Фурмена головка з турбулізаторами охолоджувача

Реферат: Фурмена головка з турбулізаторами охолоджувача містить наконечник, кисневий факт, тракти охолоджуючої води, що підводять і відводять її, розподільник потоку охолоджуючої води. В засопловій зоні наконечника фурменої головки за кожним продувальним соплом по ходу руху води розміщено по одному турбулізатору потоку рідини у вигляді спрямовуючої дугоподібної лопатки, контур якої є відрізками двох спіралей Архімеда. UA 113238 U (12) UA 113238 U UA 113238 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до чорної металургії і може бути використана для верхнього продування кисневих конвертерів. Відомо, що продувальні сопла головки кисневої фурми перешкоджають ефективному охолоджуванню із-за створення застійних зон за соплами по ходу руху потоку води, що охолоджує, це є однією з основних причин зниження стійкості дуттєвих пристроїв. Розроблена конструкція багатосоплової головки, яка дозволяє інтенсифікувати охолоджування засоплової зони головки конвертерної фурми з периферійним охолоджуванням (А.c. СРСР № 1615191. кл. С21с 5/48, 1983). Ця конструкція містить тракти підведення і відведення охолоджувача, між якими розміщений роздільний вкладиш з порожниною, що ізольована від тракту підведення охолоджувача, і отворами, при цьому вхідний отвір в порожнину роздільного вкладиша виконаний в центрі його донної частини, а вихідні отвори в бічній стінці вкладишу, яка звернута до тракту відведення охолоджувача. В процесі роботи охолоджувальна вода надходить по тракту підведення охолоджувача фурми до факту підведення головки, а після цього крізь кільцеві отвори, що утворені обичайками і соплами, співвісними соплам, кільцевими потоками подасться в зону наконечника. В цій зоні вода розтікається від кожного з сопел в двох протилежних радіальних напрямках. Більша частина води тече у напрямку від осі головки і далі вливається у кільцевий потік тракту відведення води фурми. Менша частина води тече у напрямку до осі головки, при цьому потоки від сопел зливаються в центральній частині головки в один потік, який, омиваючи центральну частину наконечника, спрямовується уверх до центрального отвору роздільного вкладиша і потрапляє в його порожнину, а з неї через отвори в бічній стінці вливається в основний потік тракту відведення води фурми. Таким чином, охолоджувальна вода, розтікаючись по наконечнику, не зустрічає на своєму шляху перешкод, тому потоки не стикаються і не мають застійних зон, рівномірно охолоджуючи весь простір навколо сопел, сама головка не перегрівається, що забезпечує її високу стійкість в експлуатації. Недоліком такого типу головок є складність конструкції, що призводить до значної трудомісткості їхнього виготовлення і збирання. Найбільш близьким аналогом до даної корисної моделі є конструкція фурменої головки з симетричним охолодженням сопел (Патент України № 40428, кл С21С5/48, 2001), яка містить наконечник, центральний, проміжний і зовнішній з'єднувальні патрубки, відвідний канал, сопла і колектор, яка відрізняється тим, що у відвідному каналі головки за кожним соплом за ходом руху води, симетрично відносно осі, що проходить через центри наконечника і сопла, розміщено по одній напрямній лопаті, яка має форму півкільця і поставлена відносно стінки сопла з 0,05  0,25      D  d   35 40 45 50 55  n  , коаксіальним кільцевим зазором, величина якого знаходиться в межах (де D - діаметр розташування сопел; n - кількість сопел; d - еквівалентний діаметр зовнішньої поверхні сопла), що забезпечує подавання охолоджувача за сопла в межах 0,1-0,5 від загальної його витрати на фурму, при цьому нижній торець кожної напрямної лопаті на 70-90 % своєї поверхні має симетричний відносно кінців напрямної лопаті виріз, який при установці напрямної лопаті утворює відносно осі, що проходить через центри наконечника і сопла, симетричну щілину між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті. Посередині напрямної лопаті між соплом і напрямною лопаттю поставлена перегородка. Величина площі прохідного перерізу симетричної щілини між внутрішньою поверхнею наконечника і нижнім торцем напрямної лопаті знаходиться в межах 1,0-1,5 від подвійного значення площі прохідного перерізу коаксіального кільцевого зазору між зовнішньою поверхнею сопла і внутрішньою поверхнею напрямної лопаті. Означена конструкція фурменої головки з турбулізаторами охолоджувача відрізняється декілька підвищеною стійкістю в результаті більш раціонального розподілу охолоджувача за соплами, проте має суттєвий недолік проходження потоку охолоджувача крізь коаксіальні кільцеві зазори між соплами і напрямними лопатями і вихід його через симетричні щілини призводить до утворювання застійних зон, крім того змішування основного і додаткового потоків призводить до гальмування потоків, що приводить до застійних зон, відриву потоків, паровим подушкам і тим самим знижує ефективність охолодження. Широке впровадження такого типу конструкцій фурмених головок перешкоджає складність їх монтажу і закріпленню в засопловій зоні наконечника. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення головки до верхніх кисневих фурм з периферійним підведенням води без значного ускладнення конструкції дуттьового пристрою, в якій шляхом розташування в засопловій зоні турбулізуючих, криволінійних, спрямовуючих потік лопаток забезпечить інтенсифікацію охолодження і за рахунок цього 1 UA 113238 U 5 10 збільшується стійкість головок. При цьому, повністю виключається можливість зіткнення основних і додаткових потоків охолоджувача. Поставлена задача вирішується тим, що в фурменій головці, яка містить наконечник, кисневий тракт, підвідний та відвідний тракти охолоджувача, роздільник потоку охолоджуючої води, сопла, згідно з корисною моделлю, у засопловій зоні за кожним продувальним соплом за напрямком руху води розміщено по одному турбулізатору потоку рідини у вигляді дугоподібної спрямовуючої лопатки, контур якого є відрізками двох спіралей Архімеда, які описуються формулами: х()=12,8••sin , у()=12,8••cos  - для зовнішньої, та х()=12,79••sіn , у()=12,79••cos  - для внутрішньої відповідно, 15 20 25 30 35 40 45 50 де  - кут повороту в радіанах, та починаються дотично до сопла і закінчуються на перехресті із зовнішнім діаметром фурменої головки, та сполучаються радіусом в межах 1/7-1/8 зовнішнього діаметра. Контур прохідного каналу, утвореного діаметром продувального сопла і контуром турбулізатора утворює сопло Лаваля, що забезпечує збільшення швидкості охолоджуючої води в засопловій зоні. Вибрані коефіцієнти (12,8 та 12,79) визначені експериментально. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено поперечний розріз фурменої головки з турбулізаторами охолоджувача, з центральним підведенням кисню; на фіг. 2 зображена навколосоплова зона наконечника з напрямками потоків охолоджувальної води (а) і спектри швидкісних потоків охолоджувача (б). Фурмена головка з турбулізаторами охолоджувача складається з наконечника 1, кисневого тракту 2, підвідного тракту 3, відвідного тракту 4, продувальних сопел 5, корпуса зі спрямовуючою тарілкою потоку охолоджуючої води 6 в центрі наконечника, турбулізатора потоку води 7. Охолодження фурмених головок здійснюється наступним чином. Охолоджувальна вода надходить по підвідному тракту 3 до спрямовуючої тарілки 6 корпусу в центральну зону наконечника 1 попереду продувальних сопел 5 та розділяється на окремі потоки, які проходять скрізь вузькі зазори між соплами 5 і надходять в засоплову зону обмежену турбулізаторами потоку води 7, виконаними у вигляді спрямовуючих, криволінійних лопаток, які з однієї сторони, об'єднуючи потоки, закручуються по годинниковій стрілці з виходом в відвідний тракт 4, з другої сторони потік, рівний товщині пограничного шару охолоджуючої води, попадаючи в канал, який розширюється у вигляді сопла Лаваля, ускорюється, турбулізується і, тим самим, не дає потоку утворювати застійні зони, а також зони відриву потоку від поверхні, котрі допомагають створенню парових подушок, які ведуть до розгару сопел та прогару наконечників 1. Таким чином, забезпечується рівномірне високоефективне теплознімання зі всієї внутрішньої поверхні наконечника і повністю виключається утворення локальних ділянок його перегрівання, що підтверджується моделюванням; фіг. 2: червоний колір спектра показує, що потік рухається зі швидкістю більш ніж 6 м/с. Застосування даних конструкцій забезпечує технологічні можливості об'ємної штамповки мідного наконечника і не потребує виготовлення додаткових елементів в конструкції і складного складання. Це дозволить отримати значний економічний ефект в результаті: скорочення витрат мідного і сталевого прокату, сталевих труб, мідного дроту і електродів, природного газу, кисню і аргону при виготовленні і монтажі головок; збільшення терміну експлуатації механічного і зварювального обладнання; підвищення терміну експлуатації фурм між замінами головок; зниження затрат людино-годин на виготовлення головок і обслуговування верхніх фурм; скорочення простоїв дуттьових пристроїв з причини заміни головок; збільшення продуктивності агрегатів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Фурмена головка з турбулізаторами охолоджувача, яка містить наконечник, кисневий факт, тракти охолоджуючої води, що підводять і відводять її, розподільник потоку охолоджуючої води, яка відрізняється тим, що в засопловій зоні наконечника фурменої головки за кожним продувальним соплом по ходу руху води розміщено по одному турбулізатору потоку рідини у вигляді спрямовуючої дугоподібної лопатки, контур якої є відрізками двох спіралей Архімеда, які описуються формулами: х()=12,8••sin , у()=12,8••cos  - для зовнішньої, та 2 UA 113238 U 5 х()=12,79••sіn , у()=12,79••cos  - для внутрішньої відповідно, де  - кут повороту в радіанах, та починаються дотично до сопла і закінчуються на перехресті з внутрішнім діаметром фурменої головки, та сполучаються радіусом в межах 1/7-1/8 зовнішнього діаметра. 2. Фурмена головка за п. 1, яка відрізняється тим, що контур прохідного каналу, що утворений діаметром продувального сопла і контуром турбулізатора, утворює сопло Лаваля. Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3