СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ КОНВЕЙЕРАМИ ГОРЯЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к лабораторной технике и может быть использована для исследования теплообмена с поверхности горячих материалов при конвейерной транспортировке в галереях горно-обогатительных комбинатов черной металлургии.
Известно устройство для определения локальных коэффициентов теплоотдачи, содержащее ленточный электрический нагреватель, приклеенный к поверхности модели из диэлектрического материала, и термопары, каждая из которых установлена в контакте с внутренней поверхностью электрического нагревателя плоской поверхностью рабочего спая, при этом для исследования испытываемую модель помещают в рабочую часть экспериментального стенда для продувки, а после стабилизации температуры фиксируют ток и напряжение на нагревателе (Авторское свидетельство СССР №1652834 А1, дата приоритета 27.12.1988, дата публикации 30.05.1991, авторы: Халатов А.А. и др., RU).
Недостатком известного аналога является невозможность организации направленного теплового потока, так как поток от испытываемой модели идет во все стороны: вверх, вниз и по бокам.
Известен стенд для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов, принятый в качестве прототипа, содержащий регулирующую заслонку, вентилятор, микроманометр, камеру давления с коллектором, ртутные термометры, галерею, электроизмерительный комплект, конвейер, ограждающие конструкции, теплоизоляцию из пенопласта, теплоотдающую пластину, теплоизоляцию из асбеста, трансформатор, камеру смешивания, термопары, потенциометр (И.В. Калинич. Стенд для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов / Евразийский научный журнал №7, 2016 г. http://journalpro.ru/articles/stend-dlya-modelirovaniya-teploobmena-transportiruemykh-konveyerami-goryachikh-materialov/, дата просмотра 27.09.2016, прототип).
Недостатком прототипа является наличие теплопотерь через боковые стенки ограждающих конструкций и днище модели конвейера, а также плоская форма теплоотдающей пластины. Указанные недостатки искажают подобие процесса теплообмена натурному, сопровождаемому осуществлением теплообмена только от верхней поверхности, преимущественно выпуклой формы, и, как следствие, снижают точность зафиксированных экспериментальных значений, используемых при обработке результатов для расчета локальных и средних коэффициентов конвективной теплоотдачи, данные о которых необходимы при расчете теплопоступлений в процессе проектирования систем отопления и вентиляции конвейерных галерей для транспортировки горячих материалов горно-обогатительных комбинатов черной металлургии.
Технической проблемой является создание стенда, позволяющего моделировать процесс теплообмена горячих материалов горно-обогатительных комбинатов черной металлургии полностью натурно, что дает возможность фиксировать максимально точные экспериментальные значения параметров, используемых для расчета коэффициентов теплоотдачи.
Для решения технической проблемы предложен стенд для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов, содержащий модель галереи с теплоизоляцией ограждающих конструкций, на входе которой установлен узел нагнетания воздуха в галерею, а выход соединен с камерой смешения воздуха, в галерее расположена модель конвейера с исследуемым нагреваемым элементом в виде металлической теплоотдающей пластины, уложенной сверху на асбестовой электроизоляционной подложке, при этом теплоотдающая пластина связана с трансформатором, с возможностью обеспечения ее равномерного нагрева, и с электроизмерительными приборами, модель конвейера выполнена в виде металлического каркаса с секциями, в каждой из которых расположены термопары для измерения температуры теплоотдающей пластины, связанные с потенциометром. Согласно полезной модели, стенд дополнительно снабжен системой охлаждения модели конвейера снизу с помощью циркулирующей воды, ограждающие конструкции модели галереи связаны с дополнительными трансформаторами с возможностью их обогрева, а исследуемый нагреваемый элемент в виде теплоотдающей пластины выполнен с поверхностью, имитирующей нагретую поверхность материала, при этом металлический каркас модели конвейера снабжен в основании каждой секции полостью с входным и выходным патрубками для подачи и отвода воды, соединенными с соответствующими системами, кроме того, стенд содержит дополнительные термопары и два потенциометра, которые установлены с возможностью измерения локальных температур исследуемого нагреваемого элемента в каждой секции, температуры ограждающих конструкций и температуры воздуха под моделью конвейера.
Согласно полезной модели, исследуемый нагреваемый элемент выполнен в виде выпуклой пластины цилиндрической формы.
Указанные отличия позволяют добиться полностью натурного процесса, соответствующего теплообмену горячих материалов при конвейерной транспортировке на горно-обогатительных комбинатах черной металлургии и, следовательно, максимально повысить точность экспериментальных данных, используемых при расчете коэффициентов теплоотдачи, необходимых при проектировании систем отопления и вентиляции галерей данных предприятий.
Для пояснения сущности полезной модели на фиг. 1 схематично представлен стенд для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
Согласно приведенной на фиг. 1 схеме, в состав стенда для моделирования теплообмена транспортируемых конвейерами горячих материалов входит узел нагнетания воздуха, содержащий регулирующую заслонку 1, вентилятор 2, микроманометр (МКВ-250) 3 и камеру давления с коллектором 4 (ТМ-1) и ртутным термометром (ТМ-1) 5. Узел нагнетания воздуха соединен с моделью галереи 6 с помощью патрубка 7. В полости модели галереи, выполненной прямоугольной формы, расположена модель конвейера 8. Модель галереи 6 содержит обогреваемые ограждающие конструкции 9, оборудованные пенопластовой теплоизоляцией 10. Модель конвейера 8 выполнена в виде металлического каркаса с секциями по длине, содержащего сверху металлическую теплоотдающую выпуклую пластину 11 цилиндрической формы, уложенную на асбестовую электроизоляционную подложку 12. При этом металлическая теплоотдающая выпуклая пластина 11, имитирующая поверхность нагретого материала, электрически связана с силовым трансформатором (РНО-220-40) 13 для равномерного ее нагрева, а ограждающие конструкции 9 электрически связаны с трансформаторами (АОМИ-40-220) 14.
Кроме того, для организации направления теплового потока от поверхности теплоотдающей пластины 11 вверх стенд снабжен системой охлаждения модели конвейера снизу с помощью циркулирующей воды. При этом каждая секция металлического каркаса конвейера 8 снабжена в основании полостью 15 с входным и выходным патрубками, соединенными соответственно с трубопроводными системами подачи воды и отвода, с установленными в них ртутными термометрами (ТМ-1) 5 для контроля температуры воды на входе и выходе секции. Для осуществления контроля локальных температур поверхности теплоотдающей выпуклой пластины 11, ограждающих конструкций 9 и температуры воздуха под моделью конвейера 8 установлены термопары (ТПК 011 диаметром 0,5 мм) 16, потенциометр (ЭПП-09М) 17 и потенциометр (КСП-4) 18. Система подачи воды содержит регуляторы расхода воды 19 и термостат (ТС-24) 20. Для контроля электрических параметров теплоотдающая выпуклая пластина 11 соединена с электроизмерительным комплектом (К-505) 21, На выходе модели галереи 6 стенд содержит соединенную с ней камеру смешивания 22.
Полезная модель может быть реализована следующим образом.
Включается центробежный вентилятор 2. Регулирующей заслонкой 1 устанавливается необходимая величина расхода воздуха. Включается подача воды для охлаждения нижней поверхности исследуемой выпуклой пластины 11 и каркаса конвейера 8, а затем термостат 20 для стабилизации температуры воды. Включается трансформатор 14 для нагрева исследуемой выпуклой пластины 11 и устанавливается необходимая температура ее поверхности. Включаются трансформаторы 13 для нагрева ограждающих конструкций 9 модели галереи 6. Устанавливается стационарный режим работы стенда. Режим считается стационарным, если отсутствует изменение температуры по термометру 5 в камере смешивания 22. Во время установления стационарного режима постоянно контролируются температуры поверхности исследуемой выпуклой пластины 11, поверхности ограждающих конструкций 9 модели галереи 6, воды на входе и выходе из секций конвейера 8 и воздуха под ним в средней части секции. Температуры поверхности выпуклой исследуемой пластины 11, ограждающих конструкций 9 и воздуха под конвейером 8 в средней части секций измеряются термопарами 16, а температура воды на входе и выходе из секций конвейера 8 - термометрами 5. Температура ограждающих конструкций 9 модели галереи 6 устанавливается равной средней температуре воздуха в галерее; средняя температура воды, проходящей через секцию конвейера 8, устанавливается равной температуре воздуха под ним в средней части соответствующей секции. Данное регулирование достигается посредством изменения расхода и температуры воды на входе в секцию конвейера 8 при помощи регулятора 19 и термостата 20.
После установления стационарного режима с помощью потенциометра 18 регистрируется температура поверхности исследуемой выпуклой пластины 11, снимаются показания термометров 5 на входе и выходе из модели галереи 6 (в камере давления 4 и в камере смешивания 22), измеряется разность давлений до и после коллектора по микроманометру 3.
После этого производится повторение измерений, а стенд переводится в новый режим.
Для каждого режима по расходу воздуха при минимальной температуре исследуемой выпуклой пластины 11 производится проверка тепловоздушного баланса стенда. Для этого дополнительно измеряются следующие величины: включается потенциометр 17 и фиксируется температура ограждающих конструкций модели галереи 6; снимаются показания по ваттметру электроизмерительного комплекта 21, термометрам 5 на входе и выходе воды для каждой секции конвейера.
Далее происходит обработка результатов эксперимента, в результате которой производятся расчеты локальных и средних коэффициентов конвективной теплоотдачи.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении точности экспериментальных данных, используемых при расчете коэффициентов теплоотдачи, путем создания в стенде полностью натурного процесса, соответствующего теплообмену горячих материалов при конвейерной транспортировке на горно-обогатительных комбинатах черной металлургии.