Курсовой проект по дисциплине Механика жидкостей и газов задание icon

Курсовой проект по дисциплине Механика жидкостей и газов задание



Смотрите также:
Курсовой проект по дисциплине: «Прикладная механика» «Расчет вертикального аппарата...
Рабочая программа дисциплины молекулярные механизмы вязкости жидкостей и газов...
Пояснительная записка включает в себя следующие элементы: Титульный лист и задание на курсовой...
Примерная программа дисциплины гидравлика (механика жидкости и газа) Рекомендуется...
Курсовой проект по дисциплине "Организация эвм, комплексов и систем"...
Курсовой проект по дисциплине Основы горного производства Тема: Проект проведения однапутевого...
Курсовой проект по учебной дисциплине «Микропроцессорные средства» на тему «Система охранной...
Курсовой проект по дисциплине: Прикладная механика пояснительная записка тема: Проектирование...
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 02. 05 «Механика жидкостей...
Курсовой проект по курсу «Основы конструирования приборов и машин»...
Задание на курсовой проект...
Стандарт



скачать


Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова

(технический университет)


УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

/ Гальнбек А.А. /

« » 2001 г.

Кафедра печей, контроля и автоматизации


металлургического производства.


^ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


По дисциплине Механика жидкостей и газов


ЗАДАНИЕ

Студенту группы ЭП-97 з Кравчуку Олегу Стефановичу

  1. Тема проекта: Фурма вертикального кислородного конвертера.

  2. Исходные данные к проекту: Параметры кислорода на коллекторе фурмы:

Давление -1,2 Мпа (абс) , температура -50 0С , расход кислорода –150 м 3/мин

3. Содержание пояснительной записки: 1) Общие требования (описание конвертера, его назначение, описание фурмы вертикального кислородного конвертера и т. д.); 2) Численный расчет.

4. Перечень графического материала: Чертёж фурмы

5. Срок сдачи законченного проекта 30 ноября 2000г.

Руководитель проекта профессор / Гальнбек А.А. /

Дата выдачи задания: 26. 05. 2000г.


Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации


Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова

(технический университет)


^ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


По дисциплине: Механика жидкостей и газов


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Тема: Расчёт кислородной фурмы вертикального конвертера


Автор: студент гр. ЭП-97 з Кравчук О.С.


ОЦЕНКА:________________

Дата:_____________________

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель проекта профессор Гальнбек А.А.


Санкт-Петербург

2000 год

Аннотация

Целью данного курсового проекта является гидравлический расчет кислородной фурмы вертикального конвертера. Представлен профиль рабочего объёма вертикального конвертера. Дано описание фурмы кислородного конвертера и её техническая характеристика.

Гидравлический расчет является одним из важнейших инженерных расчетов при проектировании конструкции кислородной фурмы. Только благодаря правильно подобранным и рассчитанным параметрам фурмы возможна эффективная и безопасная эксплуатация вертикальных кислородных конвертеров.


The summary

The purpose of the given course project is the hydraulic account of a oxygen form vertical cask. The profile of workers volume vertical cask. The description form oxygen cask and he technical characteristic.

The hydraulic account is one of major engineering accounts. Only due to the correctly picked up and counted arguments of a forms the effective and secure exploitation of vertical oxygen casks.


Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………....5

1. Общая часть……………………………………………………………………………..6

    1. Назначение конвертера…………………………………………………………….6

    2. Форма конвертера………………………………………………………………….6

    1. Кислородная фурма..…………………………………………………………...7

  1. Техническая характеристика кислородной фурмы..…………………………………10

  2. Численный расчёт……………………………………………………………………..14

Список использованной литературы……….…………………………………………...21


Введение


Гидроаэромеханика-одна из основных инженерных дисциплин, на которых базируется металлургическое производство. Для металлургического производства гидроаэромеханика имеет двоякое значение. Первое определяется специфическими особенностями самих процессов производства металлов, которые, как правило, проходят в жидких средах и (или) с участием газообразных сред. Вторая сторона дела заключается в том, что металлургическое производство является крупнейшим промышленным потребителем воды и воздуха, а также других жидкостей и газов (мазута, природного газа и др.) и одновременно источника образования различных жидких и газообразных сред (сточных вод разного состава, газообразных продуктов металлургических процессов и сжигания топлива в металлургических печах и др. Подача и удаление всех этих жидких и газообразных материалов и продуктов требует обширной системы транспортных каналов (водопроводов, воздухопроводов, газоходов и т. п.) и энергетического оборудования, обеспечивающего эту транспортировку (насосов, компрессоров, вентиляторов и др.).

Гидроаэромеханика, таким образом, совершенно необходима как для организации и управления технологическими процессами металлургического производства, так и для проектирования и правильной эксплуатации многообразного оборудования для транспортировки жидкостей и газов.


1.Общая часть

1.1. Назначение конвертера: Конвертер служит для продувки штейнов, с целью болей тщательной очистки получаемого металла от примесей, путём реакции окисления. В конвертер через фурму вдувается обогащённый кислородом воздух вследствии чего происходит окисление сульфида железа и его шлакование добавляемым кварцем, а так же окисление серы и удаление её через газоход на получение серной кислоты.

1.2. Форма конвертера: Профиль рабочего объёма, образованный футеровкой, у отечественных конвертеров обычно имеет вид показанный на рисунке № 1.




D

Н








^

Рис. № 1. Профиль рабочего объёма конвертера



Суживающаяся кверху горловина примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположена суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим днищем. Сужение нижней части и сферическая форма днища предотвращают образование застойных зон при циркуляции металла в конвертерах с верхней продувкой.

^ Размеры конвертера: Профиль и размеры конвертера должны обеспечить прежде всего продувку без выбросов. Основными параметрами, определяющими возможность работы без выбросов, являются удельный объём (объём рабочей полости, приходящийся на 1 т. жидкого металла, м 3 / т ) и отношение высоты рабочего объёма к его диаметру Н / D.

Симметричное расположение горловины конвертера обеспечивает ввод кислородной фурмы по оси конвертера и равное удаление высокотемпературной подфурменной зоны от стенок конвертера. Благодаря этому достигается равномерный износ футеровки стен и горловины.

1.3. ^ Кислородная фурма: Применяемые в современных кислородных конвертерах многосопловые фурмы выполняют из трёх концентрично расположенных стальных труб, снабжённых внизу головкой (наконечником) с соплами. Полости, образованные трубами, служат для подачи к головке кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды.






Рис № 2 Многосопловая кислородная фурма.


1-3-стальные трубы; 4-сальниковое уплотнение; 5-патрубок для подачи кислорода; 6-компенсатор; 7-сменная часть наружной трубы; 8-медная головка фурмы; 9-сопло; 10-выемка.






Рис.3. Одноструйная фурма с соплом Лаваля.


Кислород и вода от магистральных внутрицеховых сетей к фурме подаются по гибким резинотканевым шлангам со специальной металлической оплёткой.

Фурма, закреплённая в каретке, перемещается вместе с ней при помощи двух параллельных цепей по вертикальным направляющим вдоль оси конвертера. Подъём и опускание фурмы осуществляется механизмом с бесконечной цепной передачей.

Механизм перемещения фурмы состоит из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического редуктора, ведущих звёздочек и барабана для каната контргруза. На нижнем конце направляющих каретки установлены обводные звёздочки.

Чтобы избежать разрушения фурмы в результате напряжений, вызываемых различным тепловым расширением труб (наружная труба удлиняется сильнее, чем более холодные внутренние), в фурме предусматривают компенсирующие устройства. В фурмах с центральным подводом кислорода на внутренней трубе устанавливают сильфонный компенсатор (гофрированный металлический шланг) в сочетании с телескопическим соединением на средней трубе, либо предусматривают подвижное сальниковое уплотнение вверху наружной трубы в сочетании с сильфонным компенсатором на внутренней трубе.

Головка фурмы является сменной. Головки выполняют сварными из медных и стальных элементов и в некоторых случаях литыми из меди. Сварная головка включает наружную тарелку с патрубком, внутреннюю тарелку, вваренные в тарелки сопла и распределитель воды. Головку обычно соединяют с трубами сваркой. Применяют также головки, соединяемые резьбой с внутренней и сваркой с наружной трубами фурмы.

Сопла и нижнюю тарелку сварных головок, обращённые в конвертере к зоне наиболее высоких температур (до 2600 0С), выполняют из меди. Медь имеет низкую температуру плавления (1083 0С), но благодаря высокой теплопроводности обеспечивает быстрый отвод и передачу тепла охлаждающей воде, поэтому даже в зоне высоких температур головка не перегревается и сохраняет прочность. Для изготовления головок применяют бескислородную медь марок М-0, М-1; сварку головок ведут под защитным газом.

Современные фурмы имеют в головке от четырёх до шести-семи выходных сопл Лаваля, которые преобразуют энергию давления кислорода в кинетическую и обеспечивают сверхзвуковую скорость кислорода (500 м / с) на выходе из сопла. Сопла располагают в головке веерообразнорасходящимися.

Воду для охлаждения фурм подают под давлением 0,8 – 1,2 МПа. Расход воды рассчитывают таким образом, чтобы перепад температур воды на входе и выходе не превышал 30 0С, для предотвращения выпадения из воды солей жёсткости. По этой же причине карбонатная жёсткость применяемой воды не должна превышать 70 мг * экв / кг. Скорость воды во внешней трубе фурмы должна быть >= 5 м/с для предотвращения образования паровых пузырей.

Основные размеры сопл Лаваля определяют расчётом, так чтобы они обеспечивали сверхзвуковую скорость истечения кислорода; для этого давление кислорода перед соплом должно быть 1,0 – 1,2 МПа и более.


β/2

d вх d кр d вых




^

Рис. № 4. Сопло Лаваля



Диаметр критического (минимального) сечения сопла Лаваля можно определить по формуле, мм:






, где V – расход кислорода через сопло, м3/мин;

Р – давление кислорода перед соплом, МПа (на 0,4 – 0,7 МПа меньше давления в кислородопроводе перед фурмой).

Диаметр входного сечения dвх принимают равным (1,1 – 1,3) dкр; длину сужающейся части – равной (0,5 – 1,0) dкр.

Угол раскрытия β сопла составляет 6 – 10 0;

Диаметр выходного сечения dвых равен 1,2 – 1,5 dкр;

Длина расширяющейся части равна:




Внутренний диаметр кислородопроводящей трубы фурмы (Dт) определяют из выражения:

, где dкр – диаметр критического сечения выходных сопл Лаваля;

n – число сопл в фурме.


2. Техническая характеристика кислородной фурмы:

Скорость передвижения фурмы, м/сек:

максимальная……………………………………………………….………….2,03

средняя…………………………………………………………………..1,02 – 1,09

минимальная………………………………………………………….0,074 – 0,211

Ход фурмы, мм……………………………………………………………..…….12 330

Мощность двигателя механизма подъёма фурмы, квт……………………………..16

Средний расход кислорода при продувке, м3/мин………………………………...300

Давление кислорода, кн/м2 (атм):

перед шлангом………………………………………………………...…1175 (12)

перед соплом…………………………………………………………….…784 (8)

Скорость потока кислорода в выходном сечении сопла, м/сек………………….496

Расход воды на охлаждение фурмы, м3/ч……………………………………….…120



  1. ^ Численный расчёт.

1. Рассчитаем количество воздуха подаваемое на фурму при рабочих условиях:

Т = 500 С, Р = 1,2 МПа

а) Находим плотность при заданном нам давлении и температуре.

,

где 0 – плотность при 200 С (0 = 1,2 кг/м3;.)

Т, Т0 - заданная температура и температура при 200 С (К) (Т0 = 293 К)

Р, Р0 – заданное давление и давление при нормальных условиях (кг/м2);.

0 = 101,3 кПа)

(кг/м3)

б) Находим массовый расход воздуха:



где Q0 – расход при начальных условиях (Q0 = 2,5 м3/с)

(кг/с)

в) Рассчитываем расход воздуха приходящийся на фурму при рабочих условиях



3/с)

2. Задаемся скоростью. Теоретически для наших условий скорость воздуха может находиться в пределах от 70 до 80 м/с. Примем W = 80 м/с.


3. Рассчитываем диаметр трубопровода по формуле:



= 0,182 (м)

Принимаем по ГОСТ 3262-62 ближайший диаметр трубы.

d = 186 мм = 0,186 м

4. Находим поперечное сечение заданной нами трубы:



2)

  1. Рассчитываем скорость движения воздуха в трубе с принятым диаметром.



(м/с)

  1. Рассчитаем потери напора в трубопроводе. Поскольку диаметр трубопровода у нас одинаков, то



где g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м2/с)

l – длина трубопровода (l = 10,75 по данным комбината Североникель)

 - коэффициент трения


7. Находим коэффициент трения 

Значение коэффициента трения определяется рядом условий, в первую очередь режимом движения жидкости Re. Границей перехода из одного режима движения в другой считается критическое значение Reкр = 2320. Критерий Рейнольдса – количественная мера режима движения жидкости. Число Рейнольдса является безразмерной величиной. При Re  Reкр режим движения ламинарный, при Re  Reкр режим турбулентный.

а) Рассчитываем критерий Рейнольдса



где  - кинематический коэффициент вязкости, взятая при заданной нам температуре (м2/с)

при Т = 500 С  = 0,00188 м2



7915  Reкр – значит исследуемый нами режим движения жидкости является турбулентным.

б) Так же для определения коэффициента трения , нужно определить является ли труба гидравлически гладкой или гидравлически широховатой.

Для этого рассчитаем величину ламинарного подслоя  (мм)



= 2,47 * 10-3 (м)

в) Далее считаем состояние поверхности стенки, которое оценивается велечиной абсолютной широховатости , которая равна средней высоте выступов шероховатости, и характером самих выступов (их формой, частотой и т. п.). Одновременно учесть все эти факторы трудно, поэтому для характеристики состояния стенки вводится понятие эквивалентной шероховатости Кэ. Под ней понимается такая высота выступов шероховатости, образованной песчинками одинакового размера, которая дает ту же самую величину коэффициента трения , что и интересующая нас стенка.

Как показывает опыт, в гидравлически широховатых трубах коэффициент трения определяется не столько абсолютной величиной шероховатости (Кэ), сколько отношением этой величины к диаметру трубопровода Кэ /d, называемым относительной шероховатостью.



Для бесшовных стальных труб (новые и чистые)

Кэ = 0,01 – 0,02 мм

Тогда (м)

При условии, что , труба является гидравлически широховатой, если , то труба гидравлически гладкая. В нашем случае труба является гидравлически гладкая.

г) Рассчитываем коэффициент трения - по формуле Блазиуса:






8. Определяем потери напора в трубопроводе





9. Находим полный набор трубопровода Н

Н = а + (с + b ) * Q2 = а + с * Q2 + b * Q2

где а, b, с – константы для нашего трубопровода

а)

где hгеом – геометрическая (геодезическая) высота подачи воздуха. В нашем случае, мы не совершаем подъём воздуха и поэтому величиной hгеом – принебрегаем.

Следовательно

Р2 и Р1 – давление в начале и на выходе воздуха из фурмы

 - удельный вес воздуха при рабочих условиях

 =  * g

 = 12,94 * 9,8 = 126,81

а = 1400 – 1200 / 126,81 = 1,58

б)

W2, W1 – скорость воздуха в конце и в начале фурмы соответственно.



в) b* Q2 = hпот = 2,29

H = a + c * Q2 + b * Q2

H = 1,58 + 29,51 * 2,08 + 2,29 = 65,25 (м)

10. Расчитываем сопло Лаваля для нашей кислородной фурмы.

а) Диаметр критический (минимальный) рассчитывается по формуле:



где Р1 – давление кислорода перед соплом, МПа (на 0,4-0,7 МПа меньше давления в кислородопроводе перед фурмой)

Р1 = 0,5 * Р = 0,5 * 1,2 = 0,6 МПа

Q = 125 м3/мин

=50,5 (мм)

б) Диаметр входного сечения dвх принимают равным (1,1 – 1,3) dкр

(мм)

в) Длину суживающейся части принимают равной (0,5 – 1,0) dкр

lc = 0,7 * 50,5 = 35,6 (мм)

г) Диаметр выходного сечения dвых принимают dвых = (1,2 – 1,5) dкр

(мм)

Угол раскрытия  составляет 6 – 100


д) Длина расширяющейся части равна:



(мм)
^

Список использованной литературы.


1 Баптизманский В. И. Теория кислородно-конвертерногоп процесса, М: 1975.

2 Гальнбек А. А. Гидромеханика в металлургическом производстве, Л:, Изд. ЛГИ, 1991г.-130 с.

3 Идельчик И. Г. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М: Изд. Госэнерго, 1960.-184 с.

  1. Якушев А. М. Справочник конвертерщика, Челябинск, Металлургия, 1990.

  2. Якушев А. М. Общая мелаллургия: учебник для вузов – 4-е изд.,-М., Металлургия ,1985.-480с.

6 Янилович И. А. Трубы стальные, чугунные и баллоны, М: Металлургия, 1966.






Скачать 138,87 Kb.
оставить комментарий
Дата28.09.2011
Размер138,87 Kb.
ТипКурсовой проект, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх