ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «ИТПФ»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Нагрев и нагревательные устройства»

на тему: «Расчёт и конструирование нагревательного устройства для нагрева заготовок под горячую штамповку»

Выполнил студент группы ОД-31 ФИО.

Проверил д.т.н., проф. Мороз Б.С..

Зав. кафедрой д.т.н., профессор Мороз Б.С.

Ростов-на-Дону

2013 г.

Д ОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «ИТПФ»

Утверждаю

Зав. кафедрой д.т.н., профессор Мороз Б.С.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Нагрев и нагревательные устройства»

на тему: «Расчёт и конструирование нагревательного устройства для нагрева заготовок под горячую штамповку»

Исходные данные

1. Производительность печи G = 110кг/ч

2. Заготовка вид - прокат

Материал - сталь 45

Ширина - d = 40мм

Длина - l = 80мм

3. Температура нагрева металла t_м = 1200^оС

4. Топливо (вид) - природный газ

Химический состав топлива:

CH₄ = 81,7%; C₂H₆= 5,0%; C₃H₈= 2,0%; C₄H₁₀= 1,2%; C₅H₁₂= 0,6%;

CO = 0,4%; H₂S = 0,6%; N₂ = 8,5%.

Дата выдачи задания 20 февраля 2013 года

Задание получил студент группы ОД-31 ФИО.

Руководитель д.т.н., проф. Мороз Б.С..

Содержание

Введение

1. Расчёт конструирования нагревательной печи

2. Расчёт горения топлива

3. Расчёт продолжительности нагрева металла

4. Определения основных размеров рабочего пространства печи

5. Выбор материалов для печи и определение ее габаритных размеров

6. Составление теплового баланса печи

7. Расчет дымового канала

8. Определение основных показателей рабочей печи

Список литературы

1. Введение

Высокое качество поковок достигается при правильном нагреве металла для ковки или штамповки в пределах установленных темпе­ратур. Таким образом, нагрев металла при ковке и штамповке яв­ляется важнейшей операцией, в значительной степени, определяющей качество и стоимость продукции кузнечного производства.

В практике, как правило, рационализация нагрева металла при­водит не только к повышению качества получаемых поковок, но и к повышению производительности кузнечного цеха.

В кузнечном производстве металл нагревается в пламенных пе­чах и электронагревателях. Пламенные печи вследствие универ­сальности до сего времени имеют широкое применение. В них могут нагреваться заготовки различного веса, размера и формы.

Пламенная печь — сложный тепловой агрегат, в котором про­текают процессы получения тепла от горения топлива и передачи его нагреваемому металлу. Эта совокупность процессов теплообмена при горении топлива и движении газов в рабочем пространстве между печными газами, стенками и металлом является тепловой работой печи.

По характеру нагрева металла пламенные печи делятся на ка­мерные и методические. Камерная печь имеет обычно пря­моугольную форму. Основная часть печи представляет собой рабо­чую камеру, где на поду нагревается металл (заготовки). Посадка нагреваемых заготовок в рабочую камеру производится через окно, закрываемое специальной заслонкой. В стенке рабочей камеры уста­новлены горелки (при работе печи на газе) или форсунки (при работе на мазуте).

Продукты горения (дымовые газы) отводятся из рабочей камеры по каналам, находящимся в стенках камеры и сообщаю­щимся с дымоходом, над которым обычно устанавливается реку­ператор для подогрева воздуха, поступающего для горения, теплом уходящих дымовых газов. Если дымовые газы отводятся в подземный дымоход, то под рабочей камерой делается подовая камера, сообщающаяся с дымоходом. Тогда рекуператор может устанавливаться в подовой камере или в дымоходе

1. В ыбор конструкции нагревательной печи

На основе исходных данных осуществляем выбор конструкции печи, обеспечивающей нормальную работу основного кузнечного оборудования. При этом, учитывая характер производства, способ изготовления поковок, вид топлива, способ отвода дымовых газов, а также вид и форму нагреваемых заготовок.

Конструируем камерную печь пламенного нагрева со стационарным подом для нагрева заготовок под горячую штамповку, отводом дымовых газов под зонт.

2. Расчёт горения топлива

Расчёт горения топлива сводится к определению теплоты сгорания данного топлива; количества воздуха, необходимого для горения; количества продуктов горения (дымовых газов); калориметрической и действительной температуры в рабочем пространстве печи.

2.2.1. Определение теплоты сгорания газообразного топлива.

Определяем теплоту сгорания газообразного топлива по формуле с. 7 [3]:

= 127СО + 108Н₂ + 358СН₄ + 590С₂Н₄ + 636С₂Н₆ + 913С₃Н₈ + 1158С₄Н₁₀ + +1465С₅Н₁₂ + 234Н₂S (кДж/м³),

где СО, Н₂, С₂Н₄, .... , Н₂S – элементарный состав топлива в процентах;

= 127СО + 358СН₄ + 636С₂Н₆ + 913С₃Н₈ + 1158С₄Н₁₀ + 1465С₅Н₁₂ + 234Н₂S (кДж/м³) = 127*0,4 + 358*81,7 + 636*5,0 + 913*2,0 + 1185*1,2 + 1465*0,6 + 234*0,6 = 50,8 + 29248,6 + 3180 + 1826 + 1422 + 879 + 140,4 = 36746,8 (кДж/м³).

2.2.2. Определение теоретического количества воздуха, необходимого для горения топлива.

Определяем теоретическое количество воздуха, необходимого для горения топлива по формуле с. 12 [3]:

L_т = 0,26 10^-3 – 0,06 (м³),

где L_т – теоретическое количество воздуха, необходимого для горения топлива;

L_т = 0,26*10^-3 *36746,8 – 0,06 = 9,55 (м³).

2 .2.3. Определение действительного количества воздуха, необходимого для горения топлива.

Определяем действительное количество воздуха, необходимого для горения топлива по формуле с. 28 [1]:

L_д = _дL_т (м³),

где _д – коэффициент избытка воздуха. Принимается при сжигании газообразного топлива _д = 1,05....1,1;

Принимаем _д = 1,05;

L_д - действительное количеств воздуха, необходимого для горения топлива;

L_д = 1,05*9,55 = 10 (м³).

2.2.4. Определение количества продуктов горения.

Определяем количество продуктов горения по формуле с. 13 [3]:

V_г = 0,272 10^-3 Q_н^р + 0,06 + (_д + 1) L_т,

где V_г - количество продуктов горения (объём);

V_г = 0,272 10^-3 36746,8 + 0,06 + (1,05 + 1) 9,55 = 10,5 (м³).

2.2.5. Определение калориметрической температуры горения топлива.

Определяем калориметрическую температуру горения топлива по формуле

с. 13 [3]:

где q_т^ф = С_тt_т – тепло, вносимое с подогретым топливом (кДж/м³);

q_в^ф = С_вt_вL_д – тепло, вносимое с подогретым воздухом (кДж/м³);

С_г – теплоёмкость продуктов горения. Принимается при сжигании газообразного топлива С_г = 1,41 – 1,5 (кДж/м^{3 0}К);

Принимаем С_г = 1,46 (кДж/м^{3 0}К);

С_т, С_в – соответственно, теплоёмкость топлива и воздуха при температуре подогрева;

t _т, t_в – температура подогрева, соответственно, топлива и воздуха;

t_к - калориметрическая температура горения топлива;

Так как топливо и воздух не подогреваются, то q_т^ф + q_в^ф = 0