МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"
Кафедра "Обработки металлов давлением"
РГЗ
По теме "Проектирование нагревательной печи."
Выполнил:
ст. гр. МТ 10б
Репин А. П.
Принял:
Кузьменко В. И.
Харьков 2013
Содержание
1. Расчёт горения топлива.
Расчёт времени нагрева заготовки.
Определение размеров рабочего пространства печи.
Выбор кладки. Компоновка печи.
5. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.
6. Основные технико-экономические показатели печи.
30 вариант
РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Исходные данные:
CH4=80%, 
=20%.
Температура воздуха: tв=20 0С
Коэффициент избытка воздуха: α=1,05
Состав топлива:
CH4 + = 100 %.
80+20=100%
1.2 Определение количества воздуха необходимого для сгорания топлива.
Количество кислорода, необходимое для горения:
=
=0.01*(2*CH4)=0.01*(2*80)=1,6 
Количество теоретически необходимого воздуха:
4,76*1,6=7,62 
.
Действительное количество воздуха необходимого для горения:
1.05*7,62=8 .
Количество и состав продуктов горения (ПГ):
1) Объем RO2:
.=0.01*(CH4) =0.01*(80) =0,8 м3/м3
2) Водяной пар образуется при горении углеводородов, водорода и сероводорода. Тогда количество водяного пара в продуктах полного горения:
.=0.01*(2*CH4)= 0.01*(2*80)=1,6 м3/м3
3) Объем азота:
.=0,01*20+3,76*1,6=6,22 м3/м3
4) Объем избыточного кислорода:
=0,05*1,6=0,08 м3/м3
5) Объем избыточного азота:
=3,76*0,08=0,3 м3/м3
6) Суммарный объем азота:
=6,22+0,3=6,52 м3/м3
7) Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):
=0,8+1,6+6,22=8,62 м3/м3
8) Общее количество продуктов сгорания (дыма):
=8,62+0,08+0,3=9 м3/м3
9) Состав продуктов сгорания (дыма), %:
=80/9=8,88%
|
|
=160/9=17,77%
=652/9=72,44%
=8/9=0,88%
10) Плотность продуктов сгорания, кг/м3:
=0,01*(44*8,88+28*72,44+18*17,77+32*0,88)/22,4=1,24 кг/м3
Определение температуры горения топлива:
1) Теплота сгорания газа:
358*CH4 =28640 кДж/м3
2) Химическая энтальпия продуктов сгорания:
=28640/9=3182,22 кДж/м3
3) Энтальпия воздуха:
=1,3*20*(8/9)=23,11 кДж/м3
4) Энтальпия продуктов сгорания:
i = ix+iв=3182,22+23,11 =3205,33 кДж/м3
5) Теоретическая температура сгорания:
1916,43 0С
6) Действительная температура сгорания, 0С:
tn=ηt=0,7*1916,43=1341,5 0С
РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА ЗАДАННОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ КОВКИ (ШТАМПОВКИ) В КАМЕРНОЙ ПЕЧИ
Выбор температурного режима ковки:
Температура начала ковки и конца ковки
Материал: Сталь 30
tн.к.=1250
tк.к.=800
Температура рабочего пространства печи:
tп= tн.к.+(50…100)=1250+50=1300
Температура конца нагрева:
tк.н.= tн.к.+(0…50)=1250+0=1250
Температура начала нагрева:
tн.н.=20 0С
Критерий Био:
=(284,23*0,025)/39,3=0,18 - тело не массивное.
=3,5*(((1300+273)/100)4-((500+273)/100)4)/(1300-500)+12=284,23 
Определение времени нагрева
Аналитический расчет времени нагрева заготовок [1]:
1) Суммарный коэффициент теплопередачи учитывающий лучистый и конвективный теплообмен для средней температуры металла, используется для расчета времени нагрева
tм=0,67tк.н=0,67*1300=837,5 0С – средняя температура металла
= 3,5*[((1300+273)/100)4-((837,5+273)/100)4]/(1300-837,5)+12=384,12 
2) Время нагрева:
,
где k1 – коэффициент формы. Для цилиндра k1 = 2.
с - средняя удельная теплоёмкость, 699 
;
p - удельный вес при средней температуре, 7549 
;
tГ=tп– температура газов печи
- конечная температура заготовки, [°C];
- начальная температура заготовки, [°C]
m – коэффициент учитывающий поправку на массивность (см.ниже)
|
|
k3=1,97
k2=1,94
=1+[(1,98-1)/(1,965*1,98)]*0,25=1,06
=(0,025*7549*699)/(2*384,12)*3,24*1,06=589,74=9,83 мин
Т.к. заготовки в печи располагаются на расстоянии равном диаметру, то необходимо ввести поправочный коэффициент k=1,2 учитывающий взаимное расположение заготовок.
Отношение длины заготовки к ее диаметру l/d=2, тогда коэффициент учитывающий торцевые потоки 
=1.
Тогда:
9,83*1,2=11,8 мин =11,8/60= 0,196 ч.
Определение времени нагрева заготовок в печи по справочным данным:
10;
k = 1,2;
;
= 1;
k * 
=10*1,2= 12 мин.
Расчет на ЭВМ
При расчёте на ЭВМ 
= 14,83 мин.