Способ получения двухфазной охлаждающей среды в форсунке

СОЮЗ СОИЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБИИН ГОСУДАРСТВПО ДЕЛАМ РЕТЕН СТВУ. жи;цк щей ред ;пер ,ют в но газ б,. ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТ(71) Центральный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургииим. И.П. Бардина(56) 1. Петраш Л.В, ЗакалочныесредыМашгиз, 1959, с. 105-107.2.; Йэвестия высших учебных. заведений. Черная металлургия 9 10,1967, с. 15,3 . Металлургия и коксохимия, М 31973- Киев, фТехн 3.ка",. с. 14-16.4. Тэцу То Хагане, 1,976, т, 62,В 2, с А 45-А 48 Охлаждение проката.туманом, перевод В 2914 (Ц - 99009),1977, ВПЦ.5. Металлургия и коксохимия,9 36, 1973; Киев, фТехн 1 ка", с.82-83.: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ЖДИИЦБЙ СРЕДЫ В ФОРСУНКЕ, Способ получения двухфазной охающей среды, преимущественно воздушной, в форсунке, включаю- смешение потоков сжатого газа и ости, о т л и ч а ю щ и й с я что, с целью повышения охлаждаю. способности, поток жидкости песмешением разреживают, .а затем д выходом из форсунки закручивасуживающую спираль тангенциальаправленньии струями сжатогоИзобретение относится к металлургии и машиностроению и может бытьиспользовано при охлаждении прокатаили металлоизделий, например, вовремя термообработки.Известны способы охлаждения нагретых тел с помощью однофазного потокаохлаждающей среды, подаваемой через, Форсунки, например воздуха иливоды 1.Недостатками однофазных потоков 10охлаждающих сред являются либо низкая интенсивность охлаждения (дляслучая воздушного охлаждения), либонеравномерность и большой расходохлаждающей среды (водяное охлаждение).Известен способ более интенсивного и равномерного охлаждения двухфазным потоком водовоэдушной смеси,полученной в Форсунках путем турбу- лиэации потоков воды и воздуха., Приохлаждении во время закалки головокрельсов расход воды в такой водовоэдушной смеси составляет 12 б л/минпри давлении воздуха 0,3-0,5 кг/см(2,25Недостатки способа - относительнобольшой расход воды, а таКже невозможность повышения сравнительно невысокой интенсивности охлаждения,Так, увеличение давления воздуха впределах 4-10 кг /см в турбулентныхфорсунках хотя и увеличивает распыление воды, однако существенно неизменяет охлаждающей способноститурбулентного потока 3, Причинойпоследнего является, недостаточновысокая дисперсность частиц воды притурбулизации потоков воды и воздуха,.что снижает скорость их испарения изамедляет процесс охлаждения.Известен способ охлаждения скоростным двухфазным потоком тумана,получаемым в результате смешениявне форсунки струй сжатого газа,например воздуха, выходящего из сопла типа сопла Лаваля, и подаваемого 45внутрь него потока жидкости (воды),Одновременно (при выходе из сопла) разрежение потоков воды и возду-ха приводит к образованию потока тумана с относительно мелкодисперсными частицами жидкости. При этом довольно высокие скорости охлаждениядостигаются при относительно высокомрасходе воды (8 - 20 л/мин) и давлении воздуха 0,1 - 0,5 кг/см 4.гОднако приготовленный таким способом поток тумана ограничен в повышении охлаждающей способности. Такуказывается, что повышение давления.газа до 1 кг/см и выше не увеличивает интенсивности охлаждения и делает его неустойчивым,Недостаток этого способа заключается в том, что весьма высокаяконцентрация воды в относительнослабонапорном потоке при недостаточ- Я но высокой степени дисперсности частиц воды не позволяет увеличивать скорость охлаждения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения двухфазной смеси посредством прямоструйного двухфазного потока сжатого воздуха и подаваемого внутрь него потока воды, при котором смешение воды и воздуха начинается внутри форсунки и завершается вне ее, используемый, например, при охлаждении 5.Недостаток известного способа закключается в том, что, хотя он и позволяет достигать высоких скоростей подвода частиц воды к нагретой поверхности, однако из-за малого содержания воды в потоке тумана (0,24 л/мин) и невысокой степени ее дисперсности г при давлении воздуха (3,5-4,5 кг/см) он не позволяет получать высокую интенсивность охлаждения.Целью изобретения является повышение охлаждающей способности двухфазных (газожидкостных) сред.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения двухфазной охлаждающей среды в форсунке, включающему смешение потоков сжатого газа и жидкости, поток жидкости перед смешением раэреживают, а затем перед выходом иэ форсунки закручивают в суживающуюся спираль тангенциально направленными струями сжатого газа.Предварительное разреженйе потока жидкости уменьшает его плотность и облегчает смешивание жидкости с газом, что превышает дисперсность час- тиц жидкости и создает возможность более широкого варьирования давлением газа и расходом жидкости. Закручи. вание потока по суживающейся спирали приводит к более равномерному перемешиванию газа с частицами жидкости. Кроме того, закручивание облегчает выход высоконапорных струй из Форсун ки. В момент выхода из форсунки дав- ление двухфазного потока падает и происходит второй этап разреживания потока - дисперсность жидкой фазы еще более возрастает, Это приводит квозрастанию охлаждающей способности и равномерности охлаждения двухфазным потоком.Способ осуществляется посредством форсунки, конструкция которой обес-. печивает последовательное выполнение разреживания потока жидкости, закручивания в суживающуюся к выходу спираль и одновременного смешивания жидкости с газовой фазой. При этом расход жидкости устанавливают от О, 2 до 50 л/мин, а давление газа от 2 до 6 кг/см.П р и м е р . Потоком водовоздушной смеси из указанной форсунки выгО 06505 2. При охлаждении пластины толщиной 10 мм, расходе воды 2 л/мин идавлении воздуха 4 кг/см скоростиохлаждения в диапазоне 920-600 Ссоставили соответственно 100, 130 и140 град/с при расстояниях форсункиот пластины 80, 50.и 20 мм.3. При охлаждении пластины толщиной 10 мм, расходе воды 5 л/мин идавлении воздуха 8 кг/см скорости 10 охлаждения в диапазоне 900-, 600 Сравнялись 115, 130 и 140 град/с длярасстояний 80, 50 и 20 мм, соответ,- ственноо.4. Скорость охлаждения пластины 15 толщиной 21 мм при оптимальных пара-метрах: расходе воды 1,5 л/мин, давлении воздуха 4 кг/см и расстоянии.до пластины 50 мм, составила40 град/с.20Способ также проверен при соблюдении технологических параметров охлаждения по известному способу. полняли одностороннее охлаждение стальной пластины 120 х 120 мм, нагретой под закалку до 950-960 С, Толщину пластины варьировали - 10, 20, 30, 40 и 50 мм. Скорость охлаждения определяли с помощью потенциометра КСПи хромель-алюмелевой термопары, зачеканенной в пластину со стороны, противоположной охлаждаемой поверхности. Варьирование параметрами охлаждения осуществляли в следукщих пределах:давление сжатого воздуха от 2 до 8 кг/см, расход воды от 0,2 до 5 л/мин расстояние форсунки от нагретой поверхностиот 20 до 80 мм.Устойчивое охлаждение получили во всем диапазоне указанных параметров. Процесс охлаждения можно проиллюстрировать следующими примерами:1. При охлаждении пластины толщи" ной 10 мм, расходе воды 0,2 л/мин и давлении воздуха 2 кг/см получили скорость охлаждения в диапазоне 900- 600 цС 30, 60 и 70 град/с при расстоянии форсунки от нагретой поверхности 80, 50 и 20 мм, соответственно. ез Способ Параметры Известный 1Предлагаемый Конфигурация нагревае- Образец рельсамого образца РОбразец штангикв. 80 Вес образца, охлаждаемого одной форсункой,кг 1,9 4,75 Ширина охлаждаемойповерхности, мм 75 80 Высота утолщеннойохлаждаемой частиобразца, мм 40 80 Температура нагрева, С 900 920 Давление воздуха,атм 3, 5-4 3,4 0,24 Расход воды, л/мин 0,25 150 150 16 т 24 Расстояние от нагретой поверхности, мм Максимальная скоростьохлаждения в точке,отстоящей от охлажденной поверхности на4,5 мм в интервалетемператур 900-700 С,Условия проведения опыта и егорезультаты приведены в таблице.1006505 Составитель А. СенейТехредТ.фанта Корректор О. Билак Редактор Г. Безвершенко щТираж 566 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 2054/42,филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемый способ получения водовоздушной смеси обеспечивает более чем в 1,5 раза повьааение ее охлаждающей способности, следовательно позволяет значительно повысить скорость охлаждения, что может быть использовано для достижения более высокой прочности в низкоуглеродистыхсталях (например, для газопроводныхтруб) при их закалке.