Алматы 2017 январь
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Рис. 3.
- Рис.4.
- Құбырлы таспалы конвейердің параметрлерін зерттеу Түйіндеме.
- Investigation of the parameters of the tubular belt conveyor Summary.
- Key words
- ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ Аннотация.
Ключевые слова: трубчатый ленточный конвейер, лента, заворачивание в трубу, роликоопора, оболоч- ка, нагружение
Трубчатые ленточные конвейеры отличаются своей конструкцией от обычных конвейеров с желобчатой лентой [1]. Она позволяет решать специальные задачи по транспортировке сыпучих ма- териалов. Конвейер с трубчатой лентой (рисунок1), собираемый на кафедре «Подъемно- транспортные машины и гидравлика», функционирует по специальной схеме: в зоне подачи материала трубчатая лента имеет форму желоба. Загрузка на этом участке трассы осуществляется как в случае с обычной желобчатой конвейерной лентой. После загрузки материала конвейерная лента принимает трубчатую форму при помощи специально расположенных пальчиковых роликоопор. Остальные роликоопоры с роликами, расположенными в форме шестигранника, установлены по всей трассе транспортировки до места разгрузки и обеспечивают закрытое перемещение материала в ленте. Таким образом, труб- чатая конвейерная лента изолирует транспортируемый материал и окружающую среду друг от друга. В конце трассы (перед головным барабаном) свернутая в трубу конвейерная лента открывается при помощи специально расположенных роликоопор [2,5] и принимает сначала желобчатую, а потом и плоскую форму на барабане. Это позволяет разгружать транспортируемый материал так же, как в случае с обычными ленточными конвейерами. Процедура формализации описания моделей с использованием математических методов и обо- значений играет принципиально важную роль в большинстве методов моделирования. Научный под- ход к изучению любой сложной системы начинается с замены реальных объектов некоторыми их аб- страктными описаниями на общепринятом математическом языке [3]. Трудности в выборе расчетных положений и сочетаний нагрузок, по которым с большей степенью достоверности можно вести рас- чет на прочность, определяются также следующими причинами: • напряжения в элементах тягового органа (ленты) зависят от величины и направления сопро- тивления движению ленты, от положения роликоопор вокруг ленты и относительно друг друга; • основная внешняя нагрузка на тяговый орган— сопротивление движению ленты—погонный вес груза, ленты и роликоопор, максимальные натяжения в различных контурных точках [4,5]. Были проведены исследования, включающие: шаг1: сворачивание ленты в трубу посредством прикрепления 6-ти роликовой опоры, учитывались моменты М1 и М2, возникаемые на концах ленты, распределенные по ее краям (рисунок 2). Сначала модель была постепенно нагружена моментом М1. Лента была продольно разделена на 2 симметричные части и узлы на плоскости симметрии были за- креплены заданными нулевыми значениями всех степеней свободы. После того как моменты М1 до- стигли своих конечных значений, лента нагрузилась моментом М2. Оба момента были пропорцио- ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 231
нальны времени t и их конечные значения были определены, поэтому в конце этого шага лента была полностью свернута. Роликоопоры были закреплены во время этого шага.
Рис. 1. Модель трубчатого ленточного конвейера
Рис. 2. Сворачивание ленты в трубу
На 2 шаге роликоопоры заняли конечное положение вокруг свернутой ленты, как показано на рисунке 3. Для того, чтобы поддерживать свернутую форму ленты, распределенные моменты оста- лись равны своим конечным значениям во время второго шага
Рис. 3. Конечно-элементная модель сборки ● Технические науки
232 №1 2017 Вестник КазНИТУ
На третьем шаге (рисунок 4) свернутая лента конвейера рассматривалась как оболочка, прове- дена конечно-элементная сетка, нагружена и, используя программные продукты Solid Works и АРM, определяли карту напряженности. На рисунке 5 видно, что шаг роликоопор влияет на рас- крытие ленты. Усилие раскрытия ленты увеличивается перед роликоопорой.
Рис.4. Конечно-элементная сетка
Рис. 5. Расстановка шага роликоопор на ленте
На четвертом шаге анализа свернутая лента постепенно разворачивается, так что конечная форма остается в рамке ролиокопор (рисунок 6). В то же время узлы в плоскости конвейерной ленты были освобождены от всех заданных степеней свободы. Во время этого шага присутствует нагрузка силы тяжести в противоположном направлении оси У.
Рис. 6. Раскрытие ленты
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 233
Задача, описанная выше позволила глубже рассмотреть проблему нагрузки ЛТК. Были получе- ны результаты. На рисунке 7. графики показывают силы на первом направляющем ролике, на кото- ром лента уже свернута в трубу. В процессе работы, эта ролиокопора подвержена максимальной нагрузке, так как лента, которая на него опирается, плоская с одной стороны затем сворачивается в трубу (рисунок 7). Поэтому самые большие силы сопротивления движению ленты присутствуют на этой роликоопоре.
Рис. 7. Нагружение роликоопор
ЛИТЕРАТУРА [1] Давыдов С.Я., Вебер Г.Э., Мастерова Е.В. Трубчатый ленточный конвейер для пылеобразующих ма- териалов. // «Известия вызов. Горный журнал», №2, 2006, с. 98-101. [2] Дьяченко А.В. Обоснование метода расчета напряженного состояния сыпучего груза и нагрузок на опорные элементы при формировании желоба трубчатого ленточного конвейера. // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.-М.: МГГУ, 2006. – 135 с. [3] Черепашков А.А., Носов Н.В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированны си- стемы в машиностроении: Учеб. для студ.высш. учеб. заведений. — Волгоград: Издательский Дом«Ин-Фолио», 2009. — 640 с: ил. [4] Галкин В.И. Особенности эксплуатации ленточных трубчатых конвейеров и ленточных конвейеров с пространственной трассой.-М.: МГГУ, 2014г. [5] Сазамбаева Б.Т,. Ахметова Ш.Д,; Куанышев Г.И. Самогин, . Ю.Н Расчет трубчатого ленточного кон- вейера методом конечных элементов –М.:Справочник инженера №8, 2016
Сазамбаева Б.Т., Куанышев Г.И., Жуманов М.А. Құбырлы таспалы конвейердің параметрлерін зерттеу Түйіндеме. Бұл мақалада таспалы құбырлы конвейер қарастырылған, яғни таспалық құбырлы конвейер- дің модельдеу процесі, ТТК физикалық моделі көрсетілген, таспаның жүктеу мәселесі, таспаның қозғалысқа күш қарсылығы.
Sazambaeva B.T., Kuanyshev G.I., Zhumanov M.A. Investigation of the parameters of the tubular belt conveyor Summary. In this paper we consider the process of tubular belt conveyor simulation shows the physical model of LTC, the problem of loading the tape, the tape motion resistance forces. Key words: tubular belt conveyor, belt, wrapping the pipe, roller carriage,shell, stress state
● Технические науки
234 №1 2017 Вестник КазНИТУ
УДК 536.248.2 А.А. Генбач, Н.О. Джаманкулова, Н.К. Бекалай (Алматинский университет энергетики и связи, Алматы, Республика Казахстан dnellya@mail.ru)
охлаждения различных теплотехнических агрегатов (проточное, внутреннее охлаждение, охлаждение путем уноса массы вещества, применение волнистой шероховатости и закручивателей потока). Предложена, разрабо- тана и исследована новая капиллярно-пористая система охлаждения, содержащая весьма малое количество охладителя и являющаяся взрывобезопасной для работы плавильных агрегатов. Показаны конструктивное ре- шение системы охлаждения кессона с внешним оребрением и установка коробчатых кессонов в зоне шлака плавильной печи.
лообмен.
В форсированных устройствах тепловых энергетических установок (ТЭУ) применяют проточ- ное охлаждение, внутреннее (например, транспирационное или пористое), охлаждение путем уноса массы и другие виды. К проточному охлаждению относятся: воздушное, жидкостное, испарительное, газо- жидкостное, частным случаем которого является воздушно-водоиспарительное охлаждение. При удельных тепловых потоках через охлаждаемые поверхности до 2000 Вт/м 2 широко ис- пользуется воздушное охлаждение. Малая теплоемкость воздуха и низкий коэффициент теплоотдачи при воздушном охлаждении делают его непригодным при более мощных тепловых нагрузках. Существенно увеличивается коэффициент теплоотдачи для воздуха при искусственной турбу- лизации пограничного слоя: закрутка потока, применение шероховатостей, вставок, использование эффекта центробежных сил и другие виды. Однако и эти эффективные формы теплообмена не могут обеспечить отвод удельных тепловых потоков в современных ГТУ и ПТУ. Коэффициент теплоотдачи при охлаждении водой примерно на два порядка выше, чем при воз- душном, что позволяет поддерживать более низкую температуру охлаждаемых поверхностей. Охлаждение отдельных элементов ТЭУ, главным образом, осуществляли технической водой: через полость охлаждаемой поверхности проходила холодная вода, отбирая тепло. Малый нагрев во- ды требовал больших ее расходов и сооружения мощных водозаборных устройств, оборудования для очистки, перекачки и охлаждения воды в случае оборотной системы водоснабжения. Содержание со- лей приводило к отложению шлама, накипи и частому прогару охлаждаемых элементов. Низкая температура воды на выходе исключала возможность утилизации уносимого тепла во- дой, хотя отвод тепла на один агрегат может составлять десятки МВт. Система охлаждения удорожается за счет громоздких охладительных устройств при оборотном водоснабжении или при ее очистке в случае прямотока. Следует учитывать расход электрической энергии на прокачку воды. Применялся способ охлаждения элементов ТЭУ горячей водой. В охлаждаемый элемент пода- ется химически очищенная вода с температурой около 70°С, которая нагревается до 95°С и использу- ется для горячего водоснабжения. Использование горячей воды в несколько раз сокращает расход электроэнергии для перекачки ее, т.к. уменьшается расход воды. Химическая очистка предохраняет поверхности от накипеобразо- вания.
Описанная схема чувствительна к повышению нагрузок установок, т.к. при этом может проис- ходить вскипание воды. Предложено для охлаждения элементов ТЭУ использовать испарительное охлаждение. К недостаткам испарительной системы охлаждения относятся, возможность возникновения кризисных явлений, конструктивная сложность. Неравномерность распределения тепловых нагрузок между элементами конструкций, их изменение во времени нарушают устойчивость циркуляции, вы- ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 235
зывают скачки температуры стенки металла и появление усталостных трещин. Все это снижает надежность работы систем, охлаждающих поверхность нагрева. Известна замкнутая система охлаждения с вынесенным испарителем и высокотемпературным теплоносителем. Такая схема позволяет охладить элементы конструкций при небольшом давлении, а тепло использовать для получения пара. Однако из-за сложности и особых требований по технике безопасности, предъявляемых к этой схеме, она не получила применения. Испарительное охлаждение некипящей водой заключается в том, что элементы оборудования охлаждаются водой с одновременным воздушным охлаждением. Обычно такое охлаждение осу- ществляется пленкой воды, стекающей по поверхности охлаждения, обдуваемой воздухом. Вода за счет испарения и частично конвекции отдает отбираемое тепло воздуху. Коэффициент теплоотдачи к пленке воды ниже, чем при водяном охлаждении, а испарение с поверхности пленки в воздух также менее интенсивно. Большая эффективность охлаждения по отношению к воздушному объясняется испарением влаги с поверхности пленки, интенсифицирующим конвективный теплообмен. Схема охлаждения сложна в конструктивном решении. Трудно создать устойчивую пленку на поверхности при высоких тепловых потоках. Даже кратковременное оголение стенки может привести к локальным перегревам. Существенным достоинством обладает воздушно-водоиспарительное охлаждение, представля- ющее собой охлаждение увлажненным воздухом, содержащим водяной пар и мелкодисперсную вла- гу. При таком охлаждении снижается начальная температура холодоносителя во время его увлажне- ния, увеличивается интенсивность отвода тепла за счет интенсивного испарения диспергированной влаги и снижается средняя и конечная температура холодоносителя. В первой стадии происходит адиабатическое увлажнение воздуха и снижение его температуры на 10-20°С. Увеличение паросодержания воздуха осуществляется путем частичного испарения рас- пыляемой влаги. Дальнейшее испарение влаги в воздухе идет при охлаждении поверхности. Интенсивность теплоотдачи при воздушно-водоиспарительном охлаждении значительно больше, чем при воздушном, и чаще выше, чем при испарительном охлаждении некипящей водой. Возрастание коэффициента теплоотдачи связано с испарением части влаги с поверхности охлаждения, турбулизаци- ей мелкодисперсными каплями пограничного слоя воздушного потока и лучистым теплообменом меж- ду стенками и капельками влаги. При высоких тепловых нагрузках наступает резкое ухудшение тепло- отдачи. Это связано с увеличением количества капель, не достигающих стенки и не смачивающих ее. Возникающие паровые пробки создают опасность прогорания элемента охлаждения. Описанные схемы с применением газо-жидкостных дисперсоидов усложняются оросительны- ми камерами, сепарационными и дренажными устройствами. Эффективным видом защиты элементов может служить охлаждение, осуществляемое путем создания на внутренней поверхности стенки низкотемпературного слоя жидкой пленки. Разновидностью внутреннего охлаждения является транспирационное, основанное на исполь- зовании пористых материалов и осуществляемое путем подачи-продавливания охлаждающей среды сквозь пористую стенку. При использовании в качестве защиты стенки аблирующих материалов, имеющих в своем со- ставе синтетические органические вещества, одним из продуктов разложения которых является угле- род, образуется на поверхности слой пористого кокса. Последний, обладая низкой теплопроводно- стью и высокой жаростойкостью, хорошо теплоизолирует аблирующее вещество и резко уменьшает скорость его разложения. При теплозащите термостойкими покрытиями необходим подбор материалов, выдерживающих высокий нагрев без разрушения с низким коэффициентом теплопроводности. С развитием керамиче- ских, пластмассовых и стекловолокнистых материалов появился ряд составов, пригодных для ис- пользования в качестве термостойких покрытий. Однако эти материалы требуют тщательной провер- ки на совместимость. При подборе соответствующей толщины аблирующего или термостойкого инертного покрытия, можно было бы полностью исключить наружное охлаждение. Представляет интерес интенсификация теплообмена в каналах путем применения волнистой шероховатости. Каналы имеют последовательное расположение конфузоров-диффузоров и нашли применение в регенеративных воздухоподогревателях. По сравнению с гладкими каналами в области переходного режима течения теплообмен улучшается в (1,5 - 3,3) раза. ● Технические науки
236 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Теплообмен в трубах с пластинчатыми, полосовыми закручивателями, завихрителями типа шнека интенсифицируется в (1,2 - 2) раза, и достигает до 160 Вт/м К, при этом также увеличивается гидравлическое сопротивление. Некоторые авторы считают, что воздействие на поток турбулизирующими вставками (диски, закрутка) не эффективно, ибо сопровождается интенсификация с сильным ростом энергозатрат, воз- никают затруднения при чистке отложений. Нами разработана и исследована новая капиллярно-пористая система охлаждения, работающая в поле массовых и капиллярных сил. В структуре транспортируется недогретый охладитель до тем- пературы насыщения с вынужденной скоростью. Это позволяет повысить форсировку тепловых нагрузок и значительно расширить пределы их отвода [1-3]. Эксперименты проводились с помощью голографической интерферометрии, фотоупругости [1] и термоупругости [2,3]. Совместное действие массовых и капиллярных сил значительно интенсифи- цирует процессы теплообмена за счет управления пограничным слоем в пористой структуре весьма малого количества кипящего охладителя [4], а также воздействуя на внутренние (термогидравличе- ские) характеристики кипения (отрывные размеры пузырей, частоту их генерации, плотность центров парообразования) [5] и на интегральные параметры [6]. Расчетные зависимости позволяют рассчиты- вать систему охлаждения с помощью критериального уравнения [7], либо уравнений полученных на основе физических и математических моделей [8-9]. Система охлаждения, содержащая малое коли- чество охладителя, является взрывобезопасной для плавильных печей в металлургической промыш- ленности, поскольку в случае прогара ограждающей конструкции (кессона) в расплав попадает весь- ма незначительный расход жидкости. Конструктивное исполнение кессонов (рис.1) представляет коробчатую форму. Они состоят из корпуса 1 и съемной крышки 2, герметично скрепляемые по периметру болтами 3. Внутренняя по- верхность стенки 4 покрыта капиллярно-пористой структурой 5, прижатой перфорированными пла- стинами 6. Артерии 7 соединены с верхними концами структуры, через торец которой к охлаждаемой поверхности подается жидкость массовыми и капиллярными силами. Нижние концы структуры обычно свободны и погружены в корытца 8, где скапливается жидкость за счет утечек, каплеуноса или избытка. На поверхности пластин выштампованы углубления с отверстиями 9, которые обеспе- чивают выход пара из структуры в канал 10, а также служат уловителями выбрасываемых из струк- туры капель и стекаемой избыточной жидкости по внешней поверхности пластины. Артерия соеди- нена с патрубком 11, с разводящими трубами 12 и коллектором 13. Избыток охлаждающей жидкости скапливается в нижней части кессона и сифоном 14 удаляется в нижний коллектор 15 и далее в нако- питель для возврата в систему. С целью облегчения конструкции и сохранения достаточной жестко- сти кессоны снабжаются распорками 16, выполненными в виде Z-образных перфорированных пла- стин или ребрами жесткости. Ребра могут располагаться снаружи (см. рис.1) или внутри корпуса и крышки кессона. На крышке, в верхней ее части, приварены патрубки 17 с фланцами для соединения с паропроводом. Структура может быть вытянутой в вертикальном или горизонтальном направлении, верхний или нижний концы которой (либо оба) соединены с артерией. Перфорированные пластины изготавливают по форме и размерам в соответствии со структурой. Выштампованные перфорирован- ные углубления в них могут иметь форму усеченного конуса, либо продольных пазов с отверстиями, обращенных кверху.
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 237
2 – крышка; 3 – болт; 4 – стенка; 5 - капиллярно-пористая структура; 6 – пластина; 7 – артерия; 8 – корытце; 9 – отверстие; 10 – канал; 11,17 – патрубок; 12 – труба; 13,15 – коллектор; 14 – сифон; 16 – внешнеe оребрение.
На рисунке 2 показана установка кессонов в зоне шлака плавильной печи.
Рис. 2. Установка коробчатых кессонов в зоне шлака плавильной печи: 1 – подина; 2 – стена; 3 – кессон; 4,10 – верхняя и нижняя полки; 5 - свод; 6 – опорная балка свода; 7 – пружина свода; 8 – стойка каркаса; 9 – форкопы.
|