2.7. Методика расчета теплозащитных экранов

Экраны металлические

Металлические экраны следует применять для локализации источников лучистого тепла, облученности на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место (для выполнения требований, указанных в СН 245–71). При проектировании металлических экранов у различных печей, у нагретого оборудования и металла, вне рабочих мест следует руководствоваться возможностями улучшения технологических процессов и уменьшения выделения лучистого и конвекционного тепла.

Согласно исследованиям, при условии, что на экран передается только лучистое тепло (при величине воздушной прослойки 15–20 мм влияние конвекционной составляющей на экран исключено), можно рассчитывать температуру экрана по формуле:

,

где А_н.п.о. = 1 / (1 / ε_{н. п.} + 1 / ε₀ – 1) .

Эта формула применяется при условии, если Т_{н. п.} > T₀ >> Т_в.р.з. (температуры экранируемой стенки и экрана выше температур, окружающих экран оборудования, строительных конструкций и температуры воздуха), т.е. поступление тепла на экран из цехового пространства мало и им можно пренебречь. Ниже приведены четыре примера расчета температуры экрана.

Пример 14

Исходные данные:

Температура экранируемой поверхности Т_{н. п.} = 70 ^оС. Температура окружающего экран воздуха и оборудования Т_в.р.з. = 35 ^оС.

Степень черноты экрана ε₀ = 0,07 (полированный алюминий). Приведенная степень А_{н. п.} = 0,07.

Решение:

Температура экрана при заданных условиях:

Если требуется более низкая температура экрана, то следует повторить расчет, приняв за температуру экранируемой поверхности температуру первого экрана.

При вычислении температуры экрана по формуле необходимо обращать внимание на определении приведенной степени черноты (А_{н. п.)}, которая зависит от степени черноты каждого материала в отдельности. Приведенная степень черноты всегда меньше самого малого из значений ε_{н. п.} и ε₀ и только в случае, если одно из тел абсолютно черное, она становится равной степени черноты другого нечерного тела.

Экраны с диафрагмированными отверстиями

Расчет и проектирование диафрагмированных отверстий в экранах (для наблюдения и проведения рабочих операций) производят с учетом результатов исследований гигиенистов по переносимости облученности в зависимости от длительности её воздействия. Кроме того, при проектировании диафрагмированных отверстий в экранах учитывают требования технологии и максимальное снижение теплопотерь излучением.

Методика расчета диафрагмированных отверстий в экранах и рекомендации по их устройству разработаны на основе результатов производственных испытаний экранов с различными отверстиями. Размеры отверстия в экране определяются на основе критериев переносимости облученности, длительности технологической операции (определенной технологии) и максимальной интенсивности теплового излучения от металлургических агрегатов. Величину лучистого теплового потока, проходящего через отверстие в экране (рис. 11) на любом (заданном технологией) расстоянии от нагревательных поверхностей, следует вычислять в следующем порядке:

– определить излучение абсолютно черного тела Е_а.ч.т при температуре источника лучистого тепла Т_р.п :

Е_а.ч.т = σ_о Т⁴_р.п ;

– определить величину теплового потока, прошедшего через отверстие в экране Е_п.о, при условии, что экран установлен вместо стенки печи:

.

Коэффициент диафрагмирования φ (рис. 12) определяется в зависимости от соотношения размеров отверстия (h и a – высота и ширина отверстия, м; d – диаметр отверстия, м; b – толщина экрана, кладка печи, м);

Рис.11 – Схема прямоугольного (а) и круглого (б) отверстий экрана

Рис.12 – Величина диафрагмирования  в зависимости от соотношения размеров отверстия в экране:

1 – a/h = 0; 2 – a/h = 0,25; 3 – a/h = 0,5; 4 – a/h = 1; 5– круг.

Коэффициент k_д.п.э = Е_п.о · Е^–1_а.ч.т ;

По эмпирическим законам распространения интенсивности теплового излучения от конкретного источника лучистого тепла и по расстоянию от него (на котором устанавливается экран) определить величину теплового потока, падающего на экран:

Е_о = Еи l^–n;

Величина потока, прошедшего через отверстие в экране Е_п.о при условии, что экран находится на конкретном рабочем месте:

Е_п.о = k_д.п.э · Е_о.