Способ струйного нагрева плоских изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 4 5114 С 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИЯ ТВУ(71) Московский ордена Октябрьской.Революции и ордена Трудового Знамени институт стали(54)(57) 1. СПОСОБ СТРУЙНОГО НАГРЕПЛОСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий подач, на их поверхность под прямым угломравномерно распределенных плоскихструй теплоносителя низкого давлен я высок о давя тем,роцессаиэделий,с икацииачества нагре а и повышения теплоносител авлений орган ми, формируя давления в в круглых струй а высокоэуют ра и го Краснои сплавовцкий,.В.Шувало ого ельнымиель выельныхенных оток оког еплоноси иде паралл располои.что т 2. Способ по щи й.с я тем, высокого давлени 4-67 от расхода давления, а отн щадей начальног струй к начальн струй составляе отличаюплоноситель т в количестве сителя ниэкого я податеплоншениесечен арных плокруглых еч 1 нию плоских,015. ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ и струи теплоносителления, о т л и ч ачто, с целью интенс ежду каждои парои плоских струй тепоносителя.12Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано в нагревательных и термических печах различных конструкций.Цель изобретения - интенсификация процесса нагрева и повышение качества нагрева изделий.Интенсификация процесса нагрева иэделий реализуется посредством постоянного разрушения устойчивого пограничного слоя на поверхности иэделия и турбулизации его. При этом происходит снижение температурного перепада на поверхности иэделий и, как следствие этого, улучшение качества их нагрева. Кроме того, управление начальными импульсами струй теплоносителя по ширине печи обеспечит возможность равномерного нагрева изделий и более сложной Формы. Наряду с нагревом изделий в печах при использовании соответствующей среды теплоносителя возможно проводить и охлаждение изделий по заданному режиму.На фиг. 1 и 2 изображено устройство, реализующее способ струйного нагрева (или охлаждения) иэделийУстройство содержит распределительную камеру 1 статического давления, подвод 2 теплоносителя низкого давления, соединенный с этой камерой, щелевые сопла 3 Для истечения теплоносителя из камеры статического давления, подвод для теплоносителя высокого давления в виде коллекторов 4 с соплами 5 для его истечения и регуляторами 6 расхода теплоносителя. На поду устройства (например, печи) расположены нагреваемые иэделия 7.Способ реализуется следующим образом.Теплоноситель высокого давления, подаваемый в распределительную камеру 1 статического давления через подвод 2, истекает через щвтевые сопла 3 и взаимодействует с обрабатываемым изделием 7. Одновременно газ высокого давления подается в коллекторы 4 и истекает через сопла 5 на обрабатываемое изделие 7,разбивая и .турбулизируя при этом пограничный слой, образукщийся в результате взаимодействия теплоносителя низкого давления с обрабатываемым изделием. Скорость истечения газа высокого давления регулируется раздельно для каждого коллектора, посредством изменения расхода газа при помощи ин 32694 0 45 50 55 О 15 20 25 30 35 дивидуальныхрегуляторов 6, имеющихся в каждом коллекторе, р этомтеплоноситель высокого давления подают в количестве 4-6% от расходатеплоносителя низкого давления, аотношение суммарных площадей начального сечения круглых струй к начальному сечению плоских струй составляет0,01-0,015.Уменьшение доли расхода газа вы"сокого давления (меньше чем 4%) при -водит к тому, что его количествостановится недостаточным для интенсификации теплообмена.Увеличение доли расхода газа высокого давления (больше чем 6%) приводит к тому, что интенсивность теплообмена несущественно повышается посравнению с подачей газа высокого давления в распределительную камерустатического давления вместе с основным рабочим газом (примерно на 5-7),но суммарная мощность воздуходувных устройств становится равной вобоих случаях. Эффект повышения интенсивности теплообмена при одинаковых энергетических затратах при этомне достигаетсяУменьшение суммарной площадиотверстий в коллекторах газа высокого давления (меньше чем 0,010) приводит к тому, что количество газа высокого давления, которое можно пропустить через эти отверстия, становится недостаточным для интенсификации теплообмена,Увеличение суммарной площади отверстий в коллекторах газа высокого давления (больше чем 0,015) приводит к тому, что расход газа высокого давления, истекающего через эти отверстия, увеличивается и интенсивность теплообмена несущественно повышается по сравнению со способом, реализующим подачу газа высокого давления вместе с теплоносителем низкого давления в распределительную камеру статического давления (примерно на 5-7%), но суммарная мощность воздуходувных устройств становится равной в обоих случаях и эффект повышения интенсивности теплообмена при одинаковых энергетических затратах не достигается.Таким образом, указанные соотношения являются оптимальными и при соблюдении их достигается максимальная интенсивность струйного теплооб 3 2326 мена между рабочей средой и обрабатываемым изделием, для определенных энергетических затрат на организацию струйного теплообмена.Раздельное управление расходом газа высокого давления на каждом коллекторе позволяет регулировать тепловой поток на поверхность обрабатываемого изделия по его ширине, так как интенсивность теплообмена на 0различных участках определяется при прочих равных условиях скоростью истечения струйных потоков газа высокого давления, зависящей от расхода газа, При этом разность тепловых 15 потоков на различных участках, при необходимости, может достиГать по экспериментальным данным 15-177.Проводят опыты по замерам интенсивности теплообмена в струйной 20 системе на экспериментальной установке. Опытная установка состоит из распределительной камеры статического давления с подводом для основного рабочего газа и щелевыми отверс тиями для его истечения, коллекторов газа высокого давления с отверстиями для его истечения. Всего имеется пять щелевых отверстий в камере статического давления и три коллектора газа высокого давления в виде трубок с осесимметричными отверстиями. Трубки располагают между щелевыми отверстиями и прикрепляют к поверхности камеры статического давления параллельно щелевым отверстиям и друг другу. Существует возможность подводить газ высокого давления непосредственно в камеру статического давления, для создания способа обдувки, соответствующего изве 40 стному. Во всех опытах расход и давление. основного рабочего газа неизменные и составляют соответственно Чр.г =45 = 0,040 м/с и Ррг = 380 Н/м.Опыт 1. Подают газ высокого давления непосредственно в камеру статического давления, т.е, по условиям известного способа, Расход газа высокого давления составляет Чг= 0,0020 м /с, т,е, 57 от расхода газа низкого давления, давление Ргр=5000 Н/мЯ.Опыт 2. Подают газ высокого давле ния отдельно от газа низкого давления в коллекторы-трубки. Гаэ высокого давления истекает через осесимметричные отверстия в трубках непосредственно в пограничный слой наповерхности иэделия, образованныйвзаимодействием струй газа низкогодавления с обрабатываемым изделием.Расход газа высокого давления Чгр- 0,0016 мэ/с, т.е. 47 от расходагаза низкого давления,его давлениеР, = 6180 Н/м. Соотношение суммарной площади осесимметричных отверс"тий в трубках и суммарной площадищелевых отверстий 0,010: 1,0,Опыт 3, Изменяют соотношение пло"щадей отверстий в трубках и щелевыхотверстий на камере, расход и давление газа высокого давления. Этипараметры составят соответственно,О 012:1,0; Ч, = О 0020 м/с, т е,57. от газа низкого давления, Р- 5000 Н/мОпыт 4. Проводят опыт по условиямопыта 2, но с изменением соотношенияплощадей, которое составляет 0,015:1,0Параметры газа высокого давленияЧ, р= 0,0024 м/с, т,е. 67. от основного газа, Р,р = 4230 Н/м.Опыт 5. Проводят опыт с превышением доли расхода газа высокого давления, предлагаемой в изобретенИи,для чего увеличивают соотношение площадей до 0,030;1,0. Расход газа высокого давления Ч= 0,0040 м/с,т,е, 103 газа низкого давления, егодавление Ргр = 8900 Н/м,В каждом опыте измеряют теплообмен между рабочей средой и обрабатываемым изделием и рассчитываютмощность воздуходувных устройств,затраченную на организацию струйной обдувки.Данные обработки опытов сведеныв таблицу,Средний коэффициент теплоотдачиконвекциейявляется характеристикойинтенсивности теплообмена, а суммарная мощность воздуходувных устройствопределяется по формулеЧрг Ррг Чг. р Рг.ь:рфгде Ч, и Р, - расход и давлениеосновного рабочего газаЧы " Рг ар - расход и давлениедополнительного газа высокого давления.Как видно из сравнительного анализа данных таблицы, при реализации1232694 Показатели для опыта Характеристики предлагаемого изве- стного 2 3 4 5 Фиа 2 Составитель В, Смирнов Редактор Н. Гунько Техред М,Ходанич Корректор М, Максимиши2739/28Тираж 552 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5к оиэводственно-поли ческо способа и устройства в опыте 5 интенсивность теплообмена повышаетсяна 13,4, однако мощность возрастаетвдвое по сравнению с условиями известного опыта 1. Наилучшие условиятеплообмена достигают в опытах 4, 3,2, где интенсивность повышается более чем на 117 при одинаковых энерге"тических затратах с условиями известного способа.Все изменения интенсивности теплообмена достигаются лишь изменениемпараметров истечения газа высокогодавления при неизменных параметрахистечения газа низкого давления, следовательно, при таком способе струйной обдувки обеспечивается регулирование тепловым потоком по ширине изделия, при необходимости, до 15 Х егоизменения на различных участках засчет изменения расхода газа высокогодавления,Эффективность предлагаемого иэобретения заключается в повышении ин-тенсивности теплообмена по сравнениюс известным при одинаковых энергетических затратах, а также в улучшении . качества обрабатываемых Изделий засчет достижения равномерности нагрева или охлаждения по ширине изделияблагодаря воэможности изменять ин"тенсивность теплообмена на различныхучастках. Среднийкоэффициенттепло 20отдачи