RU220432U1 - Дверь коксовой печи - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к коксохимической отрасли, а именно к дверям коксовых печей с горизонтальными камерами коксования угля. Дверь коксовой печи содержит корпус 1 с ригельными затворами 8 крепления в крюках 9 рамы 10 камеры 11 коксовой печи. Корпус выполнен в виде двутавровой балки из жаростойкого чугуна, в стенке которой выполнены отдельные окна 2, а в простенках окон между полками балки выполнены ребра 3. На корпусе закреплена плита 4 в сборе со средством уплотнения, содержащим упругую диафрагму 5 с уплотнительной рамкой в виде ножа 6 и кирпичедержатель 7. На поверхности плиты 4, обращенной к корпусу, жестко закреплены два продольных параллельных ребра 12. Диафрагма 5 выполнена с отбортовкой по периметру, при этом стык борта 17 с полотном диафрагмы 5 выполнен с галтелью 18. Рабочая кромка уплотнительного ножа, контактирующая с зеркалом камеры печи, выполнена с отклонением от плоскости 0,2 мм на всей длине уплотнительной рамки и чистотой шероховатости поверхности Ra 3,2. Уплотнение двери к зеркалу рамы камеры коксовой печи создается при замыкании ригельных затворов 8 в крюках рамы камеры регулируемым суммарным усилием пружин регулировочных упоров 20 ножей 6 уплотнительной рамки и распорной нагрузки пружин ригельных затворов 8, превышающей суммарное распорное усилие упоров 20 на 10-25%. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к коксохимической отрасли, а именно к дверям коксовых печей с горизонтальными камерами коксования угля.

Уровень техники

Из патентной и научно технической информации широко известны различные устройства дверей коксовых печей.

В связи с особенностью работы этих устройств в агрессивной среде высоких температур 1050-1100°С, активной коррозии, термических и механических нагрузок, основной проблемой является уплотнение двери с ответной поверхностью рамы камеры коксовой печи и устранение зазоров, неизбежно возникающих при эксплуатации, с неконтролируемой утечкой коксового газа. Как правило, дверь выполняется из двух частей - запирающей, а именно корпуса с ригельными затворами и закрепленной на нем уплотняющей частью, содержащей узел с уплотнительным элементом и футеровкой.

Так, например, известно устройство «Дверь коксовой печи» по патенту на изобретение RU 2719837С1 (приоритет от 24.12.2018; опубл. 23.04.2020; Бюлл. №12). Устройство содержит корпус, ригельные затворы, взаимодействующие с крюками рамы камеры печи, закрепленную на корпусе плиту в сборе с упругой диафрагмой с уплотнительной рамкой, средствами для поджатия уплотнительной рамки к зеркалу рамы печи и кирпичедержатель.

Особенность устройства состоит в том, что корпус двери выполнен из стального проката сварной или клепано-сварной коробчатой конструкции. При этом распорные пружинные упоры для поджатия в виде регулировочных болтов по периметру рамки, для уменьшения перегрева, установлены на кронштейнах корпуса в открытом положении. Между собой корпус и плита соединены двумя горизонтальными шарнирными осями, расположенными в поперечном сечении двери, в кронштейнах между ригельными затворами корпуса.

К недостаткам устройства следует отнести выполнение сварного коробчатого корпуса, полость которого, в сочетании с недостаточным воздушным зазором между плитой и корпусом, вызывает повышение термических нагрузок приводящих к деформации элементов двери, а также короблению с разрушением соединения полотна диафрагмы с ножом уплотняющей рамки, проявляясь в нарушении герметичности сопряжения двери с рамой камеры печи. Крепление корпуса с уплотняющим средством только в двух местах приводит к его продольному некомпенсированному короблению. Кроме того, установка распорных пружин регулировочных болтов в открытом положении в отдельном случае перегрева может привести к их опасному разрыву.

При этом загрязнения в виде отложения коксовых смол, шихты и графита, образующиеся в труднодоступных местах двери, при работе коксовой печи приводят к снижению конвекционного охлаждения и, как следствие, снижению теплоотдачи устройства в целом. В результате указанных недостатков известное устройство не получило широкого применения в работе коксовых печей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели известно устройство «Дверь коксовой печи» по патенту на изобретение RU №2292377 С2 (приоритет от 10.12.2004; опубл. 20.05.2006 Бюлл. №14), (устройство принято за прототип).

Дверь содержит корпус, выполненный в виде монолитной балки с двутавровым поперечным сечением, с ригельными затворами крепления двери в крюках рамы проема печи. На корпусе смонтирована плита в сборе с упругой диафрагмой с уплотнительной рамкой и кирпичедержатель. Рабочая кромка ножа уплотнительной рамки при установке двери равномерно по периметру прижимается к зеркалу рамы печи совместным распорным усилием ригельных затворов корпуса и независимых пружинных узлов регулировки торцевого прижатия ножа.

Эксплуатация двери сопровождается термическими деформациями, как рамы проема печи, балки корпуса, так и короблением упругого участка вылета полотна диафрагмы за контуром плиты.

Особенность устройства заключена в узлах соединения плиты с корпусом. Для компенсации сдвигающих усилий при короблении элементов двери, на плите закреплены направляющие, в которых с возможностью скольжения в плоскости диафрагмы размещены регулировочные Т-образные болты резьбового соединения плиты с корпусом.

Дополнительно для компенсации изгибающих моментов и более плотного прилегания средней части двери к зеркалу рамы печи корпус соединен с плитой посредством парных разнонаправленных шарнирных распорных рычагов. Одни концы всех рычагов соединены между собой общей нажимной шарнирной осью, подвижно размещенной в пазу кронштейна, жестко закрепленного в центре плиты. Противоположным концом рычаги попарно шарнирно упираются в горизонтальные оси, закрепленные в полках двутавровой балки корпуса, фиксируют сборку, образуя при этом с осью в пазу кронштейна силовую треугольную ферму.

Для организации теплового потока конвекционного охлаждения двери между плитой и стенкой двутавровой балки корпуса сформирован определенный воздушный зазор.

Основной недостаток устройства состоит в том, что уплотняющий нож рамки на диафрагме представляет собой полку уголка прокатного профиля, повышенная жесткость которого для надежного уплотнения требует значительных усилий, как пружин ригелей, так и независимых пружинных узлов по периметру рамки. При этом в случаях коробления полотна диафрагмы и выворачивания ножа сварной шов диафрагмы и уголка подвержен растрескиванию. Кроме того узел шарнирных рычагов соединения корпуса с плитой нерационально усложняет конструкцию устройства. Зазор между плитой и стенкой двутавровой балки корпуса не обеспечивает достаточной естественной конвекции охлаждения, приводя к термическим деформациям и короблению элементов двери, что в результате не обеспечивает надежной герметичности.

Указанные недостатки стимулировали поиск новых технических решений.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства двери коксовой печи с повышенной степенью надежности герметизации сопряжения с рамой печи за счет повышения стойкости элементов двери в течение всего периода коксования и обеспечения гибкого диапазона уплотнения при установке уплотнительной рамки.

Для решения поставленной задачи в известной двери коксовой печи, содержащей корпус в виде балки двутаврового сечения с ригельными затворами крепления в крюках рамы печи, закрепленную на корпусе плиту в сборе со средством уплотнения, содержащем упругую диафрагму с уплотнительной рамкой, регулировочные упоры торцевого прижатия ножа уплотнительной рамки и кирпичедержатель, согласно полезной модели, корпус выполнен из жаростойкого чугуна, при этом в стенке балки корпуса, по всей длине выполнены отдельные сквозные окна, а между полками балки, на фасаде корпуса, в простенках между окнами, встроены ребра, на плоскости плиты, обращенной к корпусу, жестко закреплены два продольных параллельных ребра, а диафрагма выполнена из бесшовной стальной полосы с отгибом по периметру под прямым углом борта, с образованием на стыке борта с полотном диафрагмы галтели и закреплена кромкой борта с полосой ножа уплотнительной рамки, а рабочая кромка ножа, контактирующая с зеркалом камеры печи, выполнена с отклонением от плоскости 0,2 мм на всей длине уплотнительной рамки и чистотой шероховатости поверхности Ra 3,2. Кроме того, пружины ригельных затворов выполнены с суммарной распорной нагрузкой при замыкании ригелей в крюках рамы печи, превышающей суммарное распорное усилие пружин регулировочных упоров торцевого прижатия ножа уплотнительной рамки на 10-25%.

При этом, для фиксации сборки плиты с корпусом, на верхней части плиты смонтированы два цилиндрических штифта с возможностью сопряжения с ответными отверстиями в стенке балки корпуса, а полотно диафрагмы и полоса ножа выполнены из жаростойкой нержавеющей стали по химическому составу одной группы свариваемости, а кромка борта полотна диафрагмы закреплена с полосой ножа по периметру уплотнительной рамки сварным соединением.

Технический результат предлагаемого устройства

Выполнение корпуса из жаростойкого чугуна, в сочетании с уплотнительной рамкой из жаростойкой стали, повышает термостойкость элементов устройства. При этом окна в стенке двутавровой балки корпуса формируют область свободной циркуляции теплового потока естественного конвекционного охлаждения, как вдоль внутренней, так и внешней стороны корпуса, существенно увеличивая количество передаваемого тепла в окружающую среду, снижая термические нагрузки на устройство в целом. Теплоотдача корпуса увеличена также за счет ребер стенки двутавра корпуса.

Выполнение сборки полотна диафрагмы из бесшовного листа с ножом одной группы свариваемости обеспечивает в процессе работы равномерное распределение термических напряжений по плоскости уплотнительного элемента.

Участок галтели борта диафрагмы на стыке с плоскостью ножа представляет упругую оболочку, в случае возможных деформаций, не передает усилие дальше на ножи, обеспечивая самоустановку плотного прилегания уплотнительной рамки при допустимой кривизне рамы камеры коксовой печи. При этом появляется свойство восстановления радиуса галтели и компенсации термических удлинений и расширений без нарушения сварного соединения диафрагмы с ножом.

Повышенная точность и чистота выполнения рабочей кромки ножа, в сочетании с определенным соотношением распорного усилия ригелей и регулировочных упоров ножа, создают равномерно распределенное уплотнение «железо по железу», что значительно повышает герметичность сопряжения уплотнительной рамки с зеркалом рамы печи.

Закрепление на плите продольных ребер повышает жесткость элемента, снижает воздействие изгибающих моментов от термических нагрузок.

Изложенная совокупность отличительных признаков решает поставленную задачу и обеспечивает технический результат в применении устройства.

Проведенный поиск в доступных источниках научно-технической и патентной информации не выявил технических решений совпадающих с заявляемой совокупностью отличительных признаков. Это, в сочетании с получением ожидаемого технического результата, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой полезной модели критерию "новизна".

Сущность полезной модели и пример конкретного выполнения предлагаемого устройства двери коксовой печи поясняется чертежами, где

на фиг. 1 -общий вид двери, вид в плане;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - продольный разрез Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1;

на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1;

на фиг. 6 - вид Д на фиг. 2.

Дверь коксовой печи содержит корпус в виде двутавровой балки 1 из жаростойкого чугуна со сквозными окнами 2 в стенке балки, с ребрами 3 между полками балки в простенках окон, плиту 4 в сборе с упругой диафрагмой 5 с закрепленной на ней по периметру уплотнительной рамкой в виде ножа 6 и кирпичедержателем 7. Ригельные затворы 8 корпуса выполнены с возможностью взаимодействия с крюками 9 на раме 10 камеры 11 коксовой печи.

На обращенной к корпусу плоскости плиты 4 жестко закреплены два продольных, параллельных ребра 12, два цилиндрических штифта 13, сопряженные с ответными отверстиями 14 корпуса и направляющие 15.

Зафиксированная этими штифтами плита с корпусом закреплена равномерно по периметру регулируемыми резьбовыми соединениями 16, установленными с возможностью скольжения в направляющих 15 плиты.

Диафрагма 5 выполнена из бесшовного стального листа с отгибом по периметру под прямым углом борта 17, с образованием на стыке борта с полотном диафрагмы галтели 18 и закреплена по периметру с полосой ножа 6 сварным соединением. Полоса ножа уплотнительной рамки и полотно диафрагмы выполнены из жаростойкой нержавеющей стали, по химическому составу одной группы свариваемости, с высокоточной обработкой поверхности рабочей кромки ножа, с отклонением от плоскости 0,2 мм на всей длине уплотнительной рамки и чистотой шероховатости Ra 3,2.

Равномерно по наружному контуру корпуса в каналах гильз 19 смонтированы регулировочные пружинные упоры 20. При этом шлицевые пазы 21 в головках упоров 20 сопряжены с ребром ножа 6 в продольном направлении для удержания его в рабочем положении.

Пружины ригельных затворов 22 при замыкании ригелей в крюках 9 рамы печи, превышают суммарное распорное усилие пружин регулировочных упоров 20 уплотнительной рамки на 10-25%.

Для организации эффективного теплового потока конвекционного охлаждения между плитой и корпусом сформирован воздушный зазор 23 с вовлечением полостей окон 2 стенки балки.

Устройство работает следующим образом.

Дверь устанавливают в проем камеры коксовой печи и запирают ригельными затворами. При замыкании ригелей в крюках рамы камеры печи распорным усилием пружин ригелей затвора в сочетании с усилием предварительно напряженных регулировочных пружинных упоров уплотнительной рамки, создается равномерное торцевое прижатие ножа, обеспечивая необходимую герметичность стыка двери с зеркалом рамы камеры печи. Суть работы диафрагмы с уплотнительной рамкой в целом заключается в том, что все дополнительные усилия, возникающие при допустимых линейных изменениях элементов от перепадов температур, принимает на себя участок галтели, поэтому все возможные деформации остаются лишь на локальных участках диафрагмы, не отражаясь на работе уплотнительной рамки. В случае обнаружения утечки коксовых газов в атмосферу раскрытие стыка устраняется независимой продольной регулировкой пружинных упоров торцевого прижатия ножа уплотнительной рамки.

Промышленная применимость

Техническое решение может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия «промышленная применимость».

Так, изготовленный опытный образец двери (с габаритами 7500 мм по длине и 600 м по ширине), установленный на действующей коксовой батарее, за испытательный срок превысил срок эксплуатации штатных дверей в 2 раза и продолжает работать без капитального ремонта. При этом повышена надежность герметизации в плоскости стыка двери с зеркалом рамы камеры печи при кривизне последней до 25 мм по длине. Кроме того, за счет интенсивности конвекционного теплообмена, при очистке двери наблюдается уменьшение загрязненности в виде отложений каменноугольной смолы.

Claims (5)

1. Дверь коксовой печи, содержащая корпус в виде балки двутаврового сечения с ригельными затворами крепления в крюках рамы печи, закрепленную на корпусе плиту в сборе со средством уплотнения, содержащим упругую диафрагму с уплотнительной рамкой, регулировочные упоры торцевого прижатия ножа уплотнительной рамки и кирпичедержатель, отличающаяся тем, что корпус выполнен из жаростойкого чугуна, при этом в стенке балки корпуса, по всей длине выполнены отдельные сквозные окна, а между полками балки, на фасаде корпуса, в простенках между окнами, встроены ребра, на плоскости плиты, обращенной к корпусу жестко закреплены два продольных параллельных ребра, а диафрагма выполнена из бесшовной стальной полосы с отгибом по периметру под прямым углом борта, с образованием на стыке борта с полотном диафрагмы галтели и закреплена кромкой борта с полосой ножа уплотнительной рамки, а рабочая кромка ножа, контактирующая с зеркалом камеры печи, выполнена с отклонением от плоскости 0,2 мм на всей длине уплотнительной рамки и чистотой шероховатости поверхности Ra 3,2.

2. Дверь коксовой печи по п. 1, отличающаяся тем, что пружины ригельных затворов выполнены с суммарной распорной нагрузкой при замыкании ригелей в крюках рамы печи, превышающей суммарное распорное усилие пружин регулировочных упоров торцевого прижатия ножа уплотнительной рамки на 10-25%.

3. Дверь коксовой печи по п. 1, отличающаяся тем, что для фиксации сборки плиты с корпусом, на верхней части плиты смонтированы два цилиндрических штифта с возможностью сопряжения с ответными отверстиями в стенке балки корпуса.

4. Дверь коксовой печи по п. 1, отличающаяся тем, что полотно диафрагмы и полоса ножа выполнены из жаростойкой нержавеющей стали по химическому составу одной группы свариваемости.

5. Дверь коксовой печи по п. 1, отличающаяся тем, что кромка борта полотна диафрагмы закреплена с полосой ножа по периметру уплотнительной рамки сварным соединением.