книги из ГПНТБ / Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий

Из зарубежных конструкций в Советском Союзе из­ вестны камеры фирмы «Грюнцвейг и Гартман», смонтиро­ ванные на заводе № 5 воскресенского комбината «Красный строитель» в линии с ванной печью производи­ тельностью до 450 кг расплава в 1 ч. Волокно получают фильерно-дутьевым методом. Камеры этой фирмы пред­ назначены для тепловой обработки минераловатного ковра, обработанного связующим не только методом распыливания, но и методом пролива с вакуумировани­ ем. Влажность ковра при этом составляет ПО—120%. В камерах получают мягкие, полужесткие и жесткие пли­

специальной конструкции выполнены с перфорацией до 40%. Обратные ветви конвейеров вынесены наружу, что позволило разделить камеру по длине герметичными пе­ регородками, образующими четыре зоны. Три первые зо­ ны имеют замкнутый циркуляционный контур с вентиля­ торами среднего давления и подогревом циркулирующе­ го теплоносителя в газовых цилиндрических топках. Тем­ пература подогрева теплоносителя до заданной темпера­ туры (180—230° С) поддерживается автоматически. В первую и третью зону теплоноситель поступает под ко­ вер, во вторую — над ковром. Четвертая зона является зоной охлаждения и обслуживается циркуляционным вентилятором без топки. Воздух в эту зону подается так­ же над ковром. Расчетная скорость движения теплоно­ сителя через ковер 1,2—1,5 м/сек. В конструкции камеры предусмотрено достаточное уплотнение между конвейе­ рами и стенками камеры, что позволяет удерживать пе­ репад давления по сторонам ковра до 100 мм вод. ст. Столь высокий перепад необходим при тепловой обра­ ботке полужестких плит (у=150 кг/м3). Однако и в этом случае продолжительность тепловой обработки плит толщиной всего 30 мм составляет около 20 мин.

Считаем целесообразным привести некоторые данные о конструкции камеры для тепловой обработки минера­ ловатных изделий фирмы «Юнгерс». Как видно из схемы, приведенной на рис. 68, камера при длине 13,5 м имеет две зоны. Первую (по ходу ковра) зону длиной 7,5 м об­ служивает вентилятор производительностью 22 000 м3/ч при температуре теплоносителя 200° С, подаваемого сни­ зу вверх. Во второй зоне длиной 6 м установлен венти­

122

лятор производительностью 35 000 м3/ч с подачей тепло­ носителя сверху вниз. Мощность электродвигателей вен­ тиляторов соответственно равна 20 и 40 кет. Поперечные перегородки, разделяющие зоны, установлены для гер­ метичности в два ряда; их положение можно регулиро­ вать. Этим создана возможность при необходимости сни­ жать производительность камеры, превращать ее в

Р и с . 68. Т е п л о в а я с х е м а р а б о т ы к а м е ­ р ы ф и р м ы « Ю и ге р с »

однозонную с работой только одного отопительно-венти­ ляционного агрегата. Для равномерного распределения потоков теплоносителя по всей площади ковра на выход­ ных патрубках вентиляторов установлены профилиро­ ванные направляющие. Средняя расчетная скорость про­ соса теплоносителя через ковер равна 0,57 м/сек. Общий напор циркуляционного контура вентиляторов не пре­ вышает 140 мм вод. ст. (при 200°С).

Камера обслуживает линию при вагранке производи­ тельностью до 3000 кг расплава в 1 ч. Расчеты показы­ вают, что при ширине камеры 2 м продолжительность тепловой обработки полужестких плит объемным весом 100 кг/м3 равна 6 мин. Оригинально решены конвейеры камеры. Их две пары: первая — формующая и более прочная, а вторая (сетчатая)— обеспечивает необходи­ мую фактуру изделий.

Цилиндры

При строительстве промышленных предприятий зна­ чительную часть теплоизоляционных работ составляет теплоизоляция трубопроводов, для которой до настояще­

123

го времени используют в основном плоские или рулон­ ные минераловатные изделия. Для индустриализации теплоизоляционных работ на этих объектах необходимы фасонные минераловатные изделия — цилиндры, основ­ ные характеристики которых приводим ниже.

124

.жание неволокнистых включений. Осаждение и форми­ рование ковра происходит в камере волокноосаждения '•с сетчатым конвейером шириной 1500 мм и скоростью

.движения до 12 м/мин; здесь же вводят раствор фенолоюпиртов путем распыления струи паровым соплом. Ко­ дер, непрерывно поступающий к узлу навивки, имеет пе­ ременную толщину. Слой ваты на перфорированные скалки (степень перфорации 34%) навивается без при-

Р и с . 70. У з е л п о д а ч и т е п л о н о с и т е л я в скалку к а м е р ы Н о в о ­

с и б и р с к о г о з а в о д а т е п л о и з о л я ц и о н н ы х и з д е л и й

нудительного обжатия. В результате цилиндры имеют значительные отклонения по внутреннему и внешнему диаметрам при колебании объемного веса 150—350 кг/м3.

Тепловая обработка цилиндров происходит в конвей­ ерной камере длиной 17 лг, в которой сушат и прогревают цилиндры продувкой теплоносителя через перфорирован­ ные скалки. Однако конструктивное решение ввода теп­ лоносителя в скалки (рис. 70) не позволяет создать дав­ ление в скалках свыше 5—6 мм вод. ст., что обусловило продолжительность тепловой обработки цилиндров из пародутьевой ваты не менее 25 мин.

Известно, что гидравлическое сопротивление минера­ ловатного слоя, изготовленного из ваты, полученной центробежным способом, выше, чем слоя, изготовленно­ го из дутьевой ваты, и время его тепловой обработки при одной и той же объемной массе значительно увеличива­ ется. Проведенное обследование линии подтвердило эти

126

данные. Время тепловой обработки цилиндров, изготов­ ленных на этой линии из центробежной ваты, составило

50 мин.

При производстве изоляционных работ требуется большой ассортимент цилиндров по типоразмерам, т. е. по внутреннему диаметру и толщине стенок. Анализ име­ ющихся зарубежных данных говорит о том, что широкий ассортимент навивных минераловатиых цилиндров мож-

Р и с . 71. С х е м а о п ы т н о й у с т а н о в к и п о п р о и з в о д с т в у м и н е р а ­

но изготовлять вне конвейерной линии, на отдельно стоящем сушильно-навивочном блоке. Учитывая эти данные,

атакже опыт работы отечественных конвейерных линий,

вТеплопроекте создали установку, работающую по но­ вой технологии. По этой технологии цилиндры изготов­ ляют вне потока независимо от работы вагранки. При этом на основном конвейере заготовляют минераловат-

мые рулоны, содержащие связующее. В дальнейшем с них срезают тонкий слой ваты, который затем навива­ ют на перфорированную скалку, и кратковременно про­

транспортирования срезанного слоя к узлу навивки; узла навивки с механизмом выемки скалки; топочного уст­

127

Таким образом, установка обеспечивает весь цикл производства мннер'аловатных цилиндров на синтетиче­ ском связующем.

2. Тепло- и влагообмен в минераловатном слое при продувке его теплоносителем

При тепловой обработке мипераловатиого ковра про­ дувкой газообразный теплоноситель движется через ма­ териал, представляющий собой пористое волокнистое те­ ло, поверхность которого образуют в основном тонкие волокна (d = 5 ~ l0 мк). Минераловатный ковер (слой) приходит на тепловую обработку в увлажненном состоя­ нии, поэтому такой процесс является одним из случаев тепло- и влагообмена в пористом (волокнистом) слое

вусловиях вынужденной конвекции.

ВСоветском Союзе и за рубежом проведено значи­

тельное число аналитических и экспериментальных ис­ следований по теплообмену в пористом (зернистом) слое. Большинство из них решало задачу так называе­ мого чистого теплообмена. По теплообмену как в зерни­ стом, так и в волокнистом слое, осложненному вла-

показывают исследования ряда авторов, наиболее важ­ ными факторами, определяющими тепло- и влагообмен

вслое, являются свойства и характер движущейся сре­ ды. Поэтому изучению процесса переноса тепла и влаги

вслое должны предшествовать исследования гидродина­

мики потока газа в слое.

Гидродинамика потока газа в слое

Процесс движения вязкой жидкости в пористой среде описывается системой дифференциальных уравнений Навье — Стокса и уравнений сплошности. Однако гео­ метрическая структура пористой среды неопределенна. В частности, в минераловатной среде (слое) геометри­ ческая структура зависит от диаметра и длины волокон, размеров, количества и формы неволокнистых включе­ ний, пористости, линейных размеров слоя. К тому же по-

128

ровые каналы в таком слое имеют разнообразные очер­ тания вследствие случайного характера укладки волокон в слое. Описать аналитически такую структуру, конеч­ но, невозможно. В связи с этим уравнения движения вязкой жидкости в пористой среде, даже в наиболее простом случае, когда гидравлическое сопротивление оп­ ределяется только силами вязкости, не интегрируются до расчетных зависимостей. Как уже указывалось выше (стр. 21), теория подобия позволяет, не интегрируя диф­ ференциальных уравнений, получить расчетные крите­ риальные зависимости, определяющие различные про­ цессы, в том числе и процесс движения жидкости в пори­ стой среде.

Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что сила сопротивления, возникающая при фильтрации пористого слоя, в общем виде выражается как некоторая функция числа Рейнольдса

Eu = / (Re),

где Ей — критерии Эйлера; Re — критерий Рейнольдса [см. формулу

(13)].

где Др — гидравлическое сопротивление пористого слоя; р — плот­ ность; v — скорость движения жидкости (газа).

Универсальный закон сопротивления для внутренней задачи (при движении жидкости в шероховатых труб­ ках) имеет вид;

где ср — безразмерный коэффициент сопротивления; он'входит в фор­ мулу, которую принято использовать для расчета гидравлического слоя

здесь у — объемный вес движущейся среды в кг/м?; g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2.

Во внешней задаче гидродинамики (при обтекании ■гел потоком жидкости) универсальный закон сопротив­ ления записывают в виде:

Eu = A Re".

По аналогии с внутренней и внешней задачами гидро­ динамики в пористой среде различают три режима дви­ жения: ламинарный, переходный и турбулентный. Но ана­ логия ограничивается лишь общим принципом преобла­ дания инерционных или вязкостных сил. М. Э. Аэров дви­ жение газа сквозь слой зерен при малых числах Рей­ нольдса рассматривает аналогичным прохождению его через ряд изогнутых по траекториям трубок. По мнению В. Г. Петрова-Денисова, который проанализировал ха­ рактерные особенности движения жидкости в пористой среде как в ламинарной, так и в турбулентной области, такой случай следует рассматривать как внутреннюю задачу, аналогичную движению жидкости в шерохова­ тых трубках.

Чтобы иметь возможность использовать критериаль­ ные зависимости для выражения закона сопротивления при течении жидкости в пористом слое, необходимо для моделирования слоя (фиктивного) использовать тела правильной формы (шары). Для перехода к реальному слою следует использовать метод эквивалентного диа­ метра по объему слоя и определять удельную поверх­ ность слоя с учетом коэффициента формы ф>:

здесь d — диаметр шариков.

При использовании этого метода принимают истин»

где v — скорость фильтрации, отнесенная к основанию слоя, в м/сек.

130