Некоторые аспекты применения круглозвенных цепей.

УДК 666.940:621.372.061

Журнал «Цемент», выпуск № 3 2000 год

В.Н. Шевченко, к.т.н., АПП «ТАЛНАХ», г. Тула

РЕФЕРАТ. В статье рассматривается вопрос об особенностях круглозвенных теплообменных цепных завес. Приводятся расчеты, обосновывающие целесообразность использования круглозвенных цепей.

Круглозвенные цепи для теплообменных завес цементных печей, предложенные в свое время нашим предприятием, находят все более широкое применение. Это объясняется их очевидными преимуществами по сравнению с овальнозвенными:

отсутствием фиксированной зоны контакта сцепленных между собой звеньев, вследствие чего цепь становится более стойкой по фактору механического истирания в процессе эксплуатации;
возможностью взаимного проникновения звеньев друг в друга с последующим их защемлением и возникновением спутывания цепей по этой причине;
упрощением технологии изготовления при соответствующем снижении себестоимости в производстве и другими параметрами.

Поэтому отказ некоторых цементных предприятий от перехода на круглозвенные цепи объясняется скорее приверженностью традиции, нежели какими-либо техническими основаниями.

Тем не менее, при переходе с овальнозвенных на круглозвенные цепи следует, на наш взгляд, учитывать различие их геометрических и массовых характеристик, оказывающих существенное влияние на теплообмен в процессе эксплуатации.

Известно, что с увеличением диаметра тела цепей при фиксированной длине завесы количество теплоты, отдаваемой шламу в единицу времени, возрастает пропорционально этому диаметру, т.е. возрастает интенсивность теплоотдачи. Такое же явление должно иметь место при увеличении длины тела завесы. И если общее количество теплоты, отдаваемой шламу цепной завесой, является величиной технологически фиксированной, то в обоих из приведенных случаев необходимо либо увеличивать скорость прохождения шлама через завесу, либо повышать массу проходящего шлама.

Разумеется, речь идет здесь не о кардинальном повышении производительности печей, связанном с тем, что длина круглозвенной завесы при одинаковых с овальнозвенными количествах и длинах отрезков, как правило, выше, чем у последних (это будет показано далее), а о возможности некоторого повышения такой производительности, которую могли бы использовать технологи до момента выгорания избыточной массы круглозвенной завесы до расчетной величины.

Рассмотрим, как увеличивается масса фиксированного по длине L отрезка цепи при переходе с овального звена на круглое.

Согласно рисунку масса круглого звена:

m_k = µ_kπ (D_k+d_k),

где μ_k=((π d_k²)/4)γ_k; γ_k - плотность металла, а число звеньев на отрезке L
n_k=L/D_k

Тогда масса круглозвенной цепи длиной L

M_k=m_kn_k=μ_kLπ(1+d_k/D) (1)

Для овальнозвеньевой цепи соответственно имеет

m₀=μ₀[π(D₀+d₀)+2(α-D₀)],

где μ₀=πd₀²; n₀=L/α ;

M₀=m₀n₀=μ₀L((1,14D₀+πd₀)/α+2) (2)

Рассмотрим некоторые варианты соотношения M_k/M₀ при d_k=d₀=d и g_k=g₀.

1. При D_k=2d, D₀=d, α=2d (самые мелкозвенные цепи) M_k/M₀=1,138

2. При D_k=L, α=L, D₀=d M_k/M₀=1 при d=0,5L, т.к. овальное звено превращается в круглое, а вся цепь состоит из одного звена, и M_k/M₀=1,57 при d=0

Таким образом, при фиксированных L и d массы круглозвенных цепей в 1...1,57 раз выше масс овальных. Во сколько же раз выше и площади их поверхности теплоотдачи.

При M_k/M₀=1 из выражения (1) и (2) можно получить

D_k=(α d_k)/(d₀-0,363(α -D₀)) (3)

С помощью (3) можно определить величину D_k, реализующую равенство массы отрезка круглозвенной цепи длиной L массе такого же по длине отрезка овальнозвенной при заданных параметрах последней.

Выражение (3) дает физические значения D_k только в диапазоне

D₀≤ α < 2,755 d_o + D_o.

Так как при α = D₀ овальное звено превращается в круглое, а с другой стороны α ≥ 2d₀, реальный диапазон значений α находится в пределах

2d₀≤ α < 2,755 d₀ + D₀. (4)

Для стандартной овальной цепи (ГОСТ 5.1925-73) α = 120 мм, d₀ = 25мм, D₀ = 50 мм, α = 120 > 2,755 d₀ + D₀ = 118,9 мм, т.е. соответствующая величина D_k не существует.

Численный анализ выражений (3) и (4) показывает, что для реальных параметров α, d₀ и D₀ в границах (4) реализация той же массы круглозвенной цепи, что и заданной овальнозвенной, возможна за счет значительного укрупнения кольца. Например, при d₀ = 25 мм; α = 50 мм;

D₀ = 25мм (мелкозвенная цепь) D_k = 78,5мм, а при d₀ = 25 мм; α = 100 мм; D₀ = 50 мм; D_k = 365 мм. Поэтому уравнивание массы круглозвенной завесы с массой овальнозвенной на практике возможно лишь за счет уменьшения длин отрезков цепей круглозвенной массы.

В настоящее время наиболее востребуемыми являются цепи марок ЦКН (ЦКЖ) 25x90 и ЦОН (ЦОЖ) 25x120, соотношение масс которых составляет M_k/M₀ = 1,283, что при одних и тех же по длине и количеству отрезков требует упомянутой в начале статьи корректировки режима эксплуатации.

Исходя из анализа своих производственных возможностей и эксплуатационных свойств цепей, наше предприятие предлагает переход на круглозвенные цепи со следующими характеристиками: d_k = 30, D_k = 130. В этом случае начальная жесткость звена остается той же, что и звена цепи ЦКН (ЦКЖ) 25x90, а масса цепи по сравнению со стандартной овальнозвенной возрастает на 23,5%. За счет утолщения тела цепи ее стойкость по выгоранию возрастает. Себестоимость такой цепи в производстве снижается по сравнению с себестоимостью цепи ЦКН (ЦКЖ) 25x90 приблизительно на 5%.⁠