Нагорский Д. В.
ОБЩАЯ МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПЕЧЕЙ
*** 1941 ***
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Это имеет весьма простое объяснение. Вертикал, по которому перед кантовкой поднимался поток пламени, имеет более высокую температуру, чем соседний нисходящий вертикал. Поэтому столб газов в восходящем, более нагретом, вертикале имеет меньший вес, чем столб газов в соседнем вертикале, более холодном.
После кантовки при переводе дымового регенератора на воздух струя воздуха направляется снизу вверх в более холодный вертикал, бывший перед этим нисходящим. Если струя .имеет значительную скорость, то она несет в себе значительный скоростной напор; этот скоростной напор, израсходовавшись, главным образом, на завихрения, даст все-таки некоторый статический напор, способный преодолеть то статическое противодавление, которое получается от разницы температур между данным вертикалом и соседним, более горячим. В таком случае, при достаточной скорости и инжектирующем действии активной воздушной струи, поток циркулирующих газов пойдет за струей воздуха, и в первые моменты циркуляция будет итти, только повинуясь динамическому воздействию струи; спустя же некоторое время к этому воздействию прибавится еще и действие повышения температуры в этом вертикале и понижения в соседних. По-другому должно обстоять дело в том случае, когда скорость поступающей струи мала: при недостаточности статического напора, образующегося при затухании скорости струи, избыток напора от разницы температур в соседних вертикалах действует в прежнем направлении, и пламя, не повинуясь действию воздушной струи, упорно направляется по вертикалу, бывшему восходящим до кантовки. Повинуется этому направлению н сама струя воздуха: поднявшись на небольшую высоту и встретив противодействие спускающейся массы продуктов горения, масса поступающего воздуха отступает в неравной борьбе: смешавшись с продуктами горения, она опускается по сторонам слабого воздушного фонтана; далее воздух и продукты горения, включаясь в рециркулирующий под влиянием разницы температур поток, направляются через нижнее окно в соседний вертикал.-Таким образом, этот вертикал все время при всякой кантовке имеет восходящий поток пламени. Этот восходящий поток пламени делается устойчивым, неизменным. То же явление, но в более обостренной форме наблюдается в существующей системе печей Копперса „с круговым потоком". В этих печах вертикалы соединены окнами вверху и внизу разделительных стенок попарно, причем окна много меньше наших; нижнее окно — -очень маленькое. В этой системе недостаточность скорости поступающей струи и недостаточность создаваемого ею статического напора приводят к явлению „короткого замыкания" — к направлению пламени непосредственно от. подающих газ и воздух отверстий к вытяжным, что приводит к серьезным авариям. В нашей установке основной причиной неправильного хода была слабость поступающей из регенераторов струи воздуха. Эта слабость проистекала, главным образом, из того, что через неплотности кладки проникала очень большая масса воздуха — много больше, чем через регенератор, косые хода и приточные отверстия внизу восходящего вертикала. В нашей опытной установке указанную неправильность хода удалось ликвидировать двумя мерами: уменьшением воздухопроницаемости стенок при помощи внутренней глазуровки их (смесью поваренной соли и раствором стекла), наружной штукатуркой и усилением перепада давления между регенератором и вертикалом при помощи тонкой струйки компрессорного воздуха по направлению движения воздуха, поступающего в регенератор (см. рис. 147, трубка К). Трудности непосредственного определения скоростей движения пламени. Для определения скоростей движения раскаленных газов можно применять пневмометрические трубки („трубки Пито“) из материалов, выносящих данную температуру. При температурах пламени 1000 — 1300° можно применять никелевые или нихромовые трубки; несколько хуже будут железные трубки: благодаря окислению железа изменяется характер отверстия на ветви, дающей статический напор, что несколько искажает результаты. Как известно, при помощи пневмометрической трубки скорость определяется через скоростной напор. Чем меньше скоростной напор, тем труднее производить наблюдения. При очень малых напорах — порядка немногих десятых и сотых миллиметра водяного столба — трудности проистекают и от трудностей самого опыта и, при очень чувствительных манометрах, от того, что малейшие посторонние изменения давления (например, при порывах ветра, открывании и закрывании дверей в здании и т. п.) уже отражаются на отсчетах. При высоких же температурах и относительно малых скоростях скоростные напоры получаются или недоступные измерению — порядка тысячных долей миллиметра водяного столба — или очень трудно измеримые — -порядка сотых долей миллиметра водяного столба. Такие перепады давления трудно измеримы даже в обычных лабораторных условиях, даже не в обстановке работы в повышенной температуре около печи, когда манипулирование наблюдателя затруднено и материал трубок подвержен деформациям от высокой температуры. Непрямые определения скоростей пламени и продуктов горения. Непрямые определения скоростей можно делать, зная состав и количество сжигаемого топлива, объем расходуемого воздуха и температуру газов в месте изменения. Этих данных достаточно, если печь или модель имеет совершенно газонепроницаемый кожух, если все окна и прочие отверстия закрываются совершенно плотно, если поток газов неизменный и ненарушенный, если газы имеют только поступательное движение, без значительных изменений, например, без крупных завихрений или без рециркуляции, или, как в нашем примере, если требуется определить только среднюю скорость. Если печь или модель не заключена в газонепроницаемый кожух, если путь газов только поступательный, бей крупных завихрений и рециркуляции, то, кроме количества и состава сжигаемого топлива, расхода воздуха и температуры, в месте определения скорости необходимо определить также состав движущихся газов и на основании анализа определить присос воздуха. Эти методы неприемлемы в случаях нарушений простого поступательного движения газового потока, например, в нашем случае с рециркуляцией. В этих случаях можно итти лишь косвенным путем через гидравлические и аэродинамические модели, с соблюдением подобия. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Настоящую работу мы начали некоторым критическим рассмотрением господствовавшей у нас до недавнего времени „Гидравлической теории пламенных печей” В. Е. Грум-Гржимайло. Уже во введении мы указали на излишнюю оптимистичность утверждения Грум-Гржимайло, что созданная им теория, вытекающая из основного положения — „пламенный поток есть обращенная река”, разрешает общие вопросы расчета и ведения печей. Мы указали также на основную ошибку этой теории, заключающуюся в том, что ее автор аналогию принял за подобие. Мы выдвинули другое положение, которое кладем в основу общей методики расчета печей. „Основой общего расчета печной системы является сбалансирование сопротивлений и располагаемых напоров”. Несмотря на то, что со времени создания „Гидравлической теории” многими исследователями была проделана большая работа в области расчета печей, мы тем не меиее далеки от тех оптимистических заявлений, которые четверть века назад делал Грум-Гржимайло. По нашему мнению, разработка общей методики расчета печей находится еще в начальной своей стадии. Правда, уже накоплен материал, на основании которого можно делать расчеты печной системы на основе сбалансирования сопротивлений и располагаемых напоров; тем не менее запас расчетных коэффициентов и норм еще сильно нуждается в пополнении и уточнении. В очень многих случаях ещё приходится прибегать к интерполированию и, еще хуже, к экстраполированию или подбору сопротивлений по сходству и аналогии. В огромном большинстве случаев коэффициенты получены в лабораторных условиях на небольших объектах, в относительно малых интервалах скоростей и температур. При перенесении в другие уcловия — размеров, температур, скоростей, характера поверхности — коэффициенты этй изменяются. Область расчета печей требует еще очень большой разработки, кропотливой экспериментальной работы, накопления большого количества опытных данных — и лабораторного характера, и тщательно поставленных наблюдений над действующими печами. До сих пор расчетные нормы и коэффициенты получались преимущественно путем математической обработки относительно очень немногих исходных опытных данных. Но в том чрезвычайно сложном, многообразном и меняющемся комплексе скоростей, температур, объемных весов, вязкостей, степеней шероховатости, характеров изменения движения потоков, с которыми мы имеем дело в печах, чрезвычайно трудно охватить этот комплекс каким-то общим математическим решением, дающим формулу, применимую ко всему разнообразию случаев. Требуется еще очень большая работа в уточнении составляющих частей этого комплекса, в определении’влияний отдельных составляющих н в установлении расчетных данных применительно к тому или другому комплексу. Для этого потребуется упорный труд многих исследователей в течение ряда лет. Кроме большой научно-исследовательской лабораторной работы, направленной на изучение разработки методики расчета печей, совершенно необходима также научно-исследовательская работа на самих печах, необходима проверка работы вновь построенных печей и сопоставление полученных исследованием данных с положенными в основу проектирования расчетами. Целеустремленная увязка работы научного исследователя, проектировщика и заводского работника даст очень много ценных и надежных данных для печных расчетов. |
