Контактных аппаратах

Лазерное излучение может быть использовано не только для упрочнения, но и для локального разупрочнения деталей. Необходимость такой обработки возникает, например, при изготовлении ряда контактных элементов из цветных металлов и сплавов для электронной и электротехнической промышленности.

Гибка [В 21 (изготовление изделий гибкой и т. п. операциями D 11/00, 53/00-53/92; листового металла D 5/00. 13/00; проволоки F 1/00; сортового и профильного металла F 1/00); рельсов и рельсовых стыков на месте укладки Е 01 В 31/08; как способ изготовления (контактных элементов электропроводов Н 01 R 4/16; рельефных орнаментов В 44 С 3/08); труб <В 21 D (7/00-7/16, 9/00-9/18, 15/00); пластмассовых В 29 С 53/04;' стеклянных С 03 В 23/06)]; Гибкие валы <м-жимные соединения деталей машин F 16 В 2/26; шланги, изготовление из проволоки В 21 F 45/06)

Динамический расчет контактных элементов кинематических пар механизмов подобного типа должен выявить условия неразрывности кинематической цепи передачи внешнего воздействия, т. е. неразрывности механического контакта элементов кинематической пары колодки и звена воздействия. Эта: неразрывность осуществится только в том случае, если упругая связь системы является двухсторонней (удерживающей)..

ся с непосредственным механическим взаимодействием деталей. В то же время электрическая цепь может замыкаться и через электропроводящие жидкости и газы. Следовательно, в общем случае схему электрического контакта целесообразно представить в изображенном на рис. 4.2 виде, где между твердыми телами 1 и 2 присутствует некоторое третье тело. В зависимости от вида третьего тела подвижные электрические контакты можно подразделить на контакты с граничным трением (роль третьего тела выполняют самообразующиеся на поверхностях твердых контактных элементов граничные пленки и тонкие пленки электропроводящих смазочных материалов), с жидким трением (третье тело - вводимая в межэлементное пространство электропроводящая жидкость) и с газовым трением (третье тело - газовая среда, например воздух). Устройства, реализующие электрическое взаимодействие между телами через слой электропроводящей жидкости называют также жидкостными, а через газовую среду - бесконтактными коммутирующими устройствами или токосъемниками.

Наиболее распространенным конструктивным исполнением щетки является брусок - прямоугольный параллелепипед или цилиндр. Щетка обычно взаимодействует с цилиндрической поверхностью вращающейся детали или кольца (рис. 4.3). Одним из факторов, влияющих на износостойкость контакта, является скорость V относительного перемещения контактных элементов (см. рис. 4.2), причем с ростом V интенсивность изнашивания также возрастает. Для повышения долговечности путем снижения V используют торцевые токосъемники, в которых щетка выполняется в виде заостренного стержня -иглы, расположенного соосно с вращающейся деталью и контактирующего либо непосредственно с ее торцевой поверхностью (рис. 4.4), либо с торцевой

поверхностью закрепленного на ней диска. При работе такого устройства скорость относительного перемещения контактных элементов мала, однако фактическая площадь контакта также невелика (контакт точечный), что ограничивает область применения токосъемных устройств этой конструкции реализацией слаботочных контактов.

При электрическом взаимодействии с объектами, осуществляющими поступательное перемещение, используются контакты типа "вставка пантографа - контактный провод" или "башмак - контактный рельс". Условия работы указанных устройств аналогичны. Их различие заключается в том, что в первом случае один из контактных элементов (провод) не является жестким и создаваемое усилие F в контакте зависит от формы, которую он принимает, будучи подвешенным между опорами.

На металлических поверхностях контактных элементов с исходной структурой (зона 1 на рис. 4.7) в процессе обработки формируется подповерхностный слой металла с деформированными кристаллами 2, а сразу после обработки - пленки окислов 3, которые воспроизводят микрорельеф. При взаимодействии поверхности с воздухом и со смазочным материалом за счет физической адсорбции или химических реакций на пленках окислов образуется граничный слой. Толщина этого слоя, состоящего из адсорбированных молекул влаги, газов и смазочного материала, соизмерима с высотой неровностей профиля, а структура может несколько различаться в зависимости от химического состава и свойств материалов. Вследствие сил Ван-дер-Ваальса полярные молекулы смазочного материала образуют упорядоченную структуру 4, так называемую "щетку". Близлежащие к поверхности молекулы также ориентируются в поле металла, образуя граничный смазочный слой 5.

При взаимодействии контактных элементов, в общем случае, возможна уп-

При относительном перемещении контактных элементов величина площади реального электрического контактирования определяется вероятностно-статистическим характером взаимодействия ее отдельных участков, а общая величина А'г не постоянна. Следствием этого являются непрерывные во времени флуктуации переходного контактного сопротивления Rm скользящего контакта. Нестабильность значений Rm - одна из основных причин шума и искажений коммутируемых сигналов в слаботочных контактах устройств токосъема средств НК.

На рис. 4.10 и 4.11 представлены примеры элементарных контактных ячеек (а) и эквивалентных схем замещения контактов (б), соответственно, при сухом трении контактных элементов и трении со смазкой. В схемах на рис. 4.10 действуют только термоэлектрические источники ЭДС, создающие общий ток /, в случае подключения внешнего сопротивления RQ, при этом общее сопротивление дискретного контакта Rm определяется сопротив-

В общих чертах устройство и работа Юзовского завода сводится к следующему. Нашатырный спирт, содержащий в среднем 22% аммиака, нагревали в колонных аппаратах для выделения газообразного аммиака, который после просушивания собирали в газгольдере над слоем масла. Из газгольдера аммиак перекачивали в аппараты для смешения с подогретым до 150 °С воздухом. После этого смесь поступала в контактные аппараты (числом 42), оснащенные платиновыми сетками. Образующиеся в контактных аппаратах окислы азота в смеси с водяными парами избытком воздуха охлаждали в алюминиевых змеевиках. Затем смесь направляли в окислительные и поглотительные башни, изготовленные из местного гранита. Для конденсации азотной кислоты служили большие ящики из базальтовых плит, доставленных с Кавказа [39, с. 189].

В КОНТАКТНЫХ АППАРАТАХ

А 65 Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. — Л.! Энергоатомиздат. Ленингр. слд-ние, 1985. — 192 с., ил.

Рассматриваются процессы тепло- и массообмена при непосредственном контакте газа и жидкости в аппаратах энергетических и теплоиспользующих установок. Анализируются закономерности равновесия движущих сил взаимосвязанных тепло- и массообмена. Выведены дифференциальные уравнения интенсивности тепло- и массообмена, позволяющие в единой форме представить расчетные зависимости для любых процессов и аппаратов в широком диапазоне физических и режимных параметров. Приведены алгоритмы и примеры инженерного расчета тепло- и массообмена в контактных аппаратах разного типа: барботажных, пенных, с орошаемой насадкой, камерах орошения.

Многие вопросы повышения эффективности энергетических и теплоиспользующих установок различного назначения связаны с тепло- и массообменом между жидкостью и газом в этих установках или в контактных аппаратах их технических систем.

Утилизация тепловой энергии уходящих газов котельных, дизельных и газотурбинных установок, регенерация тепловой энергии последних, получение нагретой воды в контактных водонагревателях, испарительное охлаждение и гигроскопическое опреснение воды, тепловлажностная обработка воздуха и мокрая очистка газов — вот далеко не полная область применения контактных аппаратов. Это объясняется, во-первых, простотой их конструкции и незначительной металлоемкостью по сравнению с рекуперативными поверхностными теплообменниками, возможностью изготовления из неметаллических материалов; во-вторых,— повышением эффективности установок за счет более полного использования тепловой энергии, возможности улучшения параметров термодинамического цикла, регулирования расхода рабочего тела, внутреннего охлаждения или нагревания установки; в-третьих, — возможностью создания новых установок и их технических систем, обеспечивающих сокращение расхода топлива, воды, материалов, увеличение мощности и производительности, улучшение условий труда и уменьшающих загрязнение окружающей среды. Далеко не полностью еще раскрыты возможности использования процессов тепло- и массообмена в контактных аппаратах энергетических и теплоиспользующих установок. Этому способствует существующий чисто эмпирический подход к расчету, не позволяющий выявить внутреннюю связь физических явлений в сложных процессах тепло- и массообмена, отразить эту связь в расчетных зависимостях и использовать в практической деятельности.

тепло- и массообмена применительно к расчету процессов в контактных аппаратах. Практически единая теория расчета процессов в контактных аппаратах для систем «газ — жидкость» отсутствует. Это затрудняет разработку, проведение исследований, испытаний контактных аппаратов, технических установок и систем, оптимизацию по режимным и конструктивным параметрам, выбор способа и организацию автоматического регулирования, сопоставление аппаратов по эффективности, поиск направлений совершенствования и расширение области применения, вызывает необходимость дополнительных затрат и объемов работ. Таким образом, обобщающие теоретические разработки в области тепло- и массообмена являются актуальными, так как позволяют более правильно, на основе физических представлений, и е меньшими затратами решать поставленные задачи.

Методы расчета тепло- и массообмена в контактных аппаратах, как правило, основаны на использовании коэффициентов переноса, отнесенных к площади поверхности контакта и объему реактивного пространства, коэффициентов эффективности и полезного действия, безразмерных комплексов, включающих произведение коэффициентов переноса на площадь поверхности контакта. Каждая группа методов характеризуется своими особенностями, но все они основаны на эмпирических, в том числе критериальных уравнениях. При этом числа подобия получены из общих уравнений движения, сплошности, теплопроводности и диффузии, выведенных для бесконечно малого объема среды, отражающих элементарный акт переноса, но не учитывающих в должной мере тепло- и массообмена в аппарате в целом.

два порядка. При этом температура жидкости изменялась от температур, близких к температуре плавления, до температур, близких к температуре кипения. Скорости газа достигали околозвуковых. Исследовались процессы разной направленности: с повышением и понижением энтальпии, влагосодержания газа, процессы, близкие к изомерным, и др. Метод опробован при расчете тепло- и массообмена в контактных аппаратах всех основных классов: барботажных, пенных, с орошаемой насадкой и камерах орошения.

В первой главе рассмотрены особенности описания и условий протекания процессов тепло- и массообмена в контактных аппаратах и классификация последних. Во второй главе на основе модельных представлений даны вывод, решение и анализ дифференциальных уравнений интенсивности тепло- и массообмена как основы расчета процессов в контактных аппаратах. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований. В четвертой главе рассматривается метод инженерного расчета процессов тепло- и массообмена в применении к контактным аппаратам различных классов. В пятой главе описываются условия использования контактных аппаратов в энергетических и теплоиспользую-щих установках, схемы их включения, режимы работы; приводятся примеры расчета.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ В КОНТАКТНЫХ АППАРАТАХ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА