ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАЛА ПЕЧНОГО ВЕНТИЛЯТОРА, ОСНАЩЕННОГО УСТРОЙСТВАМИ СТЕРЖНЕВОГО ТИПА

Предложена конструкция устройства воздушного охлаждения вала печного вентилятора стержневого типа трех типоразмеров. В  ходе исследований на экспериментальном стенде получены в критериальном виде зависимости конвективной теплоотдачи от поверхности этих устройств в окружающую среду при различной частоте вращения вала. Установлено, что в диапазоне изменения относительной  длины стержней от 3,3 до 6,1 имеет место режим, близкий к автомодельному, где теплоотдача от их поверхности описывается универсальной зависимостью. В диапазоне изменения относительной длины стержней от 6,1 до 8,6 экспериментальные данные обобщены в виде  степенной зависимости с коэффициентом пропорциональности, зависящим от величины отношения диаметра вала к внешнему диаметру  устройства. Наименьший коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности оказался у СТ-346 с наибольшим внешним диаметром и,  соответственно, наиболее длинными стержнями, что, по-видимому, связано с тем, что в процессе теплопередачи от вала в окружающую  среду лимитирующим участком теплообмена является подвод тепла теплопроводностью вдоль оси стержней. Наибольший коэффициент  теплоотдачи в сопоставимых условиях наблюдается у СТ-286 со средними стержнями, где более сбалансированы подвод тепла теплопроводностью вдоль стержней и отвод его от их внешних поверхностей конвекцией в окружающую среду. При сравнении полученных данных  по СТ-286 и СТ-220 было установлено, что при одинаковой частоте вращения вала коэффициент теплоотдачи по поверхности у СТ-286  больше, чем у СТ-220 примерно на 15 – 20 %, что связано с уменьшением интенсивности обдувки воздухом укороченных стержней СТ-220  вследствие снижения их средней линейной скорости движения по окружности. Из анализа полученных результатов следует, что наиболее  эффективным в сопоставимых условиях является устройство с максимальным диаметром 346 мм, где рассеиваемая тепловая мощность в  установившемся режиме больше в 1,1 раза, чем у устройства диаметром 286 мм и в 2,0 раза больше, чем у устройства диаметром 220 мм.  Полученные материалы могут быть полезны при разработке и проектировании нагревательных и термических печей с использованием  принудительной циркуляции теплоносителя.

устройство охлаждения вала вентилятора,  печной высокотемпературный вентилятор,  конвективный теплообмен

1. Аптерман В.Н., Тымчак В.М. Протяжные печи. – М.: Металлургия, 1969. – 320 с.

2. Дружинин Г.М., Ашихмин А.А., Маслов П.В. и др. Термическая печь с комбинированной системой отопления // Сталь. 2015. № 3. С. 70 – 74.

3. Зайнуллин Л.А., Калганов М.В., Калганов Д.В. и др. Создание печных электронагревателей с радиационно-конвективным способом теплообмена // Сталь. 2015. № 3. С. 75 – 77.

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 343 с.

5. Казанцев Е.И. Промышленные печи. – М.: Металлургия, 1975. – 367 с.

6. Зайнуллин Л.А., Спирин Н.А., Калганов М.В., Калганов Д.В. Применение центробежных вентиляторов при работе термической конвективной печи в режиме охлаждения // Сталь. 2015. № 3. С. 78 – 80.

7. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1980. – 175 с.

8. Bloom W. Jet heat reparation of waste furnace gases on strip lines // Iron and Steel Engineer. 1979. No. 12. P. 32 – 37.

9. Martin H. Heat and mass transfer between impinging gas jets and solid surfaces //Advances in Heat Transfer. 1977. Vol. 13. P. 1 – 60.

10. Launder B.E., Rodi W. The turbulent wall jet // Prog. Aerospace Science. 1981. Vol. 19. P. 81 – 128.

11. Кузьмин И.И., Зубков С.В., Лыжин Ю.А. Совершенствование конструкции циркуляционного вентилятора колпаковых печей // Сталь. 2007. № 8. С. 89 – 91.

12. Султанов Н.Л., Мироненков Е.И., Жиркин Ю.В. Управление тепловым состоянием подшипниковых опор на стане-тандеме 2000 холодной прокатки ОАО ММК // Сталь. 2014. № 4. С. 71 – 73.

13. Кутлубаев И.М., Мацко Е.Ю., Усов И.Г. Совершенствование охлаждения листового проката // Сталь. 2015. № 8. С. 44 – 50.

14. Демин К.К., Паршиков С.Ф. Совершенствование технологии охлаждения ленты после светлого отжига в одностопной колпаковой печи // Сталь. 2008. № 4. С. 69.

15. Zareba S., Wolff A., Jelali M. Mathematical modelling and parameter identification of a stainless steel annealing furnace // Simulation Modelling Practice and Theory. 2016. Vol. 60. P. 15 – 39.

16. Strommer S., Niederer M., Steinboeck A., Kugi A. A mathematical model of a direct-fired continuous strip annealing furnace // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 69. P. 375 – 389.

17. Feng H.J., Chen L.G., Xie Z.H., Sun F.R. Constructal designs for insulation layers of steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions // Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 100. P. 925 – 931.

18. Blaszczuk A., Nowak W. Heat transfer behavior inside a furnace chamber of large-scale supercritical CFB reactor // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. Vol. 87. P. 464 – 480.

19. Feng H.J., Chen L.G., Xie Z.H., Sun F.R. Constructalentransy optimizations for insulation layer of steel rolling reheating furnace wall with convective and radiative boundary conditions // Chinese Science Bulletin. 2014. Vol. 59. P. 2470 – 2477.

20. Emadi A.,Saboonchi A., Taheri M., Hassanpour S. Heating characteristics of billet in a walking hearth type reheating furnace //Applied Thermal Engineering. 2014. Vol. 63. P. 396 – 405.

21. Prieto M.M., Fernandez F.J., Rendueles J.L. Development of stepwise thermal model for annealing line heating furnace // Ironmaking & Steelmaking. 2005. Vol. 32. P. 165 – 170.

22. Kim Y.D., Kang D.H., Kim W.S. Experimental and numerical studies on the thermal analysis of the plate in indirectly fired continuous heat treatment furnace // Journal of Mechanical Science and Technology. 2009. Vol. 23. P. 631 – 642.

23. Зайнуллин Л.А., Калганов М.В., Калганов Д.В. Исследование эффективности охлаждения вращающегося вала печного высокотемпературного вентилятора // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 9. С. 662 – 666.