Analysis of hydrodynamic resistance of gas and air paths of a recuperator assembled with the help of unified module elements M-I and M-II has been carried out. The paper shows the possibility to change path resistance within a wide range of values. Выполнен анализ гидродинамического сопротивления газового и воздушного трактов рекуператора, собранного из унифицированных модульных элементов М-I и М-II. Показана возможность изменения сопротивления трактов в широком диапазоне значений

A. P. Nesenchouk

A. R. Kachar

G. S. Novgorodova

M. G. Pshonik

N. L. Mandel

T. V. Ryzhova

V. N. Shishkov

А. П. Несенчук

А. Р. Качар

В. Н. Шишков

Г. С. Новгородова

М. Г. Пшоник

Н. Л. Мандель

Т. В. Рыжова

Science & Technique (E-Journal) / НАУКА и ТЕХНИКА

Металлургия. Металлообработка. Машиностроение   УДК 621.036  ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЬНОГО РЕКУПЕРАТОРА НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО И МЕХАНОСБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И АВТОТРАКТОРНЫХ ЗАВОДОВ  Докт. техн. наук, проф. НЕСЕНЧУК А. П., канд. техн. наук МАНДЕЛЬ Н. Л., инженеры ШИШКОВ В. Н., НОВГОРОДОВА Г. С., канд. техн. наук РЫЖОВА Т. В., канд. техн. наук, доц. ПШОНИК М. Г., инж. КАЧАР А. Р.  Белорусский национальный технический университет, РУП «Минский автомобильный завод»  Основными недостатками используемых се-годня чугунных рекуператоров на заводах Рес-публики Беларусь и стран бывшего Советского Союза являются их низкая газоплотность, когда до 30–50 % нагреваемого воздуха попадает в дымовой тракт, и достаточно сложная эксплуа-тация. Однако эти рекуператоры наряду с мно-гими недостатками имеют исключительное преимущество, присущее только им: они могут изготовляться практически на любом машино-строительном (автотракторном) предприятии, имеющем чугунолитейное производство (вто-ричный передел доменного чугуна). Это един-ственное достоинство делает их конкуренто-способными с рекуператорами стальными трубчатыми. И, казалось бы, такой незначи-тельный и незамечаемый аргумент в их пользу дает серьезное основание для их внедрения и поиска путей устранения многих недостатков. Низкая газоплотность и нетехнологичность сборки и эксплуатации связаны с большими температурными напряжениями, возникающи-ми в конструкции при ее использовании, кото-рые обязаны своим появлением высоким тем-пературным перепадам (с одной стороны, тем-пература нагреваемого воздуха-окислителя составляет величину порядка 20 ºС, а с другой – дымовые газы нагреты до 700–900 ºС). Темпе-ратурные напряжения, преодолевая сопротив-ление сборной конструкции, деформируют ре-куператор. При этом неприятность положения усугубляется тем обстоятельством, что сущест-вующие конструкции промышленных чугунов рекуператоров собираются из большого числа разрозненных унифицированных элементов типа «17,5» и «28», скрепленных в единую же-сткую конструкцию, неподатливую по отноше-нию к знакопеременным температурным пере-мещениям. Собранный из 40–80 отдельных труб рекуператор теряет газоплотность, появ-ляются множественные утечки воздуха в пер-вичный теплоноситель. Чугунный же унифицированный рекупера-тор, собранный из предлагаемых незащемлен-ных элементов (модулей), не оказывающих си-лового воздействия друг на друга, расширяясь независимо и индивидуально, сохраняет свою газоплотность. Модули М-I и М-II, из которых предлагает-ся собирать любой рекуператор, показаны  на рис. 1 и 2 (соответственно «Силал» М-I 115×460×860-0,5 и «Силал» М-II 230×460× ×860-1,0).    «Силал» М-I 115×460×860-05 Рис. 1. Поверхность тепло-обмена унифицированного промышленного теплообмен-       ника площадью 0,5 м2 Вестник БНТУ, № 4, 2007 20 Металлургия. Металлообработка. Машиностроение   Модуль М-I (рис. 1) имеет поверхность теп-лообмена 0,5 м2, а М-II (рис. 2) – 1,0 м2. В пре-делах модуля М-I (М-II), состоящего из двух унифицированных, оребренных с воздушной стороны труб, обеспечена абсолютная подвиж-ность, не нарушающая газоплотности модуль-ного элемента. Подвижность элементов оребренных труб в пределах модуля обеспечивается за счет двух прокладок (10–15 мм) из рулонного жаропроч-ного материала МКРВ и фиксирующей пласти-ны   (стальной),  расположенной   между  этими  прокладками. Сами же модули М-I и М-II рас-ширяются независимо. Объединение их по воз-душной стороне выполняется с помощью сво-бодно висящих (не имеющих жесткой связи с конструкцией рекуператора) холодного и горя-чего коллекторов (рис. 3). Подводящий и кол-лектор подогретого воздуха опираются на спе-циальные направляющие (склизы), что обеспе-чивает их перемещение независимо от пе- ремещения конструкции, собранной из модулей М-I и М-II.                                    а                                                                                                    б           Рис. 2. Поверхность теплообмена унифицированного промышленного теплообменника площадью 1,0 м2   Рис. 3. Горячий и холодный коллекторы рекуператора, поверхность  теплообмена  которого  скомпонована из мо- дулей М-I и М-II  Из модулей М-I и М-II, а также холодного и горячего коллекторов могут собираться как од-ноходовые (рис. 4), так и многоходовые конст-рукции. При этом схема сборки диктуется только гидродинамическим сопротивлением воздушного и газового трактов рекуператора (что обеспечивается соответственно скоростя-ми 0,5–3,0 и 3,0–7,0 м/с) и величиной поверх-ности теплообмена.   Рис. 4. Примерная схема компоновки рекуператора из  модулей М-II («Силал» М-II 230×460×860-1,0) «Силал» М-II 230×460×860-1,0 Вестник БНТУ, № 4, 2007 21 Металлургия. Металлообработка. Машиностроение   Гидродинамическое сопротивление рекупе-ратора, собранного из модулей М-I и М-II,  как уже отмечалось, должно соответствовать скоростям 0,5–3,0 и 3,0–7,0 м/с для газового и воздушного трактов. При этом, как видно из рис. 3, при подаче воздуха в питающий коллек-тор происходит разделение потока. Распреде-ление потока в левой и правой частях холодно-го коллектора происходит неравномерно вслед-ствие непрерывных разделений потока (ξ1, ξ2, ξ3, ξ4). В крайние патрубки коллектора посту-пает меньшее количество нагреваемого воздуха (рис. 5)  2ξΣρξ ,2inw np∆ =   где ∆р – общее падение давления на участке до крайнего разветвления потока.                                   ξ  Рис. 5. График для выбора ξi гребенки коллектора  Величина ∆р для крайней трубки коллекто-ра должна компенсироваться установкой в цен-тральные патрубки модулей (рис. 1, 2) специ-альных дросселирующих потоки холодного воздуха-окислителя вставок (рис. 6). Сопротив-ление каждой дросселирующей поток вставки рассчитывается по скорости воздуха в ней, обеспечивающей снижение давления и, естест-венно, уменьшение воздушного потока (рис. 7), который оценивается количеством разделений потока (рис. 3, 5). В конечном итоге это создает предпосылки к обеспечению одинакового теп-лопритока ко всем модулям (крайним и цен-тральным) конструкции рекуператора.   Рис. 6. Вставка, обеспечивающая дополнительное со- противление на входе в модули рекуператора М-I и М-II (рис. 3): 1 – металлическая вставка; 2 – входной патрубок                                                  модуля    Рис. 7. График для определения коэффициентов  сопротивления ξ  При расчете скоростей воздуха-окислителя и продуктов сгорания топлива, а равно и возни-кающих перепадов напора на горячей и холод-ной сторонах конструкции, заданными величи-нами считаются в.о в.о д.г; и .t t t′ ′′  Искомые же д.гt′  и F (где д.гt′  – температура дымовых газов за рекуператором – температура вторичных энер-гетических ресурсов, ºС; F – расчетная поверх-ность теплообмена рекуператора – устройства для регенеративного теплоиспользования, м2). Температура дымовых газов за рекуперато-ром может быть найдена из графиков (рис. 8) или рассчитана по общеизвестной формуле   в.о в.од.г д.гв.од.г,ηt tt t WW′′ ′−′ = −   где д.гt  – температура дымовых газов на входе в рекуператор, ºС; η – коэффициент удержания теплоты, η = 0,8–0,96; в.оW  и д.гW  – соответст-венно водяные эквиваленты воздуха-окислите- ля и продуктов сгорания топлива. Вестник БНТУ, № 4, 2007 22 Металлургия. Металлообработка. Машиностроение     Рис. 8. Номограмма для определения температуры дымо-вых газов на выходе из рекуператора (доработанная номо-               грамма, предложенная Тебеньковым [1])  Водяные эквиваленты рассчитываются в со-ответствии со значениями средних температур: в.о в.ов.о 2t tt′ ′′+=  и д.г д.гд.г 2t tt′+= .  При необходимости сопротивления воздуш-ного и газового трактов рекуператора можно оценить в соответствии с графиками рис. 9 и 10.   Рис. 9. Гидродинамическое сопротивление воздушного тракта одноходового рекуператора, скомпонованного из модулей М-I и М-II, с внутренним оребрением поверхно-сти теплообмена в.о в.о1Knh h n==∑  в.о1Knh=∑  – суммарное сопротивление рекуператора, Па; в.оh  – сопротивление                      одного хода, Па; К – число ходов      Рис. 10. Сопротивление дымового тракта hд.г однорядного унифицированного элемента без ребер на дымовой сторо-не (модули М-I и М-II): ∑==Knnhh1д.гд.г ( д.гh  выбирается по графику рис. 5; К – число унифицированных элемен- тов по ходу газов; в модуле М-I К = 2, в модуле М-II                                           К = 4 ряда)  В Ы В О Д  Полученные авторами результаты указыва-ют на то обстоятельство, что, применяя унифи-цированные модули М-I и М-II для строитель-ства унифицированного чугунного промыш-ленного рекуператора, гидродинамическое сопротивление воздушного и газового трактов можно варьировать в широком диапазоне зна-чений. Это создает реальные предпосылки уст-ранения утечек воздуха-окислителя и регули-рования коэффициента теплопередачи.  Л И Т Е Р А Т У Р А  1. Техническая термодинамика: учеб.: в 2 ч. / Б. М. Хру-сталев [и др.]. – Минск: УП «Технопринт», 2003. – Ч. 1.  Поступила 4.04.2007      в.од.гWW  в.о в.од.г д.гв.од.гηt tt t WW′′ ′−′ = −  в.од.гWW       wд.г, м/с       wв.о м/с h д.г, Па Вестник БНТУ, № 4, 2007 23 

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЬНОГО РЕКУПЕРАТОРА НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО И МЕХАНОСБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И АВТОТРАКТОРНЫХ ЗАВОДОВ

https://sat.bntu.by/jour/article/download/1106/1030

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Science & Technique (E-Journal) / НАУКА и ТЕХНИКА