Полная конвекция, принудительная конвекция, направленная конвекция, рециркуляционная конвекция… Перечислять термины можно бесконечно. Я постоянно работаю с системами закалки, но даже мне трудно разобраться во всех терминах, используемых в отрасли. Могу представить, как тяжело приходится производителям стекла. Сложно распутать хитросплетение терминов, если изготовители постоянно изобретают новые. Даже в некоторых научных источниках можно встретить разные термины! Отрасль закалки относительно мала. Это одна из причин отсутствия стандартной терминологии. В результате в терминах, особенно в отношении конвекционных систем, часто случается путаница. Цель этой статьи — разъяснить различия с помощью научных фактов и реальных изображений.
Пожалуй, самый неверно толкуемый термин во всей отрасли — это «полная конвекция». Как правило, люди используют этот термин для описания конвекционной системы, в которой движение конвекционного воздуха создается с помощью некой воздуходувки, которая затем обеспечивает циркуляцию воздуха в секции нагрева. К сожалению, это одно из самых обманчивых допущений в нашей индустрии. Оно ввело в заблуждение так много людей, что вы и представить себе не можете. Определенная логика в этих рассуждениях есть, но, к сожалению, она строится на маркетинговых заявлениях производителей линий закалки, а не на фактах и законах физики.
Все началось в то время, когда на рынке впервые появились покрытия с низкой излучательной способностью и производители линий закалки начали внедрять новые технологии для работы с новыми покрытиями. Традиционные линии закалки плохо справлялись с новыми покрытиями, поскольку практически полностью работали на радиационном нагреве от нагревательных элементов. Инновацией того времени стало добавление конвекционной системы с целью более эффективного нагрева стекол с покрытием, ведь основная цель стекла с покрытием заключается в отражении теплового излучения.
ТЕРМИН 1: Конвекция — это вид теплообмена, при котором тепло передается из одного места в другое по текучей среде. В линиях закалки текучей средой является воздух.
Для передачи тепла в текучей среде потребовалось добавить в линию закалки такую систему, которая бы создавала движение воздуха. Такая система называется системой принудительной конвекции. Она отличается от естественной конвекции, при которой жидкая среда движется естественным образом в силу разностей температур, влияющих на плотность воздуха.
ТЕРМИН 2: Принудительная конвекция создается неким внешним источником. В современных линиях закалки конвекцию создают компрессоры и вентиляторы разных типов. Все это системы принудительной конвекции.
По мере развития покрытий возникла потребность в совершенствовании систем конвекции и нагрева. Научный подход к этому вопросу прост и понятен: низкоэмиссионное покрытие предназначено для отражения теплового излучения. Чем большую часть полного теплового потока при нагреве стекла составляет конвекция, тем меньшую роль в нагреве играет излучательная способность покрытия. Так что теоретически, если бы нагрев можно было на 100 % выполнить при помощи конвекции, не имело бы значения, какой тип стекла, с покрытием или без покрытия, помещается в печь. Скорость нагрева была бы одинаковой.
ТЕРМИН 3: Полный тепловой поток при нагреве означает тепло, получаемое от всех источников тепла. В линиях закалки используется три метода теплопередачи: кондукция, излучение и конвекция. Процент конвективного теплового потока указывает количество конвекционного нагрева по отношению к кондукции (через ролики), а также к излучению от нагревательных элементов и всех конструкций внутри секции нагрева.
Основными источниками принудительной конвекции были и остаются внешние компрессоры и вентиляторы внутри системы нагрева. Производители линий закалки обнаружили, что для достижения более высокого процента конвективного тепла в общем тепловом потоке, подводимом к стеклу, полезно, если вентилятор или воздуходувка обеспечивают циркуляцию воздуха внутри секции нагрева.
ТЕРМИН 4: Рециркуляционная конвекция означает систему принудительной конвекции, в которой горячий конвекционный воздух циркулирует внутри секции нагрева и не выходит из нее.
Именно тут возникло серьезное недопонимание. Этот вывод носил общий характер и был основан на определенных предположениях. Он вовсе не означал, что все рециркуляционные конвекционные системы автоматически будут очень эффективными. Однако с тех самых пор существует убежденность в том, что рециркуляционные конвекционные системы безоговорочно являются более быстрыми и энергоэффективными, чем конвекционные системы с внешней подачей сжатого воздуха.
Давайте рассмотрим пример. Если поместить внутрь камеры нагрева очень маленький вентилятор, который будет перемещать некоторую часть воздуха с одной стороны камеры для создания рециркуляционного конвекционного нагрева, получим ли мы высококлассную камеру нагрева? Конечно, нет! Несмотря на то что в ней есть рециркуляционная конвекция, она не имеет ничего общего с эффективной конвекционной системой. Главный вопрос в том, как этот нагревательный воздух воздействует на поверхность стекла.
Законы физики никто не отменял, хотя после знакомства с некоторыми выводами может сложиться иное впечатление. Главный принцип тот же: чем более высокий процент в полном тепловом потоке составляет конвекционный нагрев, тем лучше. На 100 % конвективный тепловой поток означал бы полную конвекцию.
ТЕРМИН 5: Полная конвекция является фантазией производителей печей закалки. О ней мечтают, но в реальности ее не существует.
Когда производители линий закалки маркируют свою линию как систему полной конвекции, они неправильно трактуют физические явления. Это приводит к серьезной путанице. И мы видим результат: люди не задумываясь используют термин «полная конвекция» для обозначения всех линий закалки с любым типом рециркуляционной конвекционной системы. Разумеется, это не выгодно никому, кроме разве что некоторых производителей линий закалки, которые делают безосновательные заявления.
Не будем обсуждать технологию, используемую для создания принудительной конвекции, а рассмотрим фактические характеристики различных конвекционных систем. Вот самые важные аспекты:
Если говорить о производительности конвекции, в отрасли существуют три категории конвекционных систем:
В системах с ограниченной конвекцией она составляет менее 20 % от полного теплового потока при производстве низкоэмиссионного стекла. Как правило, эти системы не подходят для обработки низкоэмиссионного стекла. Примером такой системы может быть конвекционная система с низким уровнем сжатого воздуха и/или недостаточным регулированием. Еще одним примером является рециркуляционная конвекционная система с низкой подвижностью воздуха в результате использования маломощного двигателя или маленьких труб, а также с неравномерной конвекцией в секции нагрева.
Категория вспомогательной конвекции означает, что конвекция играет в системе важную роль наряду с радиационным нагревом. Общий конвективный тепловой поток составляет 20–50 %. Окончательная производительность конвекционной системы нагрева определяется сочетанием эффективности, равномерности и точности теплопередачи. Общий тепловой поток может быть близок к 50 %, но, если конвекция происходит неравномерно, результаты будут различаться.
Ниже изображена система со вспомогательной конвекцией. Это рециркуляционная конвекционная система, в которой воздух сначала подается на блоки разделения воздуха, а оттуда — в трубы с отверстиями. Наглядный пример того, что сама по себе рециркуляция не означает, что конвективный тепловой поток обязательно будет большим. Кроме того, это хороший пример системы, в которой гарантированно возникнут проблемы с равномерностью работы.
Рисунок 1. Верхняя часть рециркуляционной конвекционной системы: вид снизу от точки, где будет располагаться стекло.
Вы можете спросить, на чем основана моя уверенность в том, что с конвективным тепловым потоком не все в порядке. Все просто. Главным источником тепла в электрических печах являются нагреватели. Если с места расположения стекла видны нагреватели, это почти всегда означает, что полный конвективный тепловой поток не может превышать 50 %, так как понятно, что излучение играет большую роль.
А почему в этой системе возникнут проблемы с равномерностью конвекции? Это уже посложнее — необходимо понимать особенности движения воздуха. У этой системы один источник движения воздуха: вентилятор. Он подает нагретый воздух в длинный воздушный коллектор. Оттуда воздух распределяется на конвекционные трубы с отверстиями. Поскольку диаметр конвекционных труб очень мал, а отверстия относительно велики, очевидно, что давление конвекционного воздуха на разных концах трубы просто не может быть одинаковым. Это означает низкую равномерность конвекции, что при закалке больших партий приводит к проблемам с качеством.
Следует отметить, что в этой категории наблюдаются очень большие различия в уровне производительности. Даже если конвективный тепловой поток составляет около 30–40 %, фактическая производительность таких систем нагрева может значительно различаться. В качестве примера можно привести конвекционную систему на основе сжатого воздуха с чрезвычайно точным регулированием. В целом эта система действительно имеет хорошие показатели качества и производительности, поскольку она работает более точно, чем неполные конвекционные системы более высокого класса.
Системы, в которых конвекция является основным способом нагрева, имеют одно общее свойство: нагреватели не видны с того места, где находится стекло. Но несмотря на это, все детали внутри нагревательной камеры имеют высокую температуру и, следовательно, излучают тепло. Однако излучение от конструктивных элементов менее эффективно, поскольку их температура ниже, чем температура нагревательного элемента. В системах этой категории сначала нагревается воздух, а затем он нагревает стекло. Но и в таких системах нет полной конвекции. Между тем на сегодня это максимум, на что может рассчитывать отрасль закалки.
Рисунок 2. Рециркуляционная система нагрева: вид снизу от места, где располагается стекло.
К этой категории относятся системы с различными характеристиками нагрева, и именно здесь встречается самый высокий конвекционный тепловой поток. Но, чтобы получить хорошие результаты при обработке стекла сложных форм, этим системам требуются равномерность и точность.
При рассмотрении системы нагрева обратите внимание на следующие аспекты.
Ответы на эти вопросы позволят вам разобраться в фактических рабочих характеристиках различных систем, которые вы используете в производственном процессе.
У меня к вам как к читателям только одна просьба. Не используйте термин «полная конвекция» необдуманно. Мы не печи для пиццы производим, поэтому давайте будем относиться к линиям закалки серьезно. Не все рециркуляционные печи одинаковы.
Подписаться на рассылку Glastory
Мы отвечаем на ваши вопросы об обработке стекла. Расскажите нам о своих проблемах, и мы сделаем все возможное, чтобы помочь вам.
Comments are closed.
Glastory 
