Проектирование специального оборудования для ремонта ТЭД. Расчет электрической печи для сушки якорей и остовов ТЭД

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ РЕМОНТА ТЭД

2.1 Расчет электрической печи для сушки якорей и остовов ТЭД

2.1.1 Конструкция печи и её особенности

Сушильная печь предназначена для сушки остовов, якорей и других деталей электрических машин в условиях депо. Конструкция печи камерного типа, с электрическим подогревом и принудительной циркуляцией воздуха. При электрическом обогреве во избежание взрыва нельзя допускать соприкосновения смеси воздуха, и растворителей с открытыми нагревателями калорифера. Так как продув воздуха через калорифер без его многократной циркуляции вызывает резкое увеличение мощности калорифера и расхода электроэнергии, то при устройстве сушильных печей с электрическими калориферами нагревательные элементы должны быть полностью герметизированы. Герметизация нагревательных элементов осуществляется размещением их в трубах с засыпкой песком и таким исполнением конструкции, при которой смесь воздуха с растворителями, омывая снаружи трубы, не имеет непосредственного соприкосновения с электрическими нагревателями и контактами.

Для повышения коэффициента полезного действия установки на верхнем поясе печи установлен трубчатый теплообменник для предварительного подогрева свежего воздуха, поступающего в калорифер. Поток воздуха в печи регулируется редукционными клапанами и шибер-заслонками, установленными на воздуховодах. Чтобы не было просачивания воздуха, во всех фланцевых соединениях ставятся прокладки из паронита. На верхнем поясе сушильной печи установлен центробежный вентилятор, который должен перемещать взрывоопасную смесь воздуха, и паров растворителей. Ротор вентилятора выполнен из алюминия. Чтобы исключить предельное насыщение воздуха парами растворителя и сохранить постоянной его влагопоглотительную способность, предусмотрено освежение циркулирующего воздуха.

Для питания печи отдельно предусмотрены распределительный щит, в котором смонтированы коммутационные аппараты электрических схем. Конструкция щита позволяет установить его на стене пропиточного отделения.

Регулирование температуры происходит автоматически. Подъем и опускание дверей сушильных печей производится механическим приводом, смонтированном на металлической раме. Привод двери состоит из реверсивного взрывобезопасного электродвигателя, червячного редуктора, ведущего вала с зубчатыми звездочками и пластинчатыми калиброванными цепями, на которых подвешены двери. Для плавного движения дверей по направляющим швеллерам они уравновешены грузами.

Якоря и остовы, подлежащие сушке, укладываются на тележку, которая вкатывается в сушильную камеру по рельсам узкой колеи 1,000 м и выкатывается из камеры механическим приводом. Тележка печи представляет собой сварную раму из швеллеров, снабженную колесами на роликоподшипниках. Перемещение тележки осуществляется от приводной станции.

2.1.2 Расчет теплообменника

Расчет теплообменника ведем согласно рекомендации [10]

Исходные данные рассчитываемого теплообменника:

- длина теплообменника L = 0.620 м;

- ширину и высоту определяем, исходя из числа расположения трубок воздуховодов, наружный диаметр, которых принимаем d = 0,020 м;

- число трубок в вертикальном ряду Z = 12;

- число трубок в горизонтальном ряду n =  9;

- схема расположения трубок шахматная, рисунок 2;

- ширина теплообменника 0,300 м;

- высота теплообменника 0,390 м;

- средняя температура воздуха входящего в теплообменник, t₁ = 16 ⁰C;

- расход воздуха принимаем l = 2700 м/ч;

- масса печи М_п = 3900 кГ;

- температура нагретого воздуха, выходящего в атмосферу,t = 100 ⁰C;

Рисунок 2 Расположение воздуховодных труб в теплообменнике

- масса изделия - 5800 кГ;

- время сушки - 10 ч;

- температура печи – 200 ⁰C;

средняя температура изделия после нагрева – 145 ⁰C;

- температура изделия до введения в печь – 16 ⁰C;

- поверхность изделия - 14,2 м².

Определяем скорость воздуха в узком сечении пучка. В зависимости от соотношения между S₁и S₂ узким может оказаться сечение f' и f″ (Рисунок 2). Полагая, что стенки газохода, параллельны осям труб расположены на расстоянии, примерно равном поперечному шагу, от крайних труб пучка, получаем следующие формулы для проходного сечения одной ячейки пучка в обоих случаях:

;                                             (1)

.                       (2)

для заданного случая

;

.

Наиболее узкое проходное сечение для воздуховода в пучке равно:

.                                         (3)

Для температуры t₁ = I6°C из таблицы [10] имеем:

-   плотность воздуха ρ = 1,22 кг/м³;

-   киломоль газа μ = 17,9·10⁶ Η·с/м²;

-   степень повышения давлениям λ = 2,56 Вт/(м ∙ ⁰С);

-   объемная теплоемкость С_р = 1,005 кДж/(кг ∙ ⁰С);

-   число Прандтля P_Z = 0,704.

Скорость воздуха в узком сечении пучка

,                                          (4)

где G_C- массовый расход воздуха, 0,916;

 м/с;

Определяем число Рейнольдса

;                                                 (5)

.

Следовательно, имеем смешанный режим течения. Теплоотдача третьего и последующих рядов определяется по формуле из [10]

.                               (6)

Для шахматного пучка: при <2 имеем

;               (7)

.

Определяем коэффициент теплоотдачи

;                                        (8)

 Вт/(м²∙⁰С)

Так как число рядов в пучке велико, то влияние двух первых рядов несущественно и может не учитываться.

Тепловой поток от поверхности труб пучка к воздуху

;                                  (9)

 Вт

Повышение температуры воздуха проходящего через пучок

;                                       (10)

 ⁰С

2.1.3 Расчет электрического калорифера сушильной печи

Потери тепла в окружающую среду

Теплоизоляцию печи подбираем так, чтобы температура наружной стенки не превышала 40 или чтобы коэффициент теплопередачи был равен

3,489 Вт/(м² К), согласно рекомендации

,                                         (11)

где F -    наружная поверхность стенок сушилки, м²;

К -   коэффициент теплопередачи через стенку печи, Вт/(м² ∙ К);

t_ср-  средняя температура воздуха внутри печи, ⁰С;

t_в - температура воздуха снаружи печи, ⁰С.

 Вт.

Время нагрева изделия

,                                       (12)

где q - масса изделия, кг;

С -     удельная теплоемкость изделия, 0,486 ∙ 10³ Дж/(кг ∙ К);

T_n-    температура печи, ⁰С;

t'  -     температура изделия до введения в печь; °С;

f″ -     температура изделия после введения в печь, ⁰С;

F -     поверхность изделия, м²;

α-       коэффициент теплопередачи от воздуха к изделию, α = 7,09.

 ч.

Расход тепла на нагрев материала

,                                      (13)

где М - масса всего материала, кг,

С_м - удельная теплоемкость высушенного материала, кДж/(кг ∙ ⁰С);

t_ср -  средняя температура изделия после нагрева, °С;

t_в -   температура изделия до нагрева, °С.

 кДж.

Этого количества тепла достаточно для нагревания материала в течении 6,3 часа.

Тепло, отнесенное к одному часу, составит

Расход тепла на испарение влаги

,                                           (14)

где ω-  количество влаги удаленной из материала при сушке, кг; ω = 12 кг;

i_n -   энтальпия перегретого пара, кДж/кг ; i_n = 257I кДж/кг;

i_ж -  энтальпия воды при начальной температуре материала