20. Электронно-лучевые установки
7.5.73. Преобразовательные агрегаты электронно-лучевых установок, присоединяемые к питающей электрической сети напряжением до 1 кВ, должны иметь защиту от пробоев изоляции цепей низшего напряжения и электрической сети, вызванных наведенными зарядами в первичных обмотках повышающих трансформаторов, а также защиту от КЗ во вторичной обмотке.
7.5.74. Электронно-лучевые установки должны иметь защиту от жесткого и мягкого рентгеновского излучения, обеспечивающую полную радиационную безопасность, при которой уровень излучения на рабочих местах не должен превышать значений, допускаемых действующими нормативными документами для лиц, не работающих с источниками ионизирующих излучений.
Для зашиты от коммутационных перенапряжений преобразовательные агрегаты должны оборудоваться разрядниками, устанавливаемыми на стороне высшего напряжения.
21.Магнитно-импульсная обработка материалов
Магнитно-импульсная обработка позволяет выполнять технологические операции, неосуществимые другими методами, так, например, обработка давлением деталей, заключенных в герметические оболочки из пластмасс или стекла, напрессовка металлических деталей на хрупкие материалы из стекла или пластмасс.
Она может быть применена для различных видов обработки металлов давлением. Она позволяет производить операции: пробивку отверстий, неглубокую штамповку, обжим и раздачу труб, отбортовку, сборку деталей.
Метод магнитно-импульсной обработки позволяет делать детали из медных, алюминиевых сплавов, а также из сталей, но при этом необходимо покрывать детали материалом с высокой электропроводностью.
Конструкция заготовки должна обеспечить непрерывность пути наведенного тока, так как процесс формообразования осуществляется за счет усилий, образующихся с помощью наведенного тока в заготовке.
Энергию, запасаемую в емкостном накопителе, можно накапливать с высокой точностью, следовательно, детали повторения получаются с большой точностью.
Технологические операции, производимые при магнитно-импульсной обработке, можно разбить на три группы: обжим, раздача, плоская штамповка.
1. Обжим. При этой операции обрабатываемая деталь помещается внутрь индуктора, причем индуктор в поперечном сечении может быть круглым, прямоугольным, овальным и т. д.
На рис. ниже приведены примеры деталей, полученные путем обжатия:
а) Вырубка отверстий в цилиндрической заготовке.
б) Обжим на шестигранник.
в) Обжим труб.
Данный метод позволяет выполнять сборочные операции.
На рис. приведены примеры сборочных операций:
г) Напрессовка кабельных наконечников. При этом методе электрическое сопротивление в переходе наконечник-кабель уменьшается, а механические характеристики становятся соизмеримыми с механическими характеристиками кабеля.
д) Напрессовка колечка на фарфоровом предохранителе. При этом получается плотное соединение.
е) Герметическое соединение двух трубок. Это соединение получается водо- и газонепроницаемым.
2. Раздача. При этой операции индуктор вводится внутрь обрабатываемой детали, а сама деталь помещается в зажимные технологические приспособления.
Технологические приспособления-матрицы могут изготовляться из углеродистой стали или из пластмассы.
При сборочных операциях заготовка, подлежащая раздаче, помещается внутрь детали, с которой она должна быть соединена.
На рис. приведены примеры деталей, полученных путем раздачи:
ж) Раздача труб с образованием полусферы.
з) Раздача труб с образованием конуса. При этом методе можно производить сборочные операции:
и) Развальцовка труб в изоляционном материале.
к) Развальцовка труб в металлических деталях.
л) Раздача труб в радиаторных кольцах.
Кольца с определенным шагом устанавливаются вдоль трубы и путем раздачи трубы прочно соединяются, образуя неразъемное соединение.
3. Плоская штамповка. При этой операции обрабатываемая листовая заготовка помещается между плоским спиральным индуктором и матрицей. Листовая заготовка должна плотно прилегать к индуктору и к матрице. Поэтому необходимо применять прижимное приспособление. Импульсный характер воздействия позволяет пользоваться негромоздкими и простыми конструкциями прижимных приспособлений.
Матрица может быть изготовлена из металла или пластмасс. Плоская штамповка позволяет производить следующие технологические операции
м) Образование кольцевых и продольных зигов.
н) Чеканка рисунков, надписей и т. д.
о) Вырубка, деталей по контуру. Эта операция производится на матрицах, имеющих форму готовой детали.
п) Пробивка отверстии. Операция выполняется в матрицах, имеющих соответствующие отверстия.
Большой опыт, накопленный в отечественной и зарубежной практике в области магнитно-импульсной обработки металлов, показывает высокую эффективность нового метода и широкие его возможности.
Применение энергии импульсного магнитного поля в процессах обработки металлов давлением открывает новые пути решения ряда технологических задач: сборка разнородных металлов, сборка металлов с неметаллами, вырубка-пробивка в деталях с ограниченным подходом, деформирование малопластичных высокопрочных сплавов на основе алюминия, меди, вольфрама, молибдена и т. п.
Уменьшение металлоемкости оснастки, снижение трудоемкости ее изготовления, увеличение производительности труда, несмотря на низкую стойкость рабочего инструмента-индуктора, делают применение энергии импульсного магнитного поля для обработки металлов давлением экономически выгодным, особенно при мелкосерийном и опытном производстве.
Рассматривая вопрос о целесообразности перевода той или иной технологической операции на магнитно-импульсный метод, необходимо произвести тщательный технико-экономический анализ, сопоставление этого метода с другими видами импульсной обработки (взрыв, электрогидравлика и т. п.), а также с обычным прессованием.
22. Электрообородувание электролизных установок.
Все электроды в электролизных ваннах, как правило, включаются параллельно, так что ток электролизера состоит из суммы токов отдельных пар электродов: наоборот, напряжение на ванне равно напряжению на парах электродов. Электролизные ванны, в свою очередь, включаются последовательно, поэтому общее напряжение установки достигает сотен вольт. Исключением являются установки для разложения воды, выполненные по принципу фильтр-пресса, в которых все электроды соединены последовательно.
В связи с тем, что токи в электролизных установках и габариты установок велики, система токоподводов весьма разветвлена, с большим количеством контактов.
На рис. 1 показана схема ошиновки ванны для электролиза алюминия. Как видно, она весьма сложна, предусматривает двусторонний подвод тока мощными шинными пакетами и применение гибких компенсаторов теплового расширения. Кроме того, на случай необходимости отключения ванн при ремонте предусматриваются перемычки, соединяющие катодные пакеты двух соседних ванн, тем самым одна из них шунтируется.
Рис. 1. Ошиновка ванны для электролиза алюминия с одним непрерывным анодом и боковым подводом тока: 1 - анодный стояк, 2 - анодный шинный пакет, 3 - уравнительная шина, 4 - гибкие анодные шинки, 5 - контакт шинки со штырем, 6 - катодный стержень, 7 - гибкая катодная шинка, 8 - катодный шинный пакет.
В качестве материала для шинопроводов применяют алюминий и медь, реже железо. Экономическая плотность тока при электролизе составляет для алюминиевых шин 0,3 - 0,4, для медных 1,0 - 1,3, для шин из стали и чугуна 0,15 - 0,2 А/мм2.
Сечение шин проверяют на потерю напряжения (не более 3%), на нагрев (предельная температура 70° С при окружающей температуре 25° С) и на механическую прочность.Неподвижные контактные соединения выполняют прижимными (шины сжимаются между двумя литыми стальными плитами, стягиваемыми болтами) или сварными. Разъемные контакты выполняют на болтах. Более надежны и удобны клиновые или эксцентриковые зажимы.
Питание электролизных установок ввиду их большей мощности осуществляют обычно от сети высокого напряжения, и для согласования питающего напряжения с напряжением установок используются специальные понижающие трансформаторы, питающие преобразовательные агрегаты для превращения трехфазного переменного тока в постоянный.
Для питания мощных электролизных установок применяются полупроводниковые выпрямители с плавным регулированием напряжения, так как их КПД высок (98 - 99%), они более надежны и долговечны, просты в обслуживании, постоянно готовы к работе, бесшумны и не имеют токсичных выделений.
При создании мощных электролизных установок приходится включать полупроводниковые вентили параллельно, а иногда и последовательно, что вызывает трудности вследствие некоторого разброса их характеристик. Для выравнивания распределения тока между вентилями при параллельном соединении и напряжения при последовательном применяют специальные схемные решения.
Так как полупроводниковые вентили не способны выдерживать значительные перегрузки по току и напряжению, применяют специальные защитные устройства, закорачивающие вентили в случае их пробоя и отключающие их при появлении опасных повышений напряжения или рабочего тока.
Регулирование выпрямленного напряжения в установках с полупроводниковыми диодами возможно только на стороне переменного тока. Для этого используют переключение ступеней напряжения главного понижающего трансформатора или специального регулировочного трансформатора с дистанционным переключателем ступеней. Для плавного регулирования напряжения в каждое плечо выпрямительного моста включают реактор насыщения.
Компоновка вентилей осуществляется обычно в шкафах, выпускаемых на токи 13 000 и 25 000 А и на выпрямленное напряжение 300 - 465 В. Из шкафов комплектуют преобразовательные подстанции, питающие электролизные установки. Охлаждение выпрямительных шкафов может быть воздушным или водяным.
Автоматическое регулирование преобразовательных агрегатов может осуществляться тремя способами: на постоянное напряжение, на постоянную мощность, на постоянный ток.
Регулирование на постоянное напряжение обеспечивает и постоянство тока для процессов, в которых отсутствуют анодные эффекты. Для установок для электролиза алюминия такая система не удовлетворительна, так как при появлении анодных эффектов ток в серии ванн падает и производительность ванн уменьшается, особенно при одновременных анодных эффектах в нескольких ваннах. При этом не только может упасть на 20 - 30% производительность серии ванн, но и нарушается тепловой режим работы электролизных ванн.
При регулировании на постоянную мощность последняя поддерживается постоянной регулятором, в упомянутом выше случае ток в серии падает, но меньше, чем в предыдущем случае, так как регулятор поднимает напряжение. При этом регулировании отсутствуют изменения потребляемой мощности, что желательно для энергосистемы, но требует наличия на преобразовательной подстанции запаса по напряжению.
Регулирование на постоянный ток является с точки зрения удовлетворения требований технологического процесса наилучшим. Однако при таком регулировании в случае падения напряжения в питающей сети или появления анодного эффекта регулятор поднимает питающее напряжение и потребляемая мощность растет. Следовательно, эта система регулирования требует наличия на преобразовательной подстанции запасов как по напряжению, так и по мощности (обычно в пределах 7 - 10%).
В последнее время начаты работы по применению для питания электролизных установок, в которых имеет место явление анодного эффекта, параметрических источников тока, автоматически стабилизирующих ток серии вне зависимости от изменений ее сопротивления.
Обычно элетролизные ванны устанавливают вдоль оси корпуса здания в два или четыре ряда, а питающая подстанция соединяется с ванным корпусом шинопроводами в шинных каналах или на эстакадах. Внутри корпуса шинопроводы располагаются в шинных каналах по обеим сторонам электролизеров.