Устройство для сбора и удаления газов алюминиевого электролизера

Полезная модель относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза. Техническим результатом полезной модели являются повышение эффективности сбора и удаления от электролизера газов; сокращение аэродинамического сопротивления балки-коллектора. Достигаются это тем, что в устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами согласно предлагаемому решению, всасывающие окна выполнены с закругленными кромками, при этом отношение радиуса закругления кромки к гидравлическому диаметру всасывающих окон находится в пределах r_к:r_г=1:(0,1÷0,5). где: r_к - радиус кромки; r_г - гидравлический диаметр всасывающего окна на уровне нижнего пояса жесткости. 1 илл.

Полезная модель относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза.

Известно техническое решение (патент РФ 2218453, С25С 3/22, 2003., опубл. 10.12.2003), для сбора и удаления выделяющихся из алюминиевого электролизера газов, содержащее балку-коллектор с вертикальными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, в которых вертикальные стенки балки-коллектора выполнены двойными для образования двух каналов для сбора и удаления газов, размещенных в верхней части балки-коллектора, в каждом из которых наклонно установлены ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, причем высота каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоотсоса.

Такая конструкция не обеспечивает равномерности газоотсоса через всасывающие окна балки-коллектора. Наибольшие объемы газов удаляются через окна, расположенные в непосредственной близости от газоотводящего патрубка, разрежение в которых максимально. При этом наклонно установленные ограничители, образующие всасывающие щели постоянной ширины и переменной высоты, создают дополнительное аэродинамическое сопротивление. В результате через щели между укрытиями электролизера, расположенными на некотором удалении от всасывающего патрубка, могут наблюдаться выбивания анодных газов в атмосферу корпуса.

Известно техническое решение наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату (патент РФ 2308551, С25С 3/22, опубл. 20.10.2007 г.), взятое за прототип. В устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами. Во внутренней полости каналов установлено не менее двух криволинейных перегородок, делящих каналы на зоны всасывания газов, с образованием постепенно сужающихся газоходов, изменяющих направление закругления на девяносто градусов в верхней зоне каналов.

Недостатком конструкции, взятой за прототип, является наличие отверстий и патрубков прямоугольного сечения, присоединенных под прямым углом к нижнему поясу жесткости балки-коллектора, обращенной к расплаву электролита. Кромка на входе потока в патрубок - острая, что создает дополнительные потери напора при расширении струи, сжатой после входа из широкого канала в узкий. При этом вдоль стенки канала образуется струя, отделенная от остальной среды поверхностью раздела, которая распадается и свертывается в мощные вихри. Длина участка l₂, на котором происходит вихреобразование, постепенное рассасывание вихрей и полное растекание потока по сечению, составляет примерно 8-12D_2г (D_2г - гидравлический диаметр широкого сечения) [1].

Задачами заявляемой полезной модели являются повышение эффективности сбора и удаления от электролизера газов; сокращение аэродинамического сопротивления балки-коллектора.

Поставленные задачи достигаются тем, что в устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами согласно предлагаемому решению, всасывающие окна выполнены с закругленными кромками, при этом отношение радиуса закругления кромки к гидравлическому диаметру всасывающих окон находится в пределах r_к:r _г=1:(0,1÷0,5).

где: r_к - радиус кромки; r_г - гидравлический диаметр всасывающего окна на уровне нижнего пояса жесткости.

Данные пределы отношений радиусов выбраны по следующим соображениям. Известно, что сопротивление сужающегося участка можно значительно уменьшить, за счет закругления кромки при переходе от широкого сечения к узкому (И.Е.Идельчик, Справочник по гидравлическим сопротивлениям, // М., «Машиностроение»., 1992, - с.672.; Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем под ред. Юрьева А.С. // Санкт-Петербург, «Мир и семья», 2001. - 1153 с.). Уменьшение соотношения радиусов менее 0,1 сопровождается резким ростом аэродинамического сопротивления потоку на входе во всасывающее окно; превышение этого соотношения более 0,5 значительно ослабит прочность нижнего пояса жесткости устройства сбора и удаления газов. К тому же дальнейшее увеличение соотношения, более 0,5, практически не влияет на уменьшение аэродинамического сопротивления всасывающего окна.

Заявляемая полезная модель поясняется графически. На фиг.-1 - общий вид устройства для сбора и удаления газов алюминиевого электролизера, фиг.2 - разрез на фиг.1

Устройство для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 с вертикальными двойными стенками 2, верхним 3 и нижним 4 поясами жесткости. Пространство между двойными стенками образуют каналы 5 для сбора и удаления газов, в которых установлены перегородки 6. Перегородки образуют плавно сужающиеся каналы, в которых вертикально направленный газовый поток из-под укрытия электролизера перестраивается в горизонтальный поток в выходном патрубке 7, соединенным с цеховой системой газоотсоса. В нижнем поясе жесткости 4 балки - коллектора имеются отверстия - всасывающие окна 8, входные кромки которых выполнены закругленными.

Принцип работы заявляемой полезной модели следующий.

При работе электролизера выделяющиеся газы из отдельных зон выбросов свободно поднимаются вверх и через всасывающие окна 8 попадают в каналы для сбора и удаления газов 5.

Таким образом, применение предлагаемой конструкции уменьшит аэродинамическое сопротивление устройства сбора и удаления газов, снизит энергозатраты на эвакуацию газов и сократит выбросы в рабочую зону корпуса электролиза.

Устройство для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащее балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми образованы каналы с всасывающими окнами для сбора и удаления газов, размещенные в верхней части балки-коллектора, соединенной с системой газоотсоса, отличающееся тем, что всасывающие окна выполнены с закругленными кромками, при этом отношение радиуса закругления кромки к гидравлическому диаметру всасывающих окон находится в пределах r_к:r_г=1:(0,1÷0,5), где r_к - радиус кромки; r_г - гидравлический диаметр всасывающего окна на уровне нижнего пояса жесткости.