книги из ГПНТБ / Семенов, Леонид Алексеевич. Безнапорная пропарочная камера

насадки и, будучи легче воздуха, стремится вьщти в пер­ вую очередь через верхнее отверстие. '

При увеличении избытка пара последовательно всту­ пают в работу и остальные, нижерасположенные отвер­ стия (рис. 11).

Теоретический расчет такой насадки очень прост.

Расход пара при работе одного верхнего отверстия

достигнет максимума, когда паровая зона (граница меж­

ду паром и воздухом 0—0) окажется в центре второго от­

W2 = ■у/'2g (hl + ha),

расход g2 = 6100F1/hi + h2.

Во втором отверстии напор составит

Р2 —- 0,6 h2,

скорость Wf = ]/~ 2gh2

расходы для третьего случая, когда линия 0—0 опустит­ ся до центра четвертого отверстия (рис. 11в).

Для первого отверстия

рз = 0,6 (h1 + h2 + ha),

W3 = /2g (h, + h2 + h3),

gs = 6100 Fj / Ь^Иг + Ьз;

для второго отверстия

Рз = 0,6 (h2 + h8),

W3 = /Ig (h2 + h3) ,

g23 = 6100 F2 / h2 + h3;

для третьего отверстия

P3 = 0,6 h?,

W3 = /2ih?,

g33 = 6100 F3

И общий максимальный расход при работе трех отверстий

g3 = 6100 ( Fj / Ьх + ^ + Ьз + F2-/ h2 + h3 +

21

g3 = 6100 F ]/h(l + У 2 + У з) = 25200 F]/h.

Рассмотрим также и четвертый случай, когда вступит

вработу и последнее, самое нижнее отверстие (рис. 11г).

Вэтом случае расход пара, который мы обозначим через g4, уже не поддается учету, и единственно, что мы можем сказать:

g4>g3. (Н)

Для практического применения необходимо насадку конструировать с таким расчетом, чтобы допустимый мак-

22

та из кожуха при этом возрастает. Если приток пара

уменьшается, линия 0—0 передвигается кверху. Применение контрольных конденсаторов и насадок

полностью решает вопрос контроля за тепловым режимом изотермического процесса в безнапорных полуавтоклавных камерах при tH3 = 100°.

Использование контрольного конденсатора позволяет также чрезвычайно просто и абсолютно надежно решать вопрос автоматического регулирования подачи пара при изотермическом режиме.

О недостатках существующих (примитивных) пропарочных камер

По сравнению с другими тепловыми агрегатами, при­ меняющимися в промышленности, пропарочные камеры обычного типа представляют собой очень примитивные устройства. Возьмем, например, камеры для сушки леса или кирпича. В таких агрегатах места расположения вход­ ных и выходных отверстий и скорости в последних, на­

правление и скорости внутренних циркуляционных токов,

распределение температур и влажности среды по объему камеры берутся не вслепую, а на основании глубоких тео­ ретических и экспериментальных исследований и с учетом богатейшего опыта многих десятилетий.

А как оборудуются камеры для пропарки железобе­

тонных изделий?

На полигонах подлежащее пропарке изделие иногда просто накрывают брезентом, под который и подается пар. При этом воздух и избыток паровоздушной смеси давлением пара неорганизованно удаляются из-под бре­ зента через дыры в самом |брезенте и другие случайные щели и неплотности.

Пропарочная камера обычного типа, будь то ямная или тоннельная, по существу ничем не отличается от ука­

занного выше устройства с брезентом. Здесь также забо­ тятся только о подводе пара, а что происходит дальше, какие развиваются давления, по каким законам совер­ шается движение в камере паровоздушной смеси и куда

удаляется ее избыток, — об этом не заботятся.

При проектировании пропарочных камер не учитыва­ ются правила, несоблюдение которых в других теплотех­

нических устройствах рассматривалось бы как проявле­

23

ние элементарной технической безграмотности. Так, в си­ стемах парового отопления при пуске пара в нагрева­ тельные приборы обязательно предусматривается отвод воздуха из них. Это элементарное правило в пропарочных

камерах не соблюдается.

Еще профессор Грум-Гржимайло примерно полвека

тому назад указал, что для создания более равномерных температур в сушильных камерах и тому подобных устрой­

ствах отвод охлажденной паровоздушной смеси нужно производить из нижней зоны. Это правило, с большой пользой применяющееся в сушильной технике, в системах

воздушного отопления и прочих устройствах при проекти­ ровании пропарочных камер также во внимание не при­ нимается.

Чтобы яснее представить себе недостатки примитив­ ной пропарочной камеры, проанализируем подробно ее работу.

Обычная камера представляет собой яму с кирпичны­ ми или бетонными стенками и полом, закрываемую свер­ ху крышкой с водяным или песочным затвором. Пар по­ дается через перфорированные трубы, уложенные по

периметру камеры у пола, конденсат стекает в канализа­

цию через трап. Работа камеры делится на три стадии:

нагревание паровоздушной среды от начальной темпера­ туры до 80—85°, поддержание этой температуры на по­ стоянном уровне (изотермический режим) и остывание.

Мы уже рассмотрели процесс нагрева герметичной ка­

меры И показали, что внутри ее возникают высокие дав­ ления, которые конструкция камеры не в состоянии вы­ держать. Между тем в проектах это не учитывается и никаких устройств для выхода избытка паровоздушной

смеси не предусматривается. В результате она сама ищет выхода через какие-либо щели и неплотности, способству­ ет их образованию. Всякие попытки устранить в процессе эксплуатации выход паровоздушной смеси из камеры пу­

тем заделки этих щелей и неплотностей совершенно бес­ плодны и свидетельствуют лишь о непонимании элемен­ тарных физических законов. Избыток паровоздушной сме­ си должен выйти из камеры, и он обязательно выйдет, даже если бы для этого пришлось приподнять крышку камеры или разрушить ее стены.

В ямных камерах щели образуются в верхней зоне

(над уровнем земли), под швеллерами водяных затво­

24

ров, в самих затворах и пр., и камера работает по схеме «снизу—вверх» со всеми ее недостатками (рис. 13).

Струйки пара, отклоняясь вверх, устремляются под кры­ шку камеры, и горячая паровоздушная смесь уходит нару­ жу. В средней части камеры, у пола, паровоздушная смесь застаивается и переохлаждается до 40—50°, в то время как температура под крышкой достигает 80—90°.-

Рис. 13. Камера обычного типа в процессе разогрева.

Переходим теперь к изотермическому режиму. Выше мы уже указывали, что поддерживать постоянную темпе­

ратуру при tH3 < 100°, когда камера заполнена паровоз­

душной смесью, невозможно и что камера фактически'

непрерывно «дышит», то засасывая холодный воздух, то'

выбрасывая паровоздушную смесь. Это «дыхание» также способствует нарушению герметизации. На практике в камерах обычного типа возникает множество щелей, через

которые они постоянно сообщаются с атмосферой. Осо­ бенно плохо и вредно то, что щели образуются в верхней зоне камеры. Паровоздушная смесь, будучи в 1,5—2 раза легче воздуха, стремится кверху и выходит через эти отверстия наружу.

В тот момент, когда приток пара в камеру примерно соответствует его фактическому расходу, около половины

тальной плоскости, на приточные и вытяжные совер­ шается отнюдь не случайно, а под воздействием опре­ деленных факторов. В том месте, где поступление пара больше, например у левой стенки камеры, происходит относительный перегрев и образуются интенсивные восхо­ дящие токи паровоздушной смеси. Нарушенное равновесие будет усугубляться, так как сюда устремятся струйки

2&

пара и из соседних участков паропроводов; произойдет относительный перегрев находящихся здесь изделий и

самих стенок камеры, что в свою очередь повлияет на

повышение температуры смеси в этой части камеры. Если

увеличить подачу пара в камеру, линия 1 — 1, т. е. гра­

ница между отверстиями, работающими на подсос воз­ духа и на выброс смеси, начнет перемещаться вправо,

дельные моменты все отверстия будут работать на выброс или, напротив, на подсос. Чем больше суммарное живое сечение щелей, тем это менее вероятно.

На практике камеры, особенно полигонные, имеют столько щелей, что на всех стадиях процесса пропарки (нагревание, изотермический режим, остывание) часть отверстий «парит», а часть работает на подсос. Если за­ сыпать эти отверстия песком, опилками или уплотнить

каким-либо другим способом, линия 1 — 1 переместится вправо и часть отверстий, работавших на подсос, начнет работать на выброс, т. е. будет «парить». Предположим,

что, постепенно двигаясь вправо, мы засыплем все отвер­ стия. Это неизбежно вызовет общее повышение темпера­ туры, а следовательно, и давления в камере. Избыток воздушной смеси вновь прорвет щели. В большинстве случаев на «парение» камер перестают обращать внима­ ние, что и служит основной причиной плохого их со­ стояния.

Инфильтрация холодного воздуха отрицательно сказы­ вается на процессе пропаривания. Изделия, находящие­

ся в более благоприятных условиях, набирают требуемую

прочность за 6—8 часов, а изделия (или их части), омы­ ваемые более холодной и сухой смесью, оказываются готовыми только через 15—20 часов, а иногда и через

26

--несколько суток. Отсюда — неоднородность их качества. Резюмируя сказанное, делаем вывод, что, с одной стороны, герметизация камер нужна, чтобы бороться с утечкой пара и инфильтрацией холодного воздуха, т. е. для того, чтобы сократить потери пара, ускорить про­ цесс пропаривания и повысить качество изделий, а с другой стороны, полная герметизация в принципе недопу­ стима, так как необходимо обеспечить выход избытка паровоздушной смеси в процессе нагрева камеры и дать возможность камере «дышать» при изотермическом ре­ жиме. Это противоречие до настоящего времени не раз­ решено. Между тем разрешается оно очень просто. Нуж­ но лишь обеспечить постоянное сообщение камеры с ат­ мосферой путем устройства специальной трубы, которая должна начинаться у пола, как это сделано в нашей ка­

мере, описанной ниже.

Переходим к вопросу о температуре изотермического

прогрева. Обычно принято пропаривание изделий произ­ водить при температуре до 80—90°, и у многих специа­ листов составилось мнение, что более высокая темпера­ тура вредно отражается на качестве изделий и поэтому нежелательна. Мы хотим прежде всего обратить внима­ ние на особенности работы камеры при температурах, приближающихся к 100°. Если пар подается в нижнюю зону камеры, происходит интенсивное перемешивание его с воздухом и избыток паровоздушной смеси вырывается наружу. Чем выше требуется поднять температуру в ка­ мере, тем больше нужно удалить из нее паровоздушной смеси.

Кривые, приведенные на рис. 7, ясно показывают, как трудно практически довести прогрев камеры от 85—90

до 99°. Для этого надо из нее выбросить паровоздушной смеси в 3,5 раза, а пара — в 10 раз больше, чем при про­ греве до 85—90°. Попытки нагревать камеру выше 90° в большинстве случаев не удаются. Резкое повышение ин­

тенсивности выхода паровоздушной смеси особенно от­

рицательно действует на конструкцию камеры, нарушая ее герметизацию, и потери пара возрастают в несколь­

ко раз.

Рассмотрим особенности изотермического режима при высоких температурах. Выше уже говорилось, что некото­ рые колебания температуры в камере неизбежны. Прак­

тически они составляют не менее +3—4°. При пониже-

27

нни температуры происходит подсос воздуха, при повы­

шении — выброс паровоздушной смеси наружу.

Кривые выброса паровоздушной смеси и содержаще­ гося в ней пара из камеры за одно «дыхание» (колебание температуры +3°) при различных температурах изотер­

мического режима (рис. 15) указывают на некоторый ру­ беж, имеющий место при температуре 80—90°. Если эта

величина превышена, выброс паровоздушной смеси и осо­ бенно содержащегося в ней пара резко возрастает, вслед­

ствие чего восстановление снизившейся температуры ока­ зывается все более затруднительным.

Рис. 15. Выход паровоздушной смеси и пара за одно «дыхание» камеры при разных температурах на 1 м3 ее объема: La'—объем смеси (в м3/м3); g0'—вес пара (в кг/м3).

Интересны данные, полученные в 1957 г. при испыта­

нии камеры объемом 35 м3 в г. Ростове-на-Дону (рис. 16). На рисунке показан отрезок кривой температуры в каме­ ре в течение одного часа. Казалось бы, температура из­ менялась в небольших пределах (она постоянно регули­ ровалась опытным теплотехником), однако «дышала» ка­

28