Расчет времени разогрева смерзшегося груза

Для выгрузки смерзшегося груза необходимо восстановить его сыпучесть, что может быть достигнуто разогревом или механическим рыхлением груза.

Смерзшиеся грузы разогреваются в гаражах для размораживания грузов (тепляках). Разогрев в тепляках осуществляется следующими способами:

– конвективным теплообменом, когда теплоносителями являются горячие газы,

– комбинированным способом – используется тепловое излучение и конвекция на установках типа ВТИ,

– инфракрасным излучением от специальных газовых горелок на установках с ГИИ (газовые инфракрасные излучатели).

Температура внутри тепляка во всех случаях должна обеспечивать разогрев и сохранность груза, а также сохранность вагона и его оборудования.

На процесс разогрева влияют теплофизические свойства груза, вагона и теплоносителя.

Расчет времени разогрева ведется при условии, что количество тепла Q₁, полученное грузом для восстановления сыпучести, равно количеству тепла Q₂, отданному теплоносителем.

Количество тепла на разогрев груза включает в себя:

– тепло, необходимое для нагревания смёрзшегося груза от начальной отрицательной температуры поверхности груза до температуры замерзания,

– тепло, необходимое для фазовых переходов льда в воду,

– тепло, затраченное на перегрев груза от температуры замерзания до конечной температуры после разогрева.

Так как после окончания разогрева температуры каждой из обогреваемых поверхностей груза и вагона будут различны (из–за различных теплофизических свойств), необходимо рассчитать средневзвешенную конечную температуру разогрева

, ^оС (5.1)

где t_к^гр, t_к^б, t_к^л – допускаемая конечная температура на поверхности груза, бортов (стенок) вагона и выгрузочных люков соответственно, ^оС (принимается по таблице 5.1);

S_гр, S_б, S_л – площадь верхней поверхности груза, боковой поверхности груза, примыкающей к стенкам (бортам) полувагона и нижней поверхности груза (люков) соответственно, м² (рассчитывается исходя из внутренних размеров кузова вагона и высоты засыпания груза в вагоне);

S_об – суммарная площадь трех указанных поверхностей

S_об = S_гр + S_б + S_л, м²

Высота засыпки груза в вагоне определяется

, м (5.2)

где G – грузоподъемность вагона, т

l – длина кузова вагона, м

b – ширина кузова вагона, м

γ – объемная масса груза, т/м³

Количество тепла, необходимое для разогрева груза, определяется по формуле

, кДж (5.3)

где φ – коэффициент смерзаемости груза;

V_гр – объем смерзшегося груза, м³

С_см, С_т – объемная теплоемкость смерзшегося и талого груза, кДж/м³·^оС;

С_ф – теплота фазовых переходов (С_ф=335·10³ кДж/м³);

t_пов – температура поверхности смерзшегося груза;

t_з – температура замерзания груза;

t_к^ср – средневзвешенная конечная температура разогрева;

W – фактическая влажность груза, доли единицы;

W_б – безопасная в отношении смерзаемости влажность груза, доли единицы.

Объем смерзшегося груза определяется:

, м³ (5.4)

Теплофизические свойства груза С_м, С_т, W и W_б принимаются из таблицы 5.2.

Количество тепла, отданного теплоносителем за время разогрева τ_раз с учетом коэффициента полезного действия тепляка, равно:

, кДж (5.5)

где Q_уд – удельный расход тепла на один вагон, кВт/ваг·ч

η – коэффициент полезного действия, доли единицы

Величины Q_уд и η зависят от вида тепляка и принимаются из таблицы 5.1.

Следовательно, время на разогрев будет равно

, ч (5.6)

Таблица 5.1 – Расчетная температура поверхности груза (вагона)

Таблица 5.2 – Теплофизические свойства смерзшихся и талых

насыпных грузов

П р и м е р. В пункт назначения прибыл каменный уголь в смерзшемся состоянии. Для перевозки используется полувагон с металлическими бортами грузоподъемностью 69 т с внутренними размерами кузова 12,7×2,9×2,0 м. Объемная масса угля γ = 0,9 т/м³, фактическая влажность W = 10 %. Температура замерзания груза t_з = – 1 ^оС, температура на поверхности смерзшегося груза t_пов = − 18 ^оС, коэффициент смерзаемости φ = 0,6. Уголь выгружается в тепляке с установкой ГИИ. Рассчитать время на разогрев груза.

Сначала определим средневзвешенную конечную температуру разогрева. Для этого по таблице 5.1 найдем значения температур обогреваемых поверхностей груза и вагона.

t_к^гр = 95 ^оС, t_к^б = 80 ^оС, t_к^л = 130 ^оС

Затем рассчитаем площади поверхностей груза:

верхней S_гр = l·b =12,7·2,9 = 36,83 м²

боковой S_б = 2·l·h_гр + 2·b·h_гр = 2·12,7·2,08 +2·2,9·2,08 = 64,89 м²

так как м

нижней S_л = l·b = 12,7·2,9 = 36,83 м²

суммарную площадь S_об = 36,83+64,89+36,83 = 138,55 м²

Тогда ^оС

Теперь определим количество тепла, необходимое для разогрева. Для этого сначала найдем объем груза в вагоне

м³

Тогда на основании исходных данных и данных таблицы 5.2 получим:

Определим время на разогрев, используя данные таблицы 5.1

ч

6 РАЗМЕЩЕНИЕ И КРЕПЛЕНИЕ ГРУЗОВ НА ОТКРЫТОМ
ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ