Цепные решетки
Общее устройство. Цепные решетки являются одним из самых старых средств механизации слоевого сжигания топлива (появление ее можно отнести к 1841 г.). Они состоят из следующих основных элементов: рамы, ведущего и ведомого валов (последний иногда заменяется неподвижными направляющими), колосникового полотна, дутьевого короба (при подаче воздуха от дутьевого вентилятора) и опорной конструкции для нижней ветви полотна (если только полотну не дается свободный провис). На ведущем валу устанавливаются звездочки, которые входят в зацепление с ведущими элементами колосникового полотна. Ведомый вал обычно снабжается гладкими шкивами.
При использовании решетки в качестве самостоятельного топочного устройства, на начальном участке ее ставится угольный ящик с топливным затвором и регулятором слоя. Спереди решетка закрывается кожухом, имеющим дверки для осмотра колосникового полотна и замены колосников, сзади на нее накладывается шлакосниматель из изогнутых чугунных плит. Одно время применялись периодически закрываемые и открываемые шлаковые подпоры, предназначавшиеся для накопления и выжига шлака, но сейчас от них почти везде отказались.
Привод решеток относительно небольшой длины чаще всего осуществляется через передний вал. Это удобнее с точки зрения размещения приводного устройства, а также монтажа решетки. Кроме того, передний вал находится в более легких температурных условиях и, следовательно, менее подвержен опасности скручивания от нагрева. В ряде случаев длинные решетки изготовляются с приводом на заднем валу.
Типы колосниковых полотен. Существующие цепные решетки можно разделить по типам колосниковых полотен на следующие группы:
- ленточные - с колосниками, непосредственно соединяемыми друг с другом поперечными штырями;
- бимсовые - с пластинчатыми или плитчатыми колосниками, набираемыми на поперечные фигурные или круглые балки (бимсы);
- плитчатые - с длинными поперечными колосниковыми плитами;
- чешуйчатые - с тонкими поперечными колосниками, шарнирно закрепляемыми по концам в специальных чугунных держателях «револьверного» типа и перекрывающими друг друга подобно чешуе.
Бимсы, колосниковые плиты и держатели колосников крепятся к ведущим цепям, которые сцепляются со звездочками одного из валов решетки (непосредственно или через ролики). У ленточного колосникового полотна роль цепей выполняют сами колосники.
В Европе наибольшее предпочтение отдано чешуйчатым цепным решеткам, которые изготовляются рядом фирм в Англии, ФРГ, Франции и некоторых других странах. Бимсовые решетки широко распространены в США, а также применяются во многих странах наряду с чешуйчатыми решетками. Они менее ограничены по размерам в длину и ширину, так как могут изготовляться с усиленными цепями и не имеют соединительных штырей, которые нужно заводить сбоку.
Ленточные цепные решетки применяются в основном для небольших котлов, что определяется, с одной стороны, условиями их прочности, а с другой - трудностью сборки и разборки. О плитчатых решетках прямого хода в настоящее время ничего неизвестно. Они, видимо, не получили распространения. Один тип такой решетки широко используется в топках с механическими ротационными забрасывателями фирмы «Детройт Стокер» при обратном движении колосникового полотна.
Чешуйчатые цепные решетки. На рис. 4-1 показано колосниковое полотно английской решетки типа Ундерфид-Стокер (изготовления фирмы «Бабкок-Вилькокс»), Колосники вставляются цапфами в углубления, имеющиеся у держателей. Число их в пакете на одном держателе - шесть. Ведущие цепи стальные пластинчатые. В поперечном направлении они соединяются между собой стяжными стержнями, на которые надеваются дистанционные трубки и чугунные ролики. Последние служат опорами для полотна при передвижении по верхним направляющим рамы и, кроме того, входят в зацепление со звездочками ведущего вала. Держатели крепятся к цепям при помощи пальцев со шплинтами. Длина колосников 300 и 370 мм.
Рис 4-1. Чешуйчатое колосниковое полотно решетки типа Ундерфид-Стокер.
На рис. 4-2 и 4-3 показаны отдельно держатели и колосники. Можно видеть, что у держателей предусмотрены специальные прорези, а у колосников тонкие перемычки около цапф. Это сделано для облегчения сборки и разборки колосникового полотна. Колосник вводится тонкой перемычкой в прорезь держателя, что позволяет свободно завести другой его конец в противоположный держатель. Затем он выдвигается из прорези и ставится в наклонное положение.
Рис. 4-2. Держатели колосников цепной решетки типа Ундерфид-Стокер: a - средний; б - крайний (правый).
Рис. 4-3. Колосник цепной решетки типа Ундерфид-Стокер.
Здесь, конечно, есть некоторая опасность произвольного сдвига колосника в прорезь и выпадания из полотна при прохождении вокруг валов, а также внизу решетки. Но практически такие случаи бывают сравнительно редко.
Французская фирма «Штейн и Рубэ» изготовляет аналогичные цепные решетки с семью колосниками в пакете (рис. 4-4).
Рис. 4-4. Чешуйчатое колосниковое полотно фирмы «Штейн и Рубэ».
Современные цепные решетки выполняются с малым живым сечением (около 5%), что обеспечивает, с одной стороны, их почти полную беспровальность, а с другой стороны, более равномерное распределение воздуха в слое. Это важно в связи с использованием углей, отличающихся повышенной зольностью и значительным содержанием мелких фракций. Для получения указанного живого сечения зазоры между колосниками у чешуйчатой решетки должны составлять не более 1,5 мм. Они выдерживаются за счет специальных приливов на колоснике. Так как некоторый провал все-таки может быть, то колосник отливается с желобком («карманом») внизу, служащим для улавливания проваливающихся частиц топлива и золы. Карман очищается при переворачивании полотна.
Вес 1 м2 колосникового полотна цепной решетки типа Ундерфид-Стокер составляет ~ 375 кг. Поскольку цепи стальные и их много, то решетку данного типа возможно выполнять достаточно большой по длине (до 8 м). В части развития колосникового полотна в ширину имеется ограничение, связанное с тем, что трудно заводить очень длинный стяжной стержень (обычно размер решетки по ширин не превышает 4,5 м).
Топки с цепной решеткой типа Ундерфид-Стокер поставлялись в СССР до Великой Отечественной войны и хорошо зарекомендовали себя в отношении надежности в работе и длительности срока службы. Следует отметить, что фирма изготовлял держатели колосников из ковкого чугуна. Отливавшиеся у нас держатели из простого серого чугуна часто ломались.
Бимсовые цепные решетки. Бимсы выполняются разной конфигурации: двойные Г-образные, одинарные Т-образные, в виде литой стальной рамы, круглые и др. При фигурных бимсах колосникках устанавливаются на них неподвижно (рис. 4-5). Раньше были конструкции решеток, в которых предусматривалось опрокидывание рядов колосников вместе с бимсами для самоочистки, но затем от этого отказались.
Рис. 4-5. Двухбимсовый колосник.
На основе нашей практики можно судить, что лучше всего оправдывают себя неподвижные двухбимсовые или однобимсовые колосники. Важное значение имеет надежное уплотнение решетки на стыках рядов колосников, чтобы в этих местах не было прорывов лишнего воздуха в топку. В этом отношении благоприятны колосники, изображенные на рис. 4-6, которые перекрывают друг друга по принципу «нос на хвост».
Рис. 4-6. Колосник бимсовой решетки фирмы "Гаррингтон".
Ведущие цепи у бимсовых решеток выполняют функции как тяговых элементов, так и опорных, передающих на раму вес колосникового полотна и слоя топлива; поэтому для уменьшения износа, а также снижения сопротивления движению они снабжаются роликами (гладкими, с желобком или с ребордой), катящимися по направляющим того или иного профиля (рис. 4-7). Направляющие прокладываются в специальных каналах, отделенных от дутьевого короба решетки. Наряду с этим применяются и безроликовые цепи. Есть конструкции решеток, у которых ролики неподвижно установлены на раме. Звенья цепей выполняются штампованными, коваными или литыми.
Рис. 4-7. Направляющие для роликовой цепи у бимсовой решетки фирмы «Гаррингтон».
Вес бимсового колосникового полотна значительно больше, чем других типов полотен. Например, для имеющихся у нас решеток фирмы «Гаррингтон» он составляет ≈475 кг/м2.
Ленточные решетки. Некоторые типы применяемых колосниов для ленточных цепных решеток показаны на рис. 4-8. Эти колосники являются ведомыми (промежуточными). Тяговые усилия воспринимаются специальными ведущими колосниками (крайними и средними), имеющими более широкие полки. Между ними ставятся тонкие промежуточные колосники.
Рис. 4-8. Колосники ленточных решеток: а - с гладкими боковыми кромками; б - сменный с замком; в с канавками на боковых кромках; г - волнистый; д - колосник Донугля.
Достоинствами ленточного колосникового полотна являются простота устройства, компактность и хорошая самоочистка на перегибах у валов. По весовым данным оно занимает пример среднее положение между чешуйчатым и бимсовым полотнам. Вместе с тем имеются и довольно серьезные недостатки. Полотно требует точного изготовления деталей и тщательной сборки.
Колосники работают на растяжение и могут часто ломать (их необходимо выполнять из высокопрочного чугуна). Стяжные стержни расположены слишком близко к рабочей поверхнос полотна, вследствие чего возможна их деформация от чрезменого нагрева. Для замены поврежденных колосников приходится останавливать котел, охлаждать топку и размыкать полотно.
Интересны небольшие ленточные цепные решетки, применяемые для жаротрубных котлов. Одна из конструкций в исполнении фирмы «Ходжкинсон» показана на рис. 4-9. Решетка вдвигается в жаровую трубу в полностью собранном виде. Для удаления шлака под такими решетками устанавливается транспортер или вибрационный золоудалитель.
Рис. 4-9. Цепная решетка для жаротрубного котла фирмы «Ходжкинсон». 1 - свежее топливо; 2 - горящее топливо; 3 - шлак; 4 - внутренние щиты; 5 - колосниковое полотно.
На рис. 4-10 показано ленточное колосниковое полотно решетки, изготовляемой фирмой «Ходжкинсон». Обращает на себя внимание простота формы колосников. Зазоры между колосниками заданы слишком большими (выше уже говорилось о необходимости малого живого сечения решетки). Очевидно, рассматриваемая решетка предназначена для сжигания грохоченых малозольных углей.
Рис. 4-10. Ленточное колосниковое полотно фирмы «Ходжкинсон».
Топки с такими небольшими цепными решетками могли бы найти применение и у нас для котлов производительностью по пару до 2,5 г/ч. Все, однако, будет зависеть от качества топлива.
Рамы и дутьевые короба. Рамы современных решеток выполняются сварными из профильной и листовой стали. Дутьевой короб размещается между верхней и нижней ветвями колосникового полотна, причем ввод воздуха в него осуществляется через боковины рамы (с двух сторон или с одной какой-нибудь стороны). Предусматривается регулирование распределения воздуха по длине горящего слоя. У чешуйчатых решеток тип Ундерфид-Стокер и фирмы «Штейн и Рубэ» для этой цели применяются поворотные чугунные заслонки под колосниковы полотном (см. рис. 4-1 и 4-4). В других конструкциях дутьево короб разделяется поперечными перегородками на отдельны зоны с самостоятельными подводами воздуха. Следует отметить, что второе решение является более рациональным, так ка поворотные заслонки при большой общей площади не могу обеспечить нужное регулирование (малейшее их открытие дае сразу же значительный расход воздуха); кроме того, они трудно выполнимы.
Окна для ввода воздуха в зоны должны иметь возможно большие размеры, чтобы снизить входные скорости воздуха , уменьшить неравномерность его распределения по ширине решетки. Если скорость воздуха будет слишком велика, то н противоположном от входного окна конце зоны (при односторо нем подводе воздуха) или в середине зоны (при двухсторонне подводе) получится повышенное давление, а около окна может быть даже разрежение.
Многие фирмы выполняют специальные воздушные распределительные камеры между зонами, имеющие ряд отверстий для выхода воздуха по ширине зоны. Регулировочные шиберы ставятся либо на входе в камеры, либо непосредственно в указанных отверстиях. Здесь можно обеспечить лучшее распределеление воздуха по ширине решетки, а также значительно уменьшит сечение вводных воздушных патрубков под решетку, что облегчает установку топок под разными котлами. Но для размещена распределительных камер требуется достаточная высота дутьевого короба; кроме того, внутреннее устройство его получаете сложным. При чешуйчатом колосниковом полотне провал топлива обычно ничтожно мал. Поэтому очистка дутьевых зон от отложений может производиться сравнительно редко путем ручного выгреба через вводные воздушные патрубки. Бимсовые решетки более провальны. Для удаления провала из зон предусматриваются, либо зольные шиберы (золотники) с обработанными поверхностями скольжения, либо поперечные шнеки с ручным приводом (см. рис. 4-11). Первый вариант хуже, так как, с одной стороны, трудно обеспечить плотность зольных шиберов против утечек воздуха, а с другой стороны, отложения просыпаются в подрешеточное пространство, откуда их опять таки нужно как-то удалять. Шнеки же выдают провал на боковую сторону топки, где он может быть собран в ведра или носилки. Правда, применение шнеков возможно только при большой высоте от пола котельной до поверхности решетки.
Рис. 4-11. Ленточная цепная решетка со шнеками для удаления провала из дутьевых зон.
Прочие элементы решеток. Опорные конструкции для нижней ветви колосникового полотна выполняются в разных случаях как скользящего типа (из чугунных плит или продольных стальных балок), так и в виде рольгангов. С точки зрения снижения тягового усилия в цепях и мощности привода решеток рольганги предпочтительнее, но у них из-за засорения подшипников трудно обеспечить надежное вращение роликов. Кроме того, они усложняют решетку.
У многих бимсовых решеток нижняя ветвь колосникового полотна опирается на такие же рельсовые пути, как и верхняя ветвь.
Натяг колосникового полотна производится путем передвижения одного из валов решетки.
Подшипники переднего вала в большинстве случаев роликовые (скользящие применяются только для небольших решеток). Обычно вал устанавливается на двух опорах, но есть широкие решетки, где число опор больше.
Для заданного вала также часто применяются роликовые подшипники. Однако когда этот вал является холостым, по-видимому, лучше устанавливать его на скользящих подшипниках с большим зазором, при которых возникает меньше осложнений из-за нагрева вала. Целесообразно водяное охлаждение подшипников.
У некоторых решеток вместо заднего вала выполняются неподвижные направляющие кронштейны дугообразной формы (см. рис. 4-4). Такое решение привлекательно своей простотой, но целесообразно только при колосниковом полотне, имеющем опорные ролики. Если полотно без роликов, то применение указанных кронштейнов будет связано с увеличением сопротивления движению полотна, а также с усилением износа элементов последнего.
Топливные затворы в угольных ящиках выполняются преимущественно секторными.
Регуляторы слоя набираются из ряда чугунных плит, прикрепляемых к той или иной опорной стальной конструкции. Плиты защищаются от топочного излучения фасонными огнеупорными кирпичами. Под плитами часто ставится охлаждаемая водой труба.
Подъем регулятора слоя осуществляется при помощи цепей или винтовых штанг (для этого в конструкции угольного ящика предусматриваются соответствующие механизмы).
Приводные устройства решеток в большинстве случаев состоят из электродвигателя и механического редуктора. Последний, как правило, включает в себя червячную пару с колесом большого диаметра.
Ранее изменение скорости решетки производилось при помощи коробки скоростей. Сейчас в лучших моделях редукторов применяются цепные вариаторы.