Файл: Совершенствование теплового процесса листовой прокатки..pdf

теории конвективного теплообмена известно, что коэффициент а не зависит от рода охлаждаемого металла). Поверхность валка отшли­ фована до чистоты, соответствующей натурным валкам (V6 — V7) .

Указанное выше соотношение диаметра и длины бочки выбрано с целью исключить влияние теплообмена торцов на радиальное тем­ пературное поле модели в средней части бочки.

Валок 5 двумя текстолитовыми конусами 16 установлен в метал­ лических конусах-опорах 4, что позволяет термоизолировать его от опорных роликовых подшипников 3, запрессованных в корпусе 2.

Рис. 26. Модель листопрокатного валка для исследования конвективного теплообмена

Для регулирования теплового расширения конструкция левой опоры выполнена подвижной. Валок вращается от двигателя 12 постоянного тока посредством клиноременной передачи. Электриче­ ская схема двигателя позволяет изменять скорость и направление вращения валка. Обороты валка замеряют с помощью тахогенератора. Нагрев валка моделируется размещенными внутри него шестью электрическими нагревателями 8. Электропитание к контактам спи­ ралей 9 подводится через скользящее устройство, состоящее из гра­ фитовых щеток И и колец 10. Схема электропитания позволяет изме­ нять мощность тепловыделения в широких пределах.

Температуру поверхности и центра валка измеряют хромель-копе- левыми термопарами. Пять термопар 13 вмонтированы на поверхно­ сти валка, а термопара 6 в двухканальной керамической трубке раз­ мещена в центральном отверстии. Все термопары посредством ртут­ ного токосъемника / подключены к электронному автоматическому потенциометру 17, показания которого контролируются другим по­ тенциометром типа КП-59, подключаемым через переключатель. Холод­ ный спай при этом размещен в сосуде Дьюара 19 с тающим льдом.

101

Охлаждающая жидкость подается на валок брызгальным коллек­ тором 7. Температура и давление жидкости замеряются термометром 18 и манометром, смонтированным непосредственно на коллекторе. С валка вода стекает в ванну 15, а затем в мерный бак 14, оттуда по возвратному трубопроводу направляется на станцию подачи жид­

с внутренним коническим каналом (конусность придана для дости­ жения достаточной равномерности расхода по длине). С торца кол­ лектора вмонтированы карман с термометром и штуцеры для дренажа и манометра. Вдоль оси коллектора приварена планка с резьбовыми отверстиями для сопел. Набор сопел и заглушек позволяет собирать и испытывать различные варианты подачи воды или воздуха на валок. Расход жидкости или воздуха определяют по расходным характери­ стикам сопел, полученным на специальных тарировочных установках.

Наряду с описанным коллектором на стенде были испытаны кол­ лекторы других конструкций, применяемых на современных станах. Описанный стенд может быть использован для широкого круга иссле­ дований, связанных с определением наиболее рациональных способов и устройств для охлаждения или подогрева рабочих и опорных вал­ ков листовых прокатных станов.

Определение коэффициентов теплоотдачи а при подаче на валок жидкости и воздуха производят различными методами. В случае жид­ костного охлаждения используют метод регулярного режима [54], а в случае подачи воздуха — калориметрический метод.

Метод регулярного режима основан на определении коэффициента теплоотдачи по темпу охлаждения модели валка. Модель валка пред­ варительно разогревают электроспиралями, размещенными внутри нее, до 130—140° С. Затем питание спиралей отключается и модель приводится во вращение. Первые две минуты для выравнивания ра­ диального температурного поля вращение осуществляется без охлаж-

102

дения жидкостью, а затем включают подачу жидкости и записывают на ленту электронного потенциометра показания термопары, находя­ щейся в среднем сечении валка. Когда температура в центре валка станет равной температуре охлаждающей воды, опыт заканчивают. Расход воды, расположение коллектора и скорость вращения уста­ навливают в соответствии с целями данного опыта.

вают время в секундах, а по оси ординат — логарифм соответствую­ щей разности температур центра валка и охлаждающей жидкости. Через полученные точки 1 я 2 проводят прямую линию (рис. 27). Далее рассчитывают темп охлаждения т, равный тангенсу угла на­ клона полученной прямой к оси абсцисс:

выбирают вспомогательный критерий ij;. Средний коэффициент тепло­

Материал и размеры валка были выбраны с таким расчетом, чтобы увеличить темп охлаждения т, что повысило точность и сократило время эксперимента.

В основу калориметрического метода положена формула Нью­

103

Методика эксперимента заключается в следующем: валок приводят во вращение, включают на определенную мощность внутренние элек­ трические нагреватели модели и подают охлаждающий воздух. Ско­ рость вращения модели, мощность нагревателя, расход воздуха и расположение коллекторов устанавливают в соответствии с целями опыта.

Коэффициент теплоотдачи а с р , отнесенный ко всей поверхности модели валка, определяют в следующем порядке: после того как тем­ пература поверхности валка перестает изменяться во времени (что свидетельствует о выходе на стационарный режим охлаждения), по показаниям приборов измеряют температуру поверхности валка hw, температуру воздуха Ц и мощность w, выделяемую нагревателем.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле

Применение различных методов определения коэффициентов теп­ лоотдачи при охлаждении валка жидкостью и воздухом объясняется тем, что при охлаждении водой температура поверхности валка прак­ тически мгновенно становится равной температуре охлаждающей воды, а это значит, что (tw — //) -> 0 и формулой (157) воспользо­ ваться невозможно. Поэтому для жидкостного охлаждения прихо­ дится применять метод регулярного режима, который не учитывает влияния температуры стенки на величину а с р . При охлаждении воз­ духом величина а с р значительно ниже; следовательно, можно с доста­ точной точностью замерить разность температур поверхности валка

ТЕПЛООБМЕНА ВАЛКОВ С ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮ

По описанной выше методике были выполнены исследования усло­ вий охлаждения модели валка при изменении в широких пределах расхода и температуры жидкости, скорости вращения, конструктив­ ных параметров коллекторов и других факторов.

Цель этих исследований состояла в определении коэффициентов с, clt тип, входящих в критериальное уравнение (156), а также в из­ учении физических процессов и явлений, оказывающих наибольшее влияние на интенсивность конвективного теплообмена валков. При исследовании скорость валка изменяли в пределах 0—8 м/сек, а удель­ ный расход охлаждающей жидкости (воды) от 0,836-Ю- 4 до 46,6 х X Ю - 4 м3 /(сек-м), при этом скорость охлаждающей жидкости Wf на выходе из коллектора изменялась от 10 до 40 м/сек.

Скорость жидкости Wf определяли по формуле wf = — ^ - м/сек,

104

2; 3 мм. Это давало возможность получить при одном и том же расходе разные скорости истечения жидкости. Конструкция коллектора позволяла устанавливать сопла в один, два и три ряда в различной комбинации.

На рис. 28, а представлены зависимости Nu = f (wOKP) при сравни­ тельно небольших расходах жидкости (до 1,9-10"3 м3 /сек). Эти зави­ симости показывают, что при окружной скорости валка около 3 м/сек и более число оборотов начинает сказываться на теплообмене: рост окружной скорости приводит к увеличению а с р . Это явление связано, по-видимому, с выбрасыванием частиц жидкости из пленки центро­ бежными силами, которое усиливает перемешивание в пленке и тепло­ обмен. Дальнейшие исследования показали, что при больших расхо-

105