Теплозащитные экраны и их расчет

Введение 

Для защиты от лучистой и конвекционной  теплоты, на производстве с интенсивным выделением теплоты, широко применяют стационарные и передвижные теплозащитные экраны,. По типу действия различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны.

 

 Теплоотражательные экраны используются для локализации тепловыделений от поверхности печей, покрытия наружных поверхностей кабин постов управления, кранов.  

 

Для теплопоглотительных экранов используют различные виды стекла: силикатное, кварцевое, органическое. Эти прозрачные экраны применяют для защиты от тепловых излучений машинистов кранов горячих цехов, операторов постов управления. У открытых источников излучения (окна печей, смотровые окна постов управления в горячих цехах) целесообразно применять водяные экраны, так как зеркальная водяная завеса снижает интенсивность излучения в 5—10 раз.

 

Теплоотводящие экраны, представляющие собой полые стальные плиты, в которых циркулирует вода или водовоздушная смесь, обеспечивают температуру на наружной поверхности экрана не выше 30—35 °С. Их устанавливают у стенок мартеновских, стекловаренных печей.

 

По степени  прозрачности экраны делятся на три  класса: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.  

К первому классу относят металлические водоохлаждающие и футерованные, асбестовые, альфовые, алюминиевые экраны. 
 
Ко второму – экраны из металлической сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой. Экраны первого и второго классов могут орошаться водяной пленкой. 
 
К третьему классу относят экраны из различных стекол: силикатного, кварцевого и органического, бесцветного, окрашенного и металлизированного, пленочные водяные завесы, свободные и стекающие по стеклу, вододисперсные завесы..

 

В качестве материалов для непрозрачных теплоотражающих экранов используют альфоль (алюминиевую фольгу), алюминий листовой, белую жесть, алюминиевую краску. Экран состоит из несущего каркаса, отражающей поверхности и деталей крепления к экранируемому оборудованию. (Рис1)  
 
В качестве непрозрачных теплопоглощающих экранов используют металлические заслонки и щиты, футерованные огнеупорным или теплоизоляционным кирпичом, асбестовые щиты на металлической раме, сетке или листе и другие конструкции. Футерованные экраны могут применяться при интенсивности облучения до 10 кВт/м²; асбестовые – до 3 кВт/м². Эффективность футерованных экранов равна примерно 30 %, асбестовых экранов - 60 % 

Непрозрачные  экраны радиационного охлаждения – это сварные или литые конструкции, охлаждаемые протекающей внутри водой. Футерованные теплоотводящие экраны могут применяться при любых интенсивностях облучения, нефутерованные – при интенсивностях 5-14 кВт/м²

Полупрозрачные  экраны применяют в тех случаях, когда экран не должен препятствовать наблюдению или вводу через него инструмента, материалов. В качестве полупрозрачных теплопоглощающих экранов используют металлические сетки с размером ячейки 3-3,5 мкм, цепные завесы, стекло, армированное стальной сеткой.  
Металлические сетки применяют при интенсивностях облучения до 0,35-1,05 кВт/м².  
Эффективность однослойного экрана из сетки 33-50 % . Цепные завесы применяют при интенсивностях облучения 0,7-5 кВт/м². Эффективность цепной завесы около 70 %. Для повышения эффективности можно применять орошение завесы водяной пленкой и устраивать двойные экраны. 
Полупрозрачные теплоотводящие экраны выполняют в виде металлических сеток, орошаемых водяной пленкой. Эти экраны имеют коэффициент эффективности до 75 % и применяют при интенсивностях облучения 0,7-2,1 кВт/м² .

Прозрачные  теплопоглощающие экраны изготавливают из различных бесцветных или окрашенных стекол (силикатных, кварцевых, органических). Для повышения эффективности применяют двойное остекление с вентилируемой воздушной прослойкой. Выбор стекла для смотровых окон постов управления должен производиться с учетом значений интенсивности облучения и температуры источника излучения. Эффективность и допустимые интенсивности облучения для экранов из оконного стекла приведены в таблице 1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет теплозащитных  экранов

Ослабление  теплового потока за экраном связано с его поглотительной и отражающей способностью. Кратность ослабления теплового потока при установке экранов определяется по формуле: 
 
m = E₁/E₂ .  
 
В случае установки n экранов кратность ослабления теплового потока может определяться по формуле  
 
 

где
	Е1 и Е2 - интенсивность теплового облучения на рабочем месте соответственно до и после установки экранов;
	ε 1,2 и ε 1,Э - приведенная степень черноты соответственно источника и рабочего места, и источника и экрана.

    Степень черноты ε полного излучения различных материалов приведена в таблице 2

 

Согласно требованиям  ГОСТ 2.4.- 2.3-183, по которым температура  наружной поверхности экрана не должна превышать 45º С, необходимое число экранов находят по формуле

Эффективность установки теплозащитного экрана оценивается  долей задержанной теплоты и  определяется по формуле: 
 

Таким образом, показатель т определяет, во сколько раз первоначальный тепловой поток на рабочем месте превышал тепловой поток на рабочем месте после установки экрана, а показатель η_э – какая часть из первоначального теплового потока доходит до рабочего места, защищенного экраном. Эффективность η_э для большинства экранов

лежит в пределах 50–98,8%.

 

Заключение

Теплозащитные экраны представляют собой важные условия для безопасного и правильного функционирования любого объекта, подвергающегося воздействию интенсивного выделения тепла.

Исходя из специфики  предприятия и условий, в которых  протекает производственный процесс, целесообразней применять различные виды экранов, наиболее качественно удовлетворяющих потребности того или иного рода деятельности. Знание классификации теплозащитных экранов и их свойств в зависимости от принципа действия и прозрачности, напрямую влияет на безопасность при выполнении задач на предприятиях с повышенным тепловыделением.

Принятие во внимание всех необходимых расчетов, связанных с количеством и  интенсивностью выделяемого тепла, а также с эффективностью защиты от него теплозащитными экранами, является одной из важнейших инженерных задач, необходимой для безопасного и продуктивного функционирования как персонала, так и всего производственного объекта в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Таблица 1

Допустимая  интенсивность облучения Е и эффективность экранов η_э из обычного силикатного стекла

Толщина стекла, мм	Число слоев	ηэ, %	Е, кВт/м2
2	1	51	0,7
2	2	67	1,4
5	1	63	1,05
5	2	79	2,85

 

Таблица 2

Степень черноты ε полного излучения различных материалов

Материал	t °C	ε
Алюминий
полированный	225-575	0,039-0,057
окисленный  при температуре 600 °С	200-600	0,11-0,19
Сталь
листовая шлифовальная	940-1100	0,52-0,61
окисленная  шероховатая	40-370	0,94-0,97
оцинкованная  блестящая	28	0,228
оцинкованная окисленная	24	0,276
луженая блестящая	25	0,043-0,064
Чугун
шероховатый сильноокисленный	40-250	0,95
расплавленный	1300-1400	0,29
Золото полированное	225-625	0,018-0,035
Медь полированная	115	0,023
Асбестовый  картон	24	0,96
Кирпич
динасовый шероховатый	1000	0,8
шамотный глазурованный	1100	0,75
магнезитовый	1500	0,39
силиманитовый	1500	0,29
красный шероховатый	20	0,93

 

 

 

Рис. 1 Теплозащитные  экраны.

 
а – экран из альфоля, уложенного рядами в воздушных прослойках; б – экран из скомканного альфоля в воздушных прослойках; в – комбинированный экран; 
1 – металлический лист; 2 – слой альфоля;  
3 –слой из теплоизоляционного материала;  
4 – профилированный алюминиевый лист;

5 - рамка 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

УрФУ имени  первого Президента России Б.Н. Ельцина

 

Уральский энергетический институт

Кафедра «Безопасность  жизнедеятельности»

 

 

 

 

 

Теплозащитные экраны и их расчет

Курсовая работа

Пояснительная записка

 

 

Руководитель:                                                                                                            Якшина Н.В.

Студент:                                                                                                                     Худяков А.А.                                 ЭН-310601

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2013