Способ получения двухфазной охлаждающей среды в форсунке

Способ получения двухфазной охлаждающей среды в форсунке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ получения двухфазной охлахщаютей среды, преимущественно водовоздушной, в форсунке, вклкгааю щий смешение потоков сжатого газа и жидаости, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения охлаждающей способности, поток жидкости перед смешением разреживают, а затем перед выходом из форсунки закручива|Ют в суживающую спираль тангенциально направленными струями сжатого газа.

,SU„;, . 5 А

СОЮЗ COBETCHHX

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБИИН

:D1 7 с

I — t

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3239238/22-02 (22) 23. 01. 81 (46) 23.03.83.. Бюл. Р 11 (72) М.С.. Василевский, Б.А Моисеев, A Â. Рудченко, A.Â. Тюрин, И.В.Франценюк, A.Ä. Белянский и В.Х.Карюков (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина (53) 621.785.616 (088.8) (56) 1. Петраш Л.В. Закалочные среды.

Машгиз, 1959, с. 105- 107.

2.; Известия высших учебных. заведений. Черная металлургия В 10, 1967, с. 15.

3. Металлургия и коксохимия, М 36, 1973-» Киев, "Техника",. с. 14-16.

4. Тэцу То Хагане, 1.976, т. 62, В 2, с.. A45-А48 Охлаждение проката. туманом, перевод 9 2914 (Ц вЂ” 99009), 1977, ВПЦ.

5. Металлургия и коксохимия, 9 36, 1973; Киев, "Техника", с.82-83.:

Э

j (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ОХЛАЖДИИЦБЙ СРЕДЫ В ФОРСУНКЕ ° (57) Способ получения двухфазной ох:.лаждающей среды, преимущественно водовоэдушной, в форсунке, включающий смешение потоков сжатого газа и .жидкости, отличающийся

- тем, что, с целью повышения охлаждающей способности, поток жидкости перед смешением разреживают, .а затем

;перед выходом иэ форсунки закручива,ют в суживающую спираль тангенциаль но направленннжи струями сжатого газа.

1006505

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано при охлаждении проката или металлоизделий, например, во время термообработки.

Известны способы охлаждения нагре- 5 тых тел с помощью однофазного потока охлаждающей среды, подаваемой через, форсунки, например воздуха или воды (1) .

Недос татками однофа з ных потоков 10 охлаждающих сред являются либо низкая интенсивность охлаждения (для случая воздушного охлаждения), либо неравномерность и большой расход охлаждающей среды. (водяное охлажде- 15 ние) .

Известен способ более интенсивного и равномерного охлаждения двухфазным потоком водовоздушной смеси, полученной в форсунках путем турбу- 0 лиэации потоков воды и воздуха., При охлаждении во время закалки головок рельсов расход воды- в такой водовоэдушной смеси составляет 126 л/мин при давлении воздуха 0,3-0,5 кг/см (23,25

Недостатки способа — относительно большой расход воды, а также невозможность повышения сравнительно невысокой интенсивности охлаждения.

Так, увеличение давления воздуха в пределах 4-10 кг /см в турбулентных форсунках хотя и увеличивает распыление воды, однако существенно не изменяет охлаждающей способности турбулентного потока (3). Причиной последнего является, недостаточно высокая дисперсность частиц воды при турбулизации потоков воды и воздуха, .что снижает скорость их испарения и замедляет процесс охлаждения.

Известен способ охлаждения ско- 40 ростным двухфазным потоком тумана, получаемым в результате смешения вне форсунки струй сжатого газа, например воздуха, выходящего из сопла типа сопла Лаваля, и подаваемого 45 внутрь него потока жидкости (воды), Одновременно (при выходе из сопла) разрежение потоков воды и возду- ха приводит к образованию потока тумана с относительно мелкодисперсными частицами жидкости. При этом довольно высокие скорости охлаждения достигаются при относительно высоком расходе воды (8 — 20 л/мин) и давлении воздуха 0,1 — 0,5 кг/см (4).

Однако приготовленный таким способом поток тумана ограничен в повышении охлаждающей способности. Так указывается, что повышение давления. газа до 1 кг/см и выше не увеличивает интенсивности охлаждения и де- 60 лает его неустойчивым.

Недостаток этого способа заключается в том, что весьма высокая концентрация воды в относительно слабонапорном потоке при недостаточ- 65 но высокой степени дисперсности частиц воды не позволяет увеличивать скорость охлаждения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения двухфазной смеси посредством прямоструйного двухфазного потока сжатого воздуха и подаваемого внутрь него потока воды, при котором смешение воды и воздуха начинается внутри форсунки и завершается вне ее, используемый, например, при охлаждении (5).

Недостаток известного способа закключается в том, что, хотя он и позволяет достигать высоких скоростей подвода частиц воды к нагретой поверхности, однако из-за малого содержания воды в потоке тумана (0,24 л/мин) и невысокой степени ее дисперсности при давлении воздуха (3,5-.4,5 кг/cM) он не позволяет получать высокую интенсивность охлаждения.

Целью изобретения является повышение охлаждающей способности двухфазных (газожидкостных) сред.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения двухфазной охлаждающей среды в форсунке, включающему смешение потоков сжатого газа и жидкости, поток жидкости перед смешением разреживают, а затем перед выходом иэ форсунки закручивают в суживающуюся спираль тангенциально направленными струями сжатого газа.

Предварительное разреженйе потока жидкости уменьшает его плотность и облегчает смешивание жидкости с газом, что превышает дисперсность час- тиц жидкости и создает возможность более широкого варьирования давлением газа и расходом жидкости. Закручивание потока по суживающейся спирали приводит к более равномерному перемешиванию газа с частицами жидкости.

Кроме того, закручивание облегчает выход высоконапорных струй из форсун; ки. В момент выхода из форсунки дав- ление двухфазного потока падает и происходит второй этап разреживания потока — дисперсность жидкой фазы еще более возрастает. Это приводит к возрастанию охлаждающей способности и равномерности охлаждения двухфазным потоком.

Способ осуществляется посредством форсунки, конструкция которой обес-. печивает последовательное выполнение разреживания потока жидкости, закручивания в суживающуюся к выходу спираль и одновременного смешивания жидкости с газовой фазой. При этом расход жидкости устанавливают от О, 2 до 5,,0 л/мин, а давление газа от 2 до 6 кг/см .

Пример . Потоком водовоздушной смеси из указанной форсунки выгО06505

2. При охлаждении пластины толщиной 10 мм, расходе воды 2 л/мин и давлении воздуха 4 кг/см скорости охлаждения в диапазоне 920-600 С составили соответственно 100, 130 и

140 град/с при расстояниях форсунки от пластины 80, 50.и 20 мм.

3. При охлаждении пластины толщиной 10 мм, расходе воды 5 л/мин и давлении воздуха 8 кг/см скорости

1О охлаждения в диапазоне 900-, 600 С равнялись 115, 130 и 140 град/с для расстояний 80, 50 и 20 мм, соответ.ственноо.

4. Скорость охлаждения пластины

15 толщиной 21 мм при оптимальных пара- метрах: расходе воды 1,5 л/мин, дав-. лении воздуха 4 кг/см и расстоянии. до пластины 50 мм, составила

40 град/с.

Способ также проверен при соблюдении технологических параметров охлаждения по известному способу. полняли одностороннее охлаждение стальной пластины 120 х 120 мм, нагретой под закалку до 950-960 С. Толщину пластины варьировали — 10, 20, 30, 40 и 50 мм. Скорость охлаждения определяли с помощью потенциометра

КСП-4 и хромель-алюмелевой термопары, зачеканенной в пластину со стороны, противоположной охлаждаемой поверхности. Варьирование параметрами охлаждения осуществляли в следукщих пределахгдавление сжатого воздуха от 2 до 8 кг/см, расход воды от

0,2 до 5 л/мин,. расстояние форсунки от нагретой поверхности от 20 до

80 мм.

Устойчивое охлаждение получили во всем диапазоне указанных параметров, Процесс охлаждения можно проиллюстрировать следующими примерами:

1. При охлаждении пластины толщиной 10 мм, расходе воды 0,2 л/мин и давлении воздуха 2 кг/см получили скорость охлаждения в диапазоне 900600 С 30, 60 и 70 град/с при расстоянии форсунки от нагретой поверхности 80, 50 и 20 мм, соответственно.

Способ

П араме тры

Известный ) I Предлагаемый

Конфигурация нагревае- Образец рельса мого образца Р-65. Образец штанги кв. 80

Вес образца, охлаждаемого одной форсункой, кг 1 9

4,75

Ширина охлаждаемой поверхности, мм

75.

Высота утолщенной охлаждаемой части образца, мм

80

Температура нагрева, С

900

920

Давление воздуха, атм

3, 5-4

3,4

0,24

Расход воды, л/мин.0,25

150

150

16 т

24.Расстояние от нагретой поверхности, мм

Максимальная скорость охлаждения в точке, отстоящей от охлажденной поверхности на

4,5 мм в интервале температур 900-700 С, Условия проведения опыта и его результаты приведены в таблице.

1006505

Составитель А. Сеней

ТехредТ.Фанта Корректор О. Билак

Редактор P . Бе зв ерше нк о

Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2054/42, Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый способ получения

1 водовоздушной смеси обеспечивает более чем в 1,5 раза повьиаение ее охлаждающей способности, следовательно позволяет значительно повысить скорость охлаждения, что может быть использовано для достижения более высокой прочности в низкоуглеродистых сталях (например, для газопроводных труб) при их закалке.