Файл: Семенов, Леонид Алексеевич. Безнапорная пропарочная камера.pdf

не неизменной. В этом отношении автоклав сходен с ка­ мерой, заполненной паровоздушной смесью, рассмотрен­ ной нами выше (при t„3 < 100°).

Третий случай: tH3= 100°.

Данному случаю соответствует камера, свободно со­

общающаяся с атмосферой и заполненная насыщенным паром, как это изображено на рис. 5в. Строгое постоян­ ство давления температуры и влажности по времени и

по объему — замечательные свойства, делающие этот слу­ чай чрезвычайно ценным для практики.

В самом деле, как бы мы ни увеличивали приток пара, если для его избытка имеется свободный выход в атмо­ сферу, давление и температура в камере измениться не могут. Постоянство же температуры по объему камеры обеспечивается благодаря тому, что пар при атмосфер­ ном давлении не может иметь температуру ниже 100°.

Допустим, что в каком-либо месте расход тепла на

прогрев загруженных изделий или ограждений самой ка­

меры относительно весьма велик. Если бы камера была

заполнена паровоздушной смесью (случай первый; tH3 < 100°), то в этом месте неизбежно было бы относи­

тельное охлаждение паровоздушной среды, снижение ее

температуры.

В данном же случае, при заполнении камеры чистым насыщенным паром, большее теплопбглощение в какомлибо месте ее вызовет лишь соответственно большую кон­

денсацию пара на теплопоглощающих поверхностях И

больший приток пара к этим поверхностям. Свойства же самой греющей среды (чистого насыщенного пара) — ее температура и давление — изменяться не могут.

Обратимся теперь к вопросу регулирования подачи пара при t„3= 100°.

Если в какой-либо момент камера получит пара мень­

ше, чем требуется, то в ней образуется вакуум, под влия­ нием которого в камеру засосется наружный холодный воздух. Последний, будучи примерно вдвое тяжелее пара, не смешиваясь с ним, займет нижнюю зону камеры

(рис. 9). Чтобы вся камера была постоянно заполнена паром и чтобы избежать явлений вакуума и подсоса воз­ духа, пар необходимо подавать все время с небольшим избытком, который непрерывно должен выходить нару­ жу, как это изображено на рис. 5в. Следовательно, зада-

---------

ча регулирования подачи пара сводится к тому, чтооы избыток пара, выходящий в атмосферу, был по возмож­ ности минимальным.

По какому признаку можно оценивать величину этого

избытка? Обычные датчики, основанные на замере тем­ пературы или давления, здесь неприменимы, так как последние остаются постоянными и от величины избытка пара, подаваемого в камеру, не зависят.

Пар

Рис. 9. Подсос воздуха в камеру при недостаточной подаче пара: О—0 — граница между паром и воздухом.

Можно было бы определять количество выходящего из камеры пара по его скорости в выходном отверстии. Однако производить замер этих скоростей очень сложно,

поскольку они невелики и обычные расходомеры в виде диафрагм нельзя использовать.

Для быстрой приблизительной оценки избытка пара,

выходящего из камеры, нами предложен очень простой прибор, названный контрольной насадкой (рис. 10).

Рис. 10. Контроль за подачей пара в камеру. Принципиальная схема: КН—контрольная насадка; 0—0—граница между паром и воздухом.

Контрольная насадка представляет собой вертикаль­ но установленную трубу, по высоте которой имеется ряд отверстий. В данном случае изображена насадка с тремя отверстиями, но их может быть больше; принцип действия от этого не меняется.

Выходящий из камеры пар поступает в верхнюю часть

18

насадки и, будучи легче воздуха, стремится вьщти в пер­ вую очередь через верхнее отверстие. '

При увеличении избытка пара последовательно всту­ пают в работу и остальные, нижерасположенные отвер­ стия (рис. 11).

Теоретический расчет такой насадки очень прост.

Расход пара при работе одного верхнего отверстия

достигнет максимума, когда паровая зона (граница меж­

ду паром и воздухом 0—0) окажется в центре второго от­

W2 = ■у/'2g (hl + ha),

расход g2 = 6100F1/hi + h2.

Во втором отверстии напор составит

Р2 —- 0,6 h2,

скорость Wf = ]/~ 2gh2

расходы для третьего случая, когда линия 0—0 опустит­ ся до центра четвертого отверстия (рис. 11в).

Для первого отверстия

рз = 0,6 (h1 + h2 + ha),

W3 = /2g (h, + h2 + h3),

gs = 6100 Fj / Ь^Иг + Ьз;

для второго отверстия

Рз = 0,6 (h2 + h8),

W3 = /Ig (h2 + h3) ,

g23 = 6100 F2 / h2 + h3;

для третьего отверстия

P3 = 0,6 h?,

W3 = /2ih?,

g33 = 6100 F3

И общий максимальный расход при работе трех отверстий

g3 = 6100 ( Fj / Ьх + ^ + Ьз + F2-/ h2 + h3 +

21

g3 = 6100 F ]/h(l + У 2 + У з) = 25200 F]/h.

Рассмотрим также и четвертый случай, когда вступит

вработу и последнее, самое нижнее отверстие (рис. 11г).

Вэтом случае расход пара, который мы обозначим через g4, уже не поддается учету, и единственно, что мы можем сказать:

g4>g3. (Н)

Для практического применения необходимо насадку конструировать с таким расчетом, чтобы допустимый мак-

22

та из кожуха при этом возрастает. Если приток пара

уменьшается, линия 0—0 передвигается кверху. Применение контрольных конденсаторов и насадок

полностью решает вопрос контроля за тепловым режимом изотермического процесса в безнапорных полуавтоклавных камерах при tH3 = 100°.

Использование контрольного конденсатора позволяет также чрезвычайно просто и абсолютно надежно решать вопрос автоматического регулирования подачи пара при изотермическом режиме.

О недостатках существующих (примитивных) пропарочных камер

По сравнению с другими тепловыми агрегатами, при­ меняющимися в промышленности, пропарочные камеры обычного типа представляют собой очень примитивные устройства. Возьмем, например, камеры для сушки леса или кирпича. В таких агрегатах места расположения вход­ ных и выходных отверстий и скорости в последних, на­

правление и скорости внутренних циркуляционных токов,

распределение температур и влажности среды по объему камеры берутся не вслепую, а на основании глубоких тео­ ретических и экспериментальных исследований и с учетом богатейшего опыта многих десятилетий.

А как оборудуются камеры для пропарки железобе­

тонных изделий?

На полигонах подлежащее пропарке изделие иногда просто накрывают брезентом, под который и подается пар. При этом воздух и избыток паровоздушной смеси давлением пара неорганизованно удаляются из-под бре­ зента через дыры в самом |брезенте и другие случайные щели и неплотности.

Пропарочная камера обычного типа, будь то ямная или тоннельная, по существу ничем не отличается от ука­

занного выше устройства с брезентом. Здесь также забо­ тятся только о подводе пара, а что происходит дальше, какие развиваются давления, по каким законам совер­ шается движение в камере паровоздушной смеси и куда

удаляется ее избыток, — об этом не заботятся.

При проектировании пропарочных камер не учитыва­ ются правила, несоблюдение которых в других теплотех­

нических устройствах рассматривалось бы как проявле­

23

ние элементарной технической безграмотности. Так, в си­ стемах парового отопления при пуске пара в нагрева­ тельные приборы обязательно предусматривается отвод воздуха из них. Это элементарное правило в пропарочных

камерах не соблюдается.

Еще профессор Грум-Гржимайло примерно полвека

тому назад указал, что для создания более равномерных температур в сушильных камерах и тому подобных устрой­

ствах отвод охлажденной паровоздушной смеси нужно производить из нижней зоны. Это правило, с большой пользой применяющееся в сушильной технике, в системах

воздушного отопления и прочих устройствах при проекти­ ровании пропарочных камер также во внимание не при­ нимается.

Чтобы яснее представить себе недостатки примитив­ ной пропарочной камеры, проанализируем подробно ее работу.

Обычная камера представляет собой яму с кирпичны­ ми или бетонными стенками и полом, закрываемую свер­ ху крышкой с водяным или песочным затвором. Пар по­ дается через перфорированные трубы, уложенные по

периметру камеры у пола, конденсат стекает в канализа­

цию через трап. Работа камеры делится на три стадии:

нагревание паровоздушной среды от начальной темпера­ туры до 80—85°, поддержание этой температуры на по­ стоянном уровне (изотермический режим) и остывание.

Мы уже рассмотрели процесс нагрева герметичной ка­

меры И показали, что внутри ее возникают высокие дав­ ления, которые конструкция камеры не в состоянии вы­ держать. Между тем в проектах это не учитывается и никаких устройств для выхода избытка паровоздушной

смеси не предусматривается. В результате она сама ищет выхода через какие-либо щели и неплотности, способству­ ет их образованию. Всякие попытки устранить в процессе эксплуатации выход паровоздушной смеси из камеры пу­

тем заделки этих щелей и неплотностей совершенно бес­ плодны и свидетельствуют лишь о непонимании элемен­ тарных физических законов. Избыток паровоздушной сме­ си должен выйти из камеры, и он обязательно выйдет, даже если бы для этого пришлось приподнять крышку камеры или разрушить ее стены.

В ямных камерах щели образуются в верхней зоне

(над уровнем земли), под швеллерами водяных затво­

24