4.1. Цель работы

Изучение методики составления теплового баланса элек­трической нагревательной печи периодического действия, оцен­ка энергетического совершенства (КПД) печи.

4.2. Краткие теоретические сведения

Тепловой баланс теплотехнологической установки позво­ляет определить расход электроэнергии (топлива), оценить от­дельные статьи расходования теплоты, выяснить причины теп­ловых потерь и наметить пути повышения КПД установки. Уравнение теплового баланса электрической печи периодиче-, ского действия составляется применительно к одному техноло­гическому циклу и может быть записано в следующем виде

Q. = Q„„+Q_ra+Q„ + Q„ - Дж/цикл, (4.1)

где Q_Har - теплота, выделяемая электрическим нагревателем печи; Q_MaT - теплота, затраченная на нагрев материала; Q^ - по­тери теплоты теплопроводностью через кладку печи; Q_H3n - потери теплоты излучением через открытые окна; Q_aKK – теплота аккумулирования кладкой печи в процессе её разогрева.

Для определения расходных статей уравнения (4.1) можно воспользоваться следующими соотношениями

; Дж/цикл (4.2)

где - масса одной заготовки, кг; - теплоёмкость материала заготовки, ДжДкг • К); , - начальная и конечная температуры заготовок, °С; п - число заготовок, нагретых за технологический цикл

, Дж/цикл (4.3)

где , - температура внутренней и наружной поверхностей кладки печи, °С; - суммарные термические сопротивления кладки, (м² • К) /Вт; - средняя поверхность кладки печи, м² ; - время технологического цикла, с.

(4.4)

где - излучательная способность абсолютно чёрного тела, Вт/(м²·К⁴); - приведённый коэффициент излучения системы «кладка - окружающая среда»; , - температура кладки и окружающей среды, К; - площадь окна, м²; Ф - коэффициент диафрагмирования.

, (4.5)

где - мощность электрического нагревателя печи, Вт; - время разогрева печи до заданной температуры, с.

Продолжительность технологического цикла печи периодического действия будет равна

(4.6)

где , , время, необходимое для загрузки, нагрева до заданной температуры и выгрузки одной заготовки, с.

Технологический КПД печи определяется из соотношения

(4.7)

4.3. Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка (рисунок) состоит из электрической муфельной печи 1 типа МП-2У с размером рабочего пространства 245x94x174 мм. Рабочее пространство печи футеровано шамотом.

Принципиальная схема установки

Автоматическое поддержание температуры в рабочем пространстве печи осуществляется регулятором температуры 2. В рабочем пространстве печи на специальных кронштейнах располагается нагреваемая заготовка 3. Измерение температуры поверхностей кладки печи и заготовки производятся термопарой 4 типа TXA-VIII с потенциометром 5.

4.4. Порядок выполнения работы

Ознакомившись с оборудованием установки, включают печь и разогревают её до заданной преподавателем температуры, измеряя при этом время выхода печи на режим . После выхода печи на стационарный режим производиться загрузка заготовки, измеряя при этом время загрузки . Нагрев изделий осуществляют в течение отрезка времени , заданного преподавателем, измеряя температуру . Затем выгружают заготовку из печи, измеряя время выгрузки .

По формулам (4.2-4.6) вычисляют значения расходных статей теплового баланса, а по формуле (4.1) - количество теплоты выделяемое нагревателем, а по формуле (4.7) - технологический КПД печи.

Необходимые для расчётов параметры печи МП-2У выписываются из ее паспорта, а теплофизические параметры материалов - из справочника [2]. По результатам проведённых исследований необходимо построить зависимость и сделать выводы.