ГлавнаяПри тепловых расчетах необходимо: 1) произвести расчет процесса горения; 2) определить расход тепла для подогрева материала до необходимой температуры; 3) определить потери тепла; 4) определить температуру подогреваемых материалов и продуктов горения по зонам подогрева; 5) определить расход топлива на 1 час работы машины и на единицу подогреваемой продукции; 6) определить необходимые размеры топки, отсасывающих устройств и др.
При тепловых расчетах дорожных машин используются основные понятия закономерности и методы расчета, излагаемые в теплотехнике, как-то: 1) основы теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение); 2) теоретические основы процесса сушки; 3) расчет процесса горения; 4) расчет температуры горения; 5) расчет движения газов в тепловых установках и устройствах для перемещения газов.
Некоторые расчеты являются общими для всех перечисленных выше дорожных машин, а некоторые являются специфическими для той или иной машины или устройства.
Общим для всех машин является расчет процесса горения, при котором исходя из наинизшей рабочей теплотворности топлива Qpн, определенной по формуле Д.И. Менделеева или взятой из справочника, находят теоретическое и действительное количество воздуха в весовых и объемных единицах, необходимое для сгорания 1 кг топлива. При определении действительного количества воздуха принимают средний коэффициент избытка воздуха αср = 1,25. При распылении паром α = 1,1/1,3, а при распылении без пара α = 1,1/1,2. Расход пара для распыления 1 кг топлива можно принять равным wср = 0,4/0,9 кг/кг топлива. Основным фактором, влияющим на удельный расход пара, является производительность форсунки Q кг/час, измеряемая количеством топлива, сжигаемого за 1 час ее работы.
Чем больше величина Q1 тем меньше удельный расход пара Wср. Так, при производительности форсунки Q = 150 кг)час Wср = 0,45/0,50 кг/кг, а при Q = 400 кг/час Wср = 0,32/0,34 кг/кг.
Кроме производительности форсунки, на расход пара влияет также конструкция форсунки. Так, одной из самых экономичных паровых форсунок является форсунка «Бест», которая при величине Q = 200 кг/час дала расход пара wcp = 0,27 кг/кг топлива.
Исследованиями Теплотехнического института установлено, что расход пара не зависит от вязкости топлива.
Затем определяют количество отдельных составляющих продуктов горения на 1 кг топлива как в весовых, так и в объемных единицах и их сумму в весовых Σm и в объемных ΣV единицах.
Зная теплоемкости составляющих продуктов c1, c2, ..., cn, определяют среднюю теплоемкость продуктов горения
где
Теоретическая температура в топке может быть определена по упрощенной формуле
где Qрн — наинизшая рабочая теплотворность топлива в ккал/кг топлива;
Lд — действительный расход воздуха в кг на 1 кг топлива;
евоз — теплоемкость воздуха;
tвоз — температура воздуха.
Действительная температура в топке определяется по формуле
где σ — коэффициент прямой отдачи топки, σ = 0,15;
ηт — тепловой к. п. д. топки, учитывающий потери в окружающую среду и на химическую неполноту сгорания топлива.
Подогрев в дорожных машинах осуществляется одним из следующих способов:
1. Пропусканием теплоносителя (пар, горячие газы, подогретое соляровое масло) по трубам. При этом тепло передается через стенку трубы подогреваемому материалу. В этом случае передача тепла от теплоносителя к подогреваемому материалу определяется по формуле, характеризующей процесс теплопередачи,
где k — коэффициент теплопередачи в данном случае для однослойной стенки в кал/м2 час град;
F — площадь, через которую передается тепло, в м2;
tтепл — температура теплоносителя;
tм — начальная температура подогреваемого материала. Значение коэффициента теплопередачи для однослойной стенки определяется по формуле
где α1 — коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к металлической стенке в ккал/м2 час град;
α2 — коэффициент теплоотдачи от металлической стенки к подогреваемому материалу (например, битуму);
δ — толщина стенки в направлении, совпадающем с направлением перехода тепла в м;
λ — коэффициент теплопроводности стенки ккал/м час град.
2. Непосредственной отдачей тепла от движущихся горячих газов подогреваемому материалу, перемещающемуся в струе газа обычно навстречу последнему. В этом случае количество тепла, получаемого материалом (и отдаваемого газами) за единицу времени (1 час), равно
где см — теплоемкость подогреваемого материала в ккал/кг град;
П — количество материалов, подогреваемых данным устройством за 1 час, в кг;
t2 — температура горячих газов;
t1 — начальная температура подогреваемого материала.
Данные о теплоемкости различных материалов имеются в справочниках. Необходимая для расчетов теплоемкость битума может быть принята равной:
При определении потерь тепла приходится определять количество тепла Q, передаваемого через многослойную стенку.
При этом необходимо пользоваться приведенной выше формулой для передачи тепла через стенку, но величина k при этом будет (для трехслойной стенки):
где δ1, δ2, δ3 — толщина слоев стенки;
λ1, λ2, λ3 — коэффициенты теплопроводности этих слоев.
Значения коэффициентов теплоотдачи α1 и α2 зависят от материала стенки, среды, от которой тепло передается стенке, и ее температуры, среды, которой передается тепло от стенки, и т. п. Значения некоторых коэффициентов приведены ниже:
