Размещено на http://www.allbest.ru/

КИНЕТИКА НАРАЩИВАНИЯ ЛЬДА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ

А.А. Храпов, В.И. Полтавцев, В.И. Мяленко

Область применения льда широкая. Для Сибири актуально использование гранулированного льда для строительства ледовых переправ. Для решения задачи получения потребного количества ледяных гранул предложен метод кипящего слоя.

Объем льда, расходуемого при строительстве ледовых переправ, измеряется сотнями и тысячами метров кубических для малых и средних переправ. Наиболее быстрый способ замораживания слоев льда представляет собой замораживание смеси ледяных гранул льда с водой.

Гранулированный лед получают при замораживании воды в льдогенераторах или дроблением готовых речных глыб льда.

Эти способы обладают следующими недостатками:

1) при замораживании воды наблюдается низкая скорость замораживания из-за малого коэффициента теплопроводности образуемого льда, по сравнению с металлом;

2) дробление льда в больших масштабах требует значительных энергетических затрат из-за прочностных свойств льда.

Нами предложен метод получения гранулированного льда в кипящем слое.

Экспериментальная установка с плоским кипящим слоем (рис. 1.) представляет собой камеру постоянного сечения с равномерно распределенными технологическими отверстиями в её основании.

Рис. 1 Схема установки с плоским кипящим слоем А- всасываемый поток, Б- нагнетаемый поток, В- регулировочный поток, Г- выхлоп, Д- затравка; 1- всасывающий трубопровод, 2-регулировочная заслонка, 3- тройник, 4- гибкий рукав, 5- рама, 6- рукав ввода в камеру, 7- распределительная решетка, 8- камера кипящего слоя, 9- рычаг уплотнительного устройства, 10- выпускной трубопровод, 11- перепускной трубопровод, 12- вентилятор, 13- электродвигатель

Облегчение операций загрузки и разгрузки камеры ледяными гранулами, а также псевдоожижение льда в самой камере, осуществлено за счет быстрого отделения камеры от аппарата с помощью прижимающего механизма.

Работа установки осуществляется следующим образом. По всасывающему трубопроводу- 1 и гибкому рукаву- 4 вентилятором- 12 засасывался холодный атмосферный воздух. Поток этого воздуха через тройник- 3 по рукаву- 6 подается через решетку- 7 в камеру кипящего слоя- 8. Привод вентилятора осуществлялся электродвигателем- 13, который крепится к раме- 5.

Загрузка камеры- 8 ледяной затравкой осуществляется при отжатии фланца выпускного трубопровода- 10 при помощи рычага- 9.

С помощью регулировочной заслонки- 2 нагнетаемый поток воздуха - Б регулируется по своей величине: от режима начала кипения до режима устойчивого псевдоожижения при максимальных размерах гранул льда. Избыток воздуха - В сбрасывается по трубопроводу - 11.

Во время кипения гранул через отверстие во фланце выпускного трубопровода - 10 циклически впрыскивалась вода, размер капель которой можно оценить как 0,4…1,8 мм.

Схема эксперимента в плоском кипящем слое:

1. Подготовка аппарата к работе:

а) охлаждение всасывающего и нагнетающего участка воздуховода путем запуска и холостой работы аппарата; б) охлаждение воды до температуры, близкой к нулевой, путем добавления в емкость с водой снега либо ледяной крошки.

2. Отделение камеры от аппарата:

а) выключение установки; б) отжатие прижимающего устройства; в) извлечение камеры.

3. Загрузка камеры гранулами затравки (ледяными гранулами малых размеров).

4. Взвешивание камеры с исходными гранулами.

5. Стыковка загруженной камеры с аппаратом.

6. Пуск аппарата.

7. Работа аппарата (считается с момента подачи ледяной воды в камеру, с этого же момента запускается секундомер).

8. Остановка аппарата (секундомер отключается).

9. Отделение от аппарата камеры кипящего слоя.

10. Взвешивание камеры с конечными ледяными гранулами.

Экспериментальная установка с вихревым кипящим слоем (рис. 2.) состоит из рамы - 1, на которой смонтированы всасывающая труба - 2 и вентиляторная установка- 4, соединенные друг с другом гибким рукавом - 3.

Рис. 2 Схема устройства аппарата с вихревым кипящим слоем: 1 - рама; 2 - всасывающая труба; 3 - гибкий рукав; 4 - вентиляторная установка; 5 - распределитель; 6 - крышка; 7 - прокладка; 8 - промежуточный фланец; 9 - вкладыш; 10 - регулировочная прокладка; 11 - заслонка; 12 - фланец камеры кипящего слоя; 13 - камера кипящего слоя; 14, 15 - крышки; 16 - выхлопная труба; 17 - устройство подачи ледяной воды; 18 - гибкий шланг; 19 - штуцер; 20 - бутыль; 21 - термометр

Выпускной патрубок вентиляторной установки соединен с фланцем нижнего горизонтального окна распределителя - 5.

Фланец верхнего горизонтального окна распределителя - 5 соединен с фланцем камеры кипящего слоя - 12, причем, между ними вложены уплотнительная прокладка - 7, промежуточный фланец - 8, вкладыши - 9 с регулировочными прокладками из полос бумаги - 10 и заслонка - 11.

Фланец бокового наклонного окна распределителя - 5 герметично закрыт крышкой - 6.

Камера кипящего слоя - 13 закрыта в верхней части крышками 14 и 15, причем, соединение крышки - 15 предусматривает её быстрое снятие либо закрытие при загрузке камеры кипящего слоя гранулами затравки.

В отверстие крышки - 14 встроена выхлопная труба - 16.

С целью подачи ледяной воды в камеру кипящего слоя во время рабочего процесса применяется устройство - 17, представляющее собой бытовой пульверизатор, у которого вместо распрыскивающей насадки надет гибкий шланг - 18 со штуцером - 19.

Штуцер - 19 плотно вставляется в сквозное отверстие крышки - 15.

Охлаждение воды до температуры, близкой к нулевой, осуществляется в прозрачной пластиковой бутылке - 20, путем частичной ее загрузки колотым льдом либо снегом.

Для измерения температуры воздуха перед вентилятором и в рабочей камере применяются термометры - 21, ртутный и электронный, соответственно.

Принцип действия аппарата. Холодный атмосферный воздух засасывается с улицы через всасывающую трубу - 2 с - 3 и подается в распределитель - 5, который служит для распределения:

- потока воздуха между вентилятором и камерой при работе аппарата;

- потока готовых гранул между камерой и выгрузным окном при выгрузке аппарата.

Распределитель - 5 представляет собой «Л»-образный корпус из двух сообщающихся каналов, на концах которых выполнены технологические окна, причем, одно из окон, которое непосредственно совмещается с окном в основании камеры кипящего слоя, является общим для обоих каналов.

С целью выгрузки намороженных гранул из камеры кипящего слоя, общее окно распределителя - 5 (которое совмещается с окном в основании камеры кипящего слоя -13) смещено в сторону выгрузного окна таким образом, что нижняя стенка выгрузного канала полностью перекрывает поток гранул при разгрузке аппарата.

Увеличение либо уменьшение количества подаваемого воздуха в камеру кипящего слоя, либо выгрузка из неё готовых гранул осуществляется заслонкой - 11 при её смещении в горизонтальном направлении.

Для обеспечения прямолинейного движения заслонки, снижения сопротивления при её скольжении, между фланцами - 8 и 12 установлены вкладыши - 9 с регулировочными прокладками - 10, причем суммарная их толщина превосходит толщину заслонки, настолько, что фиксация заслонки является ощутимой при её перемещении от руки.

Промежуточный фланец - 8 аналогичен по форме с фланцем верхнего горизонтального окна распределителя - 5, на котором он установлен, отличается от фланца распределителя высокой степенью «плоскности» и большей жесткостью. кипящий слой гранулированный лед

Благодаря этому, сохраняется герметичность соединения при сравнительно легкой подвижности заслонки.

Заслонка - 11 представляет собой прямоугольную пластину, в которой, с целью выгрузки аппарата, прорезано прямоугольное отверстие с размером, соответствующим отверстию во фланце камеры кипящего слоя.

Также в центральной части заслонки выполнен ряд продолговатых сквозных отверстий, служащих для изменения количества подаваемого воздуха в камеру кипящего слоя и одновременно являющихся отверстиями распределительной решетки этой камеры.

Для удобства перемещения заслонки, на одном из её концов выполнено продолговатое отверстие, причем, на таком расстоянии от края, что бы образуемая ручка удобно обхватывалась кистью руки.

Схема эксперимента в вихревом кипящем слое:

1) перемещение заслонки в положение «выгрузка» для max продувки аппарата;

2) пуск вентилятора и выдержка с временем с целью охлаждения стенок рабочей камеры аппарата;

3) охлаждение воды до 0 ^оС в бутылке устройства подачи воды и взвешивание вместе с бутылкой;

4) занос с улицы гранул затравки, их взвешивание и засыпка в рабочую камеру, при этом аппарат был предварительно выключен, заслонка смещена в положение «закрыто»;

5) закрытие загрузочного окна ячейки крышкой с уплотнением и пуск вентилятора;

6) перемещение заслонки в положение подачи воздуха через распределительную решётку до момента начала циркуляции гранул;

7) выдержка установки с временем циркуляции гранул без подачи воды, с целью их охлаждения до min температуры;

8) подача ледяной воды в рабочую камеру с одновременной фиксацией времени начала процесса наморозки;

9) продолжение подачи воды с добавлением потока воздуха, по мере посадки слоя гранул;

10) прекращение подачи воды в момент посадки слоя (момент прекращения циркуляции гранул), фиксация времени прекращения наморозки;

11) смещение заслонки в положение «закрыто» и выключение аппарата;

12) открытие крышки выгрузного окна, перемещение заслонки в положение «выгрузка», после чего происходит ссыпание намороженных гранул льда в предварительно установленную коробку;

13) взвешивание их массы с последующим выставление на улицу;

14) взвешивание массы оставшегося количества воды в бутылке;

15) занесение полученных результатов в журнал эксперимента.

Результаты экспериментов в плоском и вихревом кипящем слое представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1

Результаты экспериментов в плоском кипящем слое

Таблица 2

Результаты экспериментов в вихревом кипящем слое

Аннотация

1. Бобков В. А. Производство и применение льда / В. А. Бобков. М: Госторгиздат, 1977. 232 с.

2. Лавров В. В. Деформация и прочность льда. Л., Гидрометеоиздат, 1969. 205 с.

3. Телов В. И. Наплавные мосты, паромные и ледяные переправы / В. И. Телов И. М. Кануков. М.: Транспорт, 1978. 384 с.

4. Тодес О. М. Аппараты с кипящим зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы / О. М. Тодес, О. Б. Цитович. Л.: Химия, 1981. 296 с.

Размещено на Allbest.ru