Спрейные и капельные среды и способы их получения

В практике термических подразделений предприятий черной металлургии и при закалке с индукционного нагрева нашли широкое применение струнные и капельные способы охлаждения. При струйном охлаждении жидкость поступает на поверхность горячего металла в виде струй. Такие охлаждающие устройства называются спрейерными, душевыми или струйными. Если же жидкость подается на закаливаемую поверхность в виде отдельных мелких капель, то устройства называют водовоздушными. Охлаждение в очень мелких каплях (d < 100 мкм) носит название водяного тумана. Все струйные и капельные способы охлаждения зависят от ряда факторов: температуры и давления воды на выходе из сопла, формы отверстия, плотности орошения q, расстояния от сопла до охлаждаемой поверхности, ориентации поверхности в пространстве, угла атаки струей по отношению к поверхности.

Эти факторы приводят к тому, что можно управлять скоростью охлаждения и изменять охлаждающую способность среды в процессе самого охлаждения. Увеличение давления P при постоянной плотности орошения q (рис. 1.22, кривые 1 и 2) [9] приводит к тому, что максимум охлаждающей способности сдвигается в область более высоких температур: чем больше скорость струй, тем меньше толщина паровой пленки.

Увеличение плотности орошения q при постоянном давлении P (рис. 1.22, кривые 1 и 3) привадит к расширению струи, расход увеличивается за счет увеличения числа струй. Очень большая частота струй приводит к тому, что охлаждающая способность не повышается, а даже понижается, так как вода не успевает стекать с поверхности охлаждаемого металла.

Рис. 1.22. Влияние плотности орошения q и давления P на спрейное охлаждение: 1 – P = P1, q = q1; 2 – P = P2, q = q1; 3 – P = P2, q = q2, при P2 > P1 и q2 > q1 [9]

Плотность орошения q рассчитывается по формуле истечения отверстия:

(1.6)

где φ – коэффициент истечения;

P – давление, Па;

F – площадь поперечного сечения 1 сопла, мм²;

n – число сопел (отверстий) на 1 м² устройства;

g = 9, 81 – ускорение свободного падения, м/с;

F_охл – охлаждающая поверхность, м².

В качестве охлаждающей среды используют водовоздушную смесь, она имеет близкие к воде характеристики. Меняя количество подаваемого воздуха, давление воды и воздуха, можно получить различный теплоотвод и скорость охлаждения. Водовоздушную смесь получают двумя способами: распылением воды сжатым воздухом (рис 1.23. а) и использованием центробежной силы закрученного вдоль оси водяного потока ( рис. 1.23. б)

Для непрерывно-последовательного охлаждения деталей используют устройство, оснащенное рядом форсунок (рис. 1.23. а), наклоненных соплом в сторону движения деталей. Вода подается в центральный канал 1 форсунки, а в кольцевое пространство 2 поступает воздух под давлением 0, 2...0, 3 МПа, который на выходе из сопла 3 распыляет воду.

Для получения капельного охлаждения применяют форсунку, приведенную на рис. 1.23, б. Она состоит из цилиндрического корпуса 1, конического сопла 2, спиральной вставки 3, регулятора 4, имеющего вал металлического заостренного стержня, установленного на резьбе 5, который меняет размеры сопла 2, патрубка 6 для подвода воды.

Рис. 1.23. Форсунки для распыления воды " типа труба в трубе" (а) и турбулентная (б)

К достоинствам этого способа охлаждения можно отнести возможность в процессе охлаждения менять охлаждающую способность. Недостаток – форма охлаждаемого изделия влияет на форму установки.

Рис. 1.24. Устройство со сплошным потоком воды

Для охлаждения сортового и фасонного проката применяются трубы со сплошным потоком воды (рис. 1.24). Устройство представляет собой трубу 1, через которую со стороны кольцевого коллектора 3 с соплом щелевого типа поступает под давлением вода, заполняя весь объем трубы, и сливается через отверстие 2 в водосборник. Воздушные коллекторы 4 выполняют роль гидравлических затворов, не давая воде проникать наружу через входное и выходное отверстие трубы.

Охлаждаемый прокат может двигаться как в направлении движения водяного потока, так и навстречу ему. В первом случае облегчается транспортировка проката, но во втором случае существенно возрастает охлаждающая способность.

Длина активной части трубы 1 составляет 1, 5...5 м. поперечное сечение имеет форму круга для сортового и арматурного проката и труб или повторяет форму сечения фасонного проката, чтобы уменьшить расход воды. Преимуществами охлаждения в трубах со сплошным потоком воды является повышенное давление 0, 1...0, 8 МПа и большая скорость охлаждения, так как при повышенном давлении и большой скорости потока стадия пленочного кипения практически отсутствует.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: