УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАКАЛКИ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА

УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАКАЛКИ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА


RU (11) 2199496 (13) C2

(51) 7 C03B27/048 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2003.02.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2001117979/03 
(22) Дата подачи заявки: 2001.06.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.06.27 
(45) Опубликовано: 2003.02.27 
(56) Аналоги изобретения: SU 939414 A, 30.06.1982. EP 1069085. A2, 17.01.2001. US 5647882 A, 15.01.1997. WO 97/34841 A1, 25.09.1997. ШУТОВ А.И. и др. Определение охлаждающей способности воздушной подушки для закалки тонкого стекла. - Стекло и керамика, 1980, №1, с.6-8. 
(71) Имя заявителя: Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов 
(72) Имя изобретателя: Шутов А.И.; Крамарев С.Н. 
(73) Имя патентообладателя: Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов 
(98) Адрес для переписки: 308012, г.Белгород, ул. Костюкова, 46, БелГТАСМ 

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАКАЛКИ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА 
Изобретение относится к производству закаленного строительного и технического стекла, в частности к конструкциям закалочных установок для закалки стекла. Изобретение направлено на улучшение качества закаленного стекла устранением волнообразной деформации и снижение энергозатрат на подачу охлаждающего воздуха. Установка для закалки листового стекла включает печь нагрева, верхнюю обдувочную решетку с соплами и регуляторы расхода воздуха из обдувочных сопел. Каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана, кинематически соединенного с диафрагменной камерой, полость которой сообщена с внутренним пространством, по крайней мере, двух сопел, расположенных в направлении движения стекла. Под верхней обдувочной решеткой на расстоянии B= Z+b+ установлена система модулей, создающая воздушную подушку, где Z - расстояние от среза сопел до стекла, b - толщина стекла, - расстояние от стекла до системы модулей, причем шаг рассчитывают по формуле



где , и - соответственно коэффициент теплопроводности, плотность и динамическая вязкость воздуха, S - площадь системы модулей, щ - площадь щели, D0 - диаметр ниппельного колодца, - расстояние до охлаждаемой поверхности, - коэффициент теплоотдачи, vп - скорость воздуха в воздушной подушке. Количество модулей рассчитывают из условия равенства максимальной площади закаляемого изделия и площади системы модулей, создающей воздушную подушку. 2 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области производства упрочненного листового стекла и преимущественно может быть использовано на стекольных заводах при производстве закаленного листового стекла, применяемого на транспорте и в строительстве.
В практике воздухоструйной закалки стекла используются схемы горизонтальной и вертикальной закалки. Наибольшее распространение получила схема горизонтальной закалки, которая может производиться двумя способами: охлаждающими решетками и на воздушной подушке.
Известны установки для закалки листового стекла, включающие горизонтальную туннельную нагревательную печь, воздухоструйные закалочные решетки и валковый транспортер, на котором листы стекла поступают в печь и нагреваются до 620-650o С, после чего подвергаются охлаждению между воздухоструйными решетками различной конструкции [1] и охлаждением на воздушной подушке в устройстве, где стекло интенсивно охлаждается между системами модулей воздушной подушки [2] . Первый вариант предусматривает обязательное транспортирование заготовок по роликовому конвейеру с получением характерного дефекта изделий в виде волнообразной деформации, а второй вариант предусматривает использование двухсторонней воздушной подушки, что затрудняет прохождение заготовок через узкую щель, создаваемую охлаждающими модулями, и приводит к значительному браку в виде боя, который трудно удалять из зоны закалки.
Известна установка для закалки листового стекла, выбранная в качестве прототипа, включающая печь нагрева, транспортирующий механизм, обдувочные решетки с соплами и регуляторы расхода воздуха из обдувочных сопел, где каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана, кинематически соединенного с диафрагменной камерой, полость которой сообщена с внутренним пространством, по крайней мере, двух сопел, расположенных в направлении движения стекла [3].
Недостатком известной конструкции является получение характерного дефекта изделий в виде волнообразной деформации, лимитированной действующим стандартом на закаленное стекло, а также большой расход воздуха и, как следствие, большие энергозатраты.
Изобретение направлено на улучшение качества закаленного стекла за счет устранения волнообразной деформации и снижение энергозатрат на подачу охлаждающего воздуха.
Это достигается тем, что в установке для закалки листового стекла, включающей печь нагрева, верхнюю обдувочную решетку с соплами, регуляторы расхода воздуха из обдувочных сопел, где каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана, кинематически соединенного с диафрагменной камерой, полость которой сообщена с внутренним пространством, по крайней мере, двух сопел, расположенных в направлении движения стекла, согласно предлагаемому решению под обдувочной решеткой на расстоянии B=Z+b+ установлена система модулей, создающая воздушную подушку, где Z - расстояние от среза сопел до стекла, b толщина стекла, - расстояние от стекла до системы модулей, шаг модулей рассчитывают по формуле



где , и - соответственно коэффициент теплопроводности, плотность и динамическая вязкость воздуха;

S - площадь системы модулей;

Ащ - площадь щели;

D0 - диаметр ниппельного колодца;

- расстояние до охлаждаемой поверхности;

- коэффициент теплоотдачи;

vп - скорость воздуха в воздушной подушке,

а количество модулей рассчитывают из условия равенства максимальной площади закаляемого изделия и площади системы модулей, создающей воздушную подушку.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид установки для закалки листового стекла; на фиг. 2 показан увеличенный вид I (поперечный разрез сопла и модуля с конструктивными параметрами).
Устройство для закалки листового стекла содержит верхнюю закалочную решетку 1 с соплами 2, регуляторы расхода воздуха из обдувочных сопел, причем каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана 3, кинематически соединенного с диафрагменной камерой 4, полость которой сообщена с внутренним пространством, по крайней мере, двух сопел, расположенных в направлении движения стекла. Под обдувочной решеткой находится система модулей, например, ниппельного типа 5, соединенная с системой подачи воздуха 6. Система модулей ниппельного типа известна из [4] и представляет собой набор элементов 7, где каждый элемент имеет ниппель с несколькими отверстиями малого диаметра, и они расположены так, что их оси параллельны охлаждаемой поверхности.
Установка для закалки листового стекла работает следующим образом. Нагретое до температуры закалки 640oС стекло толщиной b=4 мм перемещают по транспортирующим валкам 8 в зазор между верхней закалочной решеткой 1 с соплами 2 длиной L=120 мм, диаметром сопел D=8 мм, шагом сопел Х'=30 мм, расстоянием Z= 50 мм. Все параметры были выбраны в соответствии с [1] до охлаждаемой поверхности регуляторами расхода воздуха из обдувочных сопел. Каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана 3, кинематически соединенного с диафрагменной камерой 4, полость которой сообщена с внутренним пространством в данном случае двух сопел, расположенных в направлении движения стекла, и системой модулей ниппельного типа 5, которая представляет собой набор известных элементов 7, где каждый элемент имеет ниппель с диаметром ниппельного колодца Do= 14 мм, уровнем заглубления ниппельных отверстий ho=9.5 мм, диаметром ниппельных отверстий d=3 мм, зазором между нижней поверхностью стекла и верхней плоскостью модулей =0.6 мм, все параметры были выбраны в соответствии с [4], и шагом Х=25.75 мм, который составляет расстояние между колодцами модулей, расположения элементов, который рассчитывается по алгоритму, представленному ниже. В установке для закалки листового стекла заготовки транспортируются за счет силы инерции и охлаждаются с коэффициентом теплоотдачи =450 Вт/(м2К) [1].
Для того чтобы обеспечить коэффициент теплоотдачи =450 Вт/(м2К), необходимо в верхнюю закалочную решетку подавать воздух под давлением Р, равным 5 кПа, при этом расход воздуха в закалочной решетке при условии, если площадь закалочной решетки будет равна 1 м2, составит 3.338 м2/с, а в систему модулей ниппельного типа, которая соединена с системой подачи воздуха 6, необходимо подавать воздух под давлением Р, равным 7.34 кПа, при этом расход воздуха составит 0.25 м3/c, при условии, если площадь системы модулей ниппельного типа, расположенных с шагом Х=25.75 мм, будет равна 1 м2. Количество элементов, расположенных с определенным шагом, в установке для закалки листового стекла выбирают из условия равенства максимальной площади закаляемого изделия и площади системы модулей ниппельного типа, состоящей из набора элементов. Элементы выполняются из жаростойкого металла с толщиной стенки k, которая вычисляется по формуле k=(X-Do)/2, в данном случае k=5,87 мм, и собираются при помощи сварки на уголки 9. После чего устанавливаются в корпус системы модулей на уголки, соединенные с помощью сварки по периметру корпуса на расстоянии, равном высоте элементов. В данном случае количество элементов в системе модулей ниппельного типа составляет 1508 элементов с шагом расположения Х=25.75 мм.
Достижение заявляемого эффекта состоит в согласовании действия обдувочной решетки и системы модулей ниппельного типа с точки зрения идентичности коэффициента теплоотдачи по обеим сторонам стекла и безусловного обеспечения достаточного для транспортировки заготовки зазора .
Для того чтобы вычислить шаг Х в мм расположения элементов, нужно произвести расчет.
Исходными данными для расчета являются: параметры закалочной решетки, такие как давление Р в коробе закалочной решетки в кПа, длина L сопел в миллиметрах, шаг X' сопел в мм, диаметр D сопел в мм, расстояние Z от сопел до охлаждаемой поверхности в мм, толщина b стекла в мм.
Задаемся коэффициентом теплоотдачи в Вт/(м2К), зазором в мм, диаметром Do ниппельного колодца в мм, диаметром d ниппельных отверстий в мм, уровнем заглубления ниппельных отверстий ho в мм.
Рассмотрим вначале равновесие пластины под действием известной группы сил. Вниз на пластину стекла действуют: сила тяжести

Fт=mg , (1)

где m - масса стекла,

g - ускорение свободного падения

и сила динамического давления струй воздуха из решеток

Fd = F1nc , (2)

где F1 - сила динамического давления, создаваемая одним соплом,

nс - количество сопел.
Вверх на стекло действует сила давления воздуха в воздушной подушке

Fп=рпА, (3)

где рп - давление в подушке,

А - площадь заготовки стекла.
Силовой баланс в данном случае будет обеспечиваться равенством

Fп = FT + Fd

или с учетом (3)



Единственная неизвестная составляющая формулы (4) - Fd может быть определена по соотношению [3]

Fd = Aсvа 2nс,

где - плотность воздуха,

Ac - площадь сечения струи,

vа - активная (ударная) скорость струи, причем







где, в свою очередь, - коэффициент истечения,

а - коэффициент турбулентности струи воздуха.
Таким образом, после некоторых преобразований



а давление воздуха в воздушной подушке легко определяется по соотношению (4).
По известному давлению рп вычисляются скорость воздуха в воздушной подушке по формуле Сен-Венана [5]



(к - показатель адиабаты, р0 - атмосферное давление воздуха) и расход

V = vпAщ, (7)

где Aщ - площадь щели.
Полученные данные позволяют перейти к расчету охлаждающей способности системы модулей ниппельного типа [2]



где , и - соответственно коэффициент теплопроводности, плотность и динамическая вязкость воздуха,

vc - среднее значение скорости воздуха в щели,

dг - гидравлический диаметр.
А гидравлический диаметр равен [2]

dг = 2( D0)0.5 (9)

При заданном значении вычисляем vc, а расход воздуха из одного элемента системы модулей ниппельного типа вычисляется по формуле

V1 = 0c, (10)

где 0 - площадь ниппельного колодца.
Из [2] 

Полный расход будет

V = V1nk, (12)

где nk - количество элементов системы модулей ниппельного типа, обслуживающих закалку данного изделия.
Подставив (8), (9), (10), (11) в (12) получим



Приравнивая (13) и (7) можем выразить количество элементов системы модулей ниппельного типа



Шаг элементов, при условии если система модулей ниппельного типа имеет площадь 1 м2, будет равен



И подставляя (14) мы выразим шаг элементов



В таблице представлены результаты испытаний установки для закалки листового стекла второго примера выполнения. Но параметры известного устройства системы модулей ниппельного типа, такие как диаметр ниппельного колодца D0= 14 мм, уровень заглубления ниппельных отверстий h0=9.5 мм, диаметр ниппельных отверстий d=3 мм, остаются неизменными.
Волнообразная деформация определяется углом возникновения оптических искажений, полученных на установке типа "зебра". Предельное нижнеее значение угла =40o.
Дефект волнообразной деформации устраняется по сравнению с прототипом за счет того, что стекло в закалочной установке транспортируется не по роликовому конвейеру, а на воздушной подушке. По этой же причине появляется возможность закалять тонкие стекла. Кроме того, по сравнению с двухсторонней воздушной подушкой снижается количество брака за счет того, что в установке для закалки стекла больше расстояние между стеклом и верхней воздухоструйной решеткой. Расход воздуха снижается на 46-47% за счет небольшого расхода в системе модулей ниппельного типа.
Установка для закалки листового стекла устраняет характерный дефект изделий в виде волнообразной деформации, позволяет закалять тонкие стекла, исключает затраты на ремонт и эксплуатацию транспортирующего механизма под обдувочной решеткой и снижает энергозатраты на подачу охлаждающего воздуха по сравнению с аналоговыми устройствами.
Источники информации

1. Аэродинамические характеристики и охлаждающая способность воздухоструйных устройств для закалки листового стекла / Шабанов А.Г., Шутов А.И. , Потапов В.И. и др.// Стекло и керамика. -1982. - 1. -С. 10-12.
2. Аппен А. А., Асланова М.С., Амосов Н.М и др. Стекло. Спавочник. Под ред. Павлушкина Н.М. -М.: Стройиздат, 1973, с. 261.
3. А.с. 939414, С 03 В 27/00, 1980, БИ 24 (прототип).
4. Шутов А.И., Чистяков А.А., Чуриков В.Д. Определение охлаждающей способности воздушной подушки для закалки тонкого стекла.// Стекло и керамика. -1980. - 1. -С.6-8.
5. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. -М.: Стройиздат, 1987, 414 с. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Установка для закалки листового стекла, включающая печь нагрева, верхнюю обдувочную решетку с соплами и регуляторы расхода воздуха из обдувочных сопел, где каждый регулятор расхода воздуха выполнен в виде клапана, кинематически соединенного с диафрагменной камерой, полость которой сообщена с внутренним пространством, по крайней мере, двух сопел, расположенных в направлении движения стекла, отличающаяся тем, что под верхней обдувочной решеткой на расстоянии B=Z+b+ установлена система модулей, создающая воздушную подушку, где Z - расстояние от среза сопл до стекла, b - толщина стекла, - расстояние от стекла до системы модулей, причем шаг между элементами модуля составляет



где , и - соответственно, коэффициент теплопроводности, плотность и динамическая вязкость воздуха;

S - площадь системы модулей;

Aщ - площадь щели;

D0 - диаметр ниппельного колодца;

- расстояние до охлаждаемой поверхности;

- коэффициент теплоотдачи;

vп - скорость воздуха в воздушной подушке,

а количество модулей рассчитывают из условия равенства максимальной площади закаляемого изделия и площади системы модулей, создающей воздушную подушку.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru