Проєктування конструкції камерної печі для нагріву металевих виробів
Автор: Кучма Марта Ігорівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Існуючі нагрівальні печі в більшості сконструйовані з урахуванням розміщення у великих виробничих площах. Застосування в таких печах роликових або конвеєрних подів як основних способів транспортування металу ускладнює їх розміщення в діючих цехах. Удосконалена конструкція нагрівальної печі для нагрівання заготовок перед гартуванням передбачає переміщення заготовок у печі по компактному жароміцному барабані, що обертається, з повітряним охолодженням валу. Така запропонована конструкція з транспортуванням прокату в термічних печах з барабанним механізмом, зменшує габарити печі, спрощує механізми транспортування не має водо охолоджуваних елементів, знижується ресурсо споживання. Конструкція забезпечує сталу температуру в робочому просторі печі за рахунок видачі нагрітого металу дрібними порціями. Заготовка проходить шлях у печі за тридцять хвилин, одночасно здійснюється завантаження нової холодної заготовки, і проводиться вивантаження нагрітої. Нагрівання металевих виробів у камерній печі здійснюється рекупе- ративними пальниковими пристроями. Застосування систем автоматизації інженерних завдань суттєво прискорює час виконання розрахунків під час виконання інженерних завдань різних рівнів. Використання програм подібного типу в інженерній практиці дає можливість внесення змін до процесу проектування з мінімальними витратами. Метою роботи є проведення теплотехнічних розрахунків камерної печі барабанного типу та моделювання газодинамічного режиму в робочому просторі печі на основі створення комп’ютерної моделі у програмному модулі Fluent ANSYS. Об’єктом дослідження є технологічний процес нагрівання металевих виробів перед гартуванням і камерна барабанна піч. Предметом дослідження є конструктивно- технологічні параметри і режими роботи камерної печі барабанного типу. Виконана робота присвячена дослідженню теплової роботи камерної печі барабанного типу, призначеної для нагрівання заготовок перед гартуванням методом комп’ютерного моделювання. В результаті виконання магістерської роботи в першому розділі подано опис конструкції і принцип роботи камерної печі барабанного типу, наведено коротку характеристику інженерного аналізу ANSYS, мету і задачі досліджень. У другому розділі наведено теплотехнічний розрахунок камерної печі барабанного типу. Здійснено розрахунок часу нагріву виробів, розмірів печі , питомої продуктивності, вибір паливо спалюваних пристроїв та процесу горіння палива, теплової роботи печі. Встановлено характерну температуру металу, подано розрахунок теплової роботи печі та витрат палива Таким чином, розраховано основні теплотехнічні характеристики печі, отримано дані її теплового балансу. Третя частина роботи присвячена комп’ютерному моделюванню газодинаміки, виконаному на основі отриманих у другій частині розрахункових даних. Для того, щоб отримати розподіл температур та швидкостей газів у робочому просторі печі та температуру продуктів згоряння на виході з пальника, було проведено комп’ютерне моделювання процесу газодинаміки з використанням модуля ANSYS Fluent. Моделювання проводилося в кілька етапів, результати представлені у вигляді зображень температурних полів і полів швидкостей основних компонентів горіння. На підставі отриманих даних було виконано моделювання газодинаміки робочого простору камерної печі. Максимальна швидкість на виході із сопла становила 260 м/с, а максимальна температура горіння 2241 ?С. Найбільше значення температури повітря становило 828 ?С. З використанням модуля ANSYS Fluent було проведено комп’ютерне моделювання робочого простору камерної печі барабанного типу для нагрівання заготовок під час гартування. Після завершення комп’ютерного моделювання отримано візуалізацію результатів розподілу швидкостей і температури газу, векторний розподіл швидкості потоків газу в робочому просторі камерної печі, а також векторний розподіл швидкості газових потоків у зоні факелів ГРС-150. Таким чином, в результаті роботи виконані теплотехнічні розрахунки камерної печі барабанного типу стосовно сучасної проектної конструкції. Отримані результати на основі комп’ютерної моделі дозволили оцінити ефективність роботи сучасної конструкції камерної печі барабанного типу з постійною температурою робочого простору. Розроблена конструкція та спосіб транспортування виробів у робочому просторі печі можуть бути використані також для термообробки прутків, труб, смуги та сортового прокату різної форми. Ключові слова: камерна барабанна піч, робочий простір, температура, метал, гартування, горіння.