Разработка конструкции печи для нагрева стальных труб
ART 54307
УДК
001
М.
В. КалачевБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Калачев
М.
В.,
Глухов
П.
В.,
Новичков
А.
А. Разработка конструкции печи для нагрева стальных труб // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
236–240. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54307.htm.
Аннотация. В статье говорится об устройствах нагрева труб из сталей и сплавов в различных технологических процессах. Основной задачей данной статьи является повышение качества, скорости нагрева изделия и снижение энергозатрат на нагрев.
Текст статьи
Калачев Максим Викторович,магистрант,ФГОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ», г. Казаньbosch116@mail.ru
Новичков Александр Алексеевич,студент,ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского национального исследовательского технического университетаим. А.Н. Туполева–КАИ», г.Набережные Челныalex_nov16@mail.ru
Глухов Петр Васильевич,студент,ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева–КАИ», г.Набережные Челны
virip@yandex.ru
Разработка конструкции печи для нагрева стальных труб
Аннотация.Статьяотноситсяк устройствам нагрева труб из сталей и сплавов в различных технологических процессах.Основной задачей данной статьи является повышение качества, скорости нагрева изделия и снижение энергозатрат на нагрев.Ключевые слова:труба, нагрев,печь, покрытие труб.
Наиболее распространенными способами нагрева печей для обработки металлических длинномерных изделий является конвективный нагрев.Однако, рассматривая нагрев длинномерных изделий, в частности, стальных труб, конструкция печи должна решать ряд проблем связанным с качеством нагрева.
Существует способ отопления двухкамерной печи и печь для нагрева заготовок [1]. Печь для нагрева заготовок содержит две рабочие камеры в одном блоке. Они разделены стенкой, оборудованы сводовыми горелками и дымовыми каналами. В разделяющей камеры стенке выполнен дымовой канал, размещенный на уровне пода у переднего торца.Способ осуществляют следующим образом. В камерах 1 и 2 и разжигают горелки на газе и подают топливовоздушную смесь (с коэффициентом расхода воздуха α 0,50,6, что предохраняет нагреваемые заготовки от окисления и обезуглероживания), разогревая обе камеры печи до температуры 750оС. После разогрева обеих камер печи ее отопление ведут предлагаемым способом, т.е. попеременным сжиганием топливовоздушной смеси и ее дожиганием вторичным воздухом. В одной из камер, например камера 1, горелки продолжают работать, питаемые упомянутой смесью, закрывая управляющие задвижки системы снабжения топливовоздушной смесью. Шибер камеры 1 закрывают, чем направляют продукты распада смеси из камеры 1 через дымовой канал в камеру 2 для рекуперации. При закрывании задвижки открывается задвижка системы дожигания продуктов неполного горения для подачи в камеру 2 вторичного воздуха с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного горения. Поданный с указанным расходом в камеру 2 вторичный воздух дожигает продукты неполного горения, чем обеспечивается атмосфера, предохраняющая металл от окисления и обезуглероживания, а газы через дымовой канал с открытым шибером уходят в боровную систему цеха. К недостаткам данного устройства можно отнести:
неравномерный нагрев по всей площади нагреваемого изделия, за счет ламинарного движения потока нагретых газов, что снижает качество нагрева
малая производительность изза долгого ожидания нагрева изделия до заданной температуры;
неэффективное использование выделяемого потока нагретого воздуха, так как теплообмен при нагревании изделия происходит при ламинарном движении потоков нагретого воздуха, что так же уменьшает время нагрева и производительность.Основной решаемой задачейявляетсяповышение качества, скорости нагрева изделия и снижение энергозатрат на нагрев.Новизной данной печи являетсяеёконструкция, позволяющая направлять поток нагретых газов, как на наружную, так и на внутреннюю поверхности изделия, при этом регулируя угол атаки потока нагретых газов.
Устройство печи для нагрева труб показано на фиг.1., где:1 –рабочая камера печи;2 –воздуховод боковой;3 –воздуховод нижний;4 –боковое сопло;5 –нижние жалюзийные решетки;6 –стальная труба;7 –дымоотвод;8 –специальная оснастка;9 –подвесной конвейер;10 –дефлектор 11 шлюзВ камеру печи 1 на подвесном конвейере 9, с помощью специальной оснастки 8, установленной на оба конца стальной трубы 6, транспортируют стальную трубу 6.После того, как стальная труба 6 установилась в камере печи 6, стальную трубу 6 подвергают вращению, с помощью специальной оснастки 6, предающей стальной трубе 6 вращательное движение.Затем, через воздуховод боковой 2, боковое сопло 4, и воздуховод нижний 3, нижние жалюзийные решетки 5, поток нагретых газов газотурбинного двигателя направляют в камеру печи 1, где уже установлена и вращается стальная труба 6.
Боковое сопло 4 направляет поток нагретых газов, поступающий с воздуховода бокового 2, на внутреннюю поверхность стальной трубы 6. Одновременно регулируя угол атаки потока нагретых газов для создания турбулентного движения потока нагретых газов во внутренней части стальной трубы 6.Нижние жалюзийные решетки 5 направляют поток нагретых газов, поступающий с воздуховода нижнего 3, на наружную поверхность стальной трубы 6. Одновременно регулируя угол атаки потока нагретых газов для создания турбулентного движения потока нагретых газов на наружной поверхности стальной трубы 6.Теплообмен при турбулентном движении потока нагретых газов, создающие боковое сопло 4 и жалюзийные решетки 5,обеспечивает:1.Уменьшение времени нагрева стальной трубы 6, так как коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме выше, чем при ламинарном;2.Качественный нагрев стальной трубы 6, что делает нагрев более равномерным, так как идет постоянное смешивание газов, что положительно влияет на температуру среды (т.е. температура одинакова по всему объему камеры печи 1).Направление потока нагретых газов непосредственно на изделие (стальную трубу 6), с помощью бокового сопла 4, нижних жалюзийных решеток 5, обеспечивает:1.Эффективное использование потока нагретых газов, так как основной объем нагретого газа будет использоваться непосредственно для нагрева стальной трубы 6, а не камеры печи 1;2.Уменьшаетвремя нагрева стальной трубы 6, так как нет необходимости ожидания нагрева камеры печи 1 до заданной температуры.Во время нагрева стальной трубы 6 поток использованных для нагрева изделия газов утилизируется через дымоотвод 7 в дымоход, с помощьюдефлектора 10.Для создания естественной необходимой тяги в камере печи 1 площадь сечения дымоотвода должно быть больше суммы площадей сечений воздуховода бокового 2 и воздуховода нижнего 3.Для создания дополнительной (искусственной) тяги в камере печи 1 после дымоотвода 7 устанавливают дефлектор 10, создающий в камере печи 1 дополнительную тягу.
В качестве примера технологического процесса был взят способ нагрева стальной трубе 6 перед нанесением покрытия, где, один из этапов технологического процесса подразумевает нагрев в печи стальной трубы 6 до температуры 390–420ºС и выдержки около часа.Данный диапазон температур позволяет удалить с поверхностей изделия (стальной трубы 6) среды, уменьшающие адгезионную прочность, в частности масляные включения. Так же при данном диапазоне температур материал изделия не подвергается структурным изменениям. Работа устройства: Перед началом работы, на концы стальной трубы6 устанавливают специальные оснастки 8, предусмотренные данным способом, предающие стальной трубе6 вращательное движение во время их нагрева.В рабочем режиме потоки нагретых газов газотурбинного двигателя направляют в камеру печи 1 через воздуховод боковой 2 и воздуховод нижний 3, боковое сопло 4 и нижние жалюзийные решетки 5. Боковое сопло 4 регулирует направление потока нагретых газов, поступающих через воздуховод боковой 2, и регулирует угол атаки потока нагретых газов на внутреннюю поверхность стальной трубы 6. Нижние жалюзийные решетки 5 регулируют направление потока нагретых газов, поступающих через воздуховод нижний 5, и регулирует угол атаки потока нагретых газов на наружную поверхность стальной трубы 6.Во время нагрева стальной трубы 6 поток нагретых газов от автономного источника, например газотурбинного двигателя , поступающий через боковое сопло 4 в
камеру печи 1, направляют на внутреннюю поверхность стальной трубы 6, и направляют по спирали, чтобы предает потоку нагретых газов турбулентное движение. Это уменьшает время нагрева стальной трубы 6, способствуя повышению производительности печи и эффективному использованию тепла потока нагретых газов.Во время нагрева стальной трубе 6 предают вращательное движение с помощью специальных оснасток 8, установленных на концы стальной трубы 6, исключающих контакт наружной поверхности стальной трубы 6 с иными поверхностями, что делает нагрев стальной трубы 6 более качественным.После того, как стальную трубу 6 нагрели до заданной температуры, её выдерживают при заданной температуре в камере печи 1 около часа (выдержка») для удаления с поверхностей масляных включений и других веществ уменьшающие адгезионную прочность.Расчет времени нагрева трубНагрев металла в печах является очень важной операцией. Металл желательно нагревать быстро, т.к. в этом случае уменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшает удельный расход топлива на нагрев. Из этих соображений целесообразно выбирать оптимальный температурный режим печи, обеспечивающий с одной стороны, быстрый нагрев металла, а с другой, не создающий в нагреваемом металле чрезмерных механических напряжений, которые могут привести к образований трещин.Продолжительность нагрева металла до заданной температуры является важным параметром, определяющим производительность печи и ее габаритные размеры.Дано:N(колво труб) 10 шт.Материал –Сталь 10; Сталь 20
(общая масса) 8880 кг /ГОСТ 2029585/l(длина трубы) 12 мС(длина окружности трубы) 1,0205 м(наружный диаметр) 0,325 мV(объем 1ой трубы) 0,12246 мS(толщина стенки трубы) 10 мм 0,01 м
(средняя удельная теплоемкость) 512 Дж/(кг · °С) /при t 400°С; при t 20°С /
(средняя удельная теплоемкость) 497 Дж/(кг · °С) /при t 250°С; при t 20°С / 1
(плотность стальной трубы) 7800 кг/м
–коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2* оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2* оС)/;Расчет нагрева металла начинается с определения критерия Bi.Критерий Biпроводит границутонких» и массивных» тел.Bi≤ 0,25 тело тонкое»Bi� 0,5 тело массивное»Bi= * S/где S–прогреваемая толщина стенки трубы, м. S 0,01 м
–средний коэффициент теплопроводности, Вт/(м * оС) 1http://steelcast.ru/steel_heat_capacity
20 51,9 Вт/(м * оС)400 45 Вт/(м * оС)ср= (20+ 400)/2 (51,9 +45)/2 48,45 Вт/(м * оС)
коэффициенттеплоотдачи конвекцией, Вт/(м2*оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2*оС)/; возьмем значение ближе к максимальному 100 Вт/(м2*оС).Bi= 100 * 0,01/48,45 = 0,02 –тело тонкое»Расчет нагрева тонких» тел в камере печи 1:При расчете времени тонкостенных труб следует использовать формулу
где S–прогреваемая толщина стенки трубы, м;
–наружный диаметр трубы, м;
–коэффициент, учитывающий способ укладки труб и зависящий от относительного расстояния между центрами труб/где m–расстояние между центрами труб 0,475 м, для одностороннего нагрева при составляющем 1,0; 1,5; 2,0, коэффициент равен соответственно 0,5; 0,8; 1,0/;
= 1,5 = 0,8
–коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2* оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2* оС)/; возьмем значение ближе к максимальному 100 Вт/(м2*оС).
Так как нагрев производят наружной и внутренней поверхностей стальной трубе, то время уменьшиться примерно 1,5–2,0 раза (среднее 1,75).
Из таблицы видно, что производительность заявляемой печи для нагрева труб будет выше на 4575% относительно известных аналогов.
Таблица 1Таблица времени нагрева наиболее часто применяемых стальных труб№Диаметр трубы, ммТолщина стенки трубы, ммВремя нагрева до 420оС, мин (обычная печь)Время нагрева до 420оС, мин (заявляемая на полезную модель печь для нагрева труб)1573,5148,02764158,6389517,510,0411462011,4515972212,8621982514,2727392815,68325103017
Преимущества предлагаемой печипо сравнению с известными аналогамиПредлагаемая печь для нагрева труб по сравнению с аналогами:1. Повышает качество нагрева наружной и внутреннейповерхности стальной трубы, за счет:1.1. Предания вращательного движения стальной трубе специальными оснастками;1.2. Направления потока нагретых газов на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;1.3. Исключения контакта наружной поверхности стальной трубы с иными поверхностями;2. Уменьшает время нагрева стальной трубы, за счет:2.1. Предания вращательного движения стальной трубе специальными оснастками;2.2. Направления потока нагретых газов на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;2.3. Турбулентного движения потока нагретых газов в камере печи;3. Повышает эффективность нагрева стальной трубы, за счет увеличения площади контактастальной трубы с потоком нагретых газов, которое достигается, за счет направления потока нагретых газов непосредственно на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;4. Повышается производительность печи, за счет уменьшения времени нагрева стальной трубы.
Ссылки на источники1.Патент РФ 2022035, заявка № 5038258/02 от 25.02.1992, Би№16, 1994г, C21D9/00[Дата обращения 22.10.2013]
Maxim Kalachev,
The graduate of "Manufacture of aircraft" chair of FGOU VPO the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Kazanbosch116@mail.ruAlexandr Novichkov,
The graduate of "Designing and Technologies of Machinebuilding Productions" chair of FGOU VPO branch of the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Naberezhnye Chelnyalex_nov16@mail.ruPetr Gluhov,
The graduate of "Designing and Technologies of Machinebuilding Productions" chair of FGOU VPO branch of the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Naberezhnye ChelnyDevelopment of the construction furnace for heating of steel pipesAbstract.Article relates to devices heating pipe steels and alloys in various technological processes. The main objective of this article is to improve the quality, speed of heating products and reduction of energy consumption for heating.Keywords: tube, heating, furnace, the coating of pipes.
Новичков Александр Алексеевич,студент,ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского национального исследовательского технического университетаим. А.Н. Туполева–КАИ», г.Набережные Челныalex_nov16@mail.ru
Глухов Петр Васильевич,студент,ФГОУ ВПО Набережночелнинский филиал Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева–КАИ», г.Набережные Челны
virip@yandex.ru
Разработка конструкции печи для нагрева стальных труб
Аннотация.Статьяотноситсяк устройствам нагрева труб из сталей и сплавов в различных технологических процессах.Основной задачей данной статьи является повышение качества, скорости нагрева изделия и снижение энергозатрат на нагрев.Ключевые слова:труба, нагрев,печь, покрытие труб.
Наиболее распространенными способами нагрева печей для обработки металлических длинномерных изделий является конвективный нагрев.Однако, рассматривая нагрев длинномерных изделий, в частности, стальных труб, конструкция печи должна решать ряд проблем связанным с качеством нагрева.
Существует способ отопления двухкамерной печи и печь для нагрева заготовок [1]. Печь для нагрева заготовок содержит две рабочие камеры в одном блоке. Они разделены стенкой, оборудованы сводовыми горелками и дымовыми каналами. В разделяющей камеры стенке выполнен дымовой канал, размещенный на уровне пода у переднего торца.Способ осуществляют следующим образом. В камерах 1 и 2 и разжигают горелки на газе и подают топливовоздушную смесь (с коэффициентом расхода воздуха α 0,50,6, что предохраняет нагреваемые заготовки от окисления и обезуглероживания), разогревая обе камеры печи до температуры 750оС. После разогрева обеих камер печи ее отопление ведут предлагаемым способом, т.е. попеременным сжиганием топливовоздушной смеси и ее дожиганием вторичным воздухом. В одной из камер, например камера 1, горелки продолжают работать, питаемые упомянутой смесью, закрывая управляющие задвижки системы снабжения топливовоздушной смесью. Шибер камеры 1 закрывают, чем направляют продукты распада смеси из камеры 1 через дымовой канал в камеру 2 для рекуперации. При закрывании задвижки открывается задвижка системы дожигания продуктов неполного горения для подачи в камеру 2 вторичного воздуха с расходом, необходимым для дожигания продуктов неполного горения. Поданный с указанным расходом в камеру 2 вторичный воздух дожигает продукты неполного горения, чем обеспечивается атмосфера, предохраняющая металл от окисления и обезуглероживания, а газы через дымовой канал с открытым шибером уходят в боровную систему цеха. К недостаткам данного устройства можно отнести:
неравномерный нагрев по всей площади нагреваемого изделия, за счет ламинарного движения потока нагретых газов, что снижает качество нагрева
малая производительность изза долгого ожидания нагрева изделия до заданной температуры;
неэффективное использование выделяемого потока нагретого воздуха, так как теплообмен при нагревании изделия происходит при ламинарном движении потоков нагретого воздуха, что так же уменьшает время нагрева и производительность.Основной решаемой задачейявляетсяповышение качества, скорости нагрева изделия и снижение энергозатрат на нагрев.Новизной данной печи являетсяеёконструкция, позволяющая направлять поток нагретых газов, как на наружную, так и на внутреннюю поверхности изделия, при этом регулируя угол атаки потока нагретых газов.
Устройство печи для нагрева труб показано на фиг.1., где:1 –рабочая камера печи;2 –воздуховод боковой;3 –воздуховод нижний;4 –боковое сопло;5 –нижние жалюзийные решетки;6 –стальная труба;7 –дымоотвод;8 –специальная оснастка;9 –подвесной конвейер;10 –дефлектор 11 шлюзВ камеру печи 1 на подвесном конвейере 9, с помощью специальной оснастки 8, установленной на оба конца стальной трубы 6, транспортируют стальную трубу 6.После того, как стальная труба 6 установилась в камере печи 6, стальную трубу 6 подвергают вращению, с помощью специальной оснастки 6, предающей стальной трубе 6 вращательное движение.Затем, через воздуховод боковой 2, боковое сопло 4, и воздуховод нижний 3, нижние жалюзийные решетки 5, поток нагретых газов газотурбинного двигателя направляют в камеру печи 1, где уже установлена и вращается стальная труба 6.
Боковое сопло 4 направляет поток нагретых газов, поступающий с воздуховода бокового 2, на внутреннюю поверхность стальной трубы 6. Одновременно регулируя угол атаки потока нагретых газов для создания турбулентного движения потока нагретых газов во внутренней части стальной трубы 6.Нижние жалюзийные решетки 5 направляют поток нагретых газов, поступающий с воздуховода нижнего 3, на наружную поверхность стальной трубы 6. Одновременно регулируя угол атаки потока нагретых газов для создания турбулентного движения потока нагретых газов на наружной поверхности стальной трубы 6.Теплообмен при турбулентном движении потока нагретых газов, создающие боковое сопло 4 и жалюзийные решетки 5,обеспечивает:1.Уменьшение времени нагрева стальной трубы 6, так как коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме выше, чем при ламинарном;2.Качественный нагрев стальной трубы 6, что делает нагрев более равномерным, так как идет постоянное смешивание газов, что положительно влияет на температуру среды (т.е. температура одинакова по всему объему камеры печи 1).Направление потока нагретых газов непосредственно на изделие (стальную трубу 6), с помощью бокового сопла 4, нижних жалюзийных решеток 5, обеспечивает:1.Эффективное использование потока нагретых газов, так как основной объем нагретого газа будет использоваться непосредственно для нагрева стальной трубы 6, а не камеры печи 1;2.Уменьшаетвремя нагрева стальной трубы 6, так как нет необходимости ожидания нагрева камеры печи 1 до заданной температуры.Во время нагрева стальной трубы 6 поток использованных для нагрева изделия газов утилизируется через дымоотвод 7 в дымоход, с помощьюдефлектора 10.Для создания естественной необходимой тяги в камере печи 1 площадь сечения дымоотвода должно быть больше суммы площадей сечений воздуховода бокового 2 и воздуховода нижнего 3.Для создания дополнительной (искусственной) тяги в камере печи 1 после дымоотвода 7 устанавливают дефлектор 10, создающий в камере печи 1 дополнительную тягу.
В качестве примера технологического процесса был взят способ нагрева стальной трубе 6 перед нанесением покрытия, где, один из этапов технологического процесса подразумевает нагрев в печи стальной трубы 6 до температуры 390–420ºС и выдержки около часа.Данный диапазон температур позволяет удалить с поверхностей изделия (стальной трубы 6) среды, уменьшающие адгезионную прочность, в частности масляные включения. Так же при данном диапазоне температур материал изделия не подвергается структурным изменениям. Работа устройства: Перед началом работы, на концы стальной трубы6 устанавливают специальные оснастки 8, предусмотренные данным способом, предающие стальной трубе6 вращательное движение во время их нагрева.В рабочем режиме потоки нагретых газов газотурбинного двигателя направляют в камеру печи 1 через воздуховод боковой 2 и воздуховод нижний 3, боковое сопло 4 и нижние жалюзийные решетки 5. Боковое сопло 4 регулирует направление потока нагретых газов, поступающих через воздуховод боковой 2, и регулирует угол атаки потока нагретых газов на внутреннюю поверхность стальной трубы 6. Нижние жалюзийные решетки 5 регулируют направление потока нагретых газов, поступающих через воздуховод нижний 5, и регулирует угол атаки потока нагретых газов на наружную поверхность стальной трубы 6.Во время нагрева стальной трубы 6 поток нагретых газов от автономного источника, например газотурбинного двигателя , поступающий через боковое сопло 4 в
камеру печи 1, направляют на внутреннюю поверхность стальной трубы 6, и направляют по спирали, чтобы предает потоку нагретых газов турбулентное движение. Это уменьшает время нагрева стальной трубы 6, способствуя повышению производительности печи и эффективному использованию тепла потока нагретых газов.Во время нагрева стальной трубе 6 предают вращательное движение с помощью специальных оснасток 8, установленных на концы стальной трубы 6, исключающих контакт наружной поверхности стальной трубы 6 с иными поверхностями, что делает нагрев стальной трубы 6 более качественным.После того, как стальную трубу 6 нагрели до заданной температуры, её выдерживают при заданной температуре в камере печи 1 около часа (выдержка») для удаления с поверхностей масляных включений и других веществ уменьшающие адгезионную прочность.Расчет времени нагрева трубНагрев металла в печах является очень важной операцией. Металл желательно нагревать быстро, т.к. в этом случае уменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшает удельный расход топлива на нагрев. Из этих соображений целесообразно выбирать оптимальный температурный режим печи, обеспечивающий с одной стороны, быстрый нагрев металла, а с другой, не создающий в нагреваемом металле чрезмерных механических напряжений, которые могут привести к образований трещин.Продолжительность нагрева металла до заданной температуры является важным параметром, определяющим производительность печи и ее габаритные размеры.Дано:N(колво труб) 10 шт.Материал –Сталь 10; Сталь 20
(общая масса) 8880 кг /ГОСТ 2029585/l(длина трубы) 12 мС(длина окружности трубы) 1,0205 м(наружный диаметр) 0,325 мV(объем 1ой трубы) 0,12246 мS(толщина стенки трубы) 10 мм 0,01 м
(средняя удельная теплоемкость) 512 Дж/(кг · °С) /при t 400°С; при t 20°С /
(средняя удельная теплоемкость) 497 Дж/(кг · °С) /при t 250°С; при t 20°С / 1
(плотность стальной трубы) 7800 кг/м
–коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2* оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2* оС)/;Расчет нагрева металла начинается с определения критерия Bi.Критерий Biпроводит границутонких» и массивных» тел.Bi≤ 0,25 тело тонкое»Bi� 0,5 тело массивное»Bi= * S/где S–прогреваемая толщина стенки трубы, м. S 0,01 м
–средний коэффициент теплопроводности, Вт/(м * оС) 1http://steelcast.ru/steel_heat_capacity
20 51,9 Вт/(м * оС)400 45 Вт/(м * оС)ср= (20+ 400)/2 (51,9 +45)/2 48,45 Вт/(м * оС)
коэффициенттеплоотдачи конвекцией, Вт/(м2*оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2*оС)/; возьмем значение ближе к максимальному 100 Вт/(м2*оС).Bi= 100 * 0,01/48,45 = 0,02 –тело тонкое»Расчет нагрева тонких» тел в камере печи 1:При расчете времени тонкостенных труб следует использовать формулу
где S–прогреваемая толщина стенки трубы, м;
–наружный диаметр трубы, м;
–коэффициент, учитывающий способ укладки труб и зависящий от относительного расстояния между центрами труб/где m–расстояние между центрами труб 0,475 м, для одностороннего нагрева при составляющем 1,0; 1,5; 2,0, коэффициент равен соответственно 0,5; 0,8; 1,0/;
= 1,5 = 0,8
–коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2* оС) /при турбулентном движении в трубах или между ними находится в интервале –12 –115 Вт/(м2* оС)/; возьмем значение ближе к максимальному 100 Вт/(м2*оС).
Так как нагрев производят наружной и внутренней поверхностей стальной трубе, то время уменьшиться примерно 1,5–2,0 раза (среднее 1,75).
Из таблицы видно, что производительность заявляемой печи для нагрева труб будет выше на 4575% относительно известных аналогов.
Таблица 1Таблица времени нагрева наиболее часто применяемых стальных труб№Диаметр трубы, ммТолщина стенки трубы, ммВремя нагрева до 420оС, мин (обычная печь)Время нагрева до 420оС, мин (заявляемая на полезную модель печь для нагрева труб)1573,5148,02764158,6389517,510,0411462011,4515972212,8621982514,2727392815,68325103017
Преимущества предлагаемой печипо сравнению с известными аналогамиПредлагаемая печь для нагрева труб по сравнению с аналогами:1. Повышает качество нагрева наружной и внутреннейповерхности стальной трубы, за счет:1.1. Предания вращательного движения стальной трубе специальными оснастками;1.2. Направления потока нагретых газов на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;1.3. Исключения контакта наружной поверхности стальной трубы с иными поверхностями;2. Уменьшает время нагрева стальной трубы, за счет:2.1. Предания вращательного движения стальной трубе специальными оснастками;2.2. Направления потока нагретых газов на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;2.3. Турбулентного движения потока нагретых газов в камере печи;3. Повышает эффективность нагрева стальной трубы, за счет увеличения площади контактастальной трубы с потоком нагретых газов, которое достигается, за счет направления потока нагретых газов непосредственно на наружную и внутреннюю поверхности стальной трубы;4. Повышается производительность печи, за счет уменьшения времени нагрева стальной трубы.
Ссылки на источники1.Патент РФ 2022035, заявка № 5038258/02 от 25.02.1992, Би№16, 1994г, C21D9/00[Дата обращения 22.10.2013]
Maxim Kalachev,
The graduate of "Manufacture of aircraft" chair of FGOU VPO the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Kazanbosch116@mail.ruAlexandr Novichkov,
The graduate of "Designing and Technologies of Machinebuilding Productions" chair of FGOU VPO branch of the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Naberezhnye Chelnyalex_nov16@mail.ruPetr Gluhov,
The graduate of "Designing and Technologies of Machinebuilding Productions" chair of FGOU VPO branch of the Kazan National Research Technical University of A.N.TupolevKAI, Naberezhnye ChelnyDevelopment of the construction furnace for heating of steel pipesAbstract.Article relates to devices heating pipe steels and alloys in various technological processes. The main objective of this article is to improve the quality, speed of heating products and reduction of energy consumption for heating.Keywords: tube, heating, furnace, the coating of pipes.
