EA023455B1

EA023455B1 - Сопло для устройства для закалки

Info

Publication number: EA023455B1
Application number: EA201390795A
Authority: EA
Inventors: Ренате Вон Дер Охе; Себастьен Тюйе; Фуа Фаль
Original assignee: Сэн-Гобэн Гласс Франс
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2016-06-30
Also published as: ES2524898T3; FR2968221B1; US9573834B2; KR20140057186A; FR2968221A1; EA201390795A1; CN103221353A; PT2646376E; MX2013005876A; JP2014503453A; EP2646376A1; KR101872046B1; BR112013012588B1; PL2646376T3; JP5816292B2; BR112013012588A2; US20130255319A1; CN103221353B; EP2646376B1; WO2012072939A1

Abstract

Изобретение касается устройства для охлаждения листов стекла струями воздуха, выбрасываемыми по меньшей мере одним соплом в форме трубы, содержащего короб (4), питающий воздухом указанное сопло, поток воздуха, выбрасываемого через эжекционное отверстие (3) сопла, последовательно проходит через коническую часть (1), внутреннее сечение которой уменьшается в направлении потока, затем через цилиндрическую часть (2), содержащую эжекционное отверстие, внутреннее сечение которой соответствует самому маленькому внутреннему сечению конуса и внутреннему сечению эжекционного отверстия, при этом цилиндрическая часть сопла имеет длину, которая в 6 раз больше диаметра эжекционного отверстия. Это устройство обеспечивает сильный теплообмен при охлаждении листов стекла, что позволяет увеличить усиливающее воздействие на стекло и/или уменьшить мощность вентиляторов, служащих для продувания воздуха через сопла.

Description

Изобретение касается устройства для охлаждения листов стекла струями воздуха, выбрасываемого через сопла.

Скорость, с которой стекло охлаждают, оказывает влияние на его механические свойства, в частности на его поведение при ударах и его поверхностную твердость. Можно оставить стекло медленно остывать обычно в туннельной печи для охлаждения стеклянной ленты. В этом случае конечное стекло может быть разрезано, но когда оно разрушается, оно превращается в большие куски с режущими краями, что иногда неудовлетворительно оценивается с точки зрения безопасности. Чтобы придать стеклу улучшенные противоударные свойства (разрушение на маленькие нережущие кусочки), его можно полуотвердить, отвердить или закалить, что может быть достигнуто более быстрым охлаждением. Это ускоренное охлаждение стекла обычно осуществляют обдувом горячего стекла холодным воздухом через сопла.

Из уровня техники известны многочисленные типы сопел. В частности, в документах АО 0023387, АО 9912855, АО 2006076215, И8 3881907 предложены сопла в форме труб, расположенных горизонтально под движущимися листами, ширина которых (в горизонтальной плоскости) соответствует ширине охлаждаемых листов. В соплах просверлены отверстия, или они имеют щель для эжекции воздуха на стекло. Таким образом, сопло представляет собой здесь горизонтальную трубу, закрытую на конце, расположенную поперек по отношению к направлению перемещения стекла.

В патенте И8 3393062 предложены сопла в форме труб, заканчивающихся конусом, сечение которого увеличивается в направлении истечения потока воздуха. В документах И8 2948990, И8 4519829 и И84578102 предложены сопла в форме труб, заканчивающихся конусом, сечение которого уменьшается в направлении истечения потока воздуха.

В патенте И8 5562750 предложены сопла в форме конуса, сечение которого увеличивается в направлении истечения потока воздуха, при этом сопло заканчивается решеткой.

Сопло согласно изобретению обеспечивает сильный теплообмен при охлаждении листового стекла. Это позволяет увеличить усиливающее воздействие на стекло и/или уменьшить мощность вентиляторов, служащих для продувания воздуха через сопла. Увеличение усиливающего действия выражается в увеличении числа кусочков стекла на единицу поверхности в испытании на разрушение, например согласно стандарту ЕСЕ К43. Коэффициент теплообмена, достигаемый соплом, является хорошим не только по отношению к точке поверхности стекла, расположенной непосредственно напротив отверстия для эжекции воздуха соплом, но также вокруг этой точки на определенном расстоянии, в частности до 30 см.

Сопло предназначено для оснащения устройства для охлаждения листового стекла обдувом воздухом более холодным, чем стекло. Охлаждение обеспечивает отверждение поверхности (термин отверждение охватывает полуотверждение и закалку). Для этого охлаждения воздух начинают дуть в то время, когда стекло находится при температуре по меньшей мере 580 и обычно по меньшей мере 610°С. В начале обдува стекло обычно имеет температуру, находящуюся в интервале от 610 до 650°С. Воздух, выбрасываемый соплом, обычно представляет собой воздух при комнатной температуре или слегка нагретый благодаря тому, что он приводится в движение легконагретым вентилятором (температура продуваемого воздуха составляет обычно от 0 до 60°С и даже выше сообразно условиям работы).

Изобретение касается также устройства, содержащего множество сопел согласно изобретению. Эти сопла закреплены по меньшей мере в одном коробе, питающем воздухом. Сопла получают охлаждающий воздух из короба. По меньшей мере один вентилятор заставляет воздух циркулировать из короба к соплам.

Изобретение касается, в первую очередь, устройства для охлаждения листов стекла струями воздуха, выбрасываемыми по меньшей мере через одно сопло в форме трубы, содержащего короб, питающий воздухом указанное сопло, отличающегося тем, что поток воздуха, выбрасываемый через эжекционное отверстие сопла, последовательно проходит через коническую часть, внутреннее сечение которой уменьшается в направлении потока, потом через цилиндрическую часть, содержащую эжекционное отверстие, внутреннее сечение которого соответствует самому маленькому внутреннему сечению конуса и внутреннему сечению эжекционного отверстия.

Сопло согласно изобретению имеет форму трубы, состоящей по меньшей мере из двух частей. Она содержит коническую часть, внутренний диаметр которой уменьшается в направлении потока воздуха, затем цилиндрическую часть, внутренний диаметр которой соответствует самому маленькому внутреннему диаметру конуса, к которому она присоединена. Указанная труба, т.е. трубопровод, состоит из наружной оболочки и внутренней оболочки, разделенных стенкой, толщина которой обычно находится в интервале от 0,5 до 5 мм, чаще от 0,5 до 2 мм. Наружная оболочка обычно имеет ту же самую общую форму, что внутренняя оболочка трубы, разумеется, все еще оставаясь большего размера из-за толщины стенки. Несколько сопел объединены в устройство для обдува, чтобы дуть точно в одном и том же направлении. Тот факт, что сопла имеют форму трубы, предполагает, что они будут отделены одни от других свободным пространством. Обычно нет никакой соединительной детали, связывающей одно сопло с другим, разумеется, помимо короба, на котором сопла закреплены со стороны, противоположной отверстию для эжекции газа. В частности, сопло может быть закреплено на коробе по большому диаметру его конической части (большое основание конуса). Сопло может также содержать трубчатую часть между

- 1 023455 коробом подачи газа и большим основанием его конической части. Обычно эта трубчатая часть имеет внутреннее сечение, которое никогда не меньше внутреннего сечения его конической части на уровне большого основания конуса.

Факт, что сопла будут хорошо отделены одни от других, дает следующие преимущества: продуваемый воздух легко удаляется;

в случае разрушения стеклянного листа куски падают в эти свободные пространства, не прерывая прохождения следующих листов.

Изобретение касается, по существу, сопел в форме трубы длиной обычно более 50 мм, предпочтительно более 100 мм. Обычно длина трубы меньше 300 мм. Длины, которые будут приведены, касаются общей длины сопла, от короба, питающего охлаждающим газом, до эжекционного отверстия для указанного газа. Цилиндрическая часть сопла, содержащая отверстие для эжекции газа, имеет длину, которая в 6 раз больше диаметра отверстия для эжекции газа, более предпочтительно в 8 раз больше эжекционного отверстия. Обычно цилиндрическая часть сопла имеет длину, которая в 20 раз меньше диаметра эжекционного отверстия. Диаметр эжекционного отверстия обычно больше 4 мм. Обычно эжекционное отверстие имеет диаметр меньше 20 мм. Предпочтительно диаметр эжекционного отверстия находится в диапазоне от 6 до 15 мм, чаще от 8 до 12 мм. Очевидно, что диаметр эжекционного отверстия представляет собой внутренний диаметр трубы на уровне эжекционного отверстия.

Коническая часть может занимать остаток длины сопла по отношению к цилиндрической части. Эта коническая часть обычно имеет длину больше 10 мм. Обычно она имеет длину меньше 270 мм. Обычно отношение большого диаметра конической части к малому диаметру конической части больше 1,2. Обычно отношение большого диаметра конической части к малому диаметру конической части меньше

4. Обычно большой диаметр конической части меньше или равен 40 мм. Обычно половинный угол при вершине конической части изменяется в диапазоне от 7 до 35°, чаще от 10 до 25°.

Сопло может также содержать дополнительную трубчатую часть между коробом подачи газа и большим основанием конической части. Обычно эта трубчатая часть имеет внутреннее сечение, которое никогда не бывает меньше внутреннего сечения конической части на уровне большого основания конуса. Обычно эта дополнительная трубчатая часть имеет постоянное внутреннее сечение, которое равно внутреннему сечению конической части на уровне большого основания конуса. Эта дополнительная трубчатая часть может иметь нелинейную форму для того, чтобы иметь возможность направить струю воздуха в хорошее место. В частности, можно играть на форме этой дополнительной трубчатой части, чтобы разместить эжекционное отверстие между роликами слоя для транспортировки листов стекла, или по меньшей мере сделать таким образом, чтобы ось эжекционного отверстия сопла (указанная ось проходит по направлению обдувки через сопло) проходила между двумя роликами конвейера, чтобы обдувающий воздух мог таким образом достичь непосредственно стеклянного листа, транспортируемого указанными роликами. Такой слой конвейерных роликов содержит множество роликов, оси которых параллельны или образуют углы обычно меньше 30° (углы между осями соседних роликов). Обычно длина этой дополнительной трубчатой части (длина, измеренная вдоль ее профиля, т.е. приведенная к прямому состоянию, если она является нелинейной) в 10 раз меньше ее внутреннего диаметра.

Величины диаметров, приведенные выше, представляют собой эквивалентные диаметры (диаметр круга той же самой площади) для случая, когда труба везде не имеет круглого сечения. Однако обычно труба (сопло) имеет круглое сечение по всей ее длине.

Листы стекла могут быть охлаждены, в частности, при перемещении воздухом, продуваемым через сопла согласно изобретению. В частности, стеклянные листы могут перемещаться со скоростью от 100 до 600 мм/с.

Обычно отверстие для эжекции воздуха находится на расстоянии от стекла, соответствующем от 0,5 до 10 диаметров указанного эжекционного отверстия.

Изобретение касается также способа получения стеклянного листа, включающего в себя нагрев указанного листа, затем его охлаждение устройством согласно изобретению. В частности, охлаждение вызывает отверждение, в частности, когда оно представляет собой закалку. Стеклянный лист может перемещаться во время эжекции воздуха.

На фиг. 1 представлены различные сопла согласно изобретению. Эти сопла представляют собой трубу, содержащую коническую часть 1, затем цилиндрическую часть 2. Воздух выбрасывается на стекло через эжекционное отверстие 3. Сопло закреплено на коробе 4. В случае сопла, представленного на фиг. 1а, сопло закреплено на коробе 4 на уровне большого основания его конической части. В случае сопла, представленного на фиг. 1Ь, дополнительная цилиндрическая (или трубчатая) часть 5 предшествует конической части на пути воздуха. Внутренний диаметр этой дополнительной цилиндрической части 5 соответствует внутреннему диаметру большого основания конуса конической части (следовательно, он имеет такое же внутреннее сечение). Для сопла фиг. 1Ь представлено то, что подразумевают под длиной 20 цилиндрической части и под длиной 21 конической части, а также под половинным углом альфа при вершине конической части, который изменяется обычно от 7 до 35°, чаще от 10 до 25°. В случае сопла, изображенного на фиг. 1с дополнительная нелинейная трубчатая часть 6 предшествует конической части по пути воздуха. Внутреннее сечение этой дополнительной трубчатой части 6 является постоянным и

- 2 023455 соответствует внутреннему сечению большого основания конуса конической части. Можно играть на форме этой дополнительной трубчатой части 6, чтобы суметь поместить эжекционное отверстие между двумя конвейерными роликами слоя роликов для транспортировки листов стекла. Стрелки в коробе 4 показывают циркуляцию охлаждающего воздуха.

На фиг. 2 представлено устройство, используемое для измерения эффективности сопла согласно изобретению, в частности в рамках примеров 1-3. Три сопла 10 питают воздухом комнатной температуры через один и тот же короб 11. Воздух дуют на горячую металлическую пластину 12, снабженную датчиком расхода 14, занимающим отверстие 13, проделанное в пластине 12. Датчик расхода 14 помещен в лучшую часть пластины 12. Это устройство позволяет оценить коэффициент теплообмена между продуваемым воздухом и пластиной.

Устройства, представленные на фиг. 1 и 2, изображены не в масштабе.

Примеры 1-3

Сравнивали три сопла различных форм в их эффективности охлаждения поверхности. Эти сопла имели следующую форму:

1. сопло согласно изобретению, сочетающее в порядке прохождения охлаждающего газа (в направлении от короба, питающего воздухом, к эжекционному отверстию) конус длиной 110 мм и внутренним диаметром на выходе 10 мм и внутренним диаметром на входе 22 мм, затем цилиндр длиной 110 мм и внутренним диаметром 10 мм;

2. сопло согласно известному уровню техники; прямое сопло, состоящее из цилиндра с внутренним диаметром 10 мм и длиной 220 мм (сравнительный пример);

3. сопло согласно известному уровню техники; коническое сопло, состоящее из конуса длиной 220 мм, диаметр выходного отверстия которого составлял 10 мм и диаметр на входе воздуха составлял 22 мм (сравнительный пример).

Для каждого опыта на пластине, закрывающей короб, питаемый воздухом при помощи вентилятора, перпендикулярно монтировали около двадцати сопел одной и той же формы. Сопла образовывали ряды и отстояли друг от друга в ряду на 40 мм (от оси до оси). Ряды были разделены между собой 60 см и расположены таким образом, чтобы сопла были расположены в шахматном порядке. Давление воздуха в коробе было 2500 мм водяного столба (мм вод. ст.). Воздух дули перпендикулярно пластине из стали, снабженной тепловым датчиком расхода. Датчик расхода был смонтирован в лучшей части пластины (не выступающей из пластины). Затем пластину смещали (и, следовательно, датчик расхода тоже) в поперечном направлении по отношению к направлению потока воздуха, чтобы измерить эффективность охлаждения в зависимости от расстояния по отношению к оси обдува.

Результаты собраны в схеме. Они приведены для расстояний 0, 8 и 16 мм от центра системы сопел. Величины представляют собой величины коэффициента теплообмена в Вт/м²К (тепловой поток/разность между температурой воздуха и температурой поверхности пластины)

Пример №	Форма сопел	0 мм	8 мм	16 мм
1	Сопло прямое + коническое	775	700	830
2 (сравнит.)	Прямое сопло	750	650	740
3 (сравнит,)	Коническое сопло	650	600	720

Примеры 4-6

Шесть коробов для закалки оснащали 160 соплами на каждый короб. Три короба образовывали первую группу, чтобы дуть на верхнюю поверхность листов, и три короба образовывали вторую группу, чтобы дуть на нижнюю поверхность листов. Листы приводили в движение в горизонтальном направлении, чтобы они проходили между обеими группами коробов, при помощи слоя роликов.

В двух отдельных опытах сравнивали следующие две формы сопел:

a) пример 4: сопло согласно изобретению, сочетающее (в порядке прохождения охлаждающего газа) конус высотой 20 мм и внутренним диаметром на выходе 10 мм и диаметром на входе 16 мм, затем цилиндр длиной 110 мм и диаметром 10 мм; выше конуса находился цилиндр диаметром 16 мм и длиной 90 мм; отношение длины цилиндра к диаметру эжекционного отверстия составляло, таким образом, 11;

b) пример 5 (сравнительный пример): сопло согласно известному уровню техники; прямое сопло, представляющее собой цилиндр с внутренним диаметром 10 мм и длиной 220 мм;

c) пример 6 (сравнительный пример): сопло, сочетающее (в порядке прохождения охлаждающего газа) конус высотой 50 мм и диаметром на выходе 10 мм и диаметром на входе 16 мм, затем цилиндр длиной 50 мм и диаметром 10 мм; выше конуса находился цилиндр диаметром 16 мм и длиной 120 мм; отношение длины цилиндра к диаметру эжекционного отверстия составляло, таким образом, 5.

- 3 023455

Сопла были расположены в шахматном порядке. Давление воздуха в коробах составляло 2700 мм водяного столба (мм вод. ст.).

Листы стекла были размером 50x50 см и толщиной 3,15 мм. Они проходили между верхними и нижними коробами при 630°С со скоростью 230 мм/с. Зона охлаждения, занимаемая коробами, была 1 м по горизонтали. Отверстие для эжекции воздуха сопел было на расстоянии 20 мм от стекла.

После закалки проводили испытание на фрагментацию на закаленных стеклах согласно стандарту ЕСЕ К43. Чтобы иметь то же самое число фрагментов, можно было выиграть 6% в скорости вращения в случае сопел согласно изобретению, если сравнивать сопла примеров 5 и 6. Это позволяет выиграть 25% электроэнергии. Если выбирали сохранение той же самой скорости вентилятора, в испытании на разрушение наблюдали приблизительно на 60% больше фрагментов в случае сопел согласно изобретению. Примеры 5 и 6 приводили точно к тем же самым результатам.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для охлаждения листов стекла струями воздуха, эжектируемыми по меньшей мере одним соплом в форме трубы, содержащее короб, питающий воздухом указанное сопло, отличающееся тем, что поток воздуха, выбрасываемого через эжекционное отверстие сопла, последовательно проходит через коническую часть, внутреннее сечение которой уменьшается в направлении потока, затем через цилиндрическую часть, содержащую эжекционное отверстие, внутреннее сечение которой соответствует наименьшему внутреннему сечению конуса и внутреннему сечению эжекционного отверстия, при этом цилиндрическая часть сопла имеет длину, которая в 6 раз больше диаметра эжекционного отверстия.
2. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что цилиндрическая часть сопла имеет длину, которая в 8 раз больше диаметра эжекционного отверстия.
3. Устройство по одному из предыдущих, пунктов, отличающееся тем, что цилиндрическая часть сопла имеет длину, которая в 20 раз больше диаметра эжекционного отверстия.
4. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что диаметр эжекционного отверстия больше 4 и меньше 20 мм.
5. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что диаметр эжекционного отверстия находится в диапазоне от 6 до 15 мм.
6. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что коническая часть имеет длину больше 10 мм.
7. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что коническая часть имеет длину меньше 270 мм.
8. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что половинный угол при вершине конической части изменяется в интервале от 7 до 35°.
9. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что половинный угол при вершине конической части изменяется в интервале от 10 до 25°.
10. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что сопло содержит дополнительную трубчатую часть, расположенную между большим основанием конической части и кожухом.
11. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что дополнительная трубчатая часть является нелинейной.
12. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит множество указанных сопел.
13. Устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно содержит слой роликов для транспортирования листов стекла, при этом ось эжекционного отверстия проходит между двумя роликами.
14. Способ получения листового стекла, в котором нагревают указанный лист, затем его охлаждают воздухом, эжектируемым через устройство по одному из предыдущих пунктов.
15. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что охлаждение осуществляется так, чтобы обеспечить отверждение листа.
16. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что охлаждение осуществляется так, чтобы обеспечить закалку.
17. Способ по одному из предыдущих пунктов, касающихся способа, отличающийся тем, что лист перемещают во время эжекции воздуха.