Курсовой проект "Электрооборудование электрической печи сопротивления" Вариант 10 студент 4этф4

• Название: Курсовой проект "Электрооборудование электрической печи сопротивления" Вариант 10 студент 4этф4
• Дата: 19.03.2019
• Размер: 0.72 Mb.
• Имя файла: Mingalimov.doc
• Тип: Курсовой проект; #70968

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Самарский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)

Электротехнический факультет

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»


Электротехнологические установки и системы

Курсовой проект
"Электрооборудование электрической печи сопротивления"

Вариант 10


Выполнил:

студент 4-ЭТФ-4

Мингалимов С.С
Принял:

Данилушкин А.И.

Самара 2018
Содержание

1. 
   Исходные данные …………………………………………………………..
   
2. 
   Тепловой расчет печи сопротивления …………………………………….
   
   0. 
      - Расчет нерегулярного режима …………………………………………………
      
   1. 
      - Расчет регулярного режима ……………………………………………………
      
   2. 
      - Разработка конструкции камеры печи ………………………………………..
      
   3. 
      - Расчет энергетических характеристик печи ………………………………….
      
3. 
   Расчет и выбор нагревательных элементов ……………………………….
   
4. 
   Разработка принципиальной схемы. ……………………………………….
   
5. 
   Разработка системы управления и регулирования…………………………
   
6. 
   Выбор электрооборудования. Спецификация……………….......................
   
7. 
   Описание схемы электрооборудования печи ………………………………
   
8. 
   Алгоритм работы печи ……………………………………………………….
   
9. 
   Библиографический список ………………………………………………….
   

ИСХОДНЫ ДАННЫЕ
Материал изделия: Латунь

Форма и размеры изделия: Призма 0.24x0.6x1.2 м

Температура нагрева: 950 C

Допустимый перепад температур в конце нагрева: 100 С

Допустимый перепад температур в процессе нагрева: 300 С

Производительность печи: 0.3 т/ч.
Условные обозначения:
t- температура, град.;

T - температура, К; Т=t+273;

- разность температур;

F - площадь поверхности;

- время, ч;

- объем;

- плотность;

c - удельная теплоемкость, Дж/(кг );

- коэффициент теплопроводности, Вт/м;

- коэффициент теплообмена;

- коэффициент температуропроводности;

- удельный тепловой поток, Вт/м²;

- удельное электрическое сопротивление, Ом м;

Q - количество теплоты, Дж;

P - электрическая мощность, Вт;

W - удельная поверхностная мощность; Вт/см²

R - электрическое сопротивление, Ом;

U - напряжение, В;

I - ток, А;

- степень черноты поверхности;

- число Фурье;

- число Бис;

G - масса изделия, кг;

- коэффициент полезного действия;

- относительная температура;

2S - толщина изделия (для призмы);

R - радиус изделия (для цилиндра);

- относительная температура;

- излучательная способность абсолютно черного тела.


2. Тепловой расчет печи сопротивления.

Расчет нерегулярного режима.

2.1. Температура печи в установившемся режиме работы


2.2. Удельный полезный тепловой поток

.

Здесь C_s=5,76 Вт / м² К⁴ – излучательная способность абсолютно черного тела.

Так как фактические размеры печи не известны, принимаем предварительно

;


Величина – степень черноты поверхности изделия или стенки печи =0.6.
2.3. Допустимый тепловой поток из условия максимального перепада температур по сечению изделия:

.
2.4. Определяем продолжительность нерегулярного режима.

2.4.1. для пластины:

2.5. Перепад температуры в конце нерегулярного режима (в начале регулярного режима).

.Для пластины:

2.6. Максимальная рабочая (номинальная) температура печи из условия по п. 2.3.

, поэтому расчетная температура печи принимается равной , определенной в п. 2.1.
2.7. Перепад температуры в начале регулярного режима для призмы: если _, ,



2.8. Температура поверхности к началу регулярного режима

2.9.Для призмы:



2.10. Температура центра к началу регулярного режима

2.10.1. Для призмы:

.


3. Расчёт регулярного режима

3.1. Температура поверхности в конце регулярного режима: _.

3.2. Температура центра цилиндра (или середины пластины) в конце регулярного режима:



3.3. Средняя по сечению температура изделия в начале регулярного режима:



3.4. Средняя по сечению температура изделия в конце регулярного режима:



3.5. Продолжительность регулярного режима.

3.5.1 Для призмы: .

П р и м е ч а н и е: При достижении температуры печи система автоматического регулирования переводит печь в режим и поддерживает ее на этом уровне в течение всего времени нагрева.

3.6. На втором этапе нагрева (при ) теплопередача от нагревателей и стенок печи к изделию осуществляется преимущественно излучением, причем, , тогда коэффициент теплопередачи в конце регулярного режима: _.
3.7. Коэффициент теплопередачи в конце нагрева (момент времени ),

_.

3.8. Среднее значение коэффициента теплопередачи


3.9. Относительная температура поверхности изделия в конце регулярного режима

_,

где - температура изделия при загрузке.

3.10. Критерий Bi :

3.10.1. Для призмы

_.

3.11. По найденным для регулярного режима и Bi по температурному графику (рис.1 или рис 2) для поверхности находим относительное время .
3.12. По найденному при известном значении коэффициента температуропроводности определяем время нагрева на втором этапе (выравнивание температур при .=const):



3.13. По температурному графику для центра изделия (рис.3 или рис.4) по известным Bi и Fo находим относительную температуру центра .
3.14. Абсолютная температура центра в конце нагрева:


3.15. Перепад температуры в конце нагрева:


.
Р и с. 2 Температурный критерий для .поверхности пластины..

3.17. Полное время нагрева .

3.18. По заданной производительности П печи определяем количество изделий в печи, схему их размещения, конфигурацию и размеры камеры печи [2,3,4].

Количество n изделий, одновременно размещаемых в печи, определяется производительностью печи и временем нагрева

,

где G=V*γ=0.4*0.6*1.2*8500=2448 кг – масса одного изделия.



Р и с. 4 Температурный критерий для середины пластины
3.19. Разработка конструкции камеры печи.

Конструкция печной камеры, ее форма и размеры должны отвечать следующим требованиям.

Внутренние размеры камеры печи должны соответствовать размерам загрузки; наличие неиспользованного пространства в камере печи приводит к увеличению внешних размеров и росту тепловых потерь. Размеры камеры должны позволять удобную загрузку и выгрузку садки, ремонт и другие технологически операции.

Внешние габариты печи определяются ее внутренними размерами и толщиной кладки. Кладка должна обеспечить низкие температуры кожуха печи (не выше 60 ). Огнеупорная часть кладки, особенно в печах, в которых происходит остывание изделий, или работающих с частыми остановками, должна выполняться из возможно более легкого, допустимого по условиям прочности, материала, с тем, чтобы снизить аккумулированное тепло. Не следует применять излишне прочный, и, следовательно, тяжелый материал [4].

Расположение нагревателей в печи должно определяться как технологическими требованиями, так и возможностью размещения их в печи. В печах, в которых проводятся технологические процессы, требующие высокой равномерности нагрева, а также в печах для нагрева крупногабаритных изделий желательно применять расположение нагревателей на своде, в поду и на боковых стенках печной камеры, а иногда и на задней стенке и дверце печи. В шахтных печах в таких случаях следует размещать нагреватели на дне шахты и на крышке, а в колпаковых печах – в стенде или тележке. В крупных печах следует создавать несколько тепловых зон.

3.20. Коэффициент теплопередачи излучением для наружной стенки печи зависит от температуры воздуха, его состава, температуры наружной стенки печи и состояния ее поверхности. При температуре наружной стенки и температуре окружающего воздуха можно принять .

3.21. Толщина стенки печи определяется из соотношения :

.

Отсюда:

:


3.22. Размеры печи
Высота печи:


Длина печи:


Ширина печи:


Площадь камеры печи:


Расчет энергетических характеристик печи

Мощность тепловых потерь через кладку печи:

_.

Количество тепла, аккумулированного изделием:

_.

Количество тепла, аккумулированного загрузочными приспособлениями, размещаемыми в печи вместе с садкой ,



Здесь и - масса и теплоемкость вспомогательных загрузочных приспособлений (принять равной 0,1G_{загрузки}.).

Тепловые потери за время простоя печи:

.

Здесь - степень черноты стенок камеры;

- площадь открытой двери камеры;

- время, в течении которого камера печи открыта (время загрузки-выгрузки) _,

=0,6 – коэффициент диафрагмирования, характеризующий степень открытия двери или крышки печи.

Полный расход тепла за цикл

_.

;

Удельный расход электроэнергии _.

Тепловой коэффициент полезного действия

Тепловая мощность печи

Здесь–суммарная площадь поверхности изделий, загруженных в печь.

расчёт И ВЫБОР нагревателЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
При расчете нагревателей электрической печи сопротивления конструктор должен выбрать тип нагревателей, материал для их изготовления, определить размеры – сечение и длину – и разместить их внутри печи. Мощность, выделяющаяся в нагревательных элементах, должна быть равна расчетной тепловой мощности печи, а параметры этих элементов должны соответствовать мощности печи и напряжению питания.
4.1. По рабочей температуре печи определяем температуру нагревательного элемента и выбираем материал нагревателя.

.
4.2. По табл. 4, 5 определяем удельную поверхностную мощность идеального нагревателя () для температуры поверхности в конце регулярного режима. Здесь значения ,Т_изд принимаются по результатам расчета п.3.1.
=70000
4.3. Определяем фактическую удельную поверхностную мощность нагревателя



Здесь - коэффициент эффективности излучения, зависящий от типа нагревателя и материала нагреваемого изделия.

4.5. В зависимости от мощности печи производим разбивку печи на электрические зоны, выбираем схему соединения нагревателей, определяем мощность фазы.

4.6. Рассчитываем параметры нагревателя. Расчет ведется по конкретным зависимостям для проволочного или ленточного нагревателя, приведенным ниже:

4.6.1. Диаметр сечения проволоки нагревателя

.
Диаметр спирали:



4.6.3. Длина и масса нагревателей на фазу:

;
,

где – сечение проволоки или ленты нагревателя.

Разработка принципиальной схемы

и выбор электрооборудования печи

При разработке принципиальных схем и выборе электрооборудования необходимо пользоваться справочными данными и придерживаться рекомендаций, изложенных в [5].

Алгоритм работы печи

Включаются вводной автоматический выключатель QF и автоматический выключатель цепи управления QF1. Загружается в печь изделие. После загрузки изделий в печь закрывается дверца печи (в нашем случае вручную, но для печей большой мощности можно установить привод). Подается напряжение на каждую зону печи включением контакторов К. На панели регулятора температуры ТРМ задатчиком устанавливается нужное по заданию значение температуры печи. Вследствие большой разности между температурой задания и температурой печи в начальный период нагрева регулятор ТРМ включает промежуточное реле РП, контакты которого замыкают цепи промежуточных реле РП, которые своими контактами замыкают цепи управляющих электродов тиристоров. На нагреватели каждой зоны печи подается напряжение. Одновременно подается напряжение на катушку реле времени РВ. Начинается отсчет выдержки времени нагрева. При достижении температурой печи заданного значения система переходит в режим стабилизации температуры. По истечении времени нагрева, задаваемого уставкой реле времени РВ, замыкается контакт РВ в цепи сигнального реле РС и загорается красная лампочка HL, свидетельствующие об окончании нагрева. Отключаются контакторы К, из печи выгружается изделие. Затем цикл повторяется.

Библиографический список

1. 
   Евтюкова И. П., Кацевич Л. С., Некрасова Н. И., Свенчанский А. Д. Электротехнологические промышленные установки. – М.: Энергоиздат, 1982.-400 с.
   
2. 
   Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. Т.1. – М.: Энергия, 1975.-384 с.
   
3. 
   Электротермическое оборудование: Справочник../Под ред. Альтгаузена А. П. – М.: Энергия, 1980.-416 с.
   
4. 
   Материалы для электротермических установок: Справочное пособие./Под ред. М. Б. Гутмана. – М.: Энергоатомиздат, 1987.-296 с.
   
5. 
   Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник../Под ред. А. П. Альтгаузена. – М.: Энергия, 1978.
   

6. А.И. Данилушкин, В.А. Данилушкин, Н.Н.Клочкова. Электрооборудование и автомати зация электрической печи сопротивления: учеб. пособие./– Самара. Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 84 с.: ил.