Прозрачные экраны

Полупрозрачные экраны

Теплоотводящие экраны. Их выполняют в виде металлических сеток, орошаемых водяной пленкой. Эти экраны имеют коэффициент эффективности, около 0,75 и применяются при интенсивностях облучения 1-3 кал/(см²·мин).

Теплопоглощающие экраны - к ним относятся металлические сетки с размером ячейки 3-3,5 мм, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло.

Сетки применяют при небольших интенсивностях облучения 0,5-1,5 кал/(см2·мин), их коэффициент эффективности около 0,67. Благодаря легкости и удобству пользования широко при меняют сетчатые маски при горячих ремонтах печей и сетчатые щитки на завалочных машинах. Они также частично защищают лицо от брызг и мелких осколков.

Цепные завесы (предложенные еще В.Е. Грум-Гржимайло) применяют в тех случаях, когда экран не должен препятствовать наблюдению и вводу через него инструмента, материалов, например, вместо заслонок в малых кузнечных печах или вокруг колошника открытых ферросплавных печей. Коэффициент эффективности цепной завесы около 0,7. Эффективность завесы увеличивается при уменьшении толщины цепей. Для повышения эффективности можно применять орошение завесы водяной пленкой и устраивать двойные экраны. Цепные завесы можно применять при интенсивностях облучения 1-7 кал/(см²·мин).

Армированное стекло в качестве теплопоглощающего экрана применяют при тех же интенсивностях облучения, что и цепные завесы, оно имеет такой же коэффициент эффективности. Эффективность может быть повышена орошением водяной пленкой и устройством двойного экрана. Армированное стекло можно применять для экранирования тех поверхностей кабин и постов управления, которые должны пропускать видимый свет, но четкого различения объектов через них не требуется.

Поглощение лучистой энергии в прозрачном теле происходит по экспоненциальному закону и описывается законом Бугера.

Поглощенная энергия Еу вызывает нагрев неохлаждаемого прозрачного экрана, что создает собственное тепловое излучение, аналогичное излучению непрозрачного экрана.

Материал прозрачного экрана должен обладать минимальным кажущимся коэффициентом пропускания Ds для инфракрасных лучей и достаточным - для видимых.

В настоящее время для экранов используют стекло силикатное, кварцевое и органическое (плексиглас), бесцветное и окрашенное, вода в слое и дисперсном состоянии, тонкие металлические пленки, осажденные на стекле. Весьма эффективны тонкие металлические планки. Отражательная способность такой пленки в инфракрасных лучах возрастает с увеличением произведения толщины ее и удельной электропроводности металла. Для металлов с высокой электропроводностью (золото, медь) достаточная отражательная способность достигается уже при толщине порядка 2 нм (20 Ǻ); при этой толщине пленка еще достаточно прозрачна и для видимого излучения. Тонкие металлические пленки осаждаются на стекле в вакууме из паровой фазы.

Коэффициент пропускания воды в различных участках спектра в значительной степени зависит от толщины слоя. Тонкие водяные пленки начинают заметно поглощать лучи лишь с длиной волны более 1,9 мкм, а сильно - более 3,2мкм. Поэтому они пригодны для экранирования источников с температурой до 800° С. При толщине слоя воды 15-20мм полностью поглощается излучение с длиной волны более 1мкм. Поэтому при таком слое вода эффективно защищает от теплового излучения источников с температурой до 1800° С.

Взаимодействие взвешенных капелек воды с электромагнитным излучением происходит по законам дисперсионного рассеяния и зависит от соотношения между радиусом капелек и длиной волны. Максимум ослабления теплового потока вододисперсной завесой достигается при равенстве этих величин. Кроме того, вследствие большой поверхности капелек происходит интенсивное образование водяного пара, также поглощающего тепловое излучение. По практическим данным, эффективность вододисперсных завес в отличие от водяных пленок постоянна в диапазоне длин волн от 1 до 3 мкм.

Теплоотводящие экраны. Водяные завесы применяют для экранирования рабочих окон печей и т.п., если через экран необходимо вводить инструмент, заготовки и др. Боковые кромки завесы образуются вертикальными рейками. Для устойчивости завесы вода должна быть чистой, поверхность слива - строго горизонтальной и гладкой. Необходимо предусмотреть удаление воздуха из закрытого короба; завеса не должна подвергаться воздействию воздушных потоков и газов, выбивающихся из печи. Водяные завесы рекомендуется применять при интенсивностях облучения 0,5-2 кал/(см²·мин).

Теплопоглощающие экраны. Их изготовляют из различных стекол (силикатных, органических, кварцевых), бесцветных или окрашенных. Для повышения эффективности применяется двойное остекление с вентилируемой воздушной прослойкой. При естественной вентиляции для удобства очистки экрана от пыли одно стекло должно быть легкосъемным. Целесообразнее подавать в пространство между стеклами обеспыленный воздух. В справочниках представлены коэффициенты эффективности q и рекомендуемые интенсивности облучения Е для экранов из оконного стекла.

Органическое стекло (плексиглас) благодаря механической прочности и легкости применяют для защиты лица от теплового излучения в виде наголовных щитков (которые защищают и от брызг, и от осколков).

Все теплозащитные стекла обладают спектральной селективностью и поэтому их эффективность в большой степени зависит от спектрального состава излучения. Так как спектры излучения различных источников неодинаковы, то один и тот же прозрачный экран весьма эффективен для одного источника, например, низкотемпературного, и совершенно неэффективен для другого, например высокотемпературного. Поэтому к интегральным оценкам эффективности прозрачного экрана без указания спектрального состава излучения следует относиться весьма осторожно.

Для точного определения эффективности необходимо вначале установить спектры пропускания экрана и излучения источника, а затем разбить эти спектры на одинаковые зоны. После этого находят средние коэффициенты пропускания фильтра для каждой зоны, величину потока лучистой энергии за экраном в каждой зоне спектра и по ним — суммарный поток энергии за экраном.

Перспективно применение теплозащитных интерференционных фильтров, представляющих собой сложную систему нанесенных на прозрачную подложку, например, на стекло диэлектрических слоев с оптической толщиной порядка длины волны. Чередуя слои с различными показателями преломления, можно получить заданную спектральную характеристику системы с полосой пропускания в видимой части спектра и высокой отражательной способностью в инфракрасной области (см. рис.3). Диэлектрические слои изZnO, TiO₂, MgF₂ наносят на подложку методом вакуумного осаждения.

Исследование свойств бесцветных и окрашенных теплозащитных стекол разных марок позволило сделать следующие выводы:

1. При длине волны теплового излучения более 5 мкм для защиты может быть использовано обычное оконное стекло толщиной 1 мм;

2. При длине волны от 2,8 до 5 мкм требуется бесцветное стекло толщиной 5 мм;

3. Для волн с длиной в диапазоне 0,78-2,8 мкм требуется применять теплозащитное стекло толщиной 5-6 мм;

4. В видимой области спектра 0,38-0,78 мкм прозрачность исследованных теплозащитных стекол составляет от 40 до 70% прозрачности оконного стекла, что достаточно для большинства рабочих мест;

5. При температуре излучателя до 300°С можно применять и теплозащитное и обычное стекло так как при этой температуре их защитные свойства мало различаются При более высоких температурах следует применять теплозащитные стекла. Выбор стекла зависит от требуемой его прозрачности. Чем темнее стекло, тем оно эффективнее в отношении инфракрасного излучения. Рекомендуется производить предварительный подбор марки стекла (при помощи набора очков со стеклами разных марок);

6. Теплозащитное стекло необходимо охлаждать воздухом, так как при нагреве оно дает собственное тепловое излучение;

7. При конструировании следует предусматривать возможность свободного теплового расширения стекла. Коэффициент теплового расширения стекла, например марки контраколор, равен 8·10^-6град^-1;

8. Теплопоглощающие стекла отражают излучение обеими поверхностями. Для перпендикулярных лучей коэффициент отражения равен примерно 0,05, при увеличении угла падения коэффициент увеличивается. Размещая теплозащитные стекла под острым углом к направлению излучения, можно существенно увеличить долю отраженного тепла;

9. При больших размерах и высокой температуре излучателя следует максимально ограничивать площади остекления, заменять стекло полированным алюминием, применять частые переплеты

10. Стекло можно применять как закаленное, так и незакаленное. Закаленное стекло прочнее, но оно не поддается резке, кроме того, оно дороже.

11. Наиболее эффективно двойное остекление с принудительной циркуляцией обеспыленного воздуха в пространстве между стеклами. Наружное стекло должно быть теплозащитным, а внутреннее - обычным (для поглощения собственного излучения теплозащитного стекла в дальней инфракрасной области спектра).

Дата добавления: 2015-06-28