
- •Методичні матеріали
- •1. Особливості конструювання огороджень теплових агрегатів
- •1.1 Методика конструктивного розрахунку огородження
- •Послідовність розрахунку
- •1.2 Приклад конструктивного розрахунку огородження
- •1.3 Методика перевірочного розрахунку огородження
- •Послідовність розрахунку
- •2. Визначення розмірів робочої камери нагрівальних і термічних печей
- •3. Визначення розмірів трубопроводів і лежаків
- •4. Розрахунки економічних показників роботи теплових агрегатів
- •5. Розрахунок обичайки апарату, що працює під тиском
- •Перелік посилань
- •Додаток б
- •Додаток в
- •Додаток г
- •Додаток д
- •Додаток е
- •Додаток ж
- •Додаток з
- •Додаток и
- •Додаток к
- •Додаток л
- •51918, М. Дніпродзержинськ,
1.1 Методика конструктивного розрахунку огородження
При
конструктивному розрахунку огороджень
задане розташування обмурівки в просторі,
товщина вогнетривкого прошарку
,
вогнетрив та його теплопровідність
Б•t;
температура внутрішньої поверхні
обмуровки tвн;
густина теплового потоку через обмуровку
або відповідна їй температура зовнішньої
поверхні стінки
;
температура навколишнього середовища
.
Для вирішення задачі необхідно обрати матеріал прошарків 2 і 3 теплової ізоляції (Рисунок 1.1) і визначити їхню товщину, знайти розподіл температури по товщині обмуровки. При цьому для забезпечення надійної роботи обмуровки необхідно виконати умови:
(1.5)
де
– максимально припустима робоча
температура матеріалу і-го
прошарку ізоляції.
Нерівності повинні виконуватися з запасом, що враховує знос футеровки та експлуатаційні коливання температури в робочій камері; для t1 запас повинен бути 50 100, а для t2 – 30 70 0C.
Послідовність розрахунку
1. Для заданого розташування стінки в просторі розрахувати .
2. Якщо задана tнар , то визначити qo. c. і навпаки по qo.c. знайти графоаналітично tнар.
3. Розрахувати необхідний загальний тепловий опір обмуровки
Ri=(tвн–tнар)/q
4. Визначити R'1 = b1 / '1. Для цього треба попередньо задати t'1 і знайти
'1 = А1+Б1·0,5(tвн+t'1)
Уточнити
температуру між
1м та 2м прошарком:
.
Якщо t'1
t1,
то наближення повторити при завданні
нової t''1
,
і так повторювати до збігу заданої й
отриманої температур
з похибкою не більше 1%.
5. Вибрати легковаг, виходячи з забезпечення умови надійності його роботи
6.
Обрати
теплоізоляційний матеріал. Прийняти
і знайти
2=А2+Б2·0,5(t1+t'2)
, R2
=(t1-t2)/qо.с.
та
товщину прошарку легковагу b2
=
R22.
Товщину
прошарку зі значеннями більше 0,6м
приймати не слід, тому що така товщина
прошарку є нереальною для реалізації
на печі. У випадку, коли отримано значення
товщини більше 0,6м, слід змінити обраний
матеріал третього прошарку та зробити
перерахунок
,
,
,
,
.
7. Знайти необхідний тепловий опір прошарку теплової ізоляції R3 =Ri–(R1+R2). Для tср3=0.5(t2+tнар) розрахувати 3=А3+Б3tср3 і шукану товщину прошарку теплової ізоляції b3 = R33.
1.2 Приклад конструктивного розрахунку огородження
Як приклад розглянемо конструктивний розрахунок вертикальної стінки пічного агрегату. Конструкція стіни складається із чотирьох прошарків: 1-ий - робочий прошарок із динасового вогнетривкого матеріалу товщиною 348 мм ; 2-ий - вогнетривкий ізоляційний прошарок; 3-ій - теплоізоляційний прошарок; 4-ий – металева обшивка. Температура внутрішньої поверхні обмуровки 1400C, а зовнішньої – 55C, температура навколишнього середовища – 15C.
Розв’язування
1 Для вертикального розташування стінки в просторі по рівнянню (1.2) розраховуємо коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні стінки в навколишнє середовище, Вт/(м²°C)
2. Визначаємо густину теплового потоку від зовнішньої поверхні обмурівки в навколишнє середовище по рівнянню ( 1.1 ), Вт/м2:
3. Визначаємо необхідний загальний тепловий опір обмурівки, (м2°C) / Вт:
Для стаціонарного теплового стану густина теплового потоку крізь обмурівку дорівнює густині теплового потоку в навколишнє середовище, тобто
,
тоді необхідний тепловий опір обмуровки:
4. Відповідно до завдання робочий прошарок обмурівки виконується з динасу. По додатку А коефіцієнт теплопровідності динасу визначається формулою:
де tср1 – середня температура прошарку, що визначається як середньо-арифметичне значення між tвн і t1, °C
Перше наближення
Задаємося в першому наближенні температурою t'1 на межі поділу першого і другого прошарків рівною, °C
t'1 = tвн – 100 ; t'1 = 1400 – 100 = 1300
Коефіцієнт теплопровідності при середній температурі першого прошарку
Тепловий опір першого прошарку складе
(м2°C)/Вт
Уточнюємо температуру t1
Похибка визначення температури складає
(
1,7 %)
Так як похибка 1,7% більше 1% виконуємо розрахунок у другому наближенні.
Друге наближення
Задаємося
в другому наближенні температурою
Коефіцієнт теплопровідності при середній температурі першого прошарку
Тепловий
опір першого прошарку складе
(м2°C)/Вт.
Уточнюємо температуру t1
ºС
Похибка визначення температури складає
(0,075%),
що значно менше 1%. Приймаємо температуру t1 = 1323 °C
5. Обираємо матеріал вогнетривкої ізоляції (другого прошарку) з умови:
Як матеріал для другого прошарку можна рекомендувати пінодинасовий матеріал (див. Додаток А) з граничною температурою застосування 1500 °С. Коефіцієнт теплопровідності даного прошарку визначається формулою:
6.
Зовнішній (четвертий) прошарок виконаємо
з листової конструкційної сталі з
теплопровідністю
= 51,5 Вт/(м°С)
і товщиною
=4
мм. Тоді температура на межі поділу
третього і четвертого прошарків буде
дорівнювати
Тепловий опір четвертого прошарку, (м2°C)/Вт.
У
такий спосіб через малий тепловий опір
четвертого прошарку падінням температури
в ньому можна знехтувати і вважати, що
.
7. Обираємо в якості теплоізоляційного матеріалу третього прошарку вермікулітові плити з граничною температурою застосування 700°С (див. Додаток А) і коефіцієнтом теплопроводності, що розраховується по формулі
3 = 0,0814 + 1,5110 -4 tср 3
Тоді температура t2 повинна бути на 50 °C нижче гранично припустимої температури застосування для третього прошарку, тобто t2 = 700 – 50=650 °С.
Визначаємо необхідну товщину теплової ізоляції другого прошарку. Для цього розраховуємо середню температуру другого прошарку
tср2 = 0,5 (1323 – 650) = 986,5°C
Коефіцієнт теплопровідності другого прошарку
2 = 0,465 + 4,6510 -4 986,5 = 0,924 Вт/(м°C).
Тепловий опір другого прошарку
(м2
°C)/Вт
Попередня товщина другого прошарку повинна бути:
b2 = R2·2 = 1,44 0,924 = 1,33 м
Аналізуючи отримані результати можна зробити висновок, що обраний матеріал 3-го прошарку має низьку температуру застосування і, отже, потребує значного зниження температури в 2-му прошарку. Отримана товщина другого прошарку 1,33м є нереальною для реалізації на печі. Тому обираємо для третього прошарку шамотний ультралегковаг із граничною температурою застосування 1100°C і коефіцієнтом тепло-провідності, що розраховується за формулою: 3=0,0582+1,74510-4t ср3
Тоді температура t2 буде дорівнювати t2 = 1100 – 50 = 1050 °C.
Середня температура другого прошарку буде дорівнювати
tср2 = 0,5 (1323 + 1050) = 1186,5°C.
Коефіцієнт теплопроводності другого прошарку
2 = 0,465 - 4,6510 -41186,5 = 1,02
Тепловий опір другого прошарку
(м2
°C)/Вт
Попередня товщина другого прошарку складе
b2 = R2·2 0,5841,02 = 0,595 м.
Розміри стандартної цеглини складають 230 х 114 х 65 мм. У такий спосіб прошарок може бути виконано з 2,5 цеглин із зазорами 2 мм для кладення другої категорії, тобто товщина вогнетривкої ізоляції складе
=232+ 232 + 116 = 580 мм.
Тому що прийнята товщина 580 мм відрізняється від розрахункової 595 мм, виконаємо розрахунок для визначення дійсної температури t2
Тепловий
опір прошарку складе
тоді
t2 = 1323 – 467,20,569 = 1057°C
Похибка у визначенні температури t2 складе
(
0,66 % )
Тому що похибка не перевищує 1%, уточнення 2 не потрібно. Отримана температура 1057°C менше гранично припустимої для матеріалу третього прошарку 1100 °C.
8. Розрахуємо товщину третього прошарку. Середня температура третього прошарку складе
t ср3 = 0,5 ( 1057 + 55 ) = 556°C
Коефіцієнт теплопровідності третього прошарку, Вт / ( м °C )
3 = 0,0582 + 1,745 10 -4 556 = 0,155
Тепловий опір третього прошарку
(м2
°C
) / Вт
Попередня товщина третього прошарку
b3 = 2,14·0,155 = 0,332 м.
Виходячи з розмірів стандартної цеглини зазначена товщина забезпечується прошарком у 1,5 цеглини, тобто з урахуванням швів товщина складе b3=232+116=348мм Тому що прийнята товщина 348 мм більше розрахункової, то зовнішня температура поверхні буде декілька менше заданої.
П
1 – Динас
2
– Пінодинас
3 – Шамотний
ультралегковаг
4 – Металева
обшивка
Рисунок 1.2 – Розрахунковий розподіл температур у проектованому огородженні