PL242460B1

PL242460B1 - Modułowe urządzenie do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu

Info

Publication number: PL242460B1
Application number: PL436568A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Piechowicz; Robert CIEPLICKI; Robert Cieplicki; Damian SIEMIATOWSKI; Damian Siemiatowski; Marcin SZYC; Marcin Szyc; Piotr Skarbiński; Jerzy Górka; Wojciech Karkosz
Original assignee: Seco/Warwick Spolka Akcyjna
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2023-02-27
Also published as: EP4271843A1; PL436568A1; WO2022146153A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest modułowe urządzenie do nadmuchu gazów na powierzchnie obrabianych cieplnie wsadów stanowiące element systemu nadmuchu pieców komorowych wsadowych, w których ruch gazów podczas nagrzewania i chłodzenia konwekcyjnego generuje się za pomocą środków mechanicznych, a nadmuch na powierzchnię wsadu prowadzony jest przez dysze zamocowane na powierzchni płyty i odchylone w dwóch kierunkach w stosunku do osi płyty. Dysze (3) ułożone są na powierzchni płyty nośnej (2) równomiernie względem jej osi symetrii (OP) płyty nośnej (2) i tworzą co najmniej dwa regularne szyki. Dysze (3) są odchylone obwodowo od osi symetrii (OP) płyty nośnej (2) o kąt odchylenia obwodowego dysz (β) oraz odśrodkowo o kąt odśrodkowy (γ).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie modułowe do wysokowydajnego i równomiernego nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu, stanowiące element systemu nadmuchu stosowanego w piecach przemysłowych do obróbki cieplnej, w których ruch gazów podczas nagrzewania i chłodzenia konwekcyjnego generuje się za pomocą środków mechanicznych. Wynalazek może znaleźć zastosowanie w szczególności w obróbce cieplnej wsadów metalowych, np. w postaci blach lub folii w kręgach wykonanych z aluminium i jego stopów, stali i innych metali, które poddaje się międzyoperacyjnym lub końcowym procesom obróbki cieplnej, takim jak wyżarzanie odprężające oraz wyżarzanie rekrystalizujące.

Do obróbki cieplnej tego typu wsadów stosowane są jedno- lub wielokomorowe piece wsadowe wyposażone w zespoły dysz, otworów, slotów, itp., rozstawionych symetrycznie po przeciwległych stronach komory procesowej i połączonych z maszyną przepływową, np. wentylatorem, tworząc system nadmuchu gazu na wsad. W celu skrócenia czasu wyżarzania wsadów zmierza się do uzyskania jak największej wymiany ciepła w piecu komorowym. Unika się stosowania systemów nadmuchowych, które prowadzą do powstania dużych lokalnych różnic w wymianie ciepła, ponieważ może dojść do lokalnego przegrzewania, co może powodować np. przebarwienia taśm metalowych, a ponadto może mieć to negatywny wpływ na właściwości metalurgiczne.

Znane są moduły dysz stanowiące elementy systemów nadmuchowych, będące częścią wyposażenia komór procesowych pieców przemysłowych lub stanowiące odrębne, zindywidualizowane i kompaktowe urządzenia przeznaczone do obróbki cieplnej wąskiego asortymentu wsadu.

W patencie nr EP1485207B1 opisano urządzenie do równomiernego nadmuchu gazu na wsad, w którym okrągłe, rozmieszczone w równych odstępach dysze są skierowane prostopadle do nagrzewanej powierzchni. Istotą rzeczonego wynalazku jest deflektor znajdujący się wewnątrz dyszy, który nadaje ruch wirowy wypływającemu strumieniowi gazu.

Z kolei w zgłoszeniu patentowym nr EP3489602A1 opisany jest wynalazek, który dotyczy jednokomorowego, kompaktowego pieca wsadowego do wyżarzania materiałów oraz metody obróbki cieplnej tych materiałów z wykorzystaniem opracowanego pieca. Zasadnicza część urządzenia składa się z wentylatora zasysającego powietrze z wnętrza pieca, nagrzewnicy oraz dysz rozmieszczonych koncentrycznie wokół wentylatora. Cechą wyróżniającą ten wynalazek jest centralny otwór w płycie z dyszami, stanowiący trakt wlotowy wentylatora. Podstawową jego wadą jest konieczność precyzyjnego dopasowania urządzenia dla wąskiego asortymentu wsadów, a także konieczność stosowania wielu takich urządzeń w produkcji wielkoseryjnej.

W niemieckim opisie patentowym DE3503089C2 równomierną aplikację uzyskuje się dzięki zastosowaniu urządzenia rotacyjno-symetrycznego umieszczonego w dnie dyszy z licznymi otworami szczelinowymi, przy czym strumienie dyszy są pochylone względem powierzchni aplikacji w tym samym kierunku. Wymaga to jednak precyzyjnego centrowania wsadu względem układu nadmuchu.

Z europejskiego opisu patentowego EP0846930B1 znane jest również urządzenie modułowe do równomiernego nadmuchu gazu na płaską powierzchnię przedmiotu obrabianego cieplnie, składające się z płaskiego dna z otworami i zamocowanych do tego dna trwale dysz, które tworzą na powierzchni dna równomiernie rozmieszczone gniazda, z których każde zawiera identyczny układ czterech dysz umiejscowionych blisko siebie i pochylonych pod odpowiednim kątem. Przy każdym otworze dyszy gniazda, na dnie urządzenia modułowego jest zamocowane urządzenie w postaci kanału do odchylania strumieni dysz w zakresie 15-45°. Sąsiednie otwory dysz w ramach jednego gniazda wykazują mniejszy wzajemny odstęp niż od każdorazowo najbliżej położonego otworu dyszy sąsiedniej grupy. Wszystkie otwory wszystkich gniazd tworzą w dnie całość otworów dyszy, a powierzchnia aplikacji gniazd w stosunku do typowej, całkowitej powierzchni aplikacji jest mała. Odstęp pomiędzy położonymi najbliżej siebie otworami dyszy sąsiednich gniazd wynosi przynajmniej 1,5-krotność najmniejszego odstępu pomiędzy położonymi najbliżej otworami dyszy w gnieździe. Całkowita powierzchnia prześwitów otworów dysz, poprzez który następuje nadmuch gazu stanowi w projekcji na powierzchnię płyty nośnej od 2% do 10% powierzchni tej płyty. Odpowiednia konfiguracja układu dyszowego pozwala na wzajemną interakcję strumieni gazu wypływających z sąsiadujących ze sobą dysz, skutkiem czego generowany jest ruch wirowy wypadkowego strumienia gazu oraz lokalna turbulizacja przepływu. Podstawową wadą tego wynalazku jest znaczny spadek prędkości wypadkowego strumienia gazu wraz ze wzrostem odległości od wylotu dysz, co powoduje, że równomierny i wydajny nadmuch gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu jest możliwy do osiągnięcia jedynie dla stosunkowo niewielkiej odległości pomiędzy wylotem z dysz a powierzchnią wsadu.

Generalnie, znane rozwiązania cechują się skomplikowaną konstrukcją wymagającą dodatkowych urządzeń lub elementów pracujących w wysokich temperaturach, albo wprowadzają znaczne opory przepływu do układu cyrkulacji gazu, przez co zachodzi konieczność stosowania wentylatorów dużej mocy.

Celem wynalazku jest opracowanie modułowego urządzenia do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu, stanowiącego element wyposażenia systemu nadmuchowego pieców do obróbki cieplnej, o konstrukcji zapewniającej intensywne, równomierne oraz symetryczne grzanie i chłodzenie wsadów metalowych w celu przeprowadzenia procesu wyżarzania w możliwie jak najkrótszym czasie, ale bez ryzyka wystąpienia lokalnych przegrzać poszczególnych obszarów wsadu, a także przy minimalnych nakładach energetycznych związanych z napędem maszyny przepływowej wytwarzającej ruch gazu. Urządzenie ma zapewnić i zoptymalizować obróbkę cieplną wsadów np. aluminium i jego stopów, stali i innych metali, dla szerokiej gamy wielkości tych wsadów i bez ingerencji w konstrukcję wyposażenia pieca. Ponadto, celem nowej konstrukcji urządzenia jest zapewnienie stosunkowo niewielkich zmian w dynamice i rozpływie wypadkowego strumienia gazu dla szerokiego asortymentu obrabianych wsadów, zwłaszcza dla zmiennej szerokości kręgów aluminiowych obrabianych w komorze pieca o stałych wymiarach i stałych odległościach pomiędzy przeciwległe i symetrycznie umiejscowionymi względem komory procesowej zespołami dysz.

Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów na powierzchnie obrabianych cieplnie wsadów, stanowiące element systemu nadmuchu pieców komorowych wsadowych, w których ruch gazów podczas nagrzewania i chłodzenia konwekcyjnego generuje się za pomocą środków mechanicznych, a nadmuch na powierzchnię wsadu prowadzony jest z dwóch przeciwległych stron komory procesowej pieca, połączonych z maszyną przepływową, znajdującą się poza komorą procesową, która zasysa gaz z przestrzeni komory procesowej, a następnie tłoczy go poprzez zespół kanałów, wyposażonych w elementy grzejne, do modułowego urządzenia, w którym następuje przyśpieszenie i właściwe ukierunkowanie wypadkowego strumienia gazu na powierzchnię wsadu, i które to urządzenie modułowe składa się ze sztywnej płyty, połączonej ze ścianami komory procesowe j pieca, zaopatrzonej w przelotowe otwory umożliwiające przepływ gazu przez dysze oraz z dysz zamocowanych trwale na powierzchni płyty i odchylonych w dwóch kierunkach w stosunku do osi płyty, charakteryzuje się tym, że dysze ułożone są na powierzchni płyty nośnej, równomiernie względem osi symetrii tejże płyty nośnej, w co najmniej dwóch regularnych szykach, które to dysze są odchylone obwodowo od osi symetrii płyty nośnej o kąt odchylenia obwodowego oraz są odchylone odśrodkowo o kąt odśrodkowy, przy czym kąt odchylenia obwodowego dysz jest zawarty pomiędzy leżącymi na pierwszej płaszczyźnie osią symetrii dyszy oraz linią prostą styczną do okręgu o środku pokrywającym się ze środkiem symetrii płyty nośnej i promieniu wyznaczonym przez punkt przecięcia osi symetrii dyszy z płaszczyzną płyty nośnej, natomiast kąt odśrodkowy dysz jest zawarty pomiędzy leżącymi na płaszczyźnie osią dyszy oraz prostą przechodzącą przez środek symetrii płyty nośnej i punkt przecięcia osi symetrii dyszy z płaszczyzną płyty nośnej.

Korzystnie jest, gdy kąt odchylenia obwodowego i kąt odśrodkowy dla każdej dyszy są jednakowe i wynoszą 45-89°.

Korzystnie jest, gdy dysze ułożone są w dwóch współśrodkowych szykach, przy czym w szyku zewnętrznym znajduje się od 6 do 24 dysz, a w szyku wewnętrznym od 3 do 12 dysz.

Korzystnie jest, gdy odległość między kolejnymi szykami mierzona wzdłuż promienia płyty nośnej wynosi od 1 do 5 hydraulicznych średnic dyszy na wylocie.

Korzystnie jest, gdy odległość między kolejnymi szykami wynosi 180-300 mm i stanowi 18-32% długości promienia płyty nośnej.

Korzystnie jest, gdy całkowita powierzchnia wszystkich otworów dysz w rzucie prostokątnym na powierzchnię płyty nośnej urządzenia wynosi 4-30% powierzchni całkowitej płyty nośnej w rzucie prostokątnym.

Korzystnie jest, gdy dysze mają w przekroju poprzecznym kształt kołowy.

Korzystnie jest, gdy płyta nośna ma kształt koła.

Korzystnie jest, gdy dysze mają w przekroju poprzecznym kształt prostokąta.

Korzystnie jest, gdy dysze rozmieszczone są na płycie nośnej w trzech kołowych szykach.

Korzystnie jest, gdy dysze są osadzone na płycie nośnej z użyciem wyprofilowanej zwężki konfuzora.

Specjalnie zaprojektowane urządzenie może współpracować w układzie symetrycznym z drugim, równorzędnym urządzeniem, oraz wydajnym wentylatorem wytwarzającym ruch gazu w układzie zamkniętym. Niewątpliwą zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania go w warunkach przemysłowych przy wysokowydajnej i wielkoseryjnej obróbce cieplnej, jako rozwiązania optymalnego dla szerokiego asortymentu kręgów blach lub folii (różne szerokości i średnice kręgów, grubości blachy, folii, itp.). Wynalazek może mieć szczególne zastosowanie w obróbce cieplnej blach lub folii w kręgach wykonanych z aluminium i jego stopów, stali i innych metali, przeprowadzanej w jedno- lub wielokomorowych piecach konwekcyjnych.

Wynalazek w przykładzie wykonania zilustrowano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia piec w przekroju poprzecznym z kręgiem blachy aluminiowej znajdującym się w centralnym położeniu komory grzejnej, z wyrwaniem w miejscu wentylatora oraz elementów grzejnych i jednym z wariantów modułów będących przedmiotem wynalazku, fig. 2 przedstawia widok modułu z fig. 1 z kątami pochylenia dysz oraz płaszczyzną tworzącą kąt β, fig. 3 przedstawia pochylenie dysz z płaszczyzną tworzącą kąt γ, fig. 4 przedstawia moduł dysz z fig. 1 w widoku prostokątnym, obrazującym ułożenie dysz w szykach, fig. 5 przedstawia moduł dysz z fig. 1 w widoku z boku, fig. 6 przedstawia dyszę modułu z fig. 4 w widoku poglądowym, zaś fig. 6a, 6b, 6c jej rzuty w widokach, odpowiednio, prostokątnym, z góry oraz z boku, fig. 7 przedstawia przekrój pieca z modułami według jednego z wariantów, z kręgiem o małej szerokości, fig. 8 i fig. 12 przedstawiają przekrój pieca z modułami według wybranych wariantów z dyszami ułożonymi w trzech szykach, o różnym kącie nachylenia β, fig. 9 i fig. 13 przedstawiają moduł, odpowiednio, z fig. 8 i fig. 12 w widoku prostokątnym w odniesieniu do ułożenia modułu w piecu, obrazującym ułożenie dysz w szykach, fig. 10 i fig. 14 przedstawiają moduł dysz, odpowiednio, z fig. 8 i fig. 12 w widoku z góry, fig. 11 i fig. 15 przedstawiają dyszę modułu, odpowiednio, z fig. 8 i fig. 12 w widoku poglądowym, zaś fig. 11 a, fig. 15a, fig. 11b, fig. 15b, fig. 11c i fig. 15c jej rzuty w widokach, odpowiednio, prostokątnym, z góry oraz z boku, fig. 16 przedstawia przekrój pieca z modułami według wybranego wariantu, z dyszami o przekroju zaokrąglonych kwadratów, fig. 17 przedstawia moduł z fig. 16 w widoku prostokątnym w odniesieniu do ułożenia w piecu, obrazującym ułożenie dysz w szykach, fig. 18 przedstawia moduł dysz z fig. 16 w widoku z góry, fig. 19 przedstawia dyszę modułu z fig. 16 w widoku poglądowym, zaś fig. 19a, 19b, 19c jej rzuty w widokach, odpowiednio, prostokątnym, z góry or az z boku, fig. 20 przedstawia kształt globalnego wiru - wypadkowego strumienia gazu, jako izopowierzchnię prędkości wylotowej z dysz modułu z rozpływem na czole nagrzewanego kręgu, w perspektywie od strony dysz, fig. 21 przedstawia kształt globalnego wiru w perspektywie, fig. 22 przedstawia schematycznie kierunki rozpływu poszczególnych strumieni gazu z dysz modułu, natomiast fig. 23 przedstawia wykres grzania kręgu blachy aluminiowej obrabianej w piecu z modułami według wynalazku.

Przykład 1

Urządzenie modułowe do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu pokazano na fig. 1, gdzie obrabiany jest krąg blachy aluminiowej 9 o szerokości 1600 mm znajdujący się w osi modułów 1, w centralnej części komory grzejnej 6 wsadowego pieca konwekcyjnego 7, przy czym jest on zawieszony na ramie poprzez centralnie umieszczoną wewnątrz kręgu 9 rurę stalową.

Płaszczyzny czołowe 8 kręgu 9 o średnicy zewnętrznej 01850 mm i wewnętrznej 0640 mm są symetrycznie oddalone od końcówek dysz 3 o około 150 mm. Moduł 1 ma postać blachy stalowej stanowiącej płytę nośną 2 o średnicy 1930 mm z zamocowanymi na jej powierzchni dyszami 3 o średnicy wewnętrznej 120 mm i długości 270 mm, mierzonej w osi dyszy, usytuowanymi w dwóch koncentrycznych szykach kołowych 4 i 5. Wewnętrzy szyk 4 o średnicy 0580 mm zawiera 6 dysz 3, a zewnętrzny szyk 5 o średnicy 01050 mm zawiera 12 dysz 3. Wszystkie osie dysz 3 są pochylone w jednakowy sposób obwodowo pod kątem β wynoszącym 75° i odśrodkowo pod kątem γ wynoszącym 88°.

Dwa identyczne moduły 1 zamocowane są symetrycznie i równolegle do siebie, po przeciwległych stronach komory grzejnej 6 wsadowego pieca konwekcyjnego 7, za pomocą śrub tworzących połączenia trwałe i rozłączne modułów 1 z wnętrzem pieca 7, przy czym moduły 1 są oddalone od siebie o 1900 mm mierząc odległość od końcówek dysz 3. Płyty nośne 2 obu modułów 1 są skierowane równolegle do powierzchni czołowych 8 kręgu blachy 9. Proces grzania kręgu blachy 9 odbywa się przy użyciu nadmuchu gorącego powietrza wypływającego z dysz 3 na jego czołowe

PL 242460 Β1 powierzchnie 8. Proces polega na doprowadzeniu kręgu 9 w możliwie krótkim czasie do temperatury docelowej 380°C i z zachowaniem równomierności temperatury w całej jego objętości w zakresie +/- 3°C, przy czym niedopuszczalne jest nawet miejscowe, powierzchniowe przegrzanie kręgu 9 o więcej niż 10°C, a następnie wychłodzenie go według założonej procedury. Aby skrócić czas trwania nagrzewania stosuje się w pierwszej fazie procesu wstępne przegrzanie komory grzejnej 6 w stosunku do temperatury docelowej kręgu 9, a następnie redukuje się temperaturę komory grzejnej 6 do osiągnięcia wartości docelowej czyli 380°C. Wentylator 12 zasysa gaz z przestrzeni komory grzejnej 6, a następnie tłoczy go poprzez zespół kanałów 13 wyposażonych w elementy grzejne 11 do współpracujących w parze modułów 1, w których następuje ukierunkowanie oraz przyspieszenie strumieni gazu do minimum 20 m/s, a także uformowanie wiru globalnego (wypadkowego strumienia gazu) działającego w dwójnasób - wirowo i odśrodkowo, co zwiększa zasięg i równomierność rozpływu wypadkowego strumienia gazu na powierzchni czołowej 8 kręgu blachy 9. Proces ten zachodzi w sposób ciągły w obiegu zamkniętym, aż do osiągnięcia zadanej temperatury kręgu blachy aluminiowej 9 w całej jego objętości w zakresie +/- 3°C.

W tabeli 1 przedstawiono parametry dla przykładu 1.

Tabela 1

Przykład 1
Parametr	Wartość	Jednostka
Średnica zewnętrzna / wewnętrzna kręgu	φ 1850 /φ 640	mm
Szerokość kręgu	1600	mm
Podparcie kręgu	na ramie w osi modułów
Średnica dysz	120	mm
Długość dysz	270	mm
Kątp	75°
KątY	88°
Odległość dysza - powierzchnia czołowa kręgu	150	mm
Średnica szyku wewnętrznego	φ 580	mm
Ilość dysz w szyku wewnętrznym	6	szt
Średnica szyku zewnętrznego	φ 1050	mm
Ilość dysz w szyku zewnętrznym	12	szt
Całkowita iość dysz	18	szt

Przykład 2

Urządzenie modułowe do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego kręgu blachy aluminiowej 9 odpowiada temu z przykładu 1, z tym, że obrabiany jest w nim krąg blachy aluminiowej 9 o szerokości 1000 mm, jak pokazano na fig. 12.

Pozostałe parametry jak w przykładzie 1. Redukcja współczynnika wnikania ciepła a [W/m²K‘¹] na powierzchni czołowej 8 kręgu 9, na skutek dużego zmniejszenia jego szerokości z 1600 (przykład 1) na 1000 mm nie przekracza 20%, natomiast równomierność rozkładu temperatury pozostaje na podobnym, należytym poziomie. W tabeli 2 przedstawiono parametry dla przykładu 2.

PL 242460 Β1

Tabela 2

Przykład 2
Parametr	Wartość	Jednostka
Średnica zewnętrzna / wewnętrzna kręgu	φ 1850 / φ 640	mm
Szerokość kręgu	1000	mm
Podparcie kręgu	na ramie w osi modułów
Średnica dysz	120	mm
Długość dysz	270	mm
Kąt β	75°
KątY	88°
Odległość dysza - powierzchnia czołowa kręgu	150	mm
Średnica szyku wewnętrznego	φ 580	mm
Ilość dysz w szyku wewnętrznym	6	szt
Średnica szyku zewnętrznego	φ 1050	mm
Ilość dysz w szyku zewnętrznym	12	szt
Całkowita iość dysz	18	szt

Za pomocą urządzenia modułowego 1, które zastosowano w przykładach 1 i 2 można obrabiać kręgi blachy aluminiowej 9 o szerokościach korzystnie od 1000 do 1600 mm, oraz o średnicach zewnętrznych korzystnie od 1600 do 1900 mm.

Przykład 3

Urządzenie modułowe do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie zbliżone jest do tego z przykładu 1, przy czym krąg blachy aluminiowej 9 o szerokości 2000 mm znajdujący się w osi modułów 1, w centralnej części komory grzejnej 6 wsadowego pieca konwekcyjnego 7, podparty jest na siodle, jak pokazano na fig. 13. Płaszczyzny czołowe 8 kręgu 9 o średnicy zewnętrznej 01900 mm i wewnętrznej 0700 mm są symetrycznie oddalone od końcówek dysz 3 o około 75 mm. Moduł 1 ma postać blachy stalowej stanowiącej płytę nośną 2 o średnicy 1930 mm z zamocowanymi na jej powierzchni dyszami 3 o średnicy wewnętrznej 70 mm i długości 150 mm, mierzonej w osi dyszy, usytuowanymi w trzech koncentrycznych szykach kołowych. Wewnętrzy szyk 4 o średnicy 0650 mm zawiera 12 dysz 3, środkowy szyk 10 o średnicy 01090 mm zawiera 24 dysze 3, a zewnętrzny szyk 5 o średnicy 01530 mm zawiera 30 dysz 3. Wszystkie osie dysz 3 są pochylone w jednakowy sposób obwodowo pod kątem β wynoszącym 70° i odśrodkowo pod kątem γ wynoszącym 70°. W tabeli 3 przedstawiono parametry dla przykładu 3.

PL 242460 Β1

Tabela 3

Przykład 3
Parametr	Wartość	Jednostka
Średnica zewnętrzna / wewnętrzna kręgu	φ 1900 / φ 700	mm
Szerokość kręgu	2000	mm
Podparcie kręgu	na siodle w osi modułów
Średnica dysz	70	mm
Długość dysz	150	mm
Kątp	70°
KątT	70°
Odległość dysza - powierzchnia czołowa kręgu	75	mm
Średnica szyku wewnętrznego	φ 650	mm
Ilość dysz w szyku wewnętrznym	12	szt
Średnica szyku środkowego	φ 1090	mm
Ilość dysz w szyku środkowym	24	szt
Średnica szyku zewnętrznego	φ 1530	mm
Ilość dysz w szyku zewnętrznym	30	szt
Całkowita iość dysz	66	szt

Za pomocą urządzenia modułowego 1, które zastosowano w przykładzie 3 można obrabiać kręgi blachy aluminiowej 9 o szerokościach korzystnie od 1600 do 2000 mm, oraz o średnicach zewnętrznych korzystnie od 1700 do 1900 mm.

Przykład 4

Urządzenie modułowe do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu odpowiada temu z przykładu 3, z tym, że płaszczyzny czołowe 8 kręgu 9 o średnicy zewnętrznej 01900 mm i wewnętrznej 0700 mm są symetrycznie oddalone od końcówek dysz 3 o około 100 mm, a wszystkie osie dysz 3 są pochylone w jednakowy sposób obwodowo pod kątem β wynoszącym 45° i odśrodkowo pod kątem γ wynoszącym 70°. Pozostałe parametry jak w przykładzie 3. W tabeli 4 przedstawiono parametry dla przykładu 4.

Tabela 4

Przykład 4
Parametr	Wartość	Jednostka
Średnica zewnętrzna / wewnętrzna kręgu	φ 1900 / φ 700	mm
Szerokość kręgu	2000	mm
Podparcie kręgu	na siodle w osi modułów
Średnica dysz	70	mm
Długość dysz	150	mm
Kątp	45°
KątT	70°
Odległość dysza - powierzchnia czołowa kręgi	100	mm
Średnica szyku wewnętrznego	φ 650	mm
Ilość dysz w szyku wewnętrznym	12	szt
Średnica szyku środkowego	φ 1090	mm
Ilość dysz w szyku środkowym	24	szt
Średnica szyku zewnętrznego	φ 1530	mm
Ilość dysz w szyku zewnętrznym	30	szt
Całkowita iość dysz	66	szt

PL 242460 Β1

Za pomocą urządzenia modułowego 1, które zastosowano w przykładzie 4 można obrabiać kręgi blachy aluminiowej 9 o szerokościach korzystnie od 1800 do 2030 mm, oraz o średnicach zewnętrznych korzystnie od 1700 do 1930 mm.

Przykład 5

Urządzenie modułowe do nadmuchu gazu na powierzchnię obrabianego cieplnie wsadu zbliżone jest do tego z przykładu 1, z tym, że krąg blachy aluminiowej 9 o szerokości 1000 mm, w centralnej części komory grzejnej 6 wsadowego pieca konwekcyjnego 7, podparty jest na siodle, przy czym przesunięcie osi kręgu względem osi modułów 1 wynosi 200 mm. Płaszczyzny czołowe 8 kręgu 9 o średnicy zewnętrznej 01500 mm i wewnętrznej 0700 mm są symetrycznie oddalone od końcówek dysz 3 o około 380 mm. Moduł 1 ma postać blachy stalowej stanowiącej płytę nośną 2 o średnicy 1930 mm z zamocowanymi na jej powierzchni dyszami 3 o przekroju zaokrąglonych kwadratowo wymiarach 150 mm x 150 mm i zaokrągleniu R25 oraz długości 320 mm, mierzonej w osi dyszy, usytuowanymi w dwóch koncentrycznych szykach kołowych. Wewnętrzy szyk 4 o średnicy 0600 mm zawiera 5 dysz 3, a zewnętrzny szyk 5 o średnicy 01120 mm zawiera 9 dysz 3. Wszystkie osie dysz 3 są pochylone w jednakowy sposób obwodowo pod kątem β wynoszącym 80° i odśrodkowo pod kątem y wynoszącym 85°. W tabeli 5 przedstawiono parametry dla przykładu 5.

Tabela 5

Przykład 5
Parametr	Wartość	Jednostka
Średnica zewnętrzna / wewnętrzna kręgu	φ 1500 / φ 700	mm
Szerokość kręgu	1000	mm
Podparcie kręgu	na siodle, nie w osi modułów
Przesunięcie osi kręgu względem osi modułów	200	mm
Wymiar przekroju poprzecznego dysz	150x150 R25	mm
Długość dysz	320	mm
Kątp	80°
KątT	85°
Odległość dysza — powierzchnia czołowa kręgi	380	mm
Średnica szyku wewnętrznego	φ 600	mm
Ilość dysz w szyku wewnętrznym	5	szt
Średnica szyku zewnętrznego	φ 1120	mm
Ilość dysz w szyku zewnętrznym	9	szt
Całkowita iość dysz	14	szt

Za pomocą urządzenia modułowego 1, które zastosowano w przykładzie 5 można obrabiać kręgi blachy aluminiowej 9 o szerokościach korzystnie od 800 do 1200 mm, oraz o średnicach zewnętrznych korzystnie od 1400 do 1700 mm.

W sytuacjach kiedy użytkownik prowadzi w tym samym piecu procesy dla szerokiej gamy wsadów różniących się średnicami i/lub szerokością, zwykle zauważalna jest duża różnica w efektywności transferu ciepła do wsadu między przypadkami, dla których rozmiary wsadu są optymalne dla wymiarów komory grzejnej (głównie z uwagi na bliskość czoła kręgu do dysz) a przypadkami, dla których rozmiary wsadu są nieoptymalne dla wymiarów komory grzejnej, czyli o dużej odległości czoła kręgu od dysz oraz dla średnic odbiegających znacząco od średnicy zespołu dysz.

Dla przedstawionej konstrukcji zespołu dysz osłabienie współczynnika wnikania ciepła a [W/m²K‘¹] na powierzchni czołowej 8 kręgu blachy 9, na skutek zmniejszenia jego szerokości z 1900 do 1000 mm nie przekracza 20%, natomiast równomierność rozkładu temperatury pozostaje na podobnym, należytym poziomie pomimo przesunięcia osi kręgu 9 względem osi modułów 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów na powierzchnie obrabianych cieplnie wsadów, stanowiące element systemu nadmuchu pieców komorowych wsadowych, w których ruch gazów podczas nagrzewania i chłodzenia konwekcyjnego generuje się za pomocą środków mechanicznych, a nadmuch na powierzchnię wsadu prowadzony jest z dwóch przeciwległych stron komory procesowej pieca, połączonych z maszyną przepływową, znajdującą się poza komorą procesową, która zasysa gaz z przestrzeni komory procesowej, a następnie tłoczy go poprzez zespół kanałów, wyposażonych w elementy grzejne, do modułowego urządzenia, w którym następuje przyśpieszenie i właściwe ukierunkowanie wypadkowego strumienia gazu na powierzchnię wsadu, i które to urządzenie modułowe składa się ze sztywnej płyty, połączonej ze ścianami komory procesowej pieca, zaopatrzonej w przelotowe otwory umożliwiające przepływ gazu przez dysze oraz z dysz zamocowanych trwale na powierzchni płyty i odchylonych w dwóch kierunkach w stosunku do osi płyty, znamienne tym, że dysze (3) ułożone są na powierzchni płyty nośnej (2), równomiernie względem osi symetrii (OP) tejże płyty nośnej (2), w co najmniej dwóch regularnych szykach (4), (5), które to dysze (3) są odchylone obwodowo od osi symetrii (OP) płyty nośnej (2) o kąt odchylenia obwodowego (β) oraz są odchylone odśrodkowo o kąt odśrodkowy (γ), przy czym kąt odchylenia obwodowego (β) dysz (3) jest zawarty pomiędzy leżącymi na pierwszej płaszczyźnie (P1) osią symetrii (OD) dyszy (3) oraz linią prostą (ST) styczną do okręgu o środku pokrywającym się ze środkiem symetrii (O) płyty nośnej (2) i promieniu wyznaczonym przez punkt (N) przecięcia osi symetrii (OD) dyszy (3) z płaszczyzną płyty nośnej (2), natomiast kąt odśrodkowy (γ) dysz (3) jest zawarty pomiędzy leżącymi na płaszczyźnie (P2) osią (OD) dyszy (3) oraz prostą przechodzącą przez środek symetrii (O) płyty nośnej (2) i punkt (N) przecięcia osi symetrii (OD) z płaszczyzną płyty nośnej (2).
2. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt odchylenia obwodowego (β) i kąt odśrodkowy (γ) dla każdej dyszy (3) są jednakowe i wynoszą 45-89°.
3. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze (3) ułożone są w dwóch współśrodkowych szykach (4) i (5), przy czym w szyku zewnętrznym (5) znajduje się od 6 do 24 dysz, a w szyku wewnętrznym (4) od 3 do 12 dysz.
4. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że odległość między kolejnymi szykami (4) mierzona wzdłuż promienia płyty (2) wynosi od 1 do 5 hydraulicznych średnic dyszy (3) na wylocie.
5. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że odległość między kolejnymi szykami (4) wynosi 180-300 mm i stanowi 18-32% długości promienia płyty (2).
6. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że całkowita powierzchnia wszystkich otworów dysz (3) w rzucie prostokątnym na powierzchnię płyty nośnej (2) urządzenia wynosi 4-30% powierzchni całkowitej płyty nośnej (2) w rzucie prostokątnym.
7. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze (3) mają w przekroju poprzecznym kształt kołowy.
8. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że płyta nośna (2) ma kształt koła.
9. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze (3) mają w przekroju poprzecznym kształt prostokąta.
10. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze (3) rozmieszczone są na płycie nośnej (2) w trzech kołowych szykach (4), (5), (10).
11. Modułowe urządzenie do nadmuchu gazów według zastrz. 1, znamienne tym, że dysze (3) są osadzone na płycie nośnej (2) z użyciem wyprofilowanej zwężki - konfuzora.