Определение коэффициента полезного действия устройства для получения штапельных волокон из силикатных расплавов

В настоящее время неорганические высокотемпературные волокна, образующиеся из силикатных расплавов, являются одним из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов.

Известно много аэродинамических и механических способов получения штапельных силикатных волокон. Технико-экономическая эффективность того или иного волокнообразующего устройства характеризуется коэффициентом полезного действия, т. е. отношением полезной энергии — затраченной непосредственно на волокнообразование Еп — к полной затраченной энергии. В связи с этим представляет теоретический и практический интерес разработка способов определения величины.

Цель данной работы — экспериментальная оценка величины Е„ для центробежно-валкового способа производства силикатных штапельных волокон.

При образовании волокон часть кинетической вращательной энергии валков АЕ, затрачивается на преодоление диссипативных сил внутреннего трения, сил поверхностного натяжения, а также на сообщение кинетической энергии волокнам. Очевидно, значение АЕ, можно было бы найти как сумму изменений кинетической вращательной энергии валков центрифуги при холостом ходе и рабочей нагрузке.

Величину АЕ определяли с помощью простейшей электрической схемы для измерения изменений токовых нагрузок в обмотке электродвигателя, составленной для двухвалковой центрифуги. Так как сила пускового тока электродвигателя в 5—7 раз превосходит силу поминального, в цепь каждого электродвигателя параллельно амперметру подсоединяли выключатель, игравший роль шунта. С помощью выключателей перед пуском электродвигателя соответствующего валка цепь замыкали, а после выхода двигателя на рабочий режим выключатели ставили в положение «выключено». В момент, когда струя силикатного расплава, вытекающего из электропечи, соприкасалась с валками центрифуги, стрелки амперметров фиксировали изменения токовых нагрузок в обмотках электродвигателей. Таким образом, энергозатраты на волокнообразование в единицу времени АЕ рассчитывали из следующего соотношения: т

Достоинство такой электрической схемы — се простота. Однако более прецизионные экспериментальные данные могут быть получены с помощью электрической схемы (см. рисунок), представляющей собой систему регистрации токовой нагрузки с компенсацией тока холостого хода.

В одну из фаз трехфазного электродвигателя включен последовательно с амперметром измерительный трансформатор тока И54М, предназначенный для преобразования токов в диапазонах от- 0 до верхних пределов — 0,5А — 50 А к диапазону 0—5 А. К выходу измерительного трансформатора тока подключен датчик трансформатора тока ДТТ-58, преобразующий показания силы тока 0—5 А в пропорциональное ему значение напряжения переменного тока 0— 25 В. Выходное напряжение датчика ДТТ-58 можно регулировать вручную в широких пределах (изменяя почти В 2 раза). Таким образом получают сигнал напряжения переменного тока, пропорциональный силе тока в фазе двигателя.

Для компенсации напряжения, пропорционального силе тока холостого хода двигателя, используется выходное напряжение делителя переменного тока. Роль делителя выполняет лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), входом которого служит фазное напряжение 220 В в той же фазе. Выходные напряжения переменного тока датчика ДДТ-58 и ЛАТРа преобразуют в напряжение постоянного тока и включают в компенсационную схему. К выходу последней через делитель напряжения подключей показывающий и самопишущий потенциометр КСП-4.

Перед включением электродвигателя центрифуги для защиты системы от броска пускового тока трансформатор тока шунтировали.

Для КСП-4 с градуировкой ХА-0-1100°С получаем следующее соотношение: 1 мВ показаний соответствует 4 мА токовой нагрузки.

Полезная работа Е„в единицу времени складывается из энергозатрат на преодоление сил внутреннего трения ЕТ. и поверхностного натяжения Ест в единицу времени.

Тогда величина АЕ будет равна

При техническом уровне производства вяжущих, достигнутом в настоящее время, при прочих равных условиях стоимость более прочного вяжущего выше, чем ценее прочного. Однако в ряде случаев с учетом стоимости добавок, капитальных затрат и расходов на содержание оборудования для изготовления изделий более рационально применение высокопрочных вяжущих.

Приведенные данные явились основанием для подготовки изменений, которые будут внесены в стандарт на гипсовые вяжущие. Намечается также внести соответствующие дополнения и в стандарты на гипсовые изделия по мере их пересмотра. Следует признать целесообразным обязательное определение при выполнении научных и опытно-конструкторских исследований, связанных с разработкой технологий и оборудования для получения гипсовых вяжущих, а также новых составов смесей и способов формования из них изделий.