SU654845A1 - Печной ролик - Google Patents

Description

(54)ПЕЧНОЙ РОЛИК

носитель при этом нагреваетс  и частично испар етс . В средней части ролика несколько повышаетс  давление. Образовавша с  двухфазна  смесь движетс  к торцам ролика, преимущественно по внутренней трубе,где минимальные гидравлические сопротивлени .Пло щадь отверстий в средней части внутренней трубы в 4-10 раз больше площаотверстии перегородок. Соотношение площадей отверстий в средней части внутренней трубы и в перегородке определ етс  из услови  обеспечени  подвода необходимого количества жидкого теплоносител  из холодильников к рабочей части ролика и беспреп тственного отвода образовавшейс  двух фазной смеси к холодильникам. Жидкий теплоноситель занимает нижнюю часть сечени  кольцевого канала.

Отверсти  в перегородке распределены равномерно по окружности с тем, чтобы Обеспечить непрерывное течение теплоносител  при вращении ролика. Количество отверстий должно быть не менее четырех. Поступающа  в холодильники двухфазна  смесь охлаждаетс , пары теплоносител  конденсируютс ,и.в жидком состо нии стекают в нижнюю часть полости. Так как объем смеси при конденсации уменьшаетс , то на участках расположени  холодильников давление понижаетс .

Жидкий теплоноситель через отверсти  в перегородках перетекает в среднюю часть ролика, охлаждает его внутреннюю поверхность и частично испар етс . Процесс нагрева, испарени , охлаждени  и конденсации теплоносител  и переноса тепла из высокотемпературной зоны к холодильникам происходит непрерывно.

.

При кипении и конденсации создаютс  весьма высокие коэффициенты теплоотдачи , что обеспечивает эффективное равномерное охлаждение роликов и эффективный отвод тепла. Приработе внутренн   полость ролика находитс  под давлением в несколько атмосфер, что также способствует эффективности теплообмена, так как коэффициенты теплоотдачи с повышением давлени  до определенного уровн  при прочих равных услови х увеличиваютс . В ролике практически.полностью отсутствует опасность образовани  накипи и выпадени  шлама, так как- в обороте находитс  один и тот же объем теплоноси:тел .

Вследствие этого увеличиваетс  стойкость ролика. Разделение трактов нагретого и охлажденного теплоносител  посредством внутренней трубы с перегородками позвол ет создавать интенсивное движение теплоносител  внури ролика и с помощью холодильников поддерживать нужную температуру поверхности ролика.

в корпусе рсхпика циркулирует жидки тепЛОноситель и двухфазна  с.месь под давлением в несколько атмосфер . Температура кипени  с повьаиением давлени , как известно, увеличиваетс . Например, температура кипени  воды при давлении 10 атм равна 179°С. Поэтому внутренн   поверхность корпуса будет иметь более высокую температуру чем в случае охлаждени  ролика холодной водой. При аналогичных внешних услови х (температуре печи) перепад температуры в стенке ролика уменьшаетс , а температура наружной поверхности корпуса увеличиваетс . Вследствие этого при аналогичных услови х уменьшаетс  перепад температуры между верхней и нижней поверхност ми наг реваемого металла, т.е. в целом по печи улучшаетс  качество нагрева металла . Повышение температуры наружной поверхности ролика вызывает также уменьшение выноса тепла из рабочего .пространства печи, т.е. снижение потерь тепла на охлаждение. Кроме того , при таком исполнении представл етс  возможность дл  утилизации тепла путем включени  холодильников в систему подогрева воды или даже производства пара.

Отношение площадей отверстий в Перегородках и в средней части внутренней трубы зависит от интенсивности теплоотвода. В св зи с тем, что теплоноситель внутри корпуса движетс  за счет естественной конвекции, гидравлические сопротивлени  контура циркул ции должны быть минимальными. Из высокотемпературной зоны движетс  смесь, состо ща  из жидкой и газообразной фаз, объем которой больше, чем жидкого теплоносител . Количество газообразной фазы зависит от интенсивности теплоотвода и скорости циркул ции теплоносител .

Обоснование за вл емых пределов отношений площадей приводитс  на примере, где в качестве теплоносител  вз ты вода и вод ной пар. Предполагаетс , что необходимо отвести 1 млн. ккал за 1 час при среднем давлении внутри корпуса ролика 10 ата. Дл  этого необходимо подвести воды

100QOOQ

U

2080 кг/ч

482,1

V mg . V 2080 0,001126

2,34 мЗ/ч; где Д1 - масса воды, кг/ч;

U - количество отводимого тепла ккал/ч;

г - скрыта  теплота парообразовани , ккал/кг;

Vj -, объем воды,

Vj - удельный объем сухого насыщенного пара, . . . - .

Claims (2)

1. При скорости движени  аодн через отверсти  перегородки, равной 1 м/с. гидравлическоесопротивление перего родки составл ет ,г 0,.9,81 56 кг/м или мм вод.ст.,, где .UP - гидравлическое сопротивление перегородки, мм вод.ст.; W - скорость движени  воды через отверсти  перегородки, м/с; . j)g - плотность воды при рабочих услови х, кг/мЗ; ;р .- коэффициент расхода; g - ускорение силы т жести, м/с Необходима  площадь дл  пропуска этого количества воды составл ет Va 2,34 3600-1 360- WB 0,00065 м2 Принимаем, что все тепло отводитс  за счет парообразовани . При этом образуетс  пареV me Vy 2080-0, , где У„ - объем сухого насыщенного пара, мЗ/ч; Vy - удельный объем сухого насыщенного- пара, . .Дл  обеспечени  устойчивости циркул ции воды и вод ного пара в контуре сопротивление на пути пара долж но быть меньше сопротивлени  на пути воды. В качестве минимального значе ни  отношение Ллощадей следует при .н ть такое, при котором сопротивлени на пути воды и вод ного пара равны (перепад давлени  в стенке внутренней трубы также равен 56 мм вод.ст. При этом услоЬии скорость пара в от версти х внутренней трубы составл е 2.Др 2.9,81.59 Г 5,051 где ф - коэффициент расхода; АР- перепад давлени  до и после отверстий внутренней трубы, мм вод.с JJj, - плотность сухого насыщенного пара при рабочих услови х, кг/м. Необходима  площадь дл  пропуска этого количества пара составл ет Л12. 0,0086 3600-W. 3600-13,3 Жидким теплоносителем заполнена не вс  полость корпуса ролика, а лиш 40-50% объема. Жидка  фаза занимает нижнюю часть полости. В сечении это сегмент, дли дуги которого равна приблизительно 1/2 - 1/3 длины окружности. Определ на  вьиче необходима  площадь пропуск жидкого теплоносител  (f О,00065 должна находитьс  в пределах этого сегмента. Но так как ролик вращаетс и поступление жидкого .теплоносител  должно быть непрерывным, то отверсти в перегородках расположены равномер по всей окружности, а их суммарна  площадь в три раза больше, чем необ «.3 ходима  дл  пропуска жидкого теплоносител . ;. fnep 2 в 3 О,ООЮ65-0,00195 м Отношение площади отверсти  з стенке внутренней трубы к площади отвепстий перегородки составл ет fn 0,0086 0,00195 Как предельное нижнее значение это отношение может быть уменьшено на 10%, т.е. до 4,0. Уменьшение этого отношени  менее 4,0 нецелесообразно, так как при этом уменьшаетс  относительна  площадь дл  пгхэпуска газообразной фазы. Поэтому значительна  часть газообразной фазы будет двигатьс  в холодильники через отверсти  в верхней части перегородок, что может ухудушть равномерность охлаждени  корпуса ролика. При увеличении f : fpj,p уменьшаетс  сопротивление на пути газообразной фазы. За верхний предел этого отно1чени  следует прин ть такую величину, при которой сопротивление на пути газообразной фазы в 4 раза меньше, чем на пути жидкой фазы. Дл  этого площадь отверстий во внутренней трубе должна быть в 2 раза больше, чем в случае, когда сопротивлени  олинаковы. Отношение f : при этом составл ет 8,8. На случай отклонени  фактических тепловых и температурных параметров работы ролика от расчетных верхнее значение отношени  площадей отверстий в трубе и в перегородке целесообразно увеличить до 10. Дальнейшее увеличение не имеет смысла, так как при этом основным сопротивлением циркул ционного контура будет  вл тьс  сопротивление перегородок. На фиг. 1 представлен ролик при установке холодильников с обеих торцов , продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З вариант ролика при установке холодильника с одного торца. Корпус 1 ролика представл ет собой толстостенную трубу. Толщина стенок участков корпуса, выступающих из печи , несколько уменьшена. Внутри корпуса находитс  жидкий теплоноситель.В одном торце корпуса 1 установлен плоский диск 2, во втором торце - диск 3 с цапфой 4, служащей дл  сообщени  ролику вращательного движени . С обеих сторон корпус 1 снабжен подшипниками 5 и холодильниками 6. В корпусе установлена внутренн   труба 7 с перегородками 8, в которых выполнены отверсти  9. В средней части трубы 7 выполнены отверсти  10 . В корпусе 1 установлен также клапан 11, -срабатывающий при повышении давлени  выше допустимого, например в случае выхода .из стро  одного или обеих холодильников.К холодильникам 6 йрисоединены патрубки 12 и 13, служащие дл  подвода и отвода воды. При расположении холодильника с одного торца отверсти  во внутренней трубе выполн ютс  вблизи торца с противоположной от холодильника стороны tcM. фиг. 3).. Ролики проходной подогревательной печи .крупносортного стана 600 изгота ливают следующим образом.. В корпус ролика, представл ющий собой трубу с наружным диаметром 200 мм, внутренним диаметром 100 мм, длиной 3 м, вставл ют внутреннюю тру бу с наружным диаметром 75 Mti, внутренним 70 мм, с перегородкой на учас тке высокотемпературной зоной печи и холодильником и в полость кор пуса объемом 0,02 м заливают в качестве теплоносител  воду в количест ве 10 кг и заваривают. Максимальный тепловой поток к поверхности ролика составл ет 220000 ккал/м. ч . Площадь ролика, наход ща с  в печи , составл ет 1 м, тепловые параме ры работы ролика определ ют из услови , что теплоотвод полностью осуществл етс  за счет испарени  воды. Расход воды составл ет 220000 .ее / -48271- б /Среднее давление внутри корпуса ролика 10 ата. Объемный расход воды Va 456 0,001126 0,515 . Площадь перегородки при скорости воды О,5 м/с с учетом свободного сечени  нал поверхностью воды составл ет 30,515 - nnnftfi м лер 3600-0,5 О00086 м , В перегородке выполнено 8 отверстий диаметром. 12 мм. Фактическа  пло щадь отверстий в перегородке 0,0009 В стенке внутренней трубы со стороны противоположной холодильнику, выполнено 20 отверстий диаметром 16 мм общей площадью 0,00402 м. При этом отношение .площади отверстий в стенке внутренней трубы к площади отверстий перегородки составл ет 4,5. Скорость пара в отверсти х внутренней трубы равна 6,3 м/с, во внутренней трубе 6,5 м/с. Холодильник выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котор1 й устанавливаетс  охлаждаемый ролика. С целью, интенсификации теплообмена внутренн   часть охлаждаемого участка ролика выполнена оребренной. Подвод воды к холодил.ънику осуществл етс  тангенциально. Корпус холодильника снабжен отверстием дл  периодической очистки внешней поверхности ролика. Эффективность применени  предложенного ролика заключаетс .в увеличении, стойкости роликов, уменьшении удельных расходов топлива, улучшении ка- чества нагрева металла. Ожидаетс  увеличение стойкости роликов по меньшей мере в три раза.. Экономический эффект от увеличени  стойкости роликов составл ет 100 тыс.. руб. в год. Снижение удельных расхоЬов топлива составл ет около 10%, что дает экономический эффект в сумме 40 тыс. руб. в год. Суммарный ожидаемый экoнo /lичecкий эффект от применени  предложенного ролика в услови х проходной подогревательной печи крупносортного стана 600 составл ет около 140 тыс. руб.- в год. Формула изобретени  Печной ролик, содержащий корпус и закрепленную концентрично внутри его трубу с отверсти ми, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  стойкости ролика и повьзшени  КПД печи, ролик выполнен в виде герметичного корпуса, заполненного жидким теплоносителем и снабжен холодильниками , расположенными на торцах, при этом крепление трубы к корпусу выполнено в виде перегородок с отверсти ми , площадь которых составл ет 0,25-0 ,1 площади отверстий внутренней трубы. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 160196, кл. С 21 D 9/50, 1975.
2. 2.Патент ФРГ № 1408274, кл 18 с 9/00, 1970.

   1

   8 s . фиг.З Г7