5.2 Расчет времени разогрева смерзшегося груза

Для выгрузки смерзшегося груза необходимо восстановить его сыпучесть, что может быть достигнуто разогревом или механическим рыхлением груза.

Смерзшиеся грузы разогреваются в гаражах для размораживания грузов (тепляках). Разогрев в тепляках осуществляется следующими способами:

– конвективным теплообменом, когда теплоносителями являются горячие газы,

– комбинированным способом – используется тепловое излучение и конвекция на установках типа ВТИ,

– инфракрасным излучением от специальных газовых горелок на установках с ГИИ (газовые инфракрасные излучатели).

Температура внутри тепляка во всех случаях должна обеспечивать разогрев и сохранность груза, а также сохранность вагона и его оборудования.

На процесс разогрева влияют теплофизические свойства груза, вагона и теплоносителя.

Расчет времени разогрева ведется при условии, что количество тепла Q₁, полученное грузом для восстановления сыпучести, равно количеству тепла Q₂, отданному теплоносителем.

Количество тепла на разогрев груза включает в себя:

– тепло, необходимое для нагревания смёрзшегося груза от начальной отрицательной температуры поверхности груза до температуры замерзания,

– тепло, необходимое для фазовых переходов льда в воду,

– тепло, затраченное на перегрев груза от температуры замерзания до конечной температуры после разогрева.

Так как после окончания разогрева температуры каждой из обогреваемых поверхностей груза и вагона будут различны (из–за различных теплофизических свойств), необходимо рассчитать средневзвешенную конечную температуру разогрева

, ^оС (5.1)

где t_к^гр, t_к^б, t_к^л – допускаемая конечная температура на поверхности груза, бортов (стенок) вагона и выгрузочных люков соответственно, ^оС (принимается по таблице 5.1);

S_гр, S_б, S_л – площадь верхней поверхности груза, боковой поверхности груза, примыкающей к стенкам (бортам) полувагона и нижней поверхности груза (люков) соответственно, м² (рассчитывается исходя из внутренних размеров кузова вагона и высоты засыпания груза в вагоне);

S_об – суммарная площадь трех указанных поверхностей

S_об = S_гр + S_б + S_л, м²

Высота засыпки груза в вагоне определяется

, м (5.2)

где G – грузоподъемность вагона, т

l – длина кузова вагона, м

b – ширина кузова вагона, м

γ – объемная масса груза, т/м³

Количество тепла, необходимое для разогрева груза, определяется по формуле

, кДж (5.3)

где φ – коэффициент смерзаемости груза;

V_гр – объем смерзшегося груза, м³

С_см, С_т – объемная теплоемкость смерзшегося и талого груза, кДж/м³·^оС;

С_ф – теплота фазовых переходов (С_ф=335·10³ кДж/м³);

t_пов – температура поверхности смерзшегося груза;

t_з – температура замерзания груза;

t_к^ср – средневзвешенная конечная температура разогрева;

W – фактическая влажность груза, доли единицы;

W_б – безопасная в отношении смерзаемости влажность груза, доли единицы.

Объем смерзшегося груза определяется:

, м³ (5.4)

Теплофизические свойства груза С_м, С_т, W и W_бпринимаются из таблицы 5.2.

Количество тепла, отданного теплоносителем за время разогрева τ_раз с учетом коэффициента полезного действия тепляка, равно:

, кДж (5.5)

где Q_уд – удельный расход тепла на один вагон, кВт/ваг·ч

η – коэффициент полезного действия, доли единицы

Величины Q_уд и η зависят от вида тепляка и принимаются из таблицы 5.1.

Следовательно, время на разогрев будет равно

, ч (5.6)

Таблица 5.1 – Расчетная температура поверхности груза (вагона)

Вид устройства	Поверхность груза (вагона)	Температура, оС на поверхности груза (вагона) после окончания разогрева при значении φ
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
1.Конвективный тепляк Qуд=810 кВт/ваг·ч КПД = 12%	Поверхность груза: руда уголь песок Борта: металлические деревянные Люки	10 20 30 35 2 40	20 30 40 50 10 60	30 40 50 55 20 67	40 50 60 60 23 80	45 60 70 65 25 85	50 70 80 70 27 86	55 80 90 75 30 86	60 85 95 80 33 87	65 90 100 80 35 88
2. Установка ВТИ Qуд=1060 кВт/ваг·ч КПД = 15%	Поверхность груза: Борта: металлические деревянные Люки	15 40 5 40	25 55 15 60	35 65 22 67	45 70 30 80	55 75 38 85	62 80 45 86	70 80 50 87	75 80 55 88	80 80 60 88
3. Установка с ГИИ Qуд=1400 кВт/ваг·ч КПД = 27%	Поверхность груза: Борта: металлические деревянные Люки	20 35 5 50	40 55 15 100	60 65 25 130	75 70 35 130	85 75 45 130	95 80 55 130	100 80 63 130	103 80 70 130	106 80 75 130

Таблица 5.2 – Теплофизические свойства смерзшихся и талых

насыпных грузов

Объемная масса γ, т/м3	Фактическая влажность W, %	Объемная теплоемкость, кДж/м3·оС		Безопасная влажность Wб, % при температуреtк,оС
		смерзшегося груза, См	талого груза, Ст	–10	–20	–30
Каменный уголь
0,85 0,9	5 10 15 5 10 15	1681 1701 1542 1600 1701 1714	1770 1860 1927 1768 2007 2300	5,3 5,6	4,7 5,3	4,4 4,9
Руда
1,8 2,0	4 8 12 5 10 15	2041 2191 2761 2351 2518 2728	2191 2493 2795 2518 2937 3356	1,5 1,55	1,4 1,5	1,2 1,3
Песок
1,4 1,5	5 10 15 5 10 15	1131 1165 1425 1215 1362 1508	1257 1550 1852 1362 1647 1969	1,9 2,0	1,5 1,6	1,3 1,4

П р и м е р. В пункт назначения прибыл каменный уголь в смерзшемся состоянии. Для перевозки используется полувагон с металлическими бортами грузоподъемностью 69 т с внутренними размерами кузова 12,7×2,9×2,0 м. Объемная масса угля γ = 0,9 т/м³, фактическая влажностьW= 10 %. Температура замерзания грузаt_з= – 1^оС, температура на поверхности смерзшегося грузаt_пов= − 18^оС, коэффициент смерзаемости φ = 0,6. Уголь выгружается в тепляке с установкой ГИИ. Рассчитать время на разогрев груза.

Сначала определим средневзвешенную конечную температуру разогрева. Для этого по таблице 5.1 найдем значения температур обогреваемых поверхностей груза и вагона.

t_к^гр = 95 ^оС, t_к^б = 80 ^оС, t_к^л = 130 ^оС

Затем рассчитаем площади поверхностей груза:

верхней S_гр=l·b=12,7·2,9 = 36,83 м²

боковой S_б= 2·l·h_гр+ 2·b·h_гр= 2·12,7·2,08 +2·2,9·2,08 = 64,89 м²

так как м

нижней S_л=l·b= 12,7·2,9 = 36,83 м²

суммарную площадь S_об= 36,83+64,89+36,83 = 138,55 м²

Тогда ^оС

Теперь определим количество тепла, необходимое для разогрева. Для этого сначала найдем объем груза в вагоне

м³

Тогда на основании исходных данных и данных таблицы 5.2 получим:

Определим время на разогрев, используя данные таблицы 5.1

ч