ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI . SLĄSK1BJ S e r i a : E n e rg e ty k a z , 91 ™ ■
Ja n u a ry RYBARCZYK R y szard PIĄTKOWSKI l i s z e k CICHOtJ
I n s t y t u t T e c im ik i C ie p ln e j i S iln ik ó w S palinow ych P o l i t e c h n i k i P o z n a ń s k ie j
WENTYLATOR CYRKULACYJNY HUTNICZEGO PIECA ŻARZELNICZEGO
S t r e s z c z e n i e : - W jr e f e r a c ie za p reze n to w an o kon cep cję» k o n s tru k c ję o ra z w y niki badań w e n ty la to r a c y rk u la c y jn e g o a tm o sfe ry o ch ro n n e j d l a ,h u t n i - czeg o p ie c a ż a r z e l n ic z e g o . Wymagane p a ra m e try wynoszę V » 0 ,4 n r / ś ,
¿ P c 500 N/m2, t - 650-70CTC.
1 . W stęp
W s k ła d p ro c e su te c h n o lo g ic z n e g o p r o d u k c ji b la c h sta lo w y ch wchodzi ope
r a c j a w y ż a rz a n ia , p r z e b ie g a ją c a w te m p e ra tu rz e 650-700 C. Do te g o c e lu s ł u ż ą p ie c e ż a r z e l n i c z e o k o n s t r u k c j i p o k a z a n e j n a ry su n k u 1. S to s b la c h u ło żony n a t r z o n i e p ie c a j e s t p r z y k r y ty r e t o r t ą , do w n ętrz a k t ó r e j doprowadza s i ę a z o t , sta n o w ią c y a tm o sfe rę o ch ro n n ą , z a b e z p ie c z a ją c ą p rze d u tle n ia n ie m . R e to r tę obejm uje k o łp a k grzew czy (wyposażony w p a l n i k i gazowe.
W ta k im p ie c u p r o c e s przepływ u c i e p ł a j e s t stosunkow o pow olny, co z ko
l e i pow oduje n ie p o tr z e b n e w y dłużenie o k re su n ag rz ew an ia o ra z s tu d z e n ia wsa
d u , a w k o n se k w e n c ji w ydłuża c z a s c a łe g o cy k lu te c h n o lo g ic z n e g o .
D rogą dc z w ię k s z e n ia z d o ln o ś c i p r o d u k c y jn e j p i e c a , bez u sz c z e rb k u d la j a k o ś c i p ro d u k tu , j e s t i n t e n s y f i k a c j a wymiany c i e p ł a p o p rzez z a sto so w a n ie wym uszonej c y r k u l a c j i a z o tu wewnątrz r e t o r t y . Po r o z p a tr z e n i u s z e re g u r ó ż n y ch k o n c e p c ji u zn a n o , że n a jm n ie js z y c h p ra c a d a p ta c y jn y c h b ę d z ie wymagała r e a l i z a c j a k o n c e p c ji p r z e d s ta w io n e j n a rysunku 2 . Zachowując bez zm ian główne ele m e n ty p i e c a , zastosow ano dodatkowy u k ła d c y rk u la c y jn y a z o tu s k ł a d a ją c y s i ę z w e n ty la to r a o ra z i n s t a l a c j i w ew nętrznej z ło ż o n e j z ru ro ciąg ó w o r a z kanałów nawiewnych i wyciągowych, s p e łn ia ją c y c h rów nocześnie r o lę pod
p ó r d l a w sadu.
D a ls z a c z ę ść r e f e r a t u d o ty c z y w y łąc zn ie w e n ty la to r a .
2 . W arunki p ro jek to w e
Wysoka te m p e r a tu ra c z y n n ik a , dochodząca do 700 C, ma z a sa d n ic z y wpływ
O
n a sp o só b p r o je k to w a n ia każdego p o d z e sp o łu wchodzącego w s k ła d k o n s tr u k c j i w e n t y l a t o r a . Powoduje ona s i l n e o b n iż e n ie w ła s n o śc i w ytrzym ałościow ych s t a l i , co ma s z c z e g ó ln e z n a c z e n ie w o d n ie s ie n iu do m ożliw ości przekazyw a
n i a p ra c y p rz e z w ir n ik .
Negatywny wpływ na o s i ą g i w e n ty la to r a w yw ierają rów nież inne z ja w is k a zw ią za n e z wysoką te m p e r a tu r ą , n p . m ała g ę s to ś ć p rz e tła c z a n e g o cz y n n ik a o r a z k o n ie c z n o ść sto s o w a n ia dużych s z c z e l i n z a b e z p ie c z a ją c y c h p rze d z a t a r c ie m w ir n ik a n a s k u te k r o z s z e r z a ln o ś c i c i e p l n e j 1 z n i e k s z ta ł c e ń ś c ia n k o r-
______1285
Nr kol. j3 5£
Rys« 2» Schem at zm odernizow anego p i e c a ż a r z e l n ic z e g o
W - w e n t y l a t o r , 1 - k a n a ł- p o d p o ra z otw oram i nawiewnymi, 2 - k a n a ł-p o d p o - r a z o tw oram i w yciągow ym i, 3 - s t o s b la c h r o z d z ie lo n y c h p rz e k ła d k a m i d y -
atanaow ym i
Rys« 1« Schem at p ie c a ż a r z e l n ic z e g o p rz e d m o d e rn iz a c ja
1 - w y ta rz a n e b la c h y , 2 - r e t o r t a w y p e łn io n a az o te m , 3 - k o łp a k g rze w c zy , 4 - p a l n i k i gazow e, 5 ~ u s z c z e l n i e n i a piaskow e
tJ« Rybarcryk, R» Piątkowski, Ł. Clchoń
te u ty la to r eyrtBa&ey$isy.»*
JE
w d a .
Eyo. 3 - Schem at w e n ty l a to r a o y rk u la c y jn e g o
1
- w i r n i k głów ny, 2 - w ir n ik c h ło d z ą o y , 3 ** ło ż y s k o o b lo d z o n e , 4 - w al d rą ż o n y , 5 - napęd pasowy[ W
Z6ćd
C h a r a k t e r y s t y k i w e n t y l a t o r a ¿t® 5 1 - ń P o
» f
V d l a p ® 1 ,2 k g /n 3 2 - A P o«f
V d l a p -0 ,3 4 6 k g /m 3 P2ćtf 3 " A P o * £ V d l a p » 1 ,2 k g /n 3«/>
&>£>
' *♦’
V .vi i ;> ■ j. •:>•
, i •
••V;r •
¥ •. •
3» . .. r
3
1 - . >
i
1
1
138________ _______ __ _ _________J . g y b a rc z y k . » . P ią tk o w s k i. Ł. C lcboń p u s u .
Osobnym z a g a d n ie n ie m , wymagającym s p e c ja ln y c h ro zw ią zań j e s t o g r a n ic z ę - n i e s tr u m ie n i c i e p ł a p rz e p ły w a ją c y c h od w n ętrz a p r z e s t r z e n i r o b o c z e j n a z e w n ą trz do t a k i c h elem entów ja k ło ż y s k a , rama n o śn a i o sło n y ze w n ętrzn e k o rp u s u .
In n e s z c z e g ó ln e wymagania e k s p lo a ta c y jn e t o za p e w n ie n ie d o s k o n a łe j s z c z e l n o ś c i i n s t a l a c j i i w e n ty la to r a , kom pensacja wydłużeń c ie p ln y c h r u r o ciągów , o ch ro n a o b s łu g i p rz e d po p arzen iem i t d .
3 . Us t a l e n i e k o n ce n c.ii p ro jek to w y c h
P o sz c z e g ó ln e p o d z e sp o ły lu b elem e n ty w e n ty la to r a z o s t a ł y z a p ro je k to w a n e z u w zględnieniem p o p rz e d n io omówionych warunków.
P o n iż e j z o s ta n i e zarysow ana k o n c e p c ja ro z w ią z a n ia n a jw a ż n ie js z y c h pod
zesp o łó w k o n s t r u k c j i p r z e d s ta w io n e j sc h em a ty cz n ie n a ry su n k u 3. 1 / Koło w irnikowe
Do budowy w ir n ik a zastosow ano s t a l stopow ą ża ro w y trz y m ałą H23N18, k t ó r a wg [ 1 ] p o s ia d a g r a n ic ę p e ł z a n ia R^« 44 MPa d l a 1000 g o d z in w te m p e ra tu r z e 700°C. 01» wymaganej ż y w o tn o ści w ir n ik a w ynoszącej 8000 g o d z in do
p u s z c z a ln e n a p r ę ż e n ia n ie mogą p r z e k ra c z a ć O '■=24,5 MPa.
U w zg lę d n iając t e n warunek o b lic z o n o wg [ 2 3 d o p u sz c z a ln ą p ręd k o ść obwo
dową w ir n ik a , p rz y jm u ją c ja k o model o b lic z e n io w y w ir u ją c ą t a r c z ę o rów
n e j g r u b o ś c i, z o tw o re m ,-o b c ią ż o n ą dodatkowe s i ł ą masową ł o p a t e k . U. -<* U. - 2 2 maz “ 55 m /s
V c e lu u z y s k a n ia odpow iedzi n a z a sa d n ic z e p y ta n ie - j a k i p r z y r o s t c i ś n i e n i a c a łk o w ite g o j e s t zd o ln y wytworzyć w ir h ik - u s ta lo n o n a s tę p u ją c e dan e początkow e:
r r o d z a j c z y n n ik a : a z o t o te m p e r a tu rz e 7 00°, - g ę s to ś ć c z y n n ik a za sy sa n e g o P » 0 ,3 4 6 kg/rn^, - s tru m ie ń o b j ę t o ś c i V ■= 0 ,4 m U ,
- ś r e d n i c a z e w n ę trz n a w ir n ik a : D2® 0,4m , - p ręd k o ść obrotow a n » 2626 o b /m in ,
- ł o p a t k i o s t a ł e j s z e r o k o ś c i b j» , u ło ż o n e prom ieniow o (|?>*“ 90°/ , o d g ię te do p rzo d u w r e j o n i e w lo tu d l a u z y s k a n ia k ą t a wlotowego &*<90°, - s z e ro k o ś ć p r z e d n ie j s z c z e lin y s = 10 mm,
- w ir n ik p ó ło d k r y ty .
K ając n a rz u co n e powyższe w ie lk o ś c i, p ro c e s p r o je k to w a n ia zaw ęża s i ę do o b l i c z e n i a s z e r o k o ś c i ło p a te k b k ą t a wlotowego |!>* , l i c z b y ło p a te k z , o r a z p rz y b liż o n e g o o b l i c z e n i a param etrów przepływ ow ych, w tym głów nie p r z y r o s tu c i ś n i e n i a c a łk o w ite g o . Wyniki o b lic z e ń p r z y r o s tu c i ś n i e n i a m ie sz c z ą s i ę w g r a n ic a c h
¿ P c » 450 Ą 500 N/m2 2 / K o le k to r z b io r c z y
K o le k to r z b io r c z y wykonano z t s t a l i ż a r o o d p o rn e j, c a łk o w ic ie spawany,w p o s t a c i k a n a łu s p i r a l n e g o o p r z e k r o ju p ro sto k ą tn y m . * je g o k o n s t r u k c j i zasto so w an o n a s tę p u j ą c e ro z w ią z a n ia s p e c ja ln e :
l e B t y l a t ó r e y r k ttlh e y jB y .»» . - 130 - ś c i a n a p r z e d n ia s p e ł n i a rów nocześnie r o lę kom p en sato ra wydłużeń c l e p i
nych r u r o c ią g u s s ą c e g o , - ' - r ':' " ... • - k r ó c ie c wylotowy w 'm ie jsc u p rz e j ś c i a z p r z e k r o ju p ro s to k ą tn e g o w koło- .
wy j e s t wyposażony w ta le rz o w y kom pensator wydłużeń c ie p ln y c h r u r o c i ą
gu tło c z n e g o , ■
. - u s z c z e ln ie n ie la b iry n to w e w ału j e s t z a s il a n e zlanym azotem u s z c z e l-
' n ia ją c y m . . . . / ' . ■
C ały k o l e k t o r oraz- śc ia n y , p r z e d n ia i t y l n i a z o s t a ł y p o k ry te i z o l a c j ą ' c i e p l n ą c h ro n io n ą powłoką b la s z a n ą . Poniew aż te m p e ra tu ry pow łoki zn a cz
n ie p r z e k r a c z a b e z p ie c z n ą d la o b s łu g i g r a n ic ę , zastosow ano dodatkową o s ło n ę , pod k t ó r ą p rze p ły w a p o w ie trz e c h ło d z ą c e podawane p rz e z prom ie
niow y w ir n ik , osadzony na wale pomiędzy ło ż y sk ie m p rz e d n io i u s z c z e ln ie niem la b iry n to w y m .'
3 / Wał i ło ż y s k a
Wał z o s t a ł wykonany ja k o d rą ż o n y , ch ło d zo n y w ew nętrznie wodą w c e lu o r g a n ic z e n ia przewodzonego od w n ę trz a w e n ty la to ra s tr u m ie n ia c i e p ł a , Dodatkowymi elem entam i: ^ u tru d n ia ją c y m i przepływ c i e p ł a w zdłuż-w ału 's ą : tam pon z wełny m in e r a ln e j U m ieszczony w je g o p r z e d n i e j c z ę ś c i , w irn ik c h ło d z ą c y o ra z p rz e p ły w s tr u m ie n ia a z o tu , u s z c z e ln ia ją c e g o d ła w n id ę . K orpus ło ż y s k a p rz e d n ie g o p o sia d a 'w e w n ę trz n y k a n a ł p ołączony z cfcłodzą- . cym obieg iem wodnym ramy n o śn e j w e n ty la to r a .
4 / Rama n o śn a
Ramę n o śn ą wykonano że s t a l i p r o f ilo w a n e j o p r z e k ro ju p ro sto k ątn y m zam
k n ię ty m . Wewnątrz rejonów n ara żo n y ch na d z i a ł a n i e w y so k iej te m p e ra tu ry - p rz e p ły w a woda c h ło d z ą c a . W c e l u u n ik n ię c i a dużych s i ł d z ia ła ją c y c h na c a ło ś ć k o n s t r u k c j i , j e j podstaw a z o s t a ł a lu ź n o zw iązana z fundamentem.
4 . W yniki badań w e n ty la to r a
B a d a n ia p r o to ty p u z re a liz o w a n o w w arunkach la b o r a to r y jn y c h używ ając j a ko c z y n n ik a ro b o cz eg o p o w ie trz a o p a ra m e tra c h o to c z e n ia .
W yniki badań p rz e d sta w io n o w fo rm ie w y k re śln e j na rysunku 4 ,
L i n i a 1 j e s t c h a r a k te r y s t y k ą A Pc • f ( V | p r z e lic z o n ą n a s t a ł ą prędkośu obrotow ą n = 2626 ob/m in o ra z g ę s to ś ć § « 1,2- kg/m . C h a ra k te ry z u je ona p r a c ę w e n ty la to r a w f a z i e ro zru ch o w ej p ie c a , k ie d y a tm o sfe ra ochronna j e s t je s z c z e zim na. W t a k i c h warunkach p ra c y n a j b a r d z i e j i n t e r e s u j ą c y j e s t po
b ó r mocy napędow ej, d a ją c y in fo rm a c ję o popraw ności doboru s i l n i k a , Z ch a
r a k t e r y s t y k i -N£“ f ( V ) w nioskujem y, że s i l n i k o nocy 3 kW 200t a ł dobrany t r a f n i e . '
Chara), t e r y s ty k a o znaczona numerem 2 j e s t r e z u lta te m , p r z e l i c z e n i a wyni
ków pom iarow ych-na w arunki ro c o c z e n m 2626 bo/m in o raz “ 0 ,3 4 o kg/m « U zyskany p r z y r o s t c i ś n i e n i a c a łk o w ite g o , p rz y w y d ajn o ści p ro je k to w e j V » 0 ,4 . o^/.s , j e s t n ie c o wyż3zy od o b lic z o n e g o , Wynosi on
J . P c - 590 h/m2
P o tw ie r d z e n ie d o św ia d c z a ln e o b lic z o n e g o w c z e śn ie j p r z y r o s tu c i ś n i e n i a c a łk o w ite g o p o z w o liło n a zachow anie b ez zm ian j u t z a p ro je k to w a n e j i n s t a -
140 P ią t k o w s k i. Ł . C lchoń l a e j i c y r k u l - c y j n e j , d la -k tó re j d o b r a n o .ta k ie p a ra m e try k o n s tru k c y jn e aby . opory przepływ u b y ły rz ę d u 500 N/eiż ;
A n a liz a Wyników pod wzglądem sp ra w n o śc i w e n ty la to r a n ie a a p ra k ty c z n e g o z n a c z e n ia , bowiem po d czas p r z e t ł a c z a n i a go rąceg o a z o tu głównym o d b io rc ą e n e r g i i napędowej b ę d z ie w irn ik c h ło d z ą c y o ra z u k ła d m echaniczny.
l i t e r a t u r a
1» P o ls k a K orca - PN-71/H-S6022 - S t a l ż a ro o d p o rn a . G a tu n k i.
2* J .L i p k ą « W ytrzym ałość maszyn w irnikow ych. V/NT, • W arszawa.
5 . E .T u lis z k a - S p r ę ż a r k i, dmuchawy i w e n ty la to r y . V?NT,]Warszawa 1976.
h, o .k u c z e w sk i - W en ty lato ry , 'rfilTj Warszawa 1978.,
5 . Ï .H o b le r - Ruch c i e p ł a i w y:.iienniki. WWT( Warszawa 1968.
R e c e n z e n ti P r o f . d r b a b . I n t . T a d e u sz C h m ieln iak
W płynęło do r e d a k c j i maj 1985 r .
HHîKyjKUHOKHHiî BEKEUHTQP KSTAJUDTPnTiBCKOK
ovmriLiMQ'A nsfiH
?
e 3»
m•
B zoKjMue ap ezciazzeaa koki era; z e, zoHczpyruwz, a saxne peayzhzasu z c e z e - jsoBaEzfi nzpKyaziusoKHoro seK sazzropa aanziaofi M soe^epa s z a MeiaaryprimecKofl OTzzraTezasok ne<us.
TpeOyeune napaserpu cocz&BZKxrt V » 0 ,4 a 3/ » , 4 Pc > 5 0 0 N/a2 , t ■ 650- - 7 0 0 ° C .
A CIRCT7LATIKG PAE OF A METALLURGICAL FUKHAWCE POP. AKKEALIKG METAL SHEETS
S u m m a r y
T h is p a p e r p r e s e n t s a c o n c e p t io n , a c o n s t r a c t i o n and r e s u l t s o f th e i n v e s t i g a t i o n s c a r r i e d b u t on p r o t e c t i v e a tm o s p h e re , c i r c u l a t i n g f a n f o r a m e t a l l u r g i c a l f u r n a c e ( f o r a n n e a l in g m e ta l s b e e t s ) .
The r e q u i r e d p a r a m e te r s a r e : V ■ 0 ,4 m 'V a, 4?c 500 E/m2 , t » 6 5 0 - 700° C.
