электропечь сопротивления СШОД -1. 1 Теоретическая часть
 Скачать 350.42 Kb.
|
 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Тема дипломного проекта «Организация технической эксплуатации и ремонта шахтной электропечи сопротивления СШОД - 1» Данная тема является актуальной связи с тем, что оборудование (в первую очередь нагревательный элемент) выходит из строя, как морально и физически устаревая, из-за изменение плотного графика работ. Для удобства ремонтных работ необходимо составлять план-график ремонтных работ. Целью дипломного проекта является разработка комплекта документации для эксплуатации и ремонта печи СШОД – 1. Для этого требуется: -расчет и выбор нагревательного элемента; - расчёт и выбор питающего кабеля; -выбор аппаратов управление и защиты; -рассмотреть технологию ремонта электрооборудования шахтной электропечи сопротивления СШОД – 1 -составить расчёт числености ремонтного персонала в следствие этого заполнить график ППР; -изучить производственную безопасность жизнедеятельности и на основе этого составить карту рисков при выполнение ремонтных работ; Задачи дипломного проекта: -дать описание принципиальной электрической схемы печи сопротивления; -рассмотреть основные неисправности электрооборудования печи сопротивления; -выполнить выбор материала для нагревательного элемента; -выполнить расчёт нагревательного элемента; -выполнить расчёт и выбор питающего кабеля, аппаратов управления и защиты; -выполнить расчёт численности ремонтного персонала; -составить план график ППР шахтной электропечи сопротивления СШОД; -составить карту риска для выполнения работ по ремонту электрооборудования. Для решения данных задач будет использован расчетно-аналитический метод. Данный разработаны комплект документации в результате внедрения позволяет ускорить проведение эксплуатации и ремонта печи сопротивление СШОД – 1. 1 Теоретическая часть 1.1 Устройство, назначение и технические характеристики шахтной электропечи сопротивления СШОД -1 Электропечь шахтная лабораторная косвенного нагрева СШОД-1. предназначена для плавки и термообработки различных материалов при температуре до 1100°С в стационарных лабораториях. Печь имеет следующие параметры: Таблица 1 - Номинальные параметры.
Электропечь сопротивления СШОД-1 представляет собой прямоугольный корпус, выполненной из тонколистовой стали, в котором размещены камера нагрева и блок управления Нагреватель выполнен в виде керамической трубы, на которой высокоглиноземной обмазкой закреплена проволока из сплава с высоким удельным сопротивлением. Внутренняя поверхность трубы нагревателя образует рабочее пространство электропечи. Блок управления электропечи служит для автоматического поддержания заданной температуры с точностью, указанной в технической характеристике. Элементы блока управления - регулирующий милливольтметр 5, электронная приставка, тиристор, сигнальная лампа 6 и выключатель расположены на передней панели 8, которая крепится на боковых стенках корпуса камеры нагрева четырьмя винтами 9. Для уменьшения тепловых потерь через отверстие рабочей камеры последнее закрывается крышкой 10. Функциональная схема электропечи приведена на рисунке 1.  Рисунок 1 - Функциональная схема шахтной лабораторной печи К шинам питания непосредственно или через выключатель подключены: электропечь последовательно с тиристором, узел управления тиристором, регулирующий милливольтметр и узел эталонного напряжения. Тиристор выполняет функцию бесконтактного выключателя. Измерение и регулирование температуры осуществляется посредством термопары Тп и регулирующего милливольтметра. 1.2 Принципиальная электрическая схемы шахтной электропечи сопротивления СШОД -1 Принципиальная электрическая схема печи ПКЖ представлена на графическом листе 1 Силовая цепь включается на линейное напряжение, а цепь управления — на фазное. При включении автоматического выключателя F3, находящегося на распределительном щите предприятия, напряжение подается на автоматические выключатели печи F4, F5, F6 и F7 и на цепь управления. О включении выключателя F3 судят по показаниям вольтметра V. Команда на включение печи подается путем нажатия на кнопку S3. При этом включается реле К9, которое своими контактами 1K9, 2К9, ЗК9, 4К9 соответственно шунтирует кнопку S3, включает магнитный пускатель К1, подготавливает к работе цепи катушек магнитных пускателей К2...К7 и включает реле времени F1. Пускатель К1 своими контактами 1К1...3К1 включает блоки нагревателей E1, Е2, Е8, расположенные рядом с входом в жарочную камеру, сигнальную лампу Н1 и шунтирует контакт 2КО. Одновременно питание подается на катушку пускателя К2 (если тумблер SS замкнут), в результате чего включается блок нагревателей Е9. Через определенное время реле времени F1 замкнет контакт 2F1 и подаст питание на катушку пускателя КЗ. Пускатель сработает и включит блоки нагревателей ЕЗ, Е10 и E11, сигнальную лампу НЗ, катушку реле К11 и зашунтирует контакт 2К9. Реле К11 сработает и контактом 1K11 зашунтирует контакт ЗКЗ, а контактом 2K1I включит катушку пускателя К8. Если переключатель S8 установлен в положение 1 «Автоматическое управление», а приводной вал конвейера повернется настолько, что кулачок его нажмет на ролик конечного выключателя S9, произойдет включение реле К12.Один контакт этого реле (1К12) включит реле времени F2а второй (2К12) зашунтирует контакт 2F2. По катушке пускателя К8 ток будет проходить через контакт 2К12 до тех пор, пока кулачок не прекратит нажимать на ролик конечного выключателя S9, а реле К12 не отключится. Пускатель К8 и соответственно двигатель М конвейера отключаются на период времени, заданный обслуживающим персоналом с помощью реле времени F2. По истечении этого периода времени реле F2 отключится и контактом 2F2 включит катушку пускателя К8. Таким образом осуществляется шаговое движение конвейер. Через определенное время после нажатия на кнопку S3 реле времени FI своим контактом 4FJ включит катушку пускателя К4, а если замкнут тумблер S6, то и катушку пускателя К5. При этом включатся блоки нагревателей Е4, Е5, Е6, E12, а контакт 2К4 зашунтирует контакт ЗК9. Затем через некоторый промежуток времени контакт 6F1 реле времени включит катушку пускателя Кб, а если тумблер S7 замкнут, то и катушку пускателя К7. При этом получат питание блоки нагревателей Е7, Е13. После этого через 1...2 мин контакт SF1 реле времени отключит катушку реле Л'9, что повлечет за собой отключение реле времени FI. Нагреватели останутся включенными, так как контакты реле К9 зашунтировапы контактами магнитных пускателей. При установке переключателя S8 в положение 2 «Прогон» цепи реле KI2 и реле времени F2 окажутся отключенными от электрической сети, а цепь кагушки реле К11 — замкнутой независимо от положения контакта ЗКЗ. Контакт 2KI1 включит пускатель К8, а соответственно и двигатель М конвейера. Конвейер работает в непрерывном режиме. Такой режим необходим для периодической очистки его при включенных нагревателях, а также может быть использован для приготовления изделий, тепловая обработка которых занимает непродолжительное время. Если в жарочную камеру подается последний противень с обрабатываемым изделием, нужно нажать на кнопку S4. При этом включается реле К10 и сигнальная лампа Н2. Реле К10 своими контактами 1К10, 6К10 соответственно зашунтирует кнопку S4 и включит реле времени F1, а контактами 2К10, ЗК10, 4К10, 5К10 подготовит катушки магнитных пускателей К1...К7 к отключению. Через 2 мин после нажатия на кнопку S4 разомкнется контакт IF1 и отключит катушки магнитных пускателей К1 и К2. За это время последний противень с изделиями уже прейдет блоки нагревателей El, Е2, ES, Е9. Через 3,5 мин разомкнется контакт 3F1 и отключит катушку магнитного пускателя КЗ. Через 6...8 мин контактами 5F1 и 7F1 отключатся соответственно катушки магнитных пускателей К4, К5, Кб и К7. После отключения нагревателей двигатель продолжает работать в течение некоторого времени. За это время конвейер и жарочная камера охлаждаются и примерно через 20 мин после нажатия на кнопку S4 разомкнется контакт 9FI. который отключит катушки реле К10 и КН. Контакты этих реле отключат катушки реле времени F1 и F2, сигнальные лампы Н2, Н3 и катушку пускателя К8. В случае перегрева печи схемой предусмотрено автоматическое отключение блоков нагревателей, для чего на дне первой и второй половин жарочной камеры установлены чувствительные патроны терморегуляторов. Контакты этих терморегуляторов В1 и В2 соответственно отключают катушки пускателей К1...КЗ и K4...KJ. Во время работы печи в зависимости от прожариваемости изделий тумблерами S5, S6, S7 можно отключить или включить катушки пускателей К2, K5 и К7, т. е. соответственно блоки нагревателей Е9, Е4 и Е13. Кнопки S1 и S2 предназначены для экстренного отключения печи и установлены у входа и выхода жарочной камеры. Рекомендуется следующая настройка срабатывания контактов программного реле времени F1 (марка реле ВС-10-64): 1F1 —2 мин; 2F1, 3FI — 3,5 мин; 4FI, 5F1 — 6 мин; 6F1, 7F1 — 8 мин; 8F1 — 9 мин; 9FI — 20 мин. Монтаж электропроводки и заземление выполняют согласно принципиальной и монтажной электросхемам в соответствии с ПЭУ. Печь может быть установлена в помещении, которое должно иметь: подвод горячей и холодной воды для санитарной обработки; канализационный трап; водостойкий пол с уклоном в сторону трапа; приточно-вытяжную вентиляцию; силовой ввод, рассчитанный на мощность 59 кВт, напряжением 380 В, дверные проемы шириной не менее 1100 мм; контур заземленияю. Печь имеет фронт обслуживания с одной стороны, поэтому ее можно устанавливать около стен, учитывая направление движения продукта в печи справа налево, если смотреть с фронта обслуживания. Она должна быть подключена к системе вытяжной вентиляции, обеспечивающей отсос 200...1000 м3/ч.  Рисунок 2 - Электрическая принципиальная схема шахтной электро печи сопротивления СШОД-1. 1.3 Основные неисправности электрооборудования схемы шахтной электропечи сопротивления СШОД -1 Срок службы нагревательных элементов зависит от целого ряда факторов: от рабочей температуры, характера ее изменения во времени, конструкции и размеров нагревателя, воздействия на него атмосферы печи. Он может быть обусловлен постепенным окислением материала в работе (или его распылением, если речь идет о благородных металлах или нагревателях, работающих в вакууме или в защитной атмосфере) или потерей им механической прочности. Применяемые для нагревателей материалы образуют при нагреве плотные окисные пленки, защищающие основной материал от дальнейшего окисления, поэтому до определенных (для каждого материала) температур окисление развивается крайне медленно, а после перехода через этот температурный уровень процесс резко ускоряется. Так же протекает и распыление материалов в вакууме или защитной атмосфере. Максимально допустимой температурой данного материала следует признать ту температуру, начиная с которой резко усиливается процесс окисления или распыления материала. Если перейти через этот уровень, то срок службы нагревательного элемента сильно сокращается. При окислении нагревателя пленка окисла на нем (как правило неэлектропроводная или малоэлектропроводная) постепенно утолщается, а сечение металлической сердцевины уменьшается. Поэтому сопротивление нагревателя постепенно увеличивается, а выделяющаяся в нем мощность падает. Когда это уменьшение мощности становится существенным (около 10—15%), нагреватель приходится заменять на новый, его срок службы заканчивается. Постепенный процесс роста сопротивления нагревателя в результате его окисления или распыления не всегда является причиной его замены, очень часто нагреватель выходит из строя задолго до достижения его сопротивлением предельного значения. В нагревателе обычно имеются несколько ослабленных участков, мелкие трещинки в местах перегиба, включения пленок окислов и тому подобное, в которых наблюдается местное увеличение сопротивления. Такие участки с увеличенным сопротивлением вызовут местные перегревы в нагревателях и более интенсивное окисление в местах этих перегревов. Интенсивное окисление в свою очередь вызовет дальнейшее уменьшение сечения нагревателя в этих точках, дальнейший рост их температуры, процесс пойдет нарастающим темпом и приведет к перегоранию нагревателя в одной из таких точек. Срок службы нагревателя из проволоки диаметром 1 мм в зависимости от его температуры (в воздухе) Аналогичный эффект может получиться, если поверхность нагревателя загрязнена, или он неправильно сконструирован, если теплоотдача некоторых его участков затруднена (например, у заэкранированных огнеупорными опорами или крючками частей нагревателя), в результате чего образуются местные перегревы. Такого рода местные перегревы не будут существенно сказываться на сокращении срока службы нагревателя в тех случаях, когда их абсолютные значения будут невелики и температуры наиболее нагретых участков не будут достигать значений, при которых начинается интенсивное окисление (или распыление) данного материала. Следовательно, надо стремиться к тому, чтобы между рабочей температурой нагревателя и его максимально допустимой температурой нагрева был известный запас, превышающий значение возможных местных перегревов. Если этот запас невелик, то следует свести эти местные перегревы к минимуму рациональной конструкцией и выбором больших сечений нагревателя, так как чем больше будут эти сечения, тем меньшими в процентном отношении будут местные сужения, тем меньше будет местный перегрев. Причиной выхода нагревателя из строя может явиться также его недостаточная механическая прочность при высоких температурах, его склонность к ползучести или короблению. Например, если нагреватель сконструирован таким образом, что при рабочей температуре он начинает деформироваться под действием собственного веса (вытягивание петель висящего на крючках нагревателя, коробление спиралей нагревателя), то могут получиться замыкания соседних витков или петель, образование в этих местах дуг и как следствие перегорание нагревателя или просто местные утончения сечения в результате вытягивания с образованием опять-таки местных перегревов. Наконец, нагреватель может быть выведен из строя в результате химического взаимодействия при рабочей температуре с материалами футеровки электрической печи, с которыми он соприкасается, или с ее атмосферой. Работа каждого материала в нагревательных элементах электрической печи сопротивления может быть охарактеризована двумя температурами— рекомендуемой рабочей температурой и максимально допустимой температурой. Максимально допустимая температура материала соответствует той температурной границе, за которой начинается его интенсивное окисление или распыление и, следовательно, резкое сокращение срока службы. Рекомендуемая температура лежит ниже максимально допустимой. В области, ограниченной рекомендуемой температурой материала, срок службы нагревателя достаточно велик, для металлических сплавов около 12000—15000 ч. В этой области не страшны ограниченные местные перегревы, так как даже при значительных их размерах температура нагревателя не превзойдет максимально допустимого значения. Следовательно, при таких температурах можно применять малые сечения нагревателей. Естественно, что во всех случаях, когда это возможно, следует рассчитывать нагреватели именно таким образом, чтобы их расчетная температура не превосходила рекомендуемой. Так же могут быть неисправны: трансформатор, вводной автомат. Причины неисправностей трансформатора: «Старение» межлистовой изоляции магнитопровода, отдельные местные повреждения ее, замыкание отдельных листов. Признаки повреждения — увеличение тока и потерь холостого хода, быстрое ухудшение состояния масла, понижение его температуры вспышки, повышение кислотности масла и понижение пробивного напряжения. «Пожар» стали, повреждение изоляции стяжных болтов, замыкание листов магнитопровода, касание в двух местах магнитопровода каких-нибудь металлических частей, в результате чего образуются замкнутые контуры для вихревых потоков. Признаки повреждения — повышение температуры трансформатора, появление газа черного или бурого цвета в газовом реле, воспламеняющегося при поджоге, Масло меняет цвет, становится темным и имеет резкий специфический запах вследствие разложения (крекинг-процесс). Ослабление прессовки магнитопровода, свободное колебание крепящих деталей, колебание крайних листов магнитопровода. Признаки повреждения — ненормальное гудение, дребезжание, жужжание. Эти же признаки могут быть и следствием повышения против нормального первичного напряжения. «Старение» и износ изоляции. Износ изоляции может произойти из-за длительной эксплуатации трансформатора, однако наблюдается и преждевременный износ, который является результатом частых перегрузок или недостаточно интенсивного охлаждения при номинальной нагрузке. Ухудшение условий охлаждения может произойти из-за осадков шлама на обмотки, загрязнения между обмоточных промежутков и при “старении” масла. В практике принято следующее разделение изоляции по классам годности: 1-й класс — изоляция эластичная, мягкая, не дает трещин и деформаций; такая изоляция считается хорошей; 2-й класс — изоляция твердая, прочная, без трещин, не дает трещин и деформаций при нажатии рукой и с трудом отделяется с помощью ножа; такое состояние изоляции считается удовлетворительным; 3-й класс — изоляция хрупкая, при нажатии или постукивании расслаивается или появляются мелкие трещины и деформации; 4-й класс — изоляция имеет трещины, при нажатии рукой осыпается, замечаются оголенные участки; изоляция считается плохой, и требуется смена обмоток. Для определения прочности изоляционных прокладок в ремонтной практике проверка состояния электрокартона производится на образцах, вырезанных из изоляции различных частей трансформаторов. Вырезанную полоску электрокартона сгибают пальцами под прямым углом или складывают вдвое без сдавливания листа сгиба. Если при полном сгибе вдвое электрокартон не ломается, изоляция считается хорошей, если при полном сгибе ломается, то удовлетворительной, т. е. ограниченно годной, а если картон ломается еще при сгибе до прямого угла, то негодной. Витковое замыкание в обмотках. Такое замыкание возникает при разрушении изоляции обмотки вследствие ее износа, деформация обмоток при КЗ, толчка нагрузки, различного рода перенапряжениях в аварийных режимах, снижениях уровня масла до обнажения обмоток и в других случаях. Признаки повреждения — работа газовой защиты на отключение трансформатора с выделением горючего газа бело-серого или синеватого цвета; не- нормальный нагрев трансформатора с характерным бульканьем, неодинаковое сопротивление обмоток фаз при измерении их постоянным током. При значительных витковых замыканиях приводится в действие максимальная защита. Обрыв обмотки, возникающий при сгорании выходных концов вследствие термического действия и электромеханических усилий токов короткого замыкания, плохой пайки проводников, выгорании части витков при витковых замыканиях. Признаки повреждения — работа газовой защиты вследствие образования дуги в месте обрыва. Пробой и перекрытие внутренней и внешней изоляции трансформатора. Причинами перекрытия могут являться значительный износ изоляции, появление в ней трещин, в которые попадает грязь и сырость, а также атмосферные и коммутационные перенапряжения. Рассмотрим более подробно возможные неисправности силовых трансформаторов. Возможные неисправности автоматических выключателей Причины отключения защитного устройства могут быть вызваны неисправностью самого выключателя, замыканием электропроводки, перегрузкой потребителями электроэнергии, неисправностью электротехники. Слабое крепление проводов вызвало оплавление контакта автомата Выявить причину ложного срабатывания защитного устройства не трудно, так же как и устранение неисправности автоматических выключателей. Перегружена электросеть Отключение автомата может произойти из-за того, что ток нагрузки превышает его номинальный ток. Срабатывание защиты указывает на его нормальную работу, он прекрасно справляется со своими защитными функциями. Если установлен автомат с номинальным током 16 А, а вы включили сразу несколько мощных бытовых приборов — как стиральная машина, кондиционер, бойлер и т. д., то естественно защитное устройство автоматически отключится, так как суммарная нагрузка превысит 16 А. Таким образом автомат защищает электропроводку рассчитанную на 16 А от перегрева и короткого замыкания. В этом случае можно найти выход из положения поочередным включением мощных бытовых приборов. Если такой вариант включения не подходит, то тогда необходимо установить автомат на 25 А, и соответственно поменять электропроводку на медный провод сечением 2,5 мм². При отключении автомата, при перегрузке, тепловой расцепитель размыкает контакты, и при повторном включении нужно выждать некоторое время, пока тепловой расцепитель не остынет и вернется в исходное состояние. Только после остывания пластины теплового расцепителя появится возможность повторного включения автомата. Выбивает автоматический выключатель при включении электротехники Если при включении бытовой техники выбивает автоматический выключатель, то можно предположить что неисправность в данном бытовом приборе. В этом приборе, скорее всего, произошло короткое замыкание. Возможен вариант, когда бытовой прибор исправен, а неисправна электропроводка на участке от автомата до розетки. Причина неисправности электропроводки возможна в старой изоляции или отсыревших стен. Когда при включении бытовых приборов небольшой мощности защита не отключается, а при включении прибора большей мощности срабатывает автомат, то данный электрический прибор можно проверить на другой розетке в другой комнате (на другом участке электропроводки). Если прибор работает нормально, то неисправность нужно искать в электропроводке, поочередно заменяя участок электропроводки временным кабелем с подключением данного мощного прибора или другой похожей нагрузки. Неисправность электропроводки Неисправность электропроводки может быть вызвана коротким замыканием между фазой и нулевым проводом. В этом случае выбивает автоматический выключатель без подключения какой-либо нагрузки. Поиск места короткого замыкания может быть длительным. Ускорить поиск места неисправности проводки можно, также заменяя отдельные участки электропроводки временным кабелем. На найденном участке электропроводки с местом короткого замыкания проверяются все розетки, светильники. Поврежденный участок можно проверить мегомметром, или в крайнем случае мультиметром (лучше стрелочным тестером) в диапазоне больших сопротивлений. Неисправности автомата Причина неисправности автоматических выключателей в основном заключаются в низком качестве исполнения. Поэтому, если вы сомневаетесь в качестве автомата, при его отключении, нужно проверить его методом замены на рабочий автомат, с таким же номинальным током. Из-за низкого качества автомата, может присутствовать нагар на подвижном и неподвижном контактах устройства. Как результат возможно оплавление корпуса прибора. Устройство автоматического выключателя из-за не плотного прилегания поверхностей контактов, возникает искрение и как правило появляется нагар. Возникновение нагара происходит из-за увеличения сопротивления между контактами и их перегрева. От перегрева контактов устройства греется тепловой расцепитель, что вызывает его ложное срабатывание и отключение прибора. Неисправность автоматического выключателя может вызвать плохой прижим соединения проводов на входных и выходных контактах. Поэтому затягивать соединения проводов и контактов нужно с достаточным усилием, но не перетягивать, так как возможно повреждение корпуса. Нагар на подвижном и не подвижном контактах автомата Для надежного крепления проводов при монтаже, рекомендуется использовать одинаковые сечения монолитных проводников в местах их соединений на автоматах. Выбивать автомат с номинальным током до 10 А может при включении стабилизатора, перегорании лампы накаливания, включении электродвигателя, когда происходит бросок тока превышающий номинал автомата. 2 Опытно-экспериментальная часть 2.1 Конструкторский раздел 2.1.1Выбор нагревательных элементов Очень часто при желании сделать или отремонтировать нагреватель электропечи своими руками у человека появляется много вопросов. Например, какого диаметра взять проволоку, какова должна быть ее длина или какую мощность можно получить, используя проволоку или ленту с заданными параметрами и т.д. При правильном подходе к решению данного вопроса необходимо учитывать достаточно много параметров, например, силу тока, проходящего через нагреватель, рабочую температуру, тип электрической сети и другие. В данной статье приводятся справочные данные о материалах, наиболее распространенных при изготовлении нагревателей электрических печей, а также методика и примеры их расчета (расчета нагревателей электрических печей). |