Пример 2

Исходные данные:

Рассчитать циркуляционную завесу у железнодорожных ворот размером 5х5 м цеха горячей прокатки металла, в котором в холодный период года частично открыты фонари над основными источниками тепловыделений. Расчетная температура наружного воздуха - 30⁰С; γ = 1,4 кг/м³. Ветер направлен к воротам под углом 45⁰; аэродинамический коэффициент равен 0,5; скорость ветра 5 м/с. Разрежение в цехе на уровне ворот 1,3 кгс/м² (на рис. 1 приведена расчетная схема воздушной завесы).

Решение:

Суммарное давление ветра и разрежение в цехе:

Р_сум = Р_в + Р_т =1,4 (5² /19,6) · 0,5 +1,3 = 2,2 кгс/м² .

Скорость врывания воздуха в цех при отсутствии воздушной завесы:

Расход воздуха через открытые ворота при бездействии завесы:

L₀ = 25 · 5,6 · 0,8 = 112 м³/с.

Расстояние до перелома струи воздушной завесы:

S = 0,01745 · 5 · 45 / 0,7 = 5,6 м.

Осевая скорость на высоте S:

ν_с = 5,6 · 1,5 = 8,4 м/с.

Определяем начальную скорость выходящего из щели завесы воздуха ν, задавшись шириной щели b = 0,15м:

ν₃ = 8,4 / 0,4 = 21 м/с.

Производительность завесы:

L₃ = 21 · 0,15 · 5 = 15,8 м³/с.

Расход наружного воздуха при работе завесы:

Площадь части ворот, через которую прорывается поток наружного воздуха в цех, при работе завесы:

Зная ширину ворот (5м), находим высоту части ворот, через которую поступает воздух:

h = 7,5 / 5 = 1,5 м.

Суммарное количество воздуха, поступающее в цех при работе воздушной завесы:

L_в = 28 +15,8 = 44,3 м³/с.

При этом соотношение воздуха, подаваемого завесой и поступающего через ворота с улицы, будет равно 15,8 / 28 = 0,56.

Расход воздуха, отсасываемого через циркуляционный коллектор:

r = 1,5 / 4 = 0,4 м.

Скорость отсасываемого воздуха:

ν_ц = 1,4 · (π /2) · 0,4 · 0,5 = 4,5 м/с.

Разрежение на цилиндрической поверхности

Р_ц =1,5 · (1,5 / 0,4) · (0,14 · 4,5² /2) = 7,97 кгс/м².

Приведенный расчет воздушной завесы показывает, что для поворота прорывающегося через ворота воздуха достаточно отсасывать его в объеме, значительно меньшем подаваемого воздушной завесой.

3.1.3. Бортовые отсосы с передувом.

Бортовые отсосы с передувом находят широкое применение на заводах черной металлургии для вентиляции помещений, где расположены травильные ванны периодического действия, закалочные баки и др. В последнее время этот способ применяют также и для аспирации пыли и газов на участках транспортировки жидкого металла, при перегрузке сыпучих материалов в местах, где невозможно осуществить укрытия, и т.д.

Приведенный ниже метод расчета бортового отсоса с передувом может найти широкое применение в проектах вентиляции и аспирации металлургических агрегатов.

Для расчета системы передувки необходимо располагать следующими данными:

-средней скоростью газов, отходящих от технологического агрегата ν_г (м/с);

-расстоянием между передувкой и бортовым отсосом х (м).

На рис. 2 приведена расчетная схема отсоса с передувкой.

Рис 2. Расчетная схема отсоса с передувкой.

Конечную среднюю скорость передува на расстоянии х рекомендуется принимать на 20% больше средней скорости подъема газов (ν_хср = 1,2 ν_г).

Конечная осевая скорость передува ν_x принимается равной удвоенной средней скорости передува:

ν_x= 2 · ν_xср = 2 · 1,2 · ν_г.

Длина передува l принимается равной ширине источника. Определяют кинематическую характеристику струи:

Расход газовоздушной смеси в струе на расстоянии х:

где с = 0,12 - экспериментальная постоянная для плоской струи.

Начальная скорость передува:

где b – высота щели, через которою выходит воздух, м;

 - поправка на неизотермичность ();

 -поправка на неравномерность начального профиля скорости струи:

 - коэффициент местного сопротивления выпускного отверстия;

Т_п – температура окружающего воздуха вблизи агрегата, К;

Т_о – температура в начале струи, К.

Начальный объем воздуха (м/с):

L_б.о = (L_о + 2 · L_х) · k,

где 2 – коэффициент, учитывающий объем воздуха, эжектируемого струей передувки из окружающей среды; k – коэффициент запаса (1,1-1,2).

В тех случаях, когда поднимающиеся над источником газы насыщены пылью, т. е. малопрозрачны, количество тепла, поглощаемого струей, следует принимать: конвекционное 100%, лучистое 60–70%.

а) конвекционное тепло:

Q_к = α · F · (t_м – t_п);

б) лучистое тепло:

Q_л = C_пр · φ_{1- 2} · F₁ · [(273 + t_м/100)⁴ – (273 + t_п / 100)⁴],

F и F₁ – поверхность соответственно жидкого металла и пылевого облака над ковшом, м² (F₁ рекомендуется принимать равным 3F) ;

t_м и t_п – температура соответственно металла и газо-воздушной смеси над источником, ⁰С ;

С_пр - коэффициент черноты излучения для жидкого чугуна при t_м = 1500 ⁰С (С_пр=0,28) ;

φ_1-2 – коэффициент облучения, зависит от соотношения излучающей и излучаемой поверхностей (в случае высокой запыленности графитом, окислами железа φ= 0,5).

Начальный объем воздуха передувки (м³/с):

L₀ = ν₀ · b · l.

Суммарное количество тепла, выделяемого агрегатом и нагревающего газовоздушную среду (ккал/с):

ΣQ = Q_к + 0,7 · Q_л.

Тепловой баланс газовоздушной смеси:

ΣQ_б = G₀ · t₀ · c + ΣQ + G_эж · t_п ·с,

где ΣQ_б – суммарное тепло, удаляемое бортовым отсосом, ккал/ч;

G₀ и G_эж – количество воздуха, соответственно подаваемого передувкой и эжектируемого из окружающей среды, кг/ч;

с – теплоемкость воздуха [0,24 ккал/(кг·⁰С )] ;

t₀ – температура воздух, подаваемого в систему.

На основании расчетов определяют температуру газовоздушной смеси, поступающей в бортовой отсос, необходимую для выбора вентилятора.

Высота бортового отсоса (м):

h = L_б.0 / 2 · ν_г · l.

Пример 3.

Исходные данные:

Необходимо определить параметры системы передувки с бортовым отсосом у чугуновозного ковша, заполненного жидким чугуном с t_м=1650 ⁰С; площадь горловины ковша F = 12 м². Расстояние между коллектором передувки и бортовым отсосом x = 4 м. Скорость подъема газов над ковшом ν_г=3 м/с. Длина передува l=5м; высота щели 0,03 м.

Решение:

Средняя скорость подъема газов

ν_xср = 1,2 · ν_г = 1,2 · 3 = 3,6 м/с.

Конечная осевая скорость передувки

ν_x = 2,0 · ν_xср = 2 · 3,6 = 7,2 м/с.

Кинематическая характеристика струи:

Расход газовоздушной смеси на расстоянии x:

L_x = 2 · 0,12 · 5 · 14,4 · = 35 м³/с.

Начальная скорость передува:

ν₀ = 14,4 · / (0,866 · 1,03 · 1,187 ·) = 27 м/с,

где

Расход воздуха на передув:

L₀ = 27 · 5 · 0,03 = 4,1 м³/с.

Суммарный объем газовоздушной смеси, удаляемой бортовым отсосом:

L_б.о = 4,1+35,0 · 2 = 74,1 м³/с = 270000 м³/ч.

Тепло, выделяемое металлом и нагревающее вентиляционный воздух:

а) конвекционное:

Q_к = 10 · 12 · (1650 - 50) = 195 000 ккал/ч,

где

б) лучистое:

Q_л = 0,28 · 0,5 · 36 · [(273 + 1650 / 100)⁴ - (273 + 50 / 100)⁴] · 0,7 = 485 000 ккал/ч;

Q_м = 195 000 + 485 = 680 000 ккал/ч.

Количество тепла в воздухе, участвующего в вентиляционном балансе передува и эжекции:

Q = 4,1·1,2·0,24·30 + 35·2·1,2·0,24·50 = 1036 ккал/с = 375 000 ккал/ч;

Температура газовоздушной смеси, поступающей в бортовой отсос:

t_см =(680 000 + 375 000) / [(4,1 + 70)·1,2·0,24·36000] = 60 ⁰С;

Требуемая высота бортового отсоса:

h = L_б.о / 2 · ν_г · l = 74 / (2 · 3 · 5) = 2 м.