CC BY
69
технических наук. Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина. Москва, 1999.
4. Севрюгина, Н. С. Инфографическая модель комплексной безопасности транспортных и технологических машин // Безопасность труда в промышленности. - 2011. - № 6. - С. 72-74.
5. Севрюгина, Н. С. Теория формирования технической безопасности полного жизненного цикла транспортных и технологических машин: монография. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. - 179 с.
Sevryugi^ Nadezhda Savelievna, candidate of technical Sciences, associate Professor of the Department "Service and repair of cars", Prioksky State University", Orel, Russian Federation (e-mail: nssevr@yandex.ru) VEHICLE AND A VARIATIONAL INTERPRETATION OF THE DEVELOPMENT OF THEIR DIVERSITY
Abstract. The analysis of the underlying theories requires multidisciplinarity research activities. The analysis techniques for identifying computational elements for a variety of transport vehicles as technical systems. The proposed computational model for the quantitative assessment of diversity with time as positional coordinates. It is proven that a systematic approach allows the process of changes in technical condition of the car to present as a set of interacting components. Introduced the concept of the focused useful result, which further may become a tool that creates a regular interaction between all system components.
Keywords: study, system, structure, variety, useful, vehicle, operation
УДК 620.179.82
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ И ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВОГО ЭКРАНА ПРИ ТЕПЛООБМЕНЕ
ИЗЛУЧЕНИЕМ Селезнев Николай Прохорович, к.т.н., профессор, Московский государственный машиностроительный университет
(МАМИ), г. Москва, Россия (e-mail: vvchernov@mail.ru) Чернов Владимир Викторович, к.т.н., доцент, Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана (МГТУ им.Н.Э.Баумана), г.Москва, Россия
Описывается способ определения интегральной степени черноты и влияния экрана при теплообмене излучением. Рассматривается конструкция установки для измерения степени черноты и влияния экрана.
Ключевые слова: теплообмен излучением, степень черноты, угловые коэффициенты, приведенный коэффициент излучения, тепловой экран, лабораторная установка, электрический нагреватель, термопара, измеритель - регулятор, регулятор мощности, амперметр, вольтметр.
В высокотемпературных установках передача тепла происходит в основном за счет излучения. При расчетах теплообмена излучением используются радиационные характеристики конструкционных материалов в ши-
роком диапазоне температур. Одной из основных радиационных характеристик поверхностей теплообмена является степень черноты (излучатель-ная способность), зависящая от химического состава материала, температуры, спектральных характеристик излучения, углов падения и отражения, состояния поверхности. Расчетным путем эти зависимости получить невозможно, поэтому значения степени черноты определяют экспериментальным путем.
В замкнутой системе из двух поверхностей теплообмена лучистый тепловой поток от первой поверхности на вторую может быть рассчитан по формуле
Ql2 = C
пр
100
i т \ 1 2
100
■ F1 ■ Р12
, Вт.
Q\2 - тепловой поток от первой поверхности на вторую, Вт;
Т] и Т2 - температуры соответствующих поверхностей, К;
Г] и Г2 - поверхности теплообмена первого и второго тел, м2;
Спр - приведенный коэффициент излучения, в общем случае равный:
(1)
С =
^пр
с0
1 +
1 - 1Л
\е1
<Р12 +
^ - ,Л
Р21
Вт/(м2^К4).
(2)
£\ и е2- степень черноты первой и второй поверхности;
(12 и (21 - угловые коэффициенты, соответственно, с первого на второе тело и со второго на первое тело;
2 4
Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м •К ).
В новой лабораторной установке, созданной в процессе модернизации оборудования лаборатории [1], замкнутая система двух поверхностей представляет собой нагреваемую снизу металлическую пластину размером Г], расположенную горизонтально и обращенную верхней излучающей поверхностью в окружающее пространство помещения лаборатории с поверхностью стен Г2. В связи с тем, что Г2 >> Г1, в уравнении (2) для приведенного коэффициента излучения (12 = 1, а (р21 = (Г1/ Г2) « 0, тогда Спр = 81'Со = С12.
Лучистый тепловой поток от пластины с температурой Т1 в окружающее пространство с температурой Т2 будет
Q12 =£1 ■ Q
100
с т л т2
100
■ F
, Вт. (3)
Над пластиной Г1, обогреваемой с нижней стороны, в нужный момент времени, размещается такая же вторая металлическая пластина, представляющая собой экран (Гэ). Между плоскопараллельными пластинами и Гэ угловые коэффициенты (1э = (э1 = 1.
Приведенный коэффициент излучения между ними будет:
4
4
4
4
С1э -
С
0
1 1 1
— +--1
1
Тепловой поток от экранирующей пластины в окружающую среду по аналогии с уравнением (3) запишем
Qэ2 -—э ' СС
{ Т \ 1 э
100
4
V
Г Т \ Т 2
100
• к
Э
Вт.
(4)
Этот же тепловой поток будет поступать от Г] на К
Э
Qlэ - С
1э
100
г т \
ТЭ 100
• к
, Вт. (5)
Тот же самый тепловой поток представляет собой исходящий от поверхности Г] в окружающую среду (к) при наличии между ними экрана
^э2 — С1э2
Т1
Г Т \ Т 2
100
• к
V100У ч ,
, Вт. (6)
С1э2 - приведенный коэффициент излучения от поверхности Г1 в окружающую среду при наличии экрана (ГЭ).
Если степень черноты тел и экранов различны, т.е. —то приведенный коэффициент излучения в такой системе определяют по формуле:
С — С -
пр ^1э2
С
0
С
0
1
12
'А - 1Л
V—эi
1
+
' 2 -;
12
V—э
(7)
Здесь —2 - приведенная степень черноты между поверхностью Г1 и окружающей средой без экрана, в данном случае — =б1 или С12 = С0—2 = С0 • Е1. Тогда:
С1э2 — 1
С0
— С0 • —э2
— +--1
— —э . (8)
Нетрудно заметить, что наличие экрана между поверхностями Г1 и Г2 (окружающая среда) существенно снижает приведенный коэффициент из-
С С лучения от 12 до 1э2 .
При одинаковых температурах излучающей поверхности Г1 (Т1) и окружающей среды Т1 уменьшение теплового потока от установки экрана будет равно отношению:
4
4
4
4
4
П = СС^— = 1 + 2 8-8,
С1э2 _С0__8э
1 2 1 — +--1
81 8э (9)
На основе вышеуказанных расчетов разработана лабораторная установка (рис.1), которая позволяет:
1. Экспериментально определить степень черноты 81 излучающей поверхности Г1 из уравнения (3) без установки теплового экрана при измерении электрической мощности нагревателя.
2. Экспериментально определить степень черноты 8 экранирующей поверхности по аналогии с определением 81.
3. Определить влияние теплового экрана на уменьшение теплового потока от излучающей поверхности Г1 при поддержании одинаковой температуры Т1 без экрана и при его наличии по отношению Q12/ Q1э2.
Установка состоит из излучающей поверхности, электрического нагревателя в виде спирали из нихрома, уложенной в пазы на шамотно-волокнистой плите, регулятора мощности и контрольно-измерительных приборов. Размеры нагревателя соответствуют размерам излучающей поверхности и обеспечивают ее равномерный нагрев снизу. Излучающая поверхность имеет в центре зачеканенную термопару ХА. Над излучающей поверхностью на высоте 10 мм может устанавливаться пластина (экранирующая поверхность) такого же размера с термопарой в центре.
Кроме указанных выше двух термопар на установке расположены еще две термопары: одна вблизи спиралей нагревателя, а вторая на наружном корпусе установки (снизу). Показания термопар через переключатель передаются на измеритель - регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1 (рис.1).
Электрическое питание нагревателя от сети проходит через регулятор мощности. Значение мощности рассчитывается по показаниям амперметра и вольтметра.
Эксперименты заключаются в записи показаний термопар, величин напряжения и электрического тока на нагревателе при установившихся режимах для расчетного определения степени черноты излучающей поверхности (81), экранирующей поверхности (8э) и уменьшения лучистого теплового потока от внесения теплового экрана.
1 иал>рм~1
11 ' . >■''"' ■ г , ' Г - "
ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ЧЕРНОТЫ И ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВОГО ЭКРАНА ПРИ ТЕПЛООБМЕНЕ ИЗЛУЧЕНИЕМ МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ
лу-ил
МОЩНОСТЬ
Рис. 1. Установка для определения степени черноты и влияния теплового экрана при теплообмене излучением между поверхностями.
Электрическая мощность, выделяемая на нагревателе и подчитываемая по току и напряжению ^эл), отличается от лучистого теплового потока, исходящего от излучающей поверхности ^12) на величину потерь теплопроводностью через кладку Qкл (тепловую изоляцию нижней части нагревателя) и теплоотвода за счет свободной конвекции Qк:
0эл- Qкл- ^ = Q12 = ^^луч
Потери тепла через кладку определим по формуле
Qкл =
т3 - т 2
к
Х
+
кл
а
конв
где Т3 - температура нагревателя, °С;
аконв - коэффициент теплоотдачи конвекцией от наружной поверхности стенки в окружающую среду (аконв = 15 - 20 Вт/(м •К), 1/аконв = 0,05 - 0,06 (м2-К)/Вт) [2];
8- толщина кладки, м;
Х- коэффициент теплопроводности кладки, Вт/(м-К).
Тепловая изоляция выполнена из шамотно-волокнистой плиты (ШВП). Поверхность кладки соответствует площади излучающей поверхности, под которой расположен нагреватель, т.е. К =К1.
Тепловой поток от излучающей поверхности за счет свободной конвекции принимаем в 10% от Qкл [2].
Таким образом, лучистый тепловой поток от излучающей поверхности в стационарном состоянии будет равен разности между замеренной электрической мощностью и суммой тепловых потоков теплопроводностью через
кладку и конвекцией от излучающей поверхности (бкл+бк), в определенном температурном интервале, т.е.
блуч = Яп = Qэл - бкл " бк = бэл - бкл • 1,1
При стационарном температурном режиме без экрана по уравнению (3) находим степень черноты ^ излучающей поверхности:
бэл - бкл • 1,1
f Ту Л 4 Т 1 2 4 "
Q — • F
V100 у V100 у
Из второго стационарного режима при наличии экрана и при температуре излучающей поверхности Т1, равной температуре Т], при первом режиме, находим экспериментально лучистый тепловой поток от излучающей поверхности
б1э2 = бэл - бкл •1,1
Определяем, во сколько раз уменьшился тепловой поток от внесения экрана по экспериментальным данным: П = б12/б1э2.
Используя уравнение (4) и учитывая, что б1э2 = бэ2 находим степень черноты экранирующей поверхности £э:
б1э2
Еэ =
Сп
V100 у
С Т л T2
100
• F
Э
По уравнению (9) находим во сколько раз уменьшится тепловой поток от излучающей поверхности при внесении экрана, если температура излучающей поверхности и окружающей среды одинаковы:
п =
Cl2 = 1 + 2 Е— Е
С
1
Лэ2 °2
Сравниваем полученное значение с результатами экспериментов.
Список литературы
1. Селезнев Н.П., Чернов В.В., Сучков А.Ф. Разработка новых лабораторных установок на кафедре теплофизики и экологии МГВМИ//Современные автомобильные материалы и технологии (Саммит-2011): сборник статей III Международной научно-технической конференции. Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. С. 118-121.
2. Герцык С.И., Чернов В.В. Теплотехника: тепловой расчет камерных печей: учеб. пособие. М.: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 93 с.
Seleznev Nicolai Prohorovich, Cand.Tech.Sci.,
Professor
Moscow state engineering University (MAMI), Moscow, Russia Chernov Vladimir Victorovich, Cand.Tech.Sci.,
associate Professor
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE EMISSIVITY AND THE INFLUENCE OF HEAT SHIELD WHEN THE HEAT EXCHANGE BY RADIATION
4
4
Abstract. Describes a method for determining the integrated emissivity and the impact of the screen if radiation heat transfer. The paper presents the design of equipment for measurement of degree of blackness and the impact of the screen.
Keywords: radiation heat transfer, the emissivity, the angular coefficients emissivity, heat shield, laboratory equipment, electrical heater, thermocouple, meter - regulator, power regulator, ammeter, voltmeter.
УДК 621.919.2
АНАЛИЗ ОБРАБОТКИ ПРОТЯГИВАНИЕМ ФАСОННЫХ ОТВЕРСТИЙ ВАЛОВ-ШЕСТЕРЕН ПРИВОДОВ БУРОВЫХ
УСТАНОВОК Селезнев Юрий Никитович, к.т.н., профессор Евсеев Евгений Юрьевич, аспирант Кочергин Виталий Сергеевич, магистр ЮГО-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
В статье представлены результаты анализа обработки протягиванием фасонных отверстий валов-шестерен приводов буровых установок. Представлена разработка по унификации базового отверстия валов-шестерен с целью сокращения количества протяжного инструмента, используемого при обработке фасонных отверстий.
В конструкции приводных механизмов буровых устройств современных буровых установок моделей ПБУ для передачи крутящего момента от привода буровой установки на буровой механизм используются три типа валов-шестерен (заводские номера изделий 1ВСМ 11.03Б.008, 1ВСМ 11.03.008 и ЛБУ-18-02), изготавливаемых из стали 40Х по ГОСТ 4543-71 с твердостью НВ 215...302. Для выполнения служебного назначения валы-шестерни с заводскими номерами 1ВСМ 11.03.008 и ЛБУ-18-02 имели центральное шестигранное отверстие неправильной формы (рис. 1, поз. б) с диаметрами отверстия в заготовке 71 мм (изделие ЛБУ-18-02), 72 мм (изделие 1ВСМ 11.03.008) и 65 мм (1ВСМ 11.03Б.008) и диапазоном длин (L) изделий от 285 до 300 мм при длине протягиваемых поверхностей (l1 + l2) 165 и 170 мм и диаметром (H) цилиндрических частей отверстий после протягивания 80 и 82,5мм (таблица 1). В вал- шестерне с заводским номером 1ВСМ 11.03Б.008 в качестве базового использовалось квадратное отверстие (рис. 1, поз. а).
Единственным инструментом, обеспечивающим качественную и эффективную обработку таких фасонных отверстий, является протяжной инструмент. Из анализа технологии обработки фасонных отверстий протягиванием в изделиях ЛБУ-18- 02, 1ВСМ 11.03.008 и 1ВСМ 11.03Б.008 следовало, что для их протягивания использовались три комплекта трехпроходно-го протяжного инструмента, включающих девять типоразмеров гранных протяжек с длиной от 1300 до 1500 мм каждая (таблицы 2.5).
