Курсовой проект расчет камерной электропечи сопротивления Преподаватель Лебедева О. С. Студент Загорская Н. И. Красноярск 2014
 Скачать 7.16 Mb.
|
 удельное электросопротивление сплава Х15Н60 равно  Сопротивление одной фазы:  Длина нагревателя, приходящаяся на одну фазу:  Удельная поверхностная мощность:  Так как полученное значение удельной поверхностной мощности достаточно близко к исходному, перерасчета нагревателей производить не требуется. Поскольку площадь поверхности стен, необходимая для размещения нагревателей с относительным шагом e/b = 0,9, меньше внутренней поверхности проектируемой печи (соответственно 0,9 и 7,71  ), следует провести перераспределение нагревателей. Будем считать, что нагреватели равномерно распределены по своду, стенам и поду печи.Легко подсчитать, что площадь поверхности пода (свода) равна B*L = 1,3*1,7 = 2,21 , площадь поверхности боковой стены равна L*H = 1,7*0,7 = 1,19 , а площадь поверхности торцевой стены B*H = 1,3*0,7 = 0,91 .Так как общая длина ленточного нагревателя равна 54,85*3 = 164,55 м, на поду и своде должно быть размещено по 164,55×2,21/7,71 = 47,16 м нагревателя, на боковых стенах - по 164,55×1,19/7,71 = 25,4 м, на торцевой стене 164,55×0,91/7,71 = 19,42 м нагревателя. Принимая высоту зигзага на стенах  а на своде и поду  , будем считать, что нагреватели расположены на стенах в 2 ряда, а на своде и поду по 3 ряда нагревателей.Тогда каждый ряд нагревателей на боковых стенах печи имеет длину 25,4/2=12,7 м; на торцевой стене 19,42/2=9,71 м; а на своде (поду) 47,16/3=15,72 м. Определим шаг зигзага ленточного нагревателя: на боковых стенах: е = 1,7/(12,7:0,2) = 0,026 м; торцевой стене: е = 1,3/(9,71:0,2) = 0,026 м; своде (поду): е = 1,3/(14,43:0,25)= 0,026 м; т.е. относительный шаг везде равен e/b = 0,026/0,028 = 0,9. Таким образом, в проектируемой печи ленточный нагреватель можно расположить равномерно по всей поверхности пода, свода, торцевой и боковых стен с относительным шагом e/b = 0,9. 4. Выбор и расчет защиты от поражения электрическим током [6] Рассчитываемая электропечь сопротивления питается от сети с трехфазного тока с напряжением 380 В, через понизительные трансформаторы. В таком случае нужно использовать трехфазную четырехпроходную сеть с глухозаземленной нейтралью. По технологическим требованиям такая сеть позволяет использовать два рабочих напряжения - линейной и фазное. Например, от четырехпроводной сети 380 В можно питать как силовую нагрузку - трехфазную или однофазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее на фазное напряжение 220 В. При этом достигается значительное удешевление электроустановки в целом благодаря применению меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и так далее. Сети с глухозаземленной нейтралью (четырехпроводные ) следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов, когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции или когда емкостные токи замыкания на землю достигают больших значений, опасных для человека. Примером таких сетей могут служить сети крупных промышленных предприятий, городские и сельские сети и т.п. Для защиты от поражения электрическим током в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью используется зануление. Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических не токоведущих частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока. Нулевой проводник - проводник соединяющий корпуса зануленных установок с глухозаземленной нейтралью. Различают нулевой рабочий проводник, который является частью рабочей цепи, по нему протекает рабочий ток. Он рассчитывается на длительное протекание рабочего тока и соединяется с глухозаземленноей нейтралью. ПУЭ рекомендует использовать рабочий проводник в качестве нулевого защитного проводника. В этом случае нулевой проводник должен удовлетворять требования нулевого рабочего проводника и нулевого защитного проводника. Назначение зануления. Устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки или другим металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае замыкания на корпус. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Для отключения используются плавкие предохранители, автоматы максимального тока. Так как зануленные корпуса до момента срабатывания защиты находятся под напряжением, в этом случае проявляются свойства защитного сопротивления, уменьшается напряжение корпуса относительно земли в аварийный период. Таким образом, зануление осуществляет два вида защиты: автоматически отключает поврежденную установку от сети при пробое на корпус и уменьшает напряжение относительно земли металлических нетоковедущих частей, которые оказались под напряжением. 5. Техника безопасности и охрана труда Электрические печи при неправильной установке или эксплуатации могут служить источником опасности для обслуживающего персонала, поэтому следует тщательно соблюдать правила их монтажа, пуска и эксплуатации, предотвращая опасность своевременным осуществлением необходимых технических и организационных мероприятии. Электрические печи являются в первую очередь устройствами, работающими под тем или иным напряжением. Поэтому во всех случаях при эксплуатации этих печей следует соблюдать общие правила работы с электрическими установками, а также систематически проверять исправность линии снабжения печей электроэнергией, особенно на участках между трансформаторами и печами, исправность электрической изоляции, заземление кожухов печей и наличие ограждении у неизолированных участков токоподводов. Электрические печи являются также устройствами, работающими при повышенных температурах и служащими источниками теплового излучения. Футеровка и тепловая изоляция печей должны подвергаться систематическому ремонту с тем, чтобы не только обеспечить проектные технико-экономические показатели их работы, поддерживать установленную температуру на поверхности кожуха, но и исключить возможность аварий, вызываемых износом огнеупорной кладки. Печи должны быть оборудованы взрывными клапанами, исправность которых необходимо систематически проверять. Наконец, некоторые печи являются источником излучения в коротковолновой части спектра. Следует тщательно проверять уплотнения кожухов и гляделок с тем, чтобы исключить рентгеновское облучение персонала. Следует отметить, что в конструкцию современных электрических печей заложены многочисленные элементы, правильная установка которых при монтаже печи и поддержание в исправном состоянии при ее последующей эксплуатации обеспечивают безопасные условия труда обслуживающего персонала. Необходимо систематически проверять исправность узлов конструкции и четко соблюдать технические инструкции по эксплуатации печей. В этом залог безопасной и высокопроизводительной работы. 6 Автоматизация управления электрическими печами Электрические печи сопротивления (камерные, шахтные, колпаковые и др.) широко применяются для термообработки изделий в различных отраслях российской промышленности: в металлургии, энергетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стекольном производстве. Использование автоматизированных систем управления при термической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала. Современное оборудование и новые методы автоматического управления позволяют снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом. В этой статье автор предлагает два проектных решения модернизации системы управления электропечами с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий. При подготовке проектов модернизации АСУ предварительно был проведён подробный анализ технологического процесса термообработки для выяснения основных недостатков и проблем в работе печей. Например, во время отжига деталей и металлоконструкций недопустимы даже незначительные отклонения температуры от значений, указанных в технологической карте. Нарушения температурного режима могут привести к несоответствию механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что, в свою очередь, может повлечь аварии на производстве. 6.1 Системы регулирования температуры в электропечах на основе приборов ОВЕН В качестве регулирующего устройства в системе управления электропечью используется двухканальный программный ПИД - регулятор ОВЕН ТРМ151, два канала которого регулируют температуру на нагревательных элементах. Исполнительным устройством служит блок управления симисторами и тиристорами (БУСТ), который обеспечивает точность автоматической регулировки мощности на нагревательных элементах печи методом фазового управления. Для расширения входов и получения дополнительной возможности измерения температуры в самом изделии или в муфеле печи применяется модуль ввода ОВЕН МВА8 . Обмен данными между регуляторами и модулем аналогового ввода осуществляется при помощи компьютера, для согласования интерфейсов RS-485/RS-232 используется преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М (рис. 1).  Рис. 1. Общая структурная схема системы автоматического управления (САУ) температуры для четырех электропечей Разработанная система позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена установок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнего уровня и заносятся в каждый прибор ТРМ151. Для системы требуется: · программный двухканальный регулятор (ОВЕН ТРМ151); · блок управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ); · преобразователь интерфейса (ОВЕН АС3-М); · модуль аналогового ввода (ОВЕН МВА8); · компьютер; · датчики температуры, силовые симисторы; Предлагаемая система управления увеличивает надёжность работы электропечей за счёт замены аналоговых регуляторов и релейных исполнительных механизмов на микропроцессорные регулирующие элементы и бесконтактные силовые ключи (симисторы). Количество внешних соединений и клеммных коробок при этом уменьшается в несколько раз. Отметим, что затраты на проведение модернизации существенно сократятся, если модернизация будет производиться на нескольких установках сразу. Например, для четырех печей кроме регуляторов температуры понадобится всего один модуль МВА8 и компьютер (рис. 1). Подобная система регулирования температуры на базе регуляторов ОВЕН ТРМ151 и блоков БУСТ, была внедрена в 2007 году на заводе ОАО «КЗ ОЦМ» г. Киров на линии протяжного отжига «HEURTEY». Печь имеет две независимо работающие зоны нагрева (предварительного и точного нагрева). В печи организовано два контура регулирования температуры на регуляторах ОВЕН ТРМ151. Линия предназначена для непрерывного отжига и травления медных и латунных лент толщиной 0,15...0,8 мм и шириной 200...630 мм. В процессе обработки рулоны разматывают и протягивают в печи по опорным роликам. После отжига металл изменяет свою структуру и механические свойства. Для достижения точного регулирования температуры применяются два блока управления ОВЕН БУСТ по одному на каждый канал приборов ТРМ151, которые регулируют мощность нагревательных элементов методом фазового управления. Для более сложных систем с управлением тремя и более нагревательными зонами, а также работой вентиляторов и других исполнительных механизмов наиболее приемлемой станет система с управляющим устройством в виде программируемого логического контроллера, например, ОВЕН ПЛК. Примером такого типа установок может служить самый распространённый в промышленности тип печей - камерная электрическая печь сопротивления, либо колпаковая электропечь. В этих печах, в зависимости от конструкции, могут быть три зоны нагрева. Для оптимального регулирования температуры в них необходимо иметь три независимых контура управления. Система регулирует температуру в каждой зоне нагрева: в первой, во второй и в третьей зонах используя, соответственно, первый, второй и третий каналы регулирования. Все контуры подчиняются главному контуру управления температуры в муфеле. Контуры подчинённого регулирования идентичны и состоят из регулятора температуры, программно реализованного в контроллере (ОВЕН ПЛК154), исполнительного устройства (ОВЕН БУСТ и симисторов) и объекта управления (нагревательных элементов). Регулятор главного контура регулирования (рис. 2), так же как и регуляторы подчинённых контуров, программно реализован в контроллере ПЛК154. Данные с каждого канала поступают сначала на контроллер, а затем на компьютер, где обрабатываются и хранятся при помощи SCADA-системы, приспособленной для работы с данным технологическим процессом и выбранным контроллером. В разработанной системе помимо автоматического регулирования температуры возможно регулирование с помощью резисторов ручного управления. Ручное управление используется во время наладки или аварийной ситуации.  Рис. 2. Функциональная схема САУ электрической печи Основными управляющими и контролирующими элементами СУ камерной печи являются: · программируемый логический контроллер (ОВЕН ПЛК154); · блоки управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ); · термопары ТХА (К) и силовые симисторы; · компьютер. Отличительной особенностью проекта с использованием ПЛК является возможность визуализации на компьютере процесса регулирования температуры в выбранной электропечи. Сегодня существует целый ряд приложений, позволяющих выбирать необходимое программное обеспечение для АСУ ТП. Такими возможностями обладает продукт TraceMode, который совмещает программные стандарты с большинством средств промышленной автоматики от мировых производителей, в том числе производства ОВЕН. Поэтому данный продукт, как никакой другой, подходит в качестве основного системного программного обеспечения при создании АСУ электрической печи. Это обусловлено еще и тем, что программа Trace Mode имеет широкие функциональные возможности и удобную среду разработки, а также тем, что с ней бесплатно поставляются драйверы для выбранного контроллера ОВЕН ПЛК. Описанные проекты в полной мере учитывают запросы и требования, предъявляемые к термообработке изделий в электротермических установках. Проекты требуют минимальных экономических затрат на установку оборудования КИПиА и его обслуживание. Внедрение этих решений позволит повысить качество продукции, уменьшить количество брака, снизить расход сырья, сократить поломки и простои оборудования, и тем самым увеличить объём выпуска продукции, а так же повысить производительность за счет улучшения условий труда обслуживающего персонала. Заключение По исходным данным был проведен тепловой расчет камерной электропечи сопротивления для нагрева заготовок круглого сечения из сплава Л62 перед обработкой давлением: определены геометрические размеры печи, коэффициент теплоотдачи, время нагрева и мощность печи. Были рассчитаны нагревательные элементы печи, выбран нагреватель. А также рассмотрены методы автоматизации печи. В конструкцию печи заложены многочисленные элементы, правильная установка которых при монтаже печи и поддержание в исправном состоянии при ее последующей эксплуатации обеспечивают безопасные условия труда обслуживающего персонала. Данная печь работоспособна, отвечает всем требованиям, в том числе по безопасности. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Тринкс В. Промышленные печи. - Москва, 1961. Зобнин Б.Ф., Китаев Б.И. Теплотехнические расчеты металлургических печей. - М.: Металлургия, 1982. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. - М.: металлургия, 1970. Бровкин В.Л. Печи цветной металлургии. - М.: Пороги, 2004. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей. - М.: Металлургия, 1986. Т 1, 2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат,1984. Белов С.В, Ильницкая А.В. Безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 1999 . Миткалийный В.И., Кривандин В.А. Металлургические печи: Атлас. - М.: Металлургия, 1987. |