度均匀和保证传热系数分布均匀，提高平均传热系数的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种可旋转混合阵列式喷口，所述的喷口固定在喷口面板上，喷口面板为圆形，安装有旋转机构；喷口为狭缝式喷口和圆形喷口相结合；狭缝式喷口宽度范围：20-60mm；圆形喷口直径范围：40-120mm。
狭缝式喷口宽度范围：30-50mm；圆形喷口直径范围：60-100mm。
狭缝式喷口布置于核心区域内，核心区域是指喷口面板上常用卷材外径与套筒外径投影之间的环形区域；圆形喷口布置于边缘区域内，呈环形阵列排布；边缘区域是指喷口面板上常用卷材外径至喷口面板外缘之间的环形区域。
优选地，狭缝式喷口呈环形阵列排布；圆形喷口与狭缝式喷口共中心线。
优选地，核心区域的外边缘处以环形阵列布置有一层及以上的圆形喷口。
优选地，核心区域的内边缘处以环形阵列布置有一层及以上的圆形喷口。
狭缝式喷口沿竖直方向对称排布，其间距范围为：200-500mm；优选地，间距范围为300-450mm。
圆形喷口与喷口面板呈夹角b，b＝30～90°；圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角a一致；夹角a＝0～30°。
优选地，旋转机构为自然旋转方式，在喷口面板中心处安装有转轴，通过气流对喷口壁面的冲刷使得喷口面板旋转产生摆动。
优选地，旋转机构为强制转动装置；
强制转动装置可以通过机械传动装置实现：旋转组件安装在喷口面板中心处，由电机带动喷口面板旋转；
强制转动装置可以通过转动拨叉机构实现：在喷口面板圆周布置拨杆，转动轴带动拨叉转动，拨叉拨动拨杆，使喷口面板旋转或摆动。
本发明的有益效果是：提供一种可旋转混合阵列式喷口，实现在风量和布置空间等条件一定的情况下，提高常用卷材热处理加热效率的同时兼顾非常用卷的热处理需求，使卷材端面换热系数分布均匀、气流回风顺畅、换热效率提高，利用具有可转动功能的喷口面板，通过混合阵列方式将狭缝式喷口和圆形喷口相结合，通过合理的搭配组合方式布置于面板上，解决生产高品质卷材的设备需求，为卷材热处理设备提供一种高效、均匀传热的喷口结构。解决了利用卷材端面喷吹加热的热处理设备，卷材端面换热不均匀、气流回风效果不好、换热效率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为卷材端面喷吹加热循环风系统结构示意图；
图2为可旋转混合阵列式喷口示意图；
图3为圆形喷口布置角度示意图；
图4为混合阵列式喷口布置一实施例示意图图；
图5为喷口面板自然旋转装置示意图；
图6为喷口面板强制旋转装置第一实施例示意图；
图7为喷口面板强制旋转装置第二实施例示意图；
图8为混合阵列式喷口布置另一实施例示意图；
图9为混合阵列式喷口布置另一实施例示意图；
图10为混合阵列式喷口布置另一实施例示意图；
图11为混合阵列式喷口布置另一实施例示意图；
图12为图3中A-A截面的示意图；
其中，1—风机、2—风道、3—喷口面板、4—阵列式喷口、5—卷材、6—炉膛、7-圆形喷口、8-狭缝式喷口、9-旋转组件、10-支撑轴、11-电机、12-拨叉、13-拨杆、14-转动轴、15-边缘区域、16-核心区域、17-中心区域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
如图1卷材端面喷吹加热循环风系统结构示意图所示，循环风被风机1由炉膛6吸入后经风道2送至喷口阵列4，再由阵列式喷口4射流至卷材端面，与卷材换热后重新被风机1吸入，从而实现卷材5在炉内循环喷吹加热。
如图2可旋转阵列式混合喷口示意图所示，阵列式喷口4固定安装于喷口面板3上，阵列式喷口4由若干条缝式喷口和若干圆形喷口组成。其中条缝式喷口以矩形喷口为基本形涵盖关于条缝式喷口的所有几何细节，如喷口宽度、喷口长度、喷口间距、喷口倾斜角度、喷口弧角等。圆形喷口以圆形为基本形涵盖关于圆形喷口的所有几何细节，如椭圆形喷口、喷口直径、喷口长度、喷口间距、喷口倾斜角度、喷口弧角等。圆形喷口以圆形为基本截面形式，可用椭圆、半圆、多边形等截面形式替代。
喷口面板3可以固定不动，无转动机构，也可以通过转动机构实现旋转功能。旋转方式分自然旋转和强制旋转。自然旋转指由于循环风流经阵列式喷口4时，由于速度方向的偏移对喷口壁面产生冲刷作用，从而带动喷口面板转动。强制旋转指通过采用机械传动装置使得喷口面板转动或周期摆动。
在风量固定，喷口平均出风速度一定的情况下，狭缝式喷口和圆形喷口总面积应满足布风总面积要求。
如图4实施例混合阵列式喷口布置示意图所示：喷口面板3为圆形，以喷口面板圆心为原点，在核心区16内沿一致方向布置阵列式狭缝式喷口8，在边缘区15按环形阵列方式布置1层或多层圆形喷口7(或替代形喷口)。图4中所示出三个区域：
边缘区域15：是指喷口面板上常用卷材外径至喷口面板外缘之间的环形区域；
核心区域16：是指喷口面板上常用卷材外径与套筒外径投影之间的环形区域；
中心区域17：喷口面板上对应套筒外径范围内的圆形区域。
实施例1：圆形喷口直径为100mm，狭缝式喷口宽度为50mm，狭缝式喷口间距为400mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝0°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。
喷口面板自然转动装置参见图5，在喷口面板中心安装旋转组件9，旋转组件9连接支撑轴10，支撑轴10另一端固定于壁板，将喷口面板支撑于指定高度，实现循环风流经喷口对喷口7和喷口8产生的壁面冲刷作用，使喷口面板3自动旋转。喷口面板强制转动装置参见图6、图7，图6中在喷口面板3中心安装旋转组件9，旋转组件9连接支撑轴10，支撑轴10另一端与电机11相连，通过电机带动轴使喷口面板3旋转。图7中，采用转动拨叉机构实现喷口面板3的旋转或摆动，在喷口面板圆周布置拨杆13，转动轴14带动拨叉12转动，拨叉12拨动拨杆13，使喷口面板3旋转或摆动。喷开面板摆动方式，一是间歇式单方向转动，二是间歇式往复摆动。
实施例2：
圆形喷口直径为60mm，狭缝式喷口宽度为60mm，狭缝式喷口间距为500mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝60°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝30°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1.
实施例3：
圆形喷口直径为120mm，狭缝式喷口宽度为30mm，狭缝式喷口间距为300mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝75°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝25°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1.
如图8实施例混合阵列式喷口布置示意图所示，以喷口面板3圆心为原点，在核心区域内沿一致方向布置阵列式狭缝式喷口8，边缘区和核心区靠近中心区的边缘处按环形阵列方式布置一层或多层圆形喷口7。
实施例4：
圆形喷口直径为40mm，狭缝式喷口宽度为30mm，狭缝式喷口间距为200mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝30°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1.
实施例5：
圆形喷口直径为89mm，狭缝式喷口宽度为40mm，狭缝式喷口间距为350mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝80°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝45°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1.
实施例6：
圆形喷口直径为50mm，狭缝式喷口宽度为40mm，狭缝式喷口间距为450mm，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝75°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝90°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
如图9混合阵列式喷口布置示意图所示，以喷口面板3圆心为原点，在核心区域16内按环形阵列布置狭缝式喷口8，在边缘区域15内按环形阵列方式布置一层或多层圆形喷口7。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例7：
圆形喷口直径为100mm，狭缝式喷口宽度为50mm，狭缝式喷口中心角度30°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝25°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例8：
圆形喷口直径为60mm，狭缝式喷口宽度为40mm，狭缝式喷口中心角度30°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝30°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
如图10混合阵列式喷口布置示意图所示，以喷口面板3圆心为原点，在核心区域16内按环形阵列布置狭缝式喷口8，在边缘区域15内和核心区域16靠近中心区域17的边缘处按环形阵列方式布置一层或多层圆形喷口7。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例10：
圆形喷口直径为60mm，狭缝式喷口宽度为60mm，狭缝式喷口中心角度60°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝75°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝30°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例11：
圆形喷口直径为80mm，狭缝式喷口宽度为40mm，狭缝式喷口中心角度30°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝0°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
如图11混合阵列式喷口布置示意图所示，以喷口面板3圆心为原点，在核心区域16内按环形阵列布置狭缝式喷口8，在边缘区域15内和核心区16靠近边缘区15的边缘处按环形阵列方式布置一层或多层圆形喷口7。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例13：
圆形喷口直径为100mm，狭缝式喷口宽度为50mm，狭缝式喷口中心角度30°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝90°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝0°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
实施例14：
圆形喷口直径为120mm，狭缝式喷口宽度为60mm，狭缝式喷口中心角度60°，圆形喷口与喷口面板呈一定夹角b＝85°，圆形喷口在喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角一致a＝30°，根据布风总面积计算圆形喷口和狭缝式喷口的个数。喷口面板3转动方式参见实施例1。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述的可旋转混合阵列式喷口安装有旋转机构；所述的喷口固定在喷口面板上，喷口面板为圆形，喷口为狭缝式喷口和圆形喷口相结合；狭缝式喷口宽度范围：20-60mm；圆形喷口直径范围：40-120mm。
2.根据权利要求1所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述的狭缝式喷口宽度范围为30-50mm；所述的圆形喷口直径范围为60-100mm。
3.根据权利要求1所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述的狭缝式喷口布置于核心区域内，所述核心区域是指喷口面板上常用卷材外径与套筒外径投影之间的环形区域；所述的圆形喷口布置于边缘区域内，呈环形阵列排布；所述边缘区域是指喷口面板上常用卷材外径至喷口面板外缘之间的环形区域。
4.根据权利要求3所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述狭缝式喷口呈环形阵列排布；所述圆形喷口与所述狭缝式喷口共中心线。
5.根据权利要求4所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述核心区域的外边缘处以环形阵列布置有一层及以上的圆形喷口。
6.根据权利要求4所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述核心区域的内边缘处以环形阵列布置有一层及以上的圆形喷口。
7.根据权利要求3所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述狭缝式喷口沿竖直方向对称排布，其间距范围为：200-500mm。
8.根据权利要求3所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述圆形喷口与所述喷口面板呈夹角b，所述夹角b范围为30～90°；所述圆形喷口在所述喷口面板上的投影线与周向布置的圆形喷口形成的圆的切线夹角a一致；所述夹角a范围为0～30°。
9.根据权利要求1至8任一项所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述旋转机构为自然旋转方式；所述自然旋转方式具体为：在喷口面板中心处安装有转轴，通过气流对喷口壁面的冲刷带动喷口面板旋转。
10.根据权利要求1至8任一项所述的可旋转混合阵列式喷口，其特征在于：所述旋转机构为强制转动装置；所述强制转动装置为机械传动装置或转动拨叉机构。
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- 2019-07-01 CN CN201910587287.5A patent/CN110408754B/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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