№ 6 дәріс конспекті

Дәріс тақырыбы: 3. Электротехникалық қондырғылар мен жүйелер. 3.1. Электротермиялық қондырғылардағы жылу берілу теориясының негіздері. Кедергінің электртермиялық қондырғыларының физикалық – техникалық негіздері мен топталуы. Қондырғыштың элементтердің негізгі типтері, құрылымы мен есебі. Электротермиялық қондырғыларда температураны реттеу. Жылулық генерация қағидасы бойынша пештерді топтау.

Пештердегі жылу бөліну – бұл қандай да бір энергия түрін жылу энергиясына айналдыру процесі. Жылу көздеріне мыналар жатады:

а) отынның химиялық энергиясы (отындық пештер);

б) сұйық металдың химиялық энергиясы;

в) электр энергиясы.

Электр энергиясының жылу энергиясына айналуына мынадай жағдайлардағы жылулық генерация негіз болады:

1. электр тоғы газ арқылы өткенде;

2. электр тоғы магнит өрісімен жерлескенде және металда құйындық (вихревые) токтар жасағанда;

3. диэлектриктерді асқын магниттегенде және полярлаған кезде;

4. электр тоғы электр өткізтігі бар қатты (немесе сұйық) дене арқылы өткенде;

5. электрондардың кинекикалық энергиясы есебінен болатын жылулық генерация.

Жылулық генерацияның аталған қағидалары негізінде мынадай пештер мен қондырғылар жасалған: доғалық және плазмалық пештер (1-ші), индукциялық (2-ші), диэлектрлік қызу қондырғылары (3-ші), кедергі пештері (4-ші), электронды-сәулелік пештер (5-ші).

Электрлік пештер туралы жалпы мәліметтер

Электрлік пештер электр энергиясын жылу энергиясына түрлендіру (жылулық генерация) тәсілі бойынша (3.1 сурет) мынадай топтарға бөлінеді:

3.1 сурет. Электрлік пештердің электр энергиясын жылу энергиясына түрлендіру тәсілі бойынша топталуы: 1 – кедергі пештері (1а – тура әсерлі, 1б - ); 2 – индукциялық пештер (2а - өнеркәсіптік жиілікті, 2б – жоғарылатылған және көбейтілген жиілікті, 2в – плазмалық қыздырылатын жоғары жиілікті қондырғылар); 3 – диэлектрлік қыздыру қондырғылары; 4 – доғалық пештер (4а – тура әсерлі немесе тәуелді доғасы бар; 4б – кедергі пешінің жанама әсерімен; 4в – плазмалық – доғалық пештер); электролитте қыздыруға арналған қондырғылар; 6 – электронды қыздыру қондырғылары; 7 – ОКГ-нің когерентті сәулесімен қыздыру қондырғылары.

1) кедергі пештері. Бұл пештерде жылу қатты немесе сұйық қыздырғышта электр тоғы Джоуль-Ленц заңы бойынша өткен кезде бөлінеді:

2) индукциялық пештер. Бұл пештерде электрэнергиясы электромагниттік индукция заңы бойынша айнымалы электромагниттік өрісте орнатылған қыздырылатын металға беріледі және содан соң Джоуль-Ленц заңы бойынша жылу энергиясы түрінде таралады (жутылады);

3) диэлектрлік қыздыру қондырғылары. Бұл қондырғыларда конденсатор астарларының арасындағы айнымалы электр өрісіне орналастырылған материалдың (диэлектрик немесе жартылай өткізгіш) қызуы молекулалар поляризациясы нәтижесінде жүреді (физикада бұл «диэлектрлік шығындар» деп аталып кеткен);

4) доғалық пештер. Бұл пештердегі қызу газды ортада (ауа, инертті атмосфера) немесе вакуумда болатын доғалық электрлік разрядта бөлінетін жылулық энергия нәтижесінде жүзеге асады. Өткізгіштігі жеткілікті материалдарды қыздырған кезде Джоуль – Ленц заңы бойынша қосымша жылу бөлінуі мүмкін. Сол себепті мұндай агрегаттарды аралас қызу пештері немесе кедергінің доғалық пештері деп те атауға болады. Доғалық разряд энергиясы есебінен температурасы 5000-20000 К-ге дейін болатын төмен температуралық плазма ағымдары туындайтын қондырғылар плазмалы-доғалық пештер (ПДП) деп аталады;

5) электролитте қыздыруға арналған қондырғылар. Бұл қондырғылардың жұмыс істеу қағидасы сілтілер, қышқылдар ерітінділері немесе сілтілік металдардың көмірқышқылды тұздарын 200-400 В кернеумен электролиздеген кезде катод қызметін қыздырылатын объекті бетіндегі газды (сутекті) қуыстарда пайда болатын электрлік разряд жылуын пайдаға асыруға негізделген.

6) электронды қыздыру қондырғылары. Бұл қондырғыларда жоғары кернеулі (10-35 кВ) электр өрісінің энергиясын тез ұшқыш электрондардың («электрондық шоқ») кинетикалық энергиясына түрлендіру жүзеге асырылады. Қыздырылатын металл бетін осы электрондармен «атқылағанда» олар жылу энергиясы түрінде таралады.

7) оптикалық квантты генератордың (ОКГ) когерентті стимулданған сәулеленуімен қыздыру қондырғылары.

Кедергі пештері.

Кедергі пештерінің екі түрі болады:

1. тура әсерлесетін қондырғылар;

2. жанама әсерлесетін қондырғылар;

Тура әсерлесетін қондырғыларда бұйымды тікелей электрлік тізбекке қосады, осының нәтижесінде жылу энергиясы бұйым материалында бөлінеді. Жылудың бөліну қарқыны көлемдік жылу бөліну тығыздығымен xxxxx сипатталады.

Р_Н шамасын көбейткен кезде қыздыру жылдамдығы жоғарылайды, ПӘК көбейеді және электр энергиясының үлестік шығыны азаяды. Қыздыру температурасы 1250-1500 К дейін барады (болат үшін).

Қыздыру қуаты Р_Н материалдың физикалық қасиеттеріне (үлесті өткізгіштік σ) және берілген кернеу υ кезіндегі бұйымның геометриялық өлшемдеріне (ұзындығы l, қимасы S) тәуелді болады:

Жанама әсерлесетін кедергі пештері әр түрлі бұйымдарды қыздыруға қолданылатын ең көп тараған электрлік пештер болып саналады. Олар отындық пештер сияқты мынадай топтарға бөлінед:

а) жұмыс түрі бойынша – үзіліспен жұмыс істейтін және үздіксіз жұмыс істейтін;

б) жұмыс температурасы бойынша – төмен температуралық (600-900К), орташа температуралық (1300К дейін) және жоғары температуралық (1300К жоғары) пештер;

в) жұмысты кеңістік атмосферасы бойынша – қышқылдық (ауалық) ортасы бар, бақыланатын атмосфералы, вакуумдық және компрессиондық пештер.

Жанама әсерлесетін кедергі пештері мынадай режімдермен жұмыс істейді:

1. ұзақ уақытты режім;

2. периодтық режім;

3. циклдік режім;

4. жылд-ты режім.

Бұл пештер белгіленіп қойылатын қуатпен, бос жүріс қуатымен, жұмыс кеңістігініңөлшемдерімен, жұмыс температурасымен, өнімділігімен және пештік атмосфераның әртүрлілігімен ерекшеленеді.

Электрлік қыздыру элементтері.

Өнеркәсіптік кедергі пештерінің электрлік қыздыру элементтері әр түрлі жұмыстық температураларға арналып жасалады:

• 1200⁰С-қа дейінгі пештерде кедергісі жоғары арнаулы ыстыққа шыдамды металдар қоспасынан;

• 1350⁰С-қа дейінгі пештерде – карборундтан (кремний карбиді);

• 135⁰С –тан жоғары пештерде –молибденнен, вольфрамнан, көмірден, графиттен және молибден дисилицидінен жасалған қыздырғыштар қолданылады.

Метал қыздыру элементтері дөңгелек сымнан немесе лентадан, ал металл немесе материалдардан жасалған қыздыру элементтері дөңгелек немесе жалпақ қимасы өзекшелер түрінде дайындалады.

Қыздыру элементтерін есептеу.

Бастапқы берілістер: Р_ф – фазадағы қуат, Вт; U_Ф - фазалық кернеу, В; t_изд - бұйымның соңғы температурасы, ⁰С.

Қыздырылатын бұйымның максимал температурасы бойынша қыздыру элементтерінің материалы таңдалады.

Таңдалған материал үшін оның максимал жұмыс температурасы мен қыздырғыш құрылымы ескеріле отырып, қыздырғыштың рухсат етілетін үлесті беттік қуаты анықталады.

Дөңгелек қималы қыздырғыштың (сымдық, зигзак, спираль, өзекше) есептік диаметрі мына формуламен анықталады:

мұндағы – ыстық күйдегі қызздырғыш материалының үлесті электрлік кедергісі, мкОм*м; - қыздырғыштың рухсат етілген үлесті беттік қуаты, Вт/см²;

Фазадағы сым немесе өзекшенің есептік ұзындығы, м:

Лента пішінді қыздырғыштар немесе жалпақ қималы өзекше үшін қима өлшемдері былайша анықталады:

мұндағы әдетте

Тармақ фазасына келетін лента (өзекше) ұзындығы:

Спираль сымды қыздырғыштар үшін спиральдің орташа диаметрі қыздырғыштың механикалық беріктілік шарты бойынша таңдалады.

Спиральдің тармақтарының қадамы . Зигзаг пішіндес ленталы қыздырғыштың биіктігі А . Ұсынылатын толқын (бұрылыс) қадамы . Әдетте

Жоғары температуралы () пештердегі қыздырғыштың үлесті беттік қуатын таңдау.

Мұндай пештерде қыздырғыш пен бұйым арасындағы жылу алмасу сәулелену арқылы жүзеге асырылады.

Егер пеште шығын жоқ () деп есептесек және қыздырғыш пен бұйым беттері тең деп () қабылдасақ, онда сәулелену арқылы жылу алмасу теңдеуі мына түрде болады:

Осыдан идеал қыздырғыштың үлесті беттік қуаты

Бұл теңдеулердегі Р_ПЕШ – пеш қуаты, Вт; - қыздырғыш беті, ; - қыздырғыш пен бұйым температуралары, К; - абсолют қара дененің сәулеленгіштік қабілеті; - жылулық сәулеленудің келтірілген коэффициенті.

мұндағы - қыздырғыш және бұйым материалдарының жылулық сәулелену коэффициенті. –екі абсолют қара денелердің жылу алмасуы кезіндегі үлесті беттік қуаты.

Қыздыру элементтерінің есебін қолда бар сымдар, ленталар немесе металл емес өзекшелер негізінде де жүргізуге болады. Қыздырғыштың бір тармағындағы есептік кедергіні біле отырып және қолда бар материалдардың өлшемдерін таңдап, бір тармақтағы қыздырғыш ұзындығын алуға болады:

Осылайша есептелген қыздырғыш рухсат етілген үлесті беттік қуатқа тексеріледі.

Сымдар мен дөңгелек қималы өзекшелер үшін

Ленталар мен жалпақ қималы өзекшелер үшін

Егер болса, онда қыздырғыш дұрыс таңдалған. Ал болса, онда қыздырғыштың қима өлшемдері берілген байланыс схемасына сәйкес келмейді. Мұндай жағдайда қыздырғыштың қимасы мен ұзындығын көбейту қажет. Ондай мүмкіндік болмаса қыздырғыштың берілген қуатын азайту қажет болады.

Қосымша әдебиет 5 [190-192......

Бақылау сұрақтары:

1. Жылу алу көздерін атаңыз.

2. Электр энергиясын жылулық генерация тәсілдері қандай?

3. Жылулық генерация тәсілі бойынша электрлік пештер қандай топтарға бөлінеді?

4. Тура және жанама әсерлесетін пештер қайда қолданылады?

5. Кедергі пештерінің қыздыру элементтері қалайша есептеледі?

№ 23 дәріс конспекті