Поворотный клиновидный дверной запор для коксовой печи - RU2383580C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Уровень техники

Изобретение относится к усовершенствованному запорному механизму дверцы печи, и в частности к поворотной клиновидной запорной системе для уплотнения дверцы печи во время коксования.

Область техники

Дверцы коксовой печи для горизонтальных коксовых печей являются источником утечки воздуха во время циклов коксования. Каждая горизонтальная коксовая печь имеет две дверцы. Одна дверца расположена на печи на ее стороне загрузки угля, а вторая дверца расположена на печи на ее стороне выгрузки кокса. Каждая из дверец состоит из комбинации огнеупоров и металла, и она очень крупная и тяжелая. Требуется, чтобы дверцы запирали печь для сохранения тепла внутри коксовых печей, где приблизительная температура может достигать значений от 1000 до 1500°С, и для сохранения отрицательного давления внутри печи. Отрицательное давление нужно для удаления дымовых газов и продуктов сгорания из слоя кокса в печи.

Поскольку печи работают под отрицательным давлением, поэтому важно, чтобы и загрузочная дверца, и дверца выгрузки кокса закрывались как можно плотнее и оставались плотно закрытыми в течение всего цикла коксования. Плотно закрытая дверца означает, что дверца плотно примыкает к дверному косяку, к перемычке и порогу дверцы печи. Неплотно закрывающиеся дверцы пропускают внутрь избыточный воздух, в результате чего качество продукции и производительность могут снизиться. Поступающий в печь избыточный воздух может контактировать с очень горячим коксом (1000°С). Если такой контакт происходит, то воздух сжигает коксовый продукт, тем самым снижая его качество и уменьшая выход продукции.

Обычные запоры для дверцы, используемые для удерживания дверцы закрытой в коксовых печах, состоят из кулачковых запоров, регулируемых вручную. Кулачковые запоры зацепляют обратную сторону переднего выступа балки, расположенного на каждой стороне дверцы печи. Обычно каждая дверца имеет четыре кулачковых запора.

Для того чтобы закрыть запор для дверцы, рабочий должен гаечным ключом с силой повернуть и затянуть кулачковые запоры. Это усилие может стать причиной чрезмерного напряжения мышц спины и других травм. Помимо этого рабочий может развить усилие только, приблизительно, не более 600 кг для каждого кулачкового запора. Эта величина усилия может оказаться недостаточной, чтобы преодолеть такие небольшие нарушения, как коробление, погнутость или засорение твердыми веществами либо рамы дверцы, либо дверного косяка. Соответственно, дверцы невозможно будет закрыть с необходимой плотностью, чтобы снизить или исключить проникновение избыточного воздуха в печь.

В течение 48-часового цикла коксования относительно дверцы происходят небольшие перемещения печи. Эти перемещения вызываются разным тепловым расширением. Эти перемещения немного поворачивают и ослабляют кулачковые запоры. Обычно в течение цикла коксования ослабевают около 25-50 процентов кулачковых запоров. Соответственно, требуются значительные трудовые затраты для контролирования и регулирования кулачковых запоров в целях обеспечения эффективной работы коксовой печи.

Соответственно, существует необходимость в обеспечении запорной системы дверцы, которая будет менее подвержена перемещениям или ослаблению и которую можно будет приводить в нужное положение автоматически, а не вручную при закрытии дверцы печи.

Сущность изобретения

Исходя из упомянутых и прочих необходимостей и задач предлагаемое изобретение согласно одному из его осуществлений обеспечивает запорную систему для дверцы коксовой печи, устанавливаемую в проеме дверцы печи, и способ уплотнения коксовой печи. Запорная система для дверцы включает в себя поворотный элемент, прикрепляемый с возможностью поворота к дверце печи. Поворотный элемент имеет клиновидный дугообразный взаимодействующий край, который изменяемым образом взаимодействует с запорной планкой на опорном элементе вблизи проема дверцы печи, если дверца расположена в проеме печи. В состав поворотного элемента также входит шпоночный элемент. Дистанционно управляемый регулирующий исполнительный механизм взаимодействует со шпоночным элементом, чтобы поворачивать поворотный элемент, при этом открывая или запирая дверцу печи. Поворотная клиновидная запорная система повышает уплотнение дверцы печи.

Предпочтительно дистанционно управляемый регулирующий исполнительный механизм содержит штифтовой элемент, имеющий взаимодействующий конец и приемный конец, причем штифт прикреплен к гидроцилиндру на конце, противоположном взаимодействующему концу, и штифтовой элемент взаимодействует со шпоночным элементом поворотного элемента для поворота поворотного элемента, когда гидроцилиндр приводится в действие.

Предпочтительно регулирующий исполнительный механизм установлен на печном толкателе или на рабочей тележке, перемещаемой вблизи печи для загрузки угля и выгрузки кокса.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения обеспечен способ снижения утечки воздуха через проем дверцы коксовой печи, когда дверца коксовой печи расположена в дверном проеме для закрытия дверного проема. Этот способ предусматривает использование запорной системы для дверцы коксовой печи. Запорная система для дверцы включает в себя поворотный элемент, прикрепленный с возможностью поворота к дверце коксовой печи. Поворотный элемент имеет клиновидный дугообразный взаимодействующий край для изменяемого взаимодействия с запорной планкой на опорном элементе вблизи проема дверцы печи, когда дверца печи расположена в проеме печи. Поворотный элемент также содержит установленный на нем шпоночный элемент для перемещения поворотного элемента из положения взаимодействия вблизи запорной планки в положение без взаимодействия вне запорной планки. Дистанционно управляемый регулирующий исполнительный механизм перемещает поворотный элемент из положения взаимодействия в положение без взаимодействия. При закрытии дверцы дверца коксовой печи располагается в проеме дверцы. Регулирующий исполнительный механизм взаимодействует с поворотным элементом. Когда регулирующий исполнительный механизм приводится в действие, он поворачивает поворотный элемент таким образом, что все большая клиновидная часть поворотного элемента взаимодействует с запорной планкой опоры вблизи дверцы печи.

Предпочтительно дистанционно управляемый регулирующий исполнительный механизм содержит штифтовой элемент, имеющий взаимодействующий конец и приемный конец, причем штифт прикреплен к гидроцилиндру на конце, противоположном взаимодействующему концу, причем штифтовой элемент взаимодействует со шпоночным элементом поворотного элемента на этапе приведения в действие, при этом поворачивая поворотный элемент в взаимодействующее положение или в положение без взаимодействия.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения обеспечен запорный механизм дверцы печи для уплотнения дверцы печи топки. Этот механизм содержит поворотное клиновидное средство, прикрепленное к дверце печи, для изменяемого взаимодействия с запорной планкой опоры печи. Этот механизм также содержит находящееся вне дверцы печи исполнительное средство, которое поворачивает поворотное клиновидное средство из положения взаимодействия вблизи запорной планки в положение без взаимодействия вне опорной планки.

Важное преимущество описанных здесь механизма и способа заключается в том, что поворотный клиновой элемент является по существу саморегулирующимся, когда клиновидный элемент находится во взаимодействии с запорной планкой опоры печи. Саморегулируемость запорной системы означает, что запоры не ослабляются во время циклов нагревания печи, в результате чего сокращается просачивание воздуха в печь. В действительности перемещение запоров, если таковое и происходит, повышает уплотнение дверцы.

Еще одно преимущество предлагаемой системы заключается в том, что запоры дверцы могут быть расположены при помощи относительно простого регулирующего механизма, а не за счет усилий вручную для уплотнения дверцы печи. Таким образом, предлагаемая система может сократить число случаев растяжения мышц спины и может снизить трудозатраты эксплуатации печи. При этом каждый поворотный клиновидный элемент на дверце печи обеспечивает независимое усилие, уплотняющее дверцу, даже если дверца печи перекошена.

Краткое описание чертежей

Прочие преимущества раскрываемых вариантов осуществления изобретения станут очевидными при обращении к подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления изобретения, к перечисленным ниже чертежам, которые иллюстрируют один или более неограничивающих видов этих осуществлений и на которых аналогичные ссылочные обозначения указывают те же или аналогичные элементы на всех чертежах:

Фиг.1 - схематический вид спереди, не в масштабе, дверцы печи с запором согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.2 - схематический вид сбоку, не в масштабе, дверцы печи, имеющей запор согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.3 - схематический вид сверху, не в масштабе, запора для дверцы печи согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.4 - поперечное сечение, не в масштабе, запора,

показанного на Фиг.3;

Фиг.5 - вид сбоку, не в масштабе, запора для дверцы печи

согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.6 - пояснительный чертеж, не в масштабе, использования запора согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.7 - поперечное сечение, не в масштабе, фиксирующего устройства для запора согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.8 - схематический вид спереди, не в масштабе, части дверцы печи с запором в первом положении согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.9 - схематический вид спереди, не в масштабе, части дверцы печи с запором во втором положении согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.10 - увеличенный вид, не в масштабе, запора во втором положении согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.11 - вид сверху, не в масштабе, части исполнительного механизма для запора согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.12 - вид сверху, не в масштабе, исполнительного механизма для запора согласно предлагаемому изобретению;

Фиг.13 и 14 - увеличенные виды, не в масштабе, иллюстрирующие действие запора и исполнительного механизма согласно предлагаемому изобретению; и

Фиг.15 и 16 - виды в плане и сверху, не в масштабе, варианта исполнительного механизма для запора согласно предлагаемому изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Коксовые печи, в частности нерекуперативные коксовые печи, обычно расположены в коксовой батарее на коксовом заводе. Цикл коксования для каждой из печей длится около 48 часов, в зависимости от размера печей. Соответственно, из печи периодически выгружается кокс, и в печь загружается уголь. Для загрузки угля и выгрузки кокса из печей разработаны механические устройства. Эти устройства включают в себя механизмы удаления и замены дверец печи горизонтальной коксовой печи при загрузке и выгрузке. Общее описание этих устройств и работы коксовых печей содержится в патенте США №5,447,606, Pruitt, и описание этого патента включено в данный документ в качестве ссылки.

Как упомянуто выше, дверцы печи снимают во время загрузки угля и выгрузки кокса. Обычная дверца печи имеет множество запоров для уплотнения дверцы печи. Однако запоры согласно известному уровню техники не обладают характеристикой саморегулирования, и во многих случаях их необходимо постоянно регулировать по причине их ослабления. Соответственно, согласно изобретению обеспечена усовершенствованная запорная система для дверцы печи.

Согласно Фиг.1 и 2 дверца 10 печи в соответствии с вариантами осуществления изобретения, описанными здесь, имеет множество поворотных запоров 12, расположенных вблизи периферии 14 дверцы 10. На Фиг.1 показаны четыре запора из запоров 12. Однако дверца печи может содержать большее или меньшее число запоров 12 в зависимости от размера дверцы, размера запоров 12 и других конструкционных принципов данной коксовой печи. Согласно Фиг.1 запоры 12 расположены в положении, соответствующем для снятия и замены дверцы 10 в проеме коксовой печи. Согласно этому описанию дверца 10 может быть дверцей загрузки угля или дверцей выгрузки кокса.

Дверца 10 печи предпочтительно сделана из стали и имеет огнеупорный материал 16 на печной стороне. При снятии дверцы печи и ее замене рабочую тележку устанавливают вблизи дверцы 10, чтобы поднять дверцу 10 из проема печи с помощью подъемных шпонок 18. Стопорные элементы 22 прикреплены к дверце 10 печи, например сваркой, чтобы предотвратить поворачивание запоров 12 и чтобы они не зацепляли такие конструкционные элементы печи, как опоры. Соответственно, для каждого запора 12 предусмотрен соответствующий стопорный элемент 22.

Предпочтительный поворотный клиновидный запор 12 в соответствии с описываемыми здесь вариантами осуществления изобретения подробно показан на Фиг.3-5. Запор 12 содержит дугообразный клиновидный край 24 для изменяемого взаимодействия с запорной планкой 26, неподвижно прикрепленной к опоре 28 печи, Фиг.6. Запор 12 имеет скошенный край 30 для первоначального взаимодействия с запорной планкой 26 и для обеспечения относительно плавного перехода в клиновидный край 24 запора 12. Противоположный конец дугообразного края 24 имеет стопорную пластину 32 для контактирования со стопорным элементом 22 дверцы 10 печи. Запор 12 может быть выполнен из любого подходящего упругого металла или сплава, включая помимо прочего закаленную сталь достаточной толщины, чтобы выдерживать давление на запор 12, вызываемое расширением и сжатием при нагревании и охлаждении печи и дверцы 10 печи.

Дугообразный край 24 имеет достаточную длину, чтобы постепенно задействовать запорную планку 26 при перемещении дверцы 10 печи во время ее расширения и сжатия, вызываемых изменениями атмосферных условий и температуры печи. Соответственно, край 24 предпочтительно может иметь приблизительную длину дуги от 80 до 180 градусов, наиболее предпочтительно - около 120 градусов, обеспечивая краю 24 приблизительный наклон от 0,04 до 0,10 мм на миллиметр длины дуги. Общая длина дугообразного края 24 может предпочтительно составлять около 40-100 см или более.

Также на запоре 12 имеется шпоночный элемент 34, используемый при повороте запора 12 из положения, показанного на Фиг.1, в положение, показанное на Фиг.6, в котором край 24 взаимодействует с запорной планкой 26. Как показано на Фиг.4-6, шпоночный элемент 34 проходит по существу перпендикулярно от первой поверхности 36 запора 12 на его стороне, имеющей край 24. Шпоночный элемент 34 также расположен между осью 38 поворота запора 12 и краем 24. Ось 38 поворота запора 12 обеспечена штифтом 40 вращения, выступающим перпендикулярно от второй поверхности 42 запора 12. Штифт 40 вращения включает окружной паз 44, который удерживает штифт 40 вращения в цилиндрической трубе 46 (Фиг.6), чтобы та поворачивалась в нем.

Обращаясь к Фиг.6, часть дверцы 10 показана с одним из запоров 12, прикрепленных к дверце 10. Дверца 10 имеет пластину 48, прикрепленную к ней болтами или сваркой, и цилиндрический канал 46, прикрепленный к пластине 48. Запор 12 прикреплен к дверце 10 за счет того, что штифт 40 вращения вставлен в цилиндрический канал 46. Затем фиксирующий штифт 50 вставляют в отверстие 52 в цилиндрическом канале 46, и при этом по меньшей мере концевая часть 54 фиксирующего штифта 50 расположена в пазу 44, как показано на Фиг.7. Фиксирующий штифт 50 можно при помощи резьбы прикрепить к цилиндрическому каналу 46 или вставить через соединительную втулку 56 и зафиксировать в ней таким съемным крепежным устройством, как шплинт 58. Диаметр фиксирующего штифта 50 несколько меньше ширины W паза 44, и поэтому ось 40 вращения может свободно поворачиваться в цилиндрическом канале 46.

Последовательно показано на Фиг.8 и 9 как во время закрытия дверцы запор 12 поворачивается из первого положения (Фиг.8), в котором край 24 запора не взаимодействует с запорной планкой 26 опоры 28, во второе положение (Фиг.9), в котором край 28 запора 12 взаимодействует с запорной планкой опоры 28. Как показано на Фиг.10, при повороте запора 12 по траектории согласно стрелке 60 скошенный край 30 контактирует или вплотную приближается к запорной планке 26, при этом направляя запорную планку 26 по краю 24 запора 12. Излишний поворот запора предотвращается примыканием стопорной пластины 32 вблизи запорной планки 26 или края 62 опоры 28, если стопорная пластина 32 приблизится к запорной планке 26 при закрытии дверцы печи.

Исполнительный механизм 64, который поворачивает запор 12, показан на Фиг.11. Исполнительный механизм 64 находится вне дверцы 10 печи, и его можно установить на рабочей тележке или на другом подвижном устройстве, перемещающемся вблизи дверцы 10 печи во время загрузки и/или выгрузки. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.11, исполнительный механизм 64 содержит цилиндры двойного действия 66, прикрепленные к рычажным элементам 68. Цилиндры двойного действия 66 могут быть гидравлическими или пневматическими цилиндрами, которые перемещают рычажные элементы 68 из первого положения, как показано на правой стороне Фиг.11, во второе положение, как показано на левой стороне Фиг.11.

Рычажный элемент 68 подробно показан на чертеже Фиг.12. Рычажный элемент 68 имеет удлиненное плечо 70 с поворотным отверстием 72 между исполнительным концом 74 и взаимодействующим концом 76. Согласно приводимому ниже более подробному описанию рычажный элемент 68 содержит первый штифтовой элемент 78 для зацепления шпоночного элемента 34 запора 12, когда исполнительный механизм 64 поворачивает запор 12 из второго положения согласно Фиг.9 в первое положение согласно Фиг.8 во время открытия дверцы. При повороте рычажного элемента 68 вокруг оси через отверстие 72 вращения шпоночный элемент 34 принудительно перемещается к впадине 80 между первым штифтовым элементом 78 и вторым штифтовым элементом 82 - Фиг.13 и 14.

При загрузке коксовой печи печной толкатель расположен вблизи загрузочной дверцы, и рабочая тележка расположена вблизи дверцы выгрузки кокса из печи. Обе дверцы снимают с печи, и кокс выталкивают из печи выталкивателем печного толкателя. После удаления кокса из печи дверцу выгрузки кокса закрепляют на той стороне печи, где происходит выгрузка кокса. Печь загружают углем через сторону, где происходит загрузка. Затем печь загружают углем, и загрузочную дверцу закрепляют на печи. По завершении цикла коксования выгрузку и загрузку повторяют.

Когда рабочая тележка или печной толкатель с исполнительным механизмом 64 находятся у дверцы 10 печи, чтобы расположить или посадить дверцу в дверной косяк печи, механизм подъема дверцы надавливает на дверцу 10 и при этом немного деформирует проем печи. При деформировании проема печи исполнительный механизм 64 приводится в действие и поворачивает запоры 12 во второе положение, показываемое на Фиг.9. Для поворота запоров 12 требуется небольшое усилие, и запоры 12 свободно поворачиваются до тех пор, пока край 24 не будет контактировать с запорной планкой 26. Какая-либо последующая деформация дверцы 10 печи в направлении внутрь печи обеспечит запорам 12 возможность поворачиваться как под действием силы тяжести и еще плотнее зацеплять запорную планку 26, когда действие давления на дверцу 10 прекратится.

Аналогично, при снятии дверцы 10 из проема печи на дверцу 10 будет прилагать давление печной толкатель или рабочая тележка, в результате чего давление на запорную планку 26 на крае 24 запоров 12 снизится. В этом случае также, когда дверцу 10 устанавливают в косяк дверцы печи, для поворота запоров 12 исполнительным механизмом 64 требуется очень небольшое усилие.

Согласно Фиг.15 и 16 для зацепления шпоночного элемента 34 в целях поворота запора 12 можно использовать еще один исполнительный механизм 90. В этом варианте осуществления изобретения исполнительный механизм 90 содержит поворотный вал 92 и лопастной элемент 94, прикрепленный к валу 92. При повороте лопастного элемента 94 он взаимодействует с шпоночным элементом 34 запора, в результате чего запор 12 поворачивается описываемым выше образом. В этом случае вал 92 может повернуться приблизительно на 360° при взаимодействии. Вал 92 можно повернуть электродвигателем 96, гидравлическим двигателем, пневматическим двигателем или другим подходящим устройством, поворачивающим вал 92 и прилагающим достаточное усилие на шпоночный элемент 34 в целях поворота запора 12.

Предполагается и будет очевидно из приводимого выше описания и прилагаемых чертежей специалистам в данной области техники, что в описанных выше вариантах осуществления изобретения можно сделать модификации и изменения. Соответственно, излагаемое выше описание и прилагаемые чертежи предназначены только для пояснения предпочтительных вариантов осуществления изобретения и ими не ограничиваются. Идея и объем представленных вариантов осуществления изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение может быть использовано в коксохимической промышленности. Запорная система дверцы содержит поворотный элемент 12, прикрепляемый с возможностью поворота к дверце печи 10. Дверцу печи 10 поднимают из проема печи с помощью подъемных шпонок 18. Для предотвращения поворачивания поворотных элементов 12 к дверце печи 10 прикреплены стопорные элементы 22. На поворотном элементе 12 также установлен шпоночный элемент. Дистанционно управляемый регулирующий исполнительный механизм взаимодействует со шпоночным элементом, чтобы поворачивать поворотный элемент 12 при открытии или закрытии дверцы печи. Изобретение позволяет снизить трудозатраты эксплуатации печи. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.

Формула