Что выбрать: пар или воздух?

Производство пара: использование отработанного пара в теплофикации; возможность быстрого повышения давления свежего пара; легкость обнаружения утечек пара.

Недостатками пара являются: потери на конденсацию, увеличивающиеся с увеличением длины трубопровода; неблагоприятные условия работы оборудования (высокая температура, влажность); необходимость тепловой изоляции; неблагоприятные условия труда рабочих.

К преимуществам воздуха относят: меньшие потери при передаче на расстояние; отсутствие конденсатных потерь; уменьшение утечек в самой машине благодаря меньшему расширению деталей от нагревания; упрощен-ные конструкции воздухопровода; условия работы персонала.

К недостаткам воздуха можно отнести: затраты на компрессорную станцию больше, чем на котельную; невозможность повышения давления сверх предела, лимитируемого компрессорами.

Привод ковочных и штамповочных прессов.

Для ГКП применяют следующие основные типы привода: парогидравлические мультипликаторы, НАС, индивидуальный насосный привод.

НАС почти полностью вытеснили прессы с парогидравлическим мультипликатором.

Практически установлено следующее:

1. Для крупных цехов (50-120тыс.т.) остается преимущество в более высокой производительности за чисто гидравлическими прессами.

2. Для средних цехов (15-50тыс.т.) капитальные затраты при гидравлическом приводе на 10-12% , а расход условного топлива на 30—35% меньше, чем при паровом.

3. Для цехов с годовым выпуском менее 15тыс. тонн поковок капитальные затраты на прессовое оборудование и энергетическую базу при гидроприводе на 20-25% выше, чем при паровом, но расход топлива меньше в 2 раза.

Выбор параметров пара для привода молотов и прессов.

Давление свежего пара при работе на выхлоп (противодавление 1,1 кг/см²) принимают для ковочных молотов – 6-7 кг/см², для штамповочных – 7-9 кг/см².

При использовании отработанного пара противодавление увеличивают обычно не более, чем до 1,8 – 2 кг/см², и соответственно повышают давление свежего пара, что увеличивает расход последнего. При использовании отработанного пара для сушилок или отопления противодавление повышают до 3-4 кг/см². Соответственно увеличивается и расход свежего пара.

Поэтому решение вопроса об использовании отработанного пара надо принимать в соответствии с расчетами, доказывающими его экономическую целесообразность. При этом необходимо учитывать, что количество отработанного пара будет меньше израсходованного пара на величину потерь от конденсации и утечек.

В цехах, работающих на сухом насыщенном или перегретом паре, эти потери при разветвленных трубопроводах свежего и отработанного пара можно принимать 10-12%.

(6.32)

В цехах, работающих на насыщенном паре с большим количеством конденсата, потери составляют 18-22%.

(6.33)

Перегрев пара допускается не более, чем до 240ºС при входе пара в кузнечный цех. При более высокой температуре усложняется работа сальников молотов.

Давление пара для парогидравлических прессов принимают в зависимости от конструкции пресса. Обычно применяют давление 11-13 кг/см², но иногда – до 15 кг/см².

Когда в цехе работают на паре и молоты и прессы, давление пара устанавливают по прессам, а пар, идущий к молотам, дросселируют.

Расчет расхода пара. Расход пара молотами и прессами.

Расход пара при детальном проектировании можно определить следующим образом:

1. по рабочему объему цилиндров и числу ходов машин;

2. по индикаторной мощности машин;

3. по эмпирическим формулам.

1) Определение расхода пара по рабочему объему цилиндра молота.

Объем выпускаемого в цилиндр свежего пара за один ход молота – можно приближенно определить по формулам:

, (6.34)

где

D – диаметр цилиндра, см;

d – диаметр штока, см;

S – ход поршня, см;

Σ – отсечка (величина отсечки – для молотов свободной ковки – 0,45, для штамповочных молотов – 0,65-0,75);

γ – удельная масса пара, м³;

n – максимальное число ударов молота в минуту при полном ходе.

Средний часовой расход пара можно подсчитать по формуле:

(6.35)

где:

К₁ – коэффициент использования молота во времени;

К₂ – коэффициент использования возможного числа ходов, т.е. отношение числа фактически используемых ходов к теоретическому;

К₃ – коэффициент увеличения расхода пара в связи с физическим состоянием молота (см. табл. № 7)

Величины коэффициентов К₁, К₂, К₃

Таблица 7

Вид молота и вес его падающих частей	К1	К2	К3
1	2	3	4
Ковочные
До 750 кг	0,7-0,75	0,6-0,65	1,2-1,5
750-1500 кг	0,55-0,65
1500-2500 кг	0,45-0,5	0,6-0,65	1,2-1,5
2500-4000 кг	0,35-0,4
4000-5000 кг	0,3-0,35
Штамповочные
До 1000 кг	0,88	0,75-0,8	1,2-1,5
1000-3000 кг	0,86	1,2-1,55
Свыше 3000 кг	0,85		1,2-1,65

Расход пара парогидравлическим мультипликатором пресса определяют по средне часовому расходу пара:

. (6.36)

Коэффициент наполнения Σ (отсечки) равен 1. Коэффициент К₁ – 0,65-0,7. Коэффициент К₂ должен приниматься с учетом предполагаемых технологических процессов. Коэффициент К₃ равен 1,1-1,3.

Для сравнительно небольших прессов усилием до 2000 тс иногда возвратные цилиндры делают паровыми, расчет расхода пара последними ведут по рабочему объему цилиндра.

Ориентировочно расход пара на возвратные цилиндры составляет 44-50% от его расхода на рабочие ходы в мультипликаторе.

2) Определение расхода пара по индикаторной мощности.

При этом методе средний часовой расход определяют по формуле:

, (6.37)

где:

N_инд – индикаторная мощность молота; определение ее дано в /1/;

q – расход пара в кг на индикаторную л.с. в час (для исправных моло-тов q=24-30 кг/л.с.ч.)

3). Определение расхода пара по эмпирическим формулам

Средний расход пара молотом в час можно определить по эмпиричес-кой формуле Ветчинкина:

, (6.38)

где

G – масса падающих частей молота.

При укрупненном проектировании расчет расхода пара производят по укрупненным показателям.

Однако, средний часовой расход пара определяют на основании опытных данных для молотов и прессов в зависимости от веса падающих частей молота или усилии пресса. Например, для 1-тонного молота средний расход пара составляет 920-970 кг/час. Для парогидравлического пресса 1000-2500 кг/час и на возвратные цилиндры 800 кг/час и т.д. Подобные количественные данные приведены в справочной литературе.

Средний суммарный часовой расход пара кузнечным цехом на привод молотов и прессов определяют как сумму средних часовых расходов пара отдельными молотами и прессами:

(6.39)

без учета потерь пара в трубопроводах.

Годовой расход пара по цеху без учета потерь в трубопроводах:

, (6.40)

где

− средние часовые расход пара отдельными машинами;

− действительные годовые фонды времени отдельных единиц оборудования (час);

− коэффициенты загрузки отдельных единиц оборудования.

При разработке проекта снабжения цеха паром необходимо знать не только средний часовой расход пара, но и возможные колебания этого расхода.

В частности, важно знать максимальный часовой расход пара цехом и продолжительность этого расхода, что необходимо для определения мощности котельной.

Максимальный часовой расход пара по цеху.

, (6.41)

где:

К_одн – коэффициент одновременности работы оборудования (0,8-0,85).

Продолжительность наибольшего часового расхода пара по цеху определяется максимальным временем непрерывной работы одного из молотов или прессов.

Данные о величине потерь на конденсацию и утечку пара уже приводились. Для новых цехов потери следует принимать 10-15% от расхода пара в машинах-орудиях, в случае применения перегретого пара потери можно снизить до 3-5%.

Расход пара на обдувку штампов и подогрев баков в травильном отделении. Обдувка штампов в настоящее время производится паром или воздухом.

Обдувка воздухом предпочтительнее, так как при этом улучшаются условия работы и увеличивается стойкость штампов. Но для обдувки воздухом нужно предусматривать специальную разводку воздухопроводов. В тех случаях, когда обдувка воздухом нецелесообразна, ее проводят свежим па-ром, который берут от трубопровода, идущего к молоту.

Данные о расходе пара на обдувку штампов даются в % от расхода на работу молотов в зависимости от веса падающих частей.

Для молотов от 0,5 до 1,5т – 14% от расхода на работу молота, для мо-лотов 2-4т – 8%, свыше 4т – 5%.

Расход пара на обдувку штампов можно подсчитать также по формуле свободного истечения из сопла:

(6.42)

где:

F – площадь сечения сопла, м²;

P – давление пара, кг/м²;

V – удельный объем пара, м³/кг.

Действительный расход пара будет меньше, чем подсчитанный по этой формуле, так как обдувку производят с перерывами.

Для молота с весом падающих частей до 1,5т расход пара на обдувку штампов следует принимать не более 70-80% от полученного по формуле, а для более крупных молотов – от 30 до 40%.

Расход свежего пара на нагрев и подогрев баков в травильном отделении можно принимать равным 180-200 кг на тонну поковок, подвергающихся травлению.

Паропроводы.

Все детальные чертежи и расчеты паропроводов выполняют специалисты по энергетике. В технологической части проекта необходимо приближенно наметить систему паропроводов и учитывать ее при планировке оборудования.

Проектирование паропроводов начинают только после того, как закончена планировка всего оборудования цеха, определены расходы пара всеми потребителями и известно место ввода паропроводов в здание кузнечного цеха и место вывода отработанного пара для утилизации.

Основные требования к паропроводам заключаются в следующем:

1. минимальная их длина при минимальном количестве изгибов;

2. паропроводы не должны мешать выполнению технологических процессов и работе местного и общецехового транспорта;

3. расположение паропроводов должно быть согласованно с другими проводками в цехе (воздухо-, газо-, нефтепроводы, электрические кабели и т.д.);

4. паропроводы должны иметь компенсаторы теплового расширения, необходимую аппаратуру для удобного обслуживания и ремонта, причем должно обеспечиваться отдельное включение и отключение от сети каждого молота или пресса, а также групп машин;

5. иметь достаточное поперечное сечение и необходимую теплоизоляцию.

В крупных цехах паропроводы располагают в тоннелях под средним главным проходом цеха. Отвод к отдельным молотам осуществляют по коротким поперечным проходам. Этот способ имеет много преимуществ в удобстве обслуживания, не загромождает цех, но удорожает строительство.

В средних цехах, в однопролетных зданиях, магистральные паропроводы прокладывают поверху, вдоль продольных стен цеха на специальных кронштейнах.

В двух- и многопролетных зданиях паропроводы прокладывают по колоннам внутри здания. К отдельным молотам паропроводы отводятся вдоль стен или колонн, под полом и затем вверх к машинам.

В цехах с небольшим количеством молотов и малоразвитыми подъем-нотранспортными средствами отвод паропровода к машинам от магистрального паропровода производится прямо поверху.

Диаметр паропровода рассчитывают по часовому расходу пара потребителем по формуле:

(6.43)

где

Q_расч – часовой расход пара, кг/час;

с – скорость протекания пара, м/сек (для свежего насыщенного пара с=20-40 м/сек; для отработанного пара с=40-45м/сек);

υ_уд – удельный объем пара, м³/кг.

Действительный расход пара будет меньше, чем подсчитанный по этой формуле, так как обдувку проводят с перерывами. Для молота с весом падающих частей до 1,5т расход пара на обдувку штампов следует принимать не более 70-80% от полученного по формуле, а для более крупных молотов − от 30 до 40%.

Расход свежего пара на нагрев и подогрев баков в травильном отделении можно принимать равным 180-200 кг на тонну поковок, подвергающихся травлению.