ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.09.2019
Просмотров: 1246
Скачиваний: 7
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Т
ОЛЬЯТТИНСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
М.А. Бондаренко, В.В. Вахнина, Ю.В. Степкина
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Методические указания к лабораторным работам
Тольятти 2001
УДК 621.365
Бондаренко М.А., Вахнина В.В., Степкина Ю.С. Электротехнологические установки: Методические указания к лабораторным работам. – ТГУ, Тольятти, 2001. – с.
Изложены цель, краткие теоретические сведения и программа выполнения лабораторных работ, требования к содержанию отчета, приведены контрольные вопросы, а также список рекомендуемой литературы для углубленного изучения теоретического материала.
Содержание методических указаний к лабораторным работам составлено в соответствии с программой теоретической дисциплины "Электротехнологические установки" для студентов специальности 100400 "Электроснабжение ".
Научный редактор, к.т.н., профессор Салтыков В.М.
Утверждено советом электротехнического факультета, протокол №4
от 25.01.01.
Тольяттинский государственный университет, 2001
Лабораторная работа №1
ИЗУЧЕНИЕ СХЕМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЕЙ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы
Ознакомиться с устройством электропечей сопротивления различных типов и конструкций и с различными типами нагревателей для печей сопротивления: изучить и исследовать схемы включения нагревателей печи при однофазной и трехфазной питающей сети.
Теоретические сведения
-
Классификация и конструкция печей сопротивления
Электрические печи сопротивления представляют собой широкий класс устройств, применяемых для термообработки и плавки различных изделий. Электрические печи сопротивления по способу превращения электрической энергии в тепловую разделяются на печи косвенного действия и установки прямого нагрева. Наиболее широкое применение в промышленности нашли печи сопротивления косвенного нагрева, в которых тепло, необходимое для термообработки, выделяется в специальном нагревателе и передается изделию путем лучеиспускания и частично конвекцией. В случае, когда обрабатываемое изделие необходимо защитить от вредного действия воздуха, применяют печи сопротивления с искусственной атмосферой из азота или инертных газов
Печи сопротивления по характеру работы можно разделить на печи периодического и непрерывного действия. Для печей периодического действия характерно неизменное положение нагреваемого тела в течение всего времени пребывания в печи. Цикл работы включает в себя загрузку, тепловую обработку по заданному режиму и выгрузку. В печи непрерывного действия нагреваемые изделия или материалы перемещаются в процессе тепловой обработки от загрузочного конца к разгрузочному, и изменение температуры нагреваемых тел происходит вместе с их движением.
Конструкцию электропечи сопротивления рассмотрим на примере камерной термической печи со стационарным подом типа СНЗ-11.22.7/12Н-01 (рис.1.1).
П
Рис.1.1. Конструкция
камерной термической печи сопротивления:
дверца; 2) футеровка
дверцы; 3) механизм подъема дверцы;
4) корпус печи; 5)
футеровка корпуса; 6) камера печи; 7)
нагреватели; 8) под печи; 9) свод печи
ечь
сопротивления состоит из корпуса 4,
выложенного изнутри огнеупорным
материалом. Нижняя часть корпуса носит
название пода, верхняя - свода. Загрузочное
отверстие выполнено в передней стенке
и закрывается дверцей 1, выложенной
огнеупором 2. Открывание и закрывание
печи осуществляется с помощью механизма
подъема дверцы 3. Обрабатываемые изделия
помещаются в нагревательную камеру
печи 6, и подвергаются воздействию тепла
от нагревателей 7. В некоторых конструкциях
печей загрузку и выгрузку изделий
производят при помощи выдвижного пода
или убирающегося свода.
-
Типы и конструкции нагревателей печей сопротивления
Принцип действия нагревателей основан на общеизвестном явлении нагрева проводника, включенного в питающую цепь и обтекаемого током.
Количество тепла Q, ккал, выделяемого при прохождении электрического тока через проводник, определяется в соответствии с законом Джоуля-Ленца:
,
где:
I – сила тока, A;
R – сопротивление проводника, Ом;
U – напряжение, В;
t – время прохождения тока, с.
Требования, предъявляемые к нагревателям, зависят от назначения печи, режима ее работы, предельно допустимой температуры печи, требуемой долговечности. Кроме того, нагреватели должны обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, малым температурным коэффициентом сопротивления, достаточной механической прочностью, невысокой стоимостью. Материал не должен при работе менять свои физические свойства, должен хорошо обрабатываться. Наибольшее применение нашли хромалюминиевые сплавы, нихром, вольфрам, молибден и другие тугоплавкие металлы. Широко применяются также неметаллические материалы – карборунд, дисилицид молибдена, графит и др. Основные параметры этих материалов приведены в табл.1.1.
Рис.1.2. Схемы
исполнения нагревателей:
а) проволочный
спиральный; б) проволочный зигзагообразный;
в) ленточный
зигзагообразный
В большинстве случаев более рациональным является проволочный зигзагообразный нагреватель, который при прочих равных условиях имеет меньший эксплуатационный расход материала, большую удельную поверхностную мощность. Под эксплуатационным расходом понимается расход материала нагревателя за 1000 часов его работы на 1 кВт установленной мощности.
Расход материала обуславливается окислением и увеличивается с повышением рабочей температуры. Под сроком службы нагревателя понимают время его работы при заданной температуре, в течении которого токопроводящее сечение нагревателя уменьшается на заданную величину (обычно на 20%), что сопровождается увеличением сопротивления и снижением мощности на ту же величину. Наилучшим с точки зрения эксплуатационного расхода является проволочный зигзагообразный нагреватель. Проволочный спиральный нагреватель используется лишь в случаях, когда невозможно применить зигзагообразный нагреватель.
За максимально допустимую температуру рекомендуется брать температуру, при которой срок службы данного нагревателя не ниже 2000 часов.
-
Схемы включения нагревателей печей сопротивления. Регулирование мощности нагревателей
Нагреватели печей сопротивления могут подключаться к сети непосредственно или через печные трансформаторы. Применение печных трансформаторов вызывает удорожание печной установки, снижение ее КПД, поэтому печные трансформаторы применяют в основном в следующих случаях:
а) сопротивление нагревательного элемента очень мало и сильно изменяется в процессе работы, вследствие чего требуется регулирование напряжения (графит, карборунд, дисилицид, молибдена);
б) обрабатываемый материал требует медленного нагрева;
в) увеличение долговечности вследствие увеличения сечения нагревателя оказывается экономически выгодным.
Для возможности плавного регулирования напряжения на нагревателе печные трансформаторы выполняют с большим числом отпаек.
В случае, когда нагреватели включаются в сеть непосредственно, изменение мощности может быть осуществлено путем изменения схемы включения нагревателей.
Таблица 1.1.
Основные параметры материалов для нагревателей печи сопротивления
|
№ |
Материалы |
Удельное сопротивление при 273 0К, Ом мм2/ м |
Предельная рабочая температура, 0С |
Плотность при 273 0К, г/см3 |
|
1. |
Нихром с алюминием Х15Н6ОН |
1,0 |
1000 |
8,2 |
|
2. |
Железохромникель Х25Н20 |
0,92 |
7000 |
7,9 |
|
3. |
Нихром Х20Н80 |
1,09 |
1100 |
8,4 |
|
4. |
Нихром Х20Н80Т3 |
1,27 |
1100 |
8,2 |
|
5. |
Нихром с алюминием ХН70Н |
1,34 |
1200 |
7,9 |
|
6. |
Нихром с алюминием Х15Н60Н3А |
1,27 |
1200 |
7,9 |
|
7. |
Железохромалюминий ОХ23Ю5А |
1,42 |
1300 |
7,9 |
|
8. |
Силит (карборунд) |
8-19 |
1473 |
2,3 |
|
9. |
ДМ (дисилицид молибдена) |
0,3 |
1470 |
5,6 |
|
10. |
Глобар |
8-19 |
1473 |
2,3 |
|
11. |
Графит |
8-13 |
1900 |
1,6 |
|
12. |
Молибден |
0,05 |
2200 |
0,2 |
|
13. |
Вольфрам |
0,054 |
3000 |
19,8 |
Схемы включения нагревателей при однофазной питающей сети приведены на рис.1.3: а – двухступенчатое регулирование мощности; б – четырехступенчатое регулирование мощности.
Рассмотрим, каким образом осуществляется регулирование мощности нагревателей печи сопротивления на примере, приведенном на рис.1.3б.
Рис.1.3. Схема
включения нагревателей печи при
однофазной питающей сети:
а) схема с
двухступенчатым регулированием
мощности: 0% - контакт 1 разомкнут; 100% -
контакт 1 замкнут;
б) схема с
четырехступенчатым регулированием
мощности: 0% - все контакты разомкнуты;
25% - включен контакт 3; 50% - включен контакт
1 (или 2); 100% - включены контакты 1 и 2
а)
б)
При всех отключенных контактах, цепь разомкнута, потребляемая мощность равна нулю. При включенном контакте 3 в цепь последовательно включены два сопротивления Rн1 и Rн2 . Считаем, что Rн1=Rн2=Rн. Тогда потребляемая мощность:
.
При включенном контакте 1 (или 2) в цепь включено только одно сопротивление Rн .
Потребляемая мощность:
.
Максимальная потребляемая мощность РМ4 (100%) имеет место при включенных контактах 1 и 2.
Таким образом, в схеме (рис.1.3б) реализуется четыре ступени регулирования мощности: 0%, 25%, 50%, 100%.
В случае трехфазной питающей сети, трехступенчатое регулирование мощности может быть осуществлено путем переключения схем соединения нагревателей со звезды на треугольник и обратно по схеме, приведенной на рис.1.4. Более плавное пятиступенчатое регулирование мощности может быть осуществлено по схеме, приведенной на рис.1.5.