Анализ эффективности охлаждения вала печного вентилятора, оснащенного устройствами стержневого типа

Abstract

The design of the device for air cooling of the shaft of the furnace fan of the rod type of three standard sizes is proposed. During the experiments at the experimental stand, the convective heat transfer from the surface of these devices to the environment at a different shaft rotation frequency was obtained critically. It is established that in the range of variation of the relative length of the rods from 3.3 to 6.1, a regime close to the self-similar mode takes place, where the heat transfer from their surface is described by a universal dependence. In the range of variation of the relative length of the rods from 6.1 to 8.6, the experimental data are generalized in the form of a power law with a proportionality coefficient that depends on the ratio of the shaft diameter to the outer diameter of the device. The least coefficient of heat transfer from the external surface was found in ST–346 with the largest outside diameter and, correspondingly, the longest rods, which is apparently due to the fact that in the process of heat transfer from the shaft to the environment, the limiting heat exchange section is the heat supply by heat conduction along Axis of the rods. The highest heat transfer coefficient under comparable conditions is observed in ST–286 with medium rods, where the heat supply is more balanced by thermal conductivity along the rods and its removal from their external surfaces by convection to the environment. When comparing the data obtained with CT–286 and CT–220, it was found that at the same shaft rotation frequency, the heat transfer coefficient over the surface of CT–286 is about 15–20 %, which is associated with a decrease in intensity Air blowing shortened rods ST–220 due to the decrease in their average linear speed of movement along the circumference. From the analysis of the results obtained, it follows that the most effective in comparable conditions is the device with a maximum diameter of 346 mm, where the dissipated thermal power in the steady state is 1.1 times higher than that of the device with a diameter of 286 mm and 2.0 times greater than Devices with a diameter of 220 mm. The obtained materials can be useful in the design and design of heating and thermal furnaces using forced coolant circulation.

Предложена конструкция устройства воздушного охлаждения вала печного вентилятора стержневого типа трех типоразмеров. В ходе исследований на экспериментальном стенде получены в критериальном виде зависимости конвективной теплоотдачи от поверхности этих устройств в окружающую среду при различной частоте вращения вала. Установлено, что в диапазоне изменения относительной длины стержней от 3,3 до 6,1 имеет место режим, близкий к автомодельному, где теплоотдача от их поверхности описывается универсальной зависимостью. В диапазоне изменения относительной длины стержней от 6,1 до 8,6 экспериментальные данные обобщены в виде степенной зависимости с коэффициентом пропорциональности, зависящим от величины отношения диаметра вала к внешнему диаметру устройства. Наименьший коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности оказался у СТ–346 с наибольшим внешним диаметром и, соответственно, наиболее длинными стержнями, что, по-видимому, связано с тем, что в процессе теплопередачи от вала в окружающую среду лимитирующим участком теплообмена является подвод тепла теплопроводностью вдоль оси стержней. Наибольший коэффициент теплоотдачи в сопоставимых условиях наблюдается у СТ–286 со средними стержнями, где более сбалансированы подвод тепла теплопроводностью вдоль стержней и отвод его от их внешних поверхностей конвекцией в окружающую среду. При сравнении полученных данных по СТ–286 и СТ–220, было установлено, что при одинаковой частоте вращения вала, коэффициент теплоотдачи по поверхности у СТ–286 больше, чем у СТ–220 примерно на 15 – 20 %, что связано с уменьшением интенсивности обдувки воздухом укороченных стержней СТ–220 вследствие снижения их средней линейной скорости движения по окружности. Из анализа полученных результатов следует, что наиболее эффективным в сопоставимых условиях является устройство с максимальным диаметром 346 мм, где рассеиваемая тепловая мощность в установившемся режиме больше в 1,1 раза, чем у устройства диаметром 286 мм и в 2,0 раза больше, чем у устройства диаметром 220 мм. Полученные материалы могут быть полезны при разработке и проектировании нагревательных и термических печей с использованием принудительной циркуляции теплоносителя.