Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
Тогда
y~50
=
Vi
(1
+
2~3)
=
0,219
(1
+
~~)
= 0,66
м'!с,
а
скорость
0,66
ООср
=--7
= 9,44
м/с.
0,0
где
0,07
-
площадь
сечения
дымохода,
диаметром
0,3
м
Длина
канала
1 =
21
,2
..
.4,3::::::;
17
м.
Потеря
давления
составит
9,442
17
ЛР'1'р=0,03--0,57-
=43
Па,
2
0,3
Рассчитываем
потери
давления
на
трение
в
муфеле,
при
этом
коэффициент
трения
принимаем
1..=0,04.
Среднюю
температуру
дымовых
газов
по
всей
длине
-муфеля
принимаем
4500
С.
Плотность
газов
при
этой
температуре
составит
273
Р
450
= 1
29
=
О
49
кгlМ
З
д
,
273
+.450'
•
Для
определения
среднего
объема
дымовых
газов
по
длине
муфеля
принимаем
изменение
объема
дымовых
газов
при
движении
по
муфелю.
Обозначим
при
этом:
начальный
объем
дымовых
газов
в
муфеле
- V
н;
объем
дымовых
газов
после
первого,
второго
и
следующих
отво-
дОВ
V
1
,
У
2
•
.,
V n;
количество
дымовых
газов,
отводимых
в
дымовой
канал,
У
О
;
коэффициент,
учитывающий
разбавление
дымовых
газов
возду
хом
через
нижние
краны
а.
240
Тогда:
У
n
=
У
n
_
1
-
ct
-
У
О
;
У
n
=
О,
14
мЗ/с.
У
1
= 0,14 - 0,01 = 0,13
мЗ/с;
V
s
=0,13-0,01
=0,12м
З
jс;
V
з
=
О,
12·1,5 - 0,04 = 0,18 - 0,04 = 0,14
м
3
/с;
У
4
=
0,14·1,5
- 0,06 = 0,210 - 0,06 = 0,15
мЗ/с;
V
Б
=
0,15.1,5
- 0,06 = 0,225 - 0,06 = 0,165
мВ/с;
У
а
= 0,165.1,5 = 0,29
мЗ/с.
Общий
конечный
объем
дымовых
газов
составит,
У
Х
=
е,е5
+ 2.0,01 + 0,04 +
2.0,06
+ 0,29 =
е,52
w
3
1c,
что
подтверждает
правильность
ПРИШl.Того
раеПl'е)l.еJJе
ния
дымовых
газов.
Тогда
средний
объем
дымовых
газов
по
длине
муфеля
при
нормальных
условиях
определится
так:
V
_0,14+0,13+0,12+-0,14+0,15+0,165+0,29
=016
3'.~
ер
- 7 '
м
,с,
V
450
=
О
16
1 + - =
о
42
M
3
j'c
(
450)
t '
273
' .
Средняя
скорость
0,42
Ыср
= 0,22 = 1,93
м/с.
Снижение
давления
составит
1,932 21,2
t:J.Pv:p
=
0,04-2-'
0,190,49
= 4,1
Па.
Так
как
каналов
шесть,
то
снижение
давления
составит
4,1·6=24,6
Па.
Общее
снижение
давления
в
муфеле
и
дымовом
кана·
ле на
трение
t:J.P'lP
=
43
+ 24,6 = 67,6
Па,
Необходимое
отрицательное
давление
в
печи
соста·
вит
Р
=
(~t:J.PM+
t:J.Pv:p)
к
з
=
(611,95 + 67,6)
2,5
=
1700
Па,
где
Кз
-
коэффициент
запаса давления.
Дымовая
труба
такого
отрицательного
давления
не
обеспечит,
поэтому
необходимо
применить
искусствен
ную
тягу,
т. е.
установить вентилятор
(дымосос).
8.
Подбор
вентилятора
и
его
характеристика
Исходными
данными
являются
объемный
расход
га
зов
и
необходимое
давление.
Необходимый
объемный
расход
составляет
0,52
м
3
газов
в
1
с,
или
0,52·3600=
1870
м
3
/ч.
Пересчитываем
на
температуру
2500
С
и
при-
16-266
241
нимаем
запас
50%
на
случай
изменения
режима
работы
печи:
V =
1870
1 + - = 3600
м
3
fч'
,
(250)
д
273 '
V
д
= 3600·1
,5
= 5400
мЗfч.
Так
как
создаваемое
давление
больше
1000
Па,
то
не
обходимо
подобрать
вентилятор
среднего
давления.
Анализируя
ряд
номограмм
вентиляторов
среднего
давления
Ц9-55,
останавливаемся
на
N!!
4,
который
обе
спечивает
наибольший
к.
п.
д.
(см.
рис.
IV.3).
Точка
А,
определяемая
координатами
полного
давления
(1700
Па)
и
объемным
расходом
5400
м
3
/ч,
показывает
возможный
к.
п. д.
вентилятора
0,61.
Остальные
величины
характеристики
вентилятора:
Частота
вращения.
.....
n=1900
об/мин
Окружная
скорость
колеса
. " 40
м/с
Средняя
скорость
на
выхлопе.
.,
18,5»
Динамическое
давление
на
выхлопе
200
Па.
Рассчитываем
мощность
на
валу
электродвигателя,
кВт:
N _ Vt Pt
ув
- 3600.1000
'IlB
'Iln
•
где
P
t
-
необходимое
отрицательное
давление
при
данноti'rемпе
ратуре
1700
Па;
'IlB
-
к
п. д.
вентилятора,
равный
0,61;
'Iln
-
к.
п.
д.
передачи,
по
справочным
данным
составляет
0,98;
N
5400·1700
= = 4
25
кВт
дв
3600.1000.0,61.0,98'
.
Установочная
мощность
с
учетом
запаса,
кВт:
N
YCT
=
КN
дв
.
При
мощности
на
валу
от
2
до
5
кВт
коэффициент
запаса
мощности
составляет
1,15.
Тогда
N
YCT
= 4,25·1,15 = 4,9
кВт.
Для
удаления
дымовых
газов
за
пределы
здания
должна
быть
установлена
дымовая
труба,
причем
вылет
ее
должен
располагаться
выше
уровня
крыши,
чтобы
вы
носить
продукты
горения
за
пределы
здания.
242
Принимаем
к
установке
металлическую
цилиндриче
скую
трубу.
Диаметр
трубы
рассчитаем
по
площади
~
чения,
м
2
:
V
д
Р=-,
<о
где
<о
-
допустимая
скорость
вылета
дымовых
'Газов;
для
металлических
труб
принимается
3
м/с.
Тогда
0,52
V4P
Р
= - =
о
173
м2
а
d = - -
о
47
м
3 " л
-,
.
§
5.
РАСЧЕТ
ПЕЧИ
ДЛЯ
ЗАКАЛКИ
СТЕКЛА
При
м
е
р.
Рассчитать
электрическую
печь
для
за
калки
плоскости
автомобильного
стекла
заданного
ас
сортимента.
Содержание
1)
Выбор
типа
электрической
печи
и
ее
основных
размеров.
Выбор
обдувочного
агрегата.
2)
Выбор
ассортимента
стекол
и
расчет
пропускной
способности
печи.
3)
Тепловой
баланс
печи.
4)
Мощность
печи
и
удельный
расход
электроэнер
гии.
1.
Выбор
типа
печи
и
ее
основных
размеров.
Выбор
обдувочного
агрегата
Для
нагрева
заготовок
стекла
используем
камерную
щелевую
вертикальную
электрическую
печь
с
раздвиж
ным
каркасом,
непрерывного
действия,
с
автоматическим
вводом
и
выводом
подвешенного
на
тележках
стекла.
Нагревательная
камера
прямоугольной
формы
в
соответ
ствии
с
выбранным
ассортиментом
имеет
размеры
(мм):
длина
2200,
высота
1540,
ширина
340.
Камера
обогревается
электрическими
нихромовыми
нагревателями,
уложенными
в
пазы
шамотных
фасонных
плит
в
виде
спиралей.
Имеются
три
самостоятельно
регу
.rIИруемые
зоны:
верхняя,
средняя
и
нижняя,
температура
в
которых
измеряется
термопарами
и
автоматически
ре
гулируется
электронным
потенциометром.
Верхняя
и
средняя
зоны
имеют
температуру
690,
нижняя
-
6000
С.
16*
243
Для
уменьшения
потерь
теплоты
печь
хорошо
изолиро
вана
и
заключена
в
металлический
кожух.
Для
охлаждения
стекла
принимаем
стационарный
обдувочный
агрегат,
состоящий
из
двух
камер.
Рабочая
поверхность
каждой
камеры
имеет
длину
1480
и
высоту
1080
мм,
что
вполне
обеспечивает
интенсивное
охлажде
ние
обрабатываемых
изделий
выбранного
ассортимента
с
резервом
на
большие
размеры.
Параллельные
поверхности
камер,
установленных
на
расстоянии
155
мм,
снабжены
отверстиями
диаметром
4
мм,
расположенными
в
шахматном
порядке
с
шагом
45
мм.
Воздух
подается
под
давлением
6380
Па
(48
мм
рт.
ст.).
Подготовленные
листы
стекла
подвешивают
с по
мощью
зажимов
на
стальные
тележки,
которые
посред
ством
цепного
автоматического
привода
по
подвесному
рельсовому
пути
подаются
в
рабочую
камеру.
В
печи
находится
одновременно
три
тележки.
При
вводе
очеред
ного
листа
стекла
все
тележки
в
печи
передвигаются
на
одну
позицию,
а
последний
лист
стекла
ВЫВОДИТСЯ
из
пе
чи
в
обдувочную
камеру.
Лист
закаленного
стекла
тем
же
механизмом
выводится
из
обдувочной
камеры
после
50-60
с
охлаждения
и
тележка
по
обводному
пути
пода
ется
к
загрузочной
части
печи.
Процесс
зака.
1
IИвания
про
текает
непрерывно.
2.
Выбор
ассортимента
стекол
и
определение
пропускной
способности
печи
Принят
к
расчету
1
следующий
ассортпмент
автомо-
бильного
стекла,
толщиной
5
мм:
1)
840·453
мм=0,381
м
2
,
2)
644·393
мм=0,253 м
2
,
3)
457·430
мм=0,197
м
2
,
4)
736·405
мм=0,298
м
2
,
5)
648·453
ммо=-0,294
м
2
Стекла
подвешиваются
длинной
стороной
по
вертика
ли,
поэтому
суммарная
ширина
тележек
не
должна
пре
вышать
длину
камеры
- 550
мм.
Принятая
высота
и
дли
на
рабочей
камеры
позволяют
располагать
в
печи
по три
лнста
стекла.
t
При
ПQдсчете
площади
стекла
условно
принята
прямоугольиа!\
фОjtма
ОГО.
244
При
определении
пропускной
способности
печи
при
нимаем
13
сутки
23
раб.
ч
и
1
ч
на
простой,
передачу
смен
и
профилактику.
Выдержка
каждого
листа
стекла,
по
практичееким
данным,
составляет
40
с
на
1
мм
толщины
стекла,
т.
е.
для
листов
стекол
толщиной
5
мм
составит
40·5=
200
с,
или
3
мин
20
с.
На
ввод
тележки
затрачивается
около
10
с.
Следовательно,
время,
затрачиваемое
на
нагрев
1
листа
стекла,
составит
3,5
мин.
Так
как
печь
работает
непре
рывно
и
в
печи
одновременно
находится
три
стекла,
то
через
каждые
3,5:3=
1,17
мин
выводится
готовое
стекло.
Таким
образом,
в
сутки
можно
пропустить
через
печь
23·60 = 1180
листов
стекла.
1,17
Пропускная
способность
по
средней
площади
стекла
F
ер.
составит
Р
ср
= 0,381 + 0,253 +
0,~97
+ 0,298 + 0,294 = 0,285
ы'.
Суточная
производительность
печи
без
учета
боя и
брака
в
= 1180'0,285 =
336
м
2
!сут.
3.
Тепловой
бала6С
печи
Для
определения
необходимой
мощности
печи
состав
ляем
тепловой
баланс
ее,
для
чего
рассчитываем
расход
теплоты
на
нагрев
стекла,
транспортирующих
устройств
и
тепловой
поток
в
окружающую
среду
теплопроводно
стью
и
излучением.
1)
На
нагрев
стекла,
кВт:
Фl
=
МС
СТ
и2
- t
1
),
где
М
-
масса
стекла,
пропускаемого
в
1
с,
кг;
Се
..
-
удельная
тепло~мкость
стекла,
кДж!
(кг.
ОС);
/1,
12
-
температура
стекла
до
и
после
нагрева
в
печи,
ОС.
ПО
справочным
данным
[36]
принимаем
Сет=
=0,90
кДж/(кг,ОС),
Расход
теплоты
рассчитываем
по
наибольшей
массе
нагреваемого
стекла,
для
чего
выбираем
наибольшие
размеры
листов
стекла,
т.
е.
840·453
мм=0,381
м
2
•
Масса
1
кг
стекла
площадью
0,381
м
2
составит
где
F -
площадь
листа,
M2~
б
-
толщина
листа,
М;
т
=
Fбр,
245
р
-
плотность
стекла,
кг/м
3
;
т =
0,381
·0,005·2500 =
4,75
кг
l\.оличество
листов
стекол,
загружаемых
в
1
ч:
n=60:1,17=Ы,4.
Масса
стекол,
загружаемых
в
1
ч:
М
=тn
=
4,75·51,4
=
244
кгJч,
или
0,068
кг/с.
Принимаем
t
1
=20°
С;
t
2
=650°
С.
Рассчитываем
расход
теплоты:
Фl
=
0,068·0,9
(650 -
20)
=
38,4
кВт.
Мощность,
необходимая
для
нагрева
стекла
Рl
=
=38,4
кВт.
2)
На
нагрев
транспортирующих
и
подвесных
уст
ройств.
Теплота
расходуется
на
нагрев
части
тележки,
находящейся
в
печи
(другая
часть
ее
находится
над
печью),
и
зажимов
для
подвески
стекла,
кВт:
Ф
2
=
М
Т
СТ
(t
2
-t
1
),
где
М
Т
-
масса
нагреваемых
металлических
подвесных
устройств,
кг/с;
С
т
-
удельная
теплоемкость
металла,
кДжf(кг.ОС);
t
2
-
температура
нагрева
металла
в
печи,
ОС;
(1
-
температура
транспортирующих
устройств
перед
вводом
в
печь,
ос.
Принимаем
t
2
=650°, t
j
=50°C,
так
как
металл
пол
ностью
не
успевает
охладиться
на
воздухе
до
его
темпе
ратуры.
Удельную
теплоемкость
стали
принимаем
0,585
кДж/(кг,ОС),
Масса
части
тележки
с
зажимами,
находящейся
в
печи,
составляет
10
кг.
В
час
вводится
в
печь
51,4
тележки,
соответствующих
количеству
листов
стекла:
М
Т
= 51,4·10 =
514
кг/ч
= 0,14
кг/с;
Ф
2
= 0,14·0,585
(650-50)
=
50
кВт.
Необходимая
для
этого
мощность
Р2=50
кВт.
3)
На
излучение
при
открывании
дверец
печи
д.ТIЯ
ввода
и
вывода
стекла
тепловой
поток
определяют
по
формуле,
кВт
Ф
З
=
~~~o
[(~~0)4
-
(~~0)4
J
Р,
где
СО
-
коэффициент
излучения
абсолютно
черного
тела,
рав-
ный
5,7
Вт/(мЧ~4);
246
q>-
кОЭффициент
диафрагмирования
(находят
по
справоч
ным
данным);
Т
1
И
Т
!
-
абсолютная
температура
соответственно
излучающей
среды
и
среды,
воспринимающей
излучение,
К;
F -
площадь
излучения,
м
2
•
Дверцы
открываются
автоматически
и
одновременно
при
каждом
вводе
стекла,
т. е.
через
1,17
мин
на
10
с.
Таким
образом,
в
1
ч
дверцы
открыты:
51,4·10=514
с
514
или
в
расчете
на
1
с
работы
печи
3600 =0,143
с.
Площадь
излучения
равна
сумме
площадей
дверных
проемов:
F
=0,1·1,3·2=0,26
м2.
Коэффициент
диафрагмирования
находится
в
справочни-
Н
ках
[55]
по
значениют,
где
Н
-
высота
отверстия,
в
данном
случае
высота
дверцы
1,3
м;
б
-
толщина
стены,
в
данном
случае
0,2
м
(см.
рис.
VII.7б)
Тогда
.!!..
=.!..J
= 6 5
б
0,2
,.
Такое
отношение
соответствует
наибольшему
значе
нию
коэффициента
ер.
Принимаем
его
равным
1.
Определяем
тепловой
поток
при
t
1
=7000
С,
t
2
=20°
С:
ф
=5,7.![(700+273)4_(20+273)']0
26.0143=
3
1000
100
100"
= 0,212·10-3
(8963-74)
= 1 ,88
кВт;
Р3
= 1,9
кВт.
4)
В
окружающую
среду.
Футеровка
рабочей
камеры
выполнена
из
шамотных
огнеупоров.
В
качестве
изоляци
онных
материалов
применен
диатомит,
листы
асбеста,
асбестит,
снаружи
-
металлический
кожух.
Тепловой
поток
определяем
по
формуле,
Вт:
(t
BH
-
tB)F
Ф4=
б
'
~_+_1
л.
(Х2
где
t
BM
и
t
B
-
температура
соответственно
внутренней
теплоотдаю
щей
кладки
и
окружающего
печь воздуха,
ОС;
б
-
толщина
кладки,
м;
')..
-
теплопроводность
материала,
Вт!(м,ОС);
(Х2
-
коэффициент
теплоотдачи
от
наружной
поверхности
печи
воздуху,
BTf(M
2
·"C).
247
Тепловой
поток,
теряемый
в
окружающую
среду,
рас
CtКITw
••
e ..
n6
отдельным
частям
печи
(рис.
VII.7).
А
'ВОР
Рис.
УII.7.
Разрез
печи
для
закалки
стекла
А
-
поперечныll;
Б
-
горнзонтальныll;
а
-
шамот;
б
-
днатомит;
в
-
асбест
Принимаем
следующие
значения
теплопроводности
(вт/(м,ОС):
Лmамота=
1,2;
Ласбеста=О,2;
Лдиатомита=О,14.
Рассчитываем
а2
при
свободной
теплоотдаче
от
по-
верхности
окружающему
воздуху
при
t
и
<
1500
С,
BTj(M
2
•
O
C)
[56]:
as
=
[8,4
+
0,06
ин
-
'
в
)]
1
,163,
где
t
s
-
температура
иаружной
поверхности
стенок
(кожуха),
равная
40
ОС;
1,163 -
коэффициент
для
перевода
единиц
ккалj(м
2
·ч·
О
С)
в
Bтf(M
2
.oC);
as
=
8,4
+ 0,06·20 = 11,2 BTl(M2.oC).
б
Термическим
сопротивлением
кожуха
т
пренебре-
гаем
ввиду
его
незначительности,
так
как
б=
1,5
мм,
а
л=58
BTj(M·OC).
Рассчитываем
тепловой
поток,
теряемый:
а)
через
вводные
и
выводные
дверцы,
представляю
щие
собой
металлический
кожух
с
забивкой
асбестовой
крошкой
л=0,17
BTj(M'OC)'
толщина
изоляции
35
мм;
площадь
дверцы
Р
дв
=I,4·0,2=О,28 м
2
,
а
площадь
двух
дверец
Р=О,28·2=О,56
м
2
•
2i8
Принимаем
t
ви
=650<> С;
t
n
=20°C.
Тогда
=(650-20)0,56
= 328 =
1150
Вт'
Фа
1 0,035 0,296 J
-+-
11,20,17
б)
через
под,
площадь
которого
разбиваем
на
три
участка
вдоль
печи:
центральный,
соответствующий
ши
рине
шамотной
кладки
пода,
и
два
боковых
(см.
рис.
VII.7).
Центральный
участок:
кладка
-
шамот
1'1=200
мм;
диатомит
1'1=200
мм;
асбест
1'1=
15
мм.
Длина
участка
соответствует
длине
рабочей
камеры
2200
мм,
а
ширина
800
мм.
Тогда
его
площадь
F =
2,2·0,8
= 1,76
м!;
При
t
n
l!l=70Qo
С
определим
тепловой
поток:
(100
-
20)
1,76
1198
Ф
б1
=
----..>.......;.--.<..-'------
= - =
650
Вт
_1_
+
0,2
+ 0,015 + Q + 0,015 1,837 '
11,2 1,2
0,2
0,14
0,2
Боковые
участки:
кладка
-
диатомит
1'1=200
мм,
асбест
б=15
мм.
Площадь
боковых
участков
F = (1,8
-0,8)
2,6
=
2,6
м
2
•
Температуру
теплоотдающей
поверхности
вычисляем
как
среднюю
между
температурами
шамотной
кладки
(принимаем
ее
равной
5000
С) и
наружной
поверхности:
Тогда
500
+40
t
ви
= t
ep
= =
270
ос,
2
(270
-20)2,6
650
Ф
б
•
=
--~--~--
=
-1,-59-5
=
408
Вт,
_1_
+
0,2
+ 0,015
11,2 0,14
0,2
Общий
тепловой
поток,
теряемый
подом,
соста.вит
Фб
=
650
+
408
=
1058
ВТ;
в)
через
боковые
стены
камеры.
Площадь
боковой
стены
разбиваем
на
участки
в
соответствии
с
кладкой:
249