【導(dǎo)讀】4其它資料:本設(shè)計(jì)工廠有自己的礦山，其它條件均符合建廠要求，工廠氣象條件符合設(shè)計(jì)要求。大氣壓強(qiáng)（夏季）：720mmHg. 材料選材計(jì)算與散熱計(jì)算，有關(guān)性能指標(biāo)計(jì)算，設(shè)計(jì)及附屬設(shè)備一覽表、設(shè)計(jì)評(píng)述，參考資料。1)要求每個(gè)人獨(dú)立完成，允許討論，但不能抄襲，鼓勵(lì)創(chuàng)新。②有關(guān)設(shè)備的選型,設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中應(yīng)說(shuō)明其選取依據(jù)，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取，亦應(yīng)說(shuō)明其來(lái)源。①圖紙必須按工程圖標(biāo)準(zhǔn)繪制，鼓勵(lì)用計(jì)算機(jī)繪圖。②圖紙上必須注明設(shè)備主要尺寸及有關(guān)說(shuō)明，圖面應(yīng)清潔、整齊。—--（第3周）：整理提交計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙以及其它設(shè)計(jì)資料，答辯。

　　

【正文】 ； 第二級(jí)旋風(fēng)筒 C2, h1== ； 第三級(jí)旋風(fēng)筒 C3， h1== 第四級(jí)旋風(fēng)筒 C4, h1== 第五級(jí)旋風(fēng)筒 C5, h1== 。 （ 2） 錐體高度 第一級(jí)旋風(fēng)筒 C1，一般取 h2=h1 = m ；其他級(jí)旋風(fēng)筒 , h2=(~ )D； 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 第二級(jí)旋風(fēng)筒，取 h2= ； 第三級(jí)旋風(fēng)筒，取 h2= ； 第四級(jí)旋風(fēng)筒，取 h2= ； 第五級(jí)旋風(fēng)筒，取 h2= ； （ 3） 錐角 根據(jù) 2e2htan = Dd? ， 得 α 1= 176。， α 2=α 4=α 3=α 5=176。 式中： de—— 排料口的直徑（ m） ；統(tǒng)一取 de= 1m 。 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口尺寸 （ 1） 進(jìn)風(fēng)口的橫截面積 根據(jù)inVF?? ，可以算得 F1= （ m2） ， F2= （ m2） ， F3= （ m2） ， F4= （ m2） ， F5= （ m2） 。 式中： ω in—— 旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速（ m/s）；一般取 15~20 m/s；這里取 18 m/s 。 （ 2）旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口高、寬一般取 b/a =1~2 ；旋風(fēng)筒各級(jí)尺寸為： b1= , a1= ； b2= , a2= ； b3= , a3= ； b4= , a4= ； b5= , a5= ； 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口尺寸 進(jìn)旋風(fēng)筒的風(fēng)量 V(m3/s) 旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速 win(m/s) 18 18 18 18 18 進(jìn)風(fēng)口截面積 F(m2) 高寬比 b/a 高 b（ m) 寬 a(m) 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 排氣管（內(nèi)筒）尺寸 （ 1） 內(nèi)筒外徑 d =(~)D； 取 d1= d2= d3= d4= d5= 。 （ 2）內(nèi)筒插入深度：最上一級(jí) h3 /b 約為 ；中間各級(jí) h3 可取（ ） b 最上一級(jí)旋風(fēng)筒 C1 ： h3 == ；中間級(jí)旋風(fēng)筒 C2 ： h3== m ； C3 ： h3== m ； C4 ： h3== ； 最下一級(jí)旋風(fēng)筒 C5 ： h3 == 排氣管（內(nèi)筒）尺寸 d/D d(m) h3/b h3 旋風(fēng)筒其他相關(guān)尺寸 （ 1）下料管位置及內(nèi)徑 聯(lián)接處高度 h4/d≈ 2 ；各級(jí) h4= m 。 內(nèi)徑 d0 = ????（ 1 1 7 .6 8 + 2 7 + 2 .5 6 ） 6 0 0 0 1 0 0 00 .0 0 1 9 2 M = 0 . 0 0 1 9 2 = 1 . 0 8 7 4 9 41 0 0 2 4 2 m （ 2） 旋風(fēng)筒之間聯(lián)接管道 的內(nèi)徑： 4Vd=?? 可得： d1= ； d2= ； d3= m ； d4= m ； d5= m ； 式中： V—— 管道內(nèi)氣體的流量（ m3/s）； ω —— 管道內(nèi)氣體的流速（ m/s）；一般在 10~20，取 ω =18 m/s 。 （ 3）旋風(fēng)筒的鋼板厚度 3D= +? m 第一級(jí) D1= D2= mm D4= D3= D5= ； （ 4） 由于本設(shè)計(jì)懸浮預(yù)熱器的旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口處理的風(fēng)量較大，故綜合考慮后，選擇 180176。蝸殼式旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口。其尺寸：擴(kuò)張度 f=a+c(Dd)/2 ；偏心度武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 e=f/2 ； 偏心圓半徑 R1= e+D/2。其中 c 在 0 ~ (Dd)/2 內(nèi) 。 表 51 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸表 旋風(fēng)筒 C1 C2 C3 C4 C5 擴(kuò)張度 f 偏心度 e 偏心圓半徑 R1 旋風(fēng)筒 結(jié)構(gòu)尺寸表 表 52 旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)尺寸表 旋風(fēng)筒級(jí)數(shù) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 四級(jí) 五級(jí) 筒數(shù) 1 1 1 1 1 旋風(fēng)筒直徑 D(m) 內(nèi)筒外徑 d (m) 內(nèi)筒深度 h3(m) 圓柱體高度 h1 (m) 錐體高度 h2 (m) 錐角α ( 176。 ) 進(jìn)風(fēng)口高度 b (m) 進(jìn)風(fēng)口寬度 a (m) 排料口直徑 de (m) 1 下料管內(nèi)徑 d0 (m) 下料管聯(lián)接處高度 h4 (m) 聯(lián)接管道內(nèi)徑 dl (m) 鋼板厚度（ mm） 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 耐火材料的設(shè)計(jì)理念 查參考資料【 6】 P12 可知 預(yù)熱器對(duì)耐火材料一般有以下要求： 預(yù)熱器 外層 一般 為導(dǎo)熱系數(shù)低，強(qiáng)度也較低的保 溫材料， 如輕質(zhì)粘土磚； 內(nèi)層的 工作面為有一定強(qiáng)度且能夠較好抵抗堿性物質(zhì)侵蝕的耐火材料 ；筒 體最外層為鋼板，厚度取3? =10mm。 對(duì)于一、二級(jí)預(yù)熱器， 其耐火材料 可采用黏土質(zhì)耐堿耐火材料，以降低成本和提高保溫效果；在堿含量達(dá)到一定數(shù)量并有可能逐步富集的部位， 如 三級(jí)以下的預(yù)熱器，應(yīng)考慮耐火度為 1100℃以上的耐堿耐火材料。 耐火材料的主要參數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù)： ? ?3 4 5 .3 6 W / mk ??????℃ 材料的 厚度計(jì)算 根據(jù)參考資 料【 3】附錄中 的相關(guān)知識(shí)，查得如下參數(shù)： ： 密度： 32070kg/m? ? 最高使用溫度： 1300～ 1400℃ 平均比熱： ? ?30 . 8 4 0 . 2 6 1 0 k J / k gpCt ?? ? ? ?????℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ? ?31 0 . 8 3 5 0 . 5 8 1 0 W / mkt ?? ? ? ?????℃ ： 最高使用溫度： 1150℃ 平均比熱： ? ?30 . 8 4 0 . 2 6 1 0 k J / k gpCt ?? ? ? ?????℃ 導(dǎo)熱系數(shù)： ? ?32 0 . 0 9 2 0 . 1 6 1 0 W / mkt ?? ? ? ?????℃ ： 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 假設(shè)： 環(huán)境溫度為： t1=30℃ ； 預(yù)熱器鋼板 內(nèi)外壁 溫度為： tw2=tw1=70℃， 耐火層外壁溫度： t2； 耐火層內(nèi)壁溫度（ 筒內(nèi)溫度 , 見(jiàn)表 ） ： t3 耐鋼板厚度?。?? =10mm； 旋風(fēng)筒外徑： d1； 保溫層外徑： d2； 耐火層外徑： d3； 耐火層內(nèi)外側(cè)溫度差為 30176。C 由 以及 中的 數(shù)據(jù) 可以得到各級(jí)旋風(fēng)筒的耐火材料、保溫材料的選擇以及各種材料的導(dǎo)熱率如下表： 表 旋風(fēng)筒材料的選擇以及材料導(dǎo)熱率 旋風(fēng)筒級(jí)數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 耐火材料選擇 黏土磚 黏土磚 黏土磚 黏土磚 黏土磚 保溫材料選擇 輕質(zhì)粘土磚 輕質(zhì)粘土磚 輕質(zhì)粘土磚 輕質(zhì)粘土磚 輕質(zhì)粘土磚 耐火材料導(dǎo)熱率 k1 保溫材料導(dǎo)熱率 k2 熱流密度 q 的計(jì)算 參考材工 P193~194 可知， 側(cè)壁和錐體熱流密度 計(jì)算公式為： 21 1 1 1 11 1 1 1( ) ( W / m)11ln2 π π wi iiittq t t ddk d d?????? ? ? ? ? ??? 頂蓋熱流密度 為： 221 1 1 11 1( ) ( W / m )1 wniittq t tk????? ? ? ??? 式中： α1—— 外 壁面與周?chē)臻g之間的對(duì)流輻射綜合換熱系數(shù) ， 2W/m?℃ ； 其他各參數(shù)含義如前所述 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 對(duì)于 對(duì)流輻射綜合換熱系數(shù) 有： 441 11241 1 111273 [ ( ) ( ) ]100 100( ) [ W / ( m ) ]wwwt tA t t tt??? ??? ? ? ? ?? ℃ A? 對(duì)于側(cè)壁和頂蓋的取值分別為 和 ，因此可 求 得 ： 側(cè)壁的綜合換熱系數(shù) 21 1 7 6 [W /(m )]C? ? ?? 頂蓋 綜合換熱系數(shù) 22 1 2 4 [W /(m )]C? ? ?? 厚度計(jì)算 參考【 3】 p38 表 中 德國(guó)洪堡公司旋風(fēng)筒 結(jié)構(gòu)尺寸的資料，可以查到鋼板厚度與旋風(fēng)筒耐火層厚度的比 D/? ，從而得到各級(jí)旋風(fēng)筒的耐火層厚度。利用試湊法，得出各級(jí)保溫層厚度，利用各層熱流密度相等，即 側(cè)壁利用公式： 1 2 3 2 1 23232 ( ) 2 ( )l n ( )l n ( )wk t t k t tq dddD?????? 頂蓋利用公式： 1 iii it t q k???? 計(jì)算 耐火層與保溫層之間的 溫度 ，并 進(jìn)行校核 ，使得所得溫度與 中設(shè)定的溫度相符 。試湊結(jié)果如下 表 ： 表 旋風(fēng)筒各層材料的厚度以及壁面溫度 旋風(fēng)筒級(jí)數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 鋼板外壁溫度 tw1/℃ 70 70 70 70 70 環(huán)境溫度 t1/℃ 30 30 30 30 30 耐火層內(nèi)側(cè)溫 t3/℃ 300 500 650 780 860 旋風(fēng)筒內(nèi)徑 D/m ? /D 厚 度 鋼板 /m 耐火層 /m 保 溫 層 側(cè)壁 /m 頂蓋 /m 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 總 厚 度 側(cè)壁 /m 頂蓋 /m 總直徑 /m 熱流密度 側(cè)壁W/m 02 38 03 06 35 頂蓋W/m2 87 87 87 87 87 耐火層外壁溫度t2/℃ 側(cè)壁/℃ 05 85 9 68 82 頂蓋/℃ 16 99 56 55 28 鋼板溫度 側(cè)壁/℃ 頂蓋/℃ 45 45 45 45 45 根據(jù)試湊結(jié)果可知，由設(shè)定的保溫層厚度所算得的耐火層外壁溫度與筒內(nèi)溫度的差值約為 30176。C，所得鋼板溫度約為 70176。C ，均與假設(shè)溫度相符，故所得各層材料的厚度符合要求。 由 中的熱流密度公式可以計(jì)算出 耐火材料和鋼板的散熱量 。 其中， 側(cè)壁及錐體 散熱量計(jì)算公式為： (kJ/s)Q q l? ? ? 頂蓋 散熱量計(jì)算公式為： (kJ/s)Q q S? ? ? 由于設(shè)計(jì)旋風(fēng)筒為單列結(jié)構(gòu)，故各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的散熱量計(jì)算結(jié)果如下： 表 散熱量計(jì)算 旋風(fēng)筒級(jí)數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 側(cè)壁及錐體散熱高度(m) 頂蓋散熱面積 (m2) 側(cè)壁及錐體散熱量 (J/s) 頂蓋散熱量 (J/s) 合計(jì) (kJ/s) 武 漢理工大學(xué)《工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 旋風(fēng)筒尺寸的修正 表 旋風(fēng)筒主要尺寸修正表 旋風(fēng)筒級(jí)數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 修正前 旋風(fēng)筒圓筒內(nèi)徑/m 直筒高度 /m 旋風(fēng)筒鋼板厚度/mm 修正厚度 鋼板厚度 /m 耐火層 /m 保溫層 側(cè)壁 /m 頂蓋 /m 總厚度 側(cè)壁 /m 頂蓋 /m 修正后 圓筒外徑 /m 圓筒高度 /m [1]謝俊林 主編，《材料工程基礎(chǔ)》，武漢理工大學(xué)出版社， 20xx 年 [2]李堅(jiān)利 主編，《水泥工藝學(xué)》，武漢理工大學(xué)出版社， 1999 年 [3]胡道和 主編，《水泥工業(yè)熱工熱備》，武漢工業(yè)大學(xué)出版社， 1992 年 [4]姜洪舟 主編，《無(wú)機(jī)非金屬材料熱工熱備》，武漢理工大學(xué)出版社， 20xx 年 [5] 隨良志 主編，《水泥工業(yè)耐火材料》，中國(guó)建材工業(yè)出版社， 20xx 年 [6]《 AutoCAD20xx 完全自學(xué)手冊(cè)》龍馬工作室 編著 人民郵電出版社 20xx 年