Исследование аэродинамики сопла горелочного устройства с центральным телом

Рис. 4. Устойчивое горение при номинальных расходах топлива и воздуха

существующими режимами отжига.

Программа испытаний предусматривала исследование работы горелки ГЦТ-К при использовании различного рода насадок, имитирующих противодавле-ние в печи, а также при использовании имитатора горелочного канала колпа-ковой печи.

В случае создания небольшого противодавления при расходе топлива, меньше номинального, удалось получить устойчивое горение топлива при достаточной длине факела (рис. 4).

Она соответствовала расчетной длине, полученной на основе моделирования аэродинамики газового тракта, и составляла около 500-600 мм.

Увеличение расхода топлива до номинального при одновременном увеличении расхода воздуха не приводит к нарушению устойчивости про -цесса горения. При этом формируется более рациональная форма факела, причем срыва пламени при этом не происходит. Голубой цвет пламени факела сввдетельствует, что горение топлива происходит с коэффициентом расхода воздуха, близком к единице. Температура факела приблизительно 1300-1400°С. Угол раскрытия полученного факела составляет 15-18°, что хорошо согласуется с результатами моделирования аэродина-

мики газового тракта. Небольшой угол раскрытия факела позволяет располагать его в ограниченном пространстве «колпак - муфель» без прямого контакта с поверхностью муфеля. Это дает возможность повысить температуру факела по сравнению с инжекционными горелками и улучшить условия теплообмена в системе «муфель - продукты сгорания - внутренняя поверхность колпака», не опа-саясь недопустимого перегрева муфеля.

Библиографический список

1. Афонин С.З., Муринец С.В. О необходимости усиления государственного регулирования цен (тарифов) на продукцию и услуги топливно-энергетического комплекса России // Черная металлургия. 1999. № 1-2. С. 8-10.

2. Металлургическая теплотехника: В 2 т. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учебник для вузов / Кривандин В.А., Неведом-ская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. М.: Металлургия, 1986. 592 с.

3. Совершенствование теплового и температурного режимов работы одностопной газовой колпаковой печи ЛПЦ-5: От -чет по НИР / Магнитогорск. гос. техн. ун-т; Руководитель работы В.В.Копцев; № ГР 01200510640. Магнитогорск, 2005. 59 с.

4. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика: В 2 ч.: Учеб. руководство для втузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ .-мат. лит., 1991. 304 с.

УДК 662.942.2.001.57

В.В. Копцев

ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ СОПЛА ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ЦЕНТРАЛЬНЫМ ТЕЛОМ

Работа горелочного устройства, основанного на теории сопла с центральным телом [1, 2], в основном зависит от характера истечения газового потока из сопла, так как газовый поток истекает с гораздо большей скоростью, чем воздушный Ха -

рактер истечения определяет условия перемешивания газового и воздушного потоков и, в свою очередь, условия сгорания. Поэтому наибольший интерес представляет исследование на физической модели аэродинамики газового тракта.

Схема моделирования газового тракта горелки с центральным телом (ГЦТ) приведена на рис. 1.

Схема установки моделирования приведена на рис. 2, а общий ввд установки, которая представляет собой универсальный стенд, - на рис. 3.

Воздух, имитирую-

щий топливо (природный газ), поступает по воздуховоду 1 через сопло 2 модели. Измерение скоростного давления производится трубкой Прандтля 3, присоединенной к микроманометру 4. Переме-щение трубки Прандтля вдоль и поперек оси струи осуществляется с помощью координатника 5. Около горизонтальных направляющих координатника укреплена линейка со шкалой 6 для измерения длины струи. Изменение расхода воздуха через модель производится с помощью поворотной заслонки 7. Измерение пьезометрического давления воздуха перед соплом производится водяным и-образным манометром 8.

При моделировании использовались следующие данные:

1) параметры природного газа:

температура 20° С, вязкость уг = 13,21-6 м2/с, расход Ог = 13,7 м3/ч;

2) параметры воздуха, имитирующе -го природный газ:

температура 20° С, вязкость ув = 15,03-"6 м2/с, расход Ов = 60 л/мин Газодинамические потоки при выполнении условия автомодельности считаются подобными, если в сходственных сечениях геометрически подобных модели и образца критерии Рейнольдса Яе равны между собой [3]. Для воспроизведения на модели полей давления необходимо соблюсти определенное соотношение количества движения секувдных расходов натуральной и моделирующе й сред:

Установка моделирования

Яе,

____м

Яе

= М

Ог-У0 О у

1.2

1,0

0,8

ИГ/ЛЦ, 0.6

0,4

0.2

0

X

\

ч

ч

0 2 4 6 8 10

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

О

\

15 30 45 60 75

х/0,>

а б

Рис. 4. Длина струи, истекающей из сопла с завихрителем

Рис. 5. Эпюры скоростей истечения газового потока для разных относительных расстояний х/<^о

Необходимо выбрать такой масштаб модели М, чтобы выражение (1) было равно единице. Навденное значение масштабаМ = 4,33.

Результаты моделирования представлены в виде кривых, приведенных на рис. 4. На этих рисунках по оси ординат отложена относительная осевая скорость Жх / W0, где Ж0 - скорость газового потока в выходном сечении сопла, Ж -скорость газового потока в осевом направлении на расстоянии х от выходного сечения сопла. По оси абсцисс отложено относительное расстояние (так называемый калибр) х / й0, где й0 - диаметр выходного сопла горелочного устройства.

Исследования на модели позволили установить , что длина факела при использовании газового потока, закрученного с помощью завихри-теля особой конструкции [1], составляет всего около десяти относительных расстояний (калиб-ров), что иллюстрирует рис. 4, а.

Для увеличения длины струи было решено ис-ключигь из модели и соответственно из самого горелочного устройства завихрите ль газового потока . Газовая струя при этом удлинилась примерно в 6 раз (рис. 4, б).

На рис. 5 приведены распределения скоростей газового потока на различных расстояниях от сре -за сопла горелочного устройства. Эпюры построе-ны для различных относ игельных расстояний (ка -либров) х /й?0, равных 1,0; 2,0; 3,0; 10,0; 14,0; 19,0 и 22,0. Наименьшим из них было выбрано х / й?0=1,0, т.к. из-за выступающей части центрального тела

входное отверстие трубки Правдтля расположить по оси горелки ближе к срезу сопла нельзя. Анализ эпюр скоростей показывает, что при выявленном характере распределения скоростей газового потока на расстоянии от среза сопла горелки, составляющем примерно до 30 калибров, струя имеет внешний слой Он представляет собой тонкостенный тороид , а внутри него существует зона турбулентной рециркуляции [4]. За счет этого осущест-вляется эффективное перемешивание истекающего потока и окружающей среды. На расстоянии 22 калибров и более характер истечения меняется, тороидальный внешний слой потока исчезает. Однако необходимо отметить, что зона турбулентной рециркуляции с возрастанием длины струи увеличивается и при х / й0=22 полностью заполняет внутреннюю полость струи.

Выводы

Изготовлена модель газового тракта горелки с центральным телом ГЦТ и на холод ной моде ли исследована аэродинамика истечения газового потока. Результаты исследования на модели показали, что при использовании разработанного горелочного устройства ГЦТ длина струи на модели достигает 60 и более относ иге ль ных расстояний (калибров). Это позволяет сделать вывод, что при диаметре сопла горелки 8 мм на объекте может быть достигнута длина факела 480 мм и более.

Библиографический список

1. Копцев В.В. Совершенствование горелочных устройств вращающихся печей // Изв. вузов. Черная металлургия. 2003. № 1. С. 52-54.

2. Копцев В.В. Горелочное устройство вращающихся печей // Металлург. 2004. № 12 С. 37-38.

3. Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т. 1. Теоретические основы: Учеб. для вузов / Кривандин В.А. и др. М.: Металлургия, 1986. 424 с.

4. Совершенствование теплового и температурного режимов работы одностопной газовой коппаковой печи ЛПЦ-5: Отчет по НИР / Магнитогорск. гос. техн. ун-т; Руководитель работы В.В.Когцев; №ГР 01200510640. Магнитогорск, 2005. 59 с.

УДК : 62-83.001.76:621.778.6.06

Е.Я. Омельченко, A.B. Фадеев, С.В. Чесноков

МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЧЕТЫРЕХКЛЕТЬЕВОГО ПЛЮЩИЛЬНОГО СТАНА

Четырехклетьевой плющильный стан производит стальную полосу толщиной от 0,5 до 1,5 мм из проволоки диаметром от 2 до 6 мм и состоит из фрикционного разматывателя, трех плющильных клетей с групповым редукторным электроприводом, ведущей клети, 4 пассивных петледержателей и намоточного устройства. В разматыватель уста-

навливается катушка 250 кг с полезным весом проволоки 1000 кг. Скоростной режим стана зада -ет ведущая клеть, которая работает всегда в режиме стабилизации скорости, имеет жесткую механическую характеристику и при нулевых обжатиях задает линейную скорость полосы до 2 м/с. Суммарное обжатие по клетям доходит до 4,2, а