книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

лись насосные установки для перекачки жидких горячих металлов (натрия, калия и их сплавов), используемых

вкачестве теплоносителя, в том числе для передачи тепла из радиоактивной зоны в расположенные в нормальной зоне теплообменники. К этим установкам предъявляются весьма жесткие требования из-за недопустимости радио­ активных утечек. Одно из решений этой проблемы состоит

вприменении экранированных электродвигателей мощ­ ностью от О,Г) до сотен киловатт. 'Имеются экранирован­

ные электродвигатели для насоса радиоактивной воды

логичен пуску обычного двигателя постоянного тока; здесь также необходим пусковой реостат до создания противоэлектродвижущей силы в двигающемся металле. Значение к. п. д. таких насосов 15—20?6 для малых и 40—50% для больших единиц. Недостатком их является необходимость питания постоянным током напряжени­ ем 0,5—2,5 В при величине токов от десятков до 300 кА. В качестве источников питания электромагнитных насо­ сов постоянного тока наиболее подходят униполярные генераторы.

Электромагнитный насос может быть переменного тока с низкими значениями к. п. д. и коэффициента мощ­ ности, вследствие чего целесообразнее использовать прин­ цип асинхронной машины. В электромагнитных насосах переменного тока жидкий металл находится в трубах, являющихся обмоткой ротора; электродинамическая сила,

70

передаваемая индукционным путем от статора, вызывает соответствующее движение металла. Такие индукцион­ ные насосы выполняются двух типов — спиральные и плоские линейные. J3 первом случае ротор выполняется из спиральных труб, в которых жидкий металл получает вращательно-поступательное движение. Плоские элек­ тромагнитные насосы состоят из развернутого на плос­ кость трехфазного статора и ряда труб с жидким метал­ лом, в которых бегущее магнитное поле статора создает электродинамическую силу, двигающую металл вдоль труб; к. п. д. таких насосов достигает 45?и (рис. 2-18).

Рис. 2-18. Электромагнитный насос иере.меиного тока с плоским статором.

Преимуществом таких насосов является возможность питания от обычной сети трехфазного тока при стандарт­ ных напряжениях. Недостатком их является низкий коэффициент мощности (до 0,42).

Электромагнитные насосы с успехом применяются также в производствах, требующих снабжения жидким оловом, например в радиотехнической промышленности при пайке печатных схем; для перекачки хлоридных расплавленных солей в электролизные ванны; для подачи сплавов алюминия в машины для литья под давлением;

диапазон мощностей, начиная от десятков ватт. Самые мощные вентиляторы применяются для аэродинамических труб, в которых испытываются космические корабли, модели и даже сами самолеты при скорости воздуха до 54 000 км/ч; мощности таких вентиляторов измеряются

71

десятками мегаватт. Рекордная установка состоит из электродвигателей мощностью 2 (И д-2 ѵ 18,5 == 159 МВт, причем двигатель мощностью (11 МВт является самым мощным в мире (рис. 2-19). Частота вращении вентиляторов аэродинамических труб регулируется от О до номинальной, для чего применяются специальные асинхронно-синхронные каскады (системы ДГД—УРВД) и частотное регулирование.

Для питания рассмотренных групп потребителей при­ меняются все ступени напряжений от 380 до 10 000 В

Рис. 2-19. Двигатель привода аэроди­ намической трубы мощностью 61 МВт.

(за рубежом до 13 800 В) в зависимости от мощностей двигателей и напряжений цеховых и общезаводских электросетей.

Режжм работы приводов компрессоров, насосов и вентиляторов — продолжительный, за исключением спе­ циальных приводов: насосов-дозаторов, работающих кратковременно; вентиляторов циклической работы в резиновой промышленности и др. Мощные аэродинами­ ческие трубы работают от нескольких минут до 2—3 ч и создают затруднения для энергосистем резко переменным режимом с кратковременными нагрузками в сотни мега­ ватт. Степень бесперебойности электроснабжения зависит от назначения установки и технологии производства. К потребителям 1-й категории относятся противопожар­ ные насосы, питательные насосы паровых котлов, венти­ ляторы химических цехов и т. и. Расположение компрес­ соров, насосов и вентиляторов стабильно.

72

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ЭЛЕКТРОТЕХІІОЛОГИЧЕСКІІЕ II ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

3-1. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Для электротермических установок, в которых электро­ энергия превращается в тепловую, характерными являют­

ся следующие типы различных нагревательных устройств.

Электропечи сопротивления косвенного действия с на­ гревателями. Сюда относятся электропечи с металличе­ скими или керамическими нагревателями, служащие для плавки цветных металлов, термообработки металлов (закалки и отжига), сушки изделий после окраски, а также нагрева металлов, пластмасс, различных жидкостей и

Ряс. 3-1. Электросушнльная камера для железнодорожных вагонов.

газов. Максимальная температура (до 2 000 °С и выше) достигается при молибденовых нагревателях. Мощность электропечей для плавки цветных металлов 50—600 кВт, для термообработки 5—10 000 кВт (агрегат непрерывного отжига стальной ленты после холодной прокатки).

Для сушки изделий в машиностроительной промыш­ ленности широко применяются установки со специаль­ ными лампами или специальными закрытыми нагревате­ лями инфракрасного излучения. В автомобильной про­ мышленности мощность специальных установок, в кото­ рых сушатся покрашенные автомобили целиком, достигает 300—1 000 кВт. Имеются аналогичные^ установки для сушки после покрытия лаком и краской железнодорож­ ных вагонов (рис. 3-1).

73

Электропечи с расплавленной средой — соляные ■и селитровые ванны, в которых погруженное изделие полу­ чает тепловую энергию путем теплопроводности, имеют мощность до нескольких сотен киловатт. В химической промышленности для нагрева жидкостей или газов ток пропускается через трубы, изолированные от корпуса, от специального однофазного трансформатора.

Электронагрев нагревательными элементами имеет место в различных пресс-формах при производстве изде­ лий из пластмасс, в кабельной промышленности при покрытии пластмассовой изоляцией, в обувной промышлен­ ности для горячей вулканизации низа обуви и др. Мощ­ ность нагрева пресс-форм в производстве изделий из пластмасс составляет 3—100 кВт. Мощность нагрева в червячных прессах для покрытий кабелей пластиками составляет 40—260 кВт. При наложении алюминиевой или свинцовой оболочки в производстве кабелей мощность электронагрева составляет 40—00 кВт.

Напряжение питания для мелких однофазных печей сопротивления применяется 220 или 380 В, а для трех­ фазных — не выше 380 В. В некоторых случаях приме­ няются трансформаторы, понижающие напряжение сети до 60—100 В, которое наиболее оптимально для работы

нагревателей.

Электропечи сопротивления прямого действия. Одно­ фазные машины контактного нагрева, в которых ток про­ ходит через заготовки, при ковке имеют, мощность 200—

300кВ-А; при прокатке — до 10 МВ-Л.

Вустановках лужения жести применяется контакт­ ный нагрев стальной ленты, через которую пропускают ток, подводимый при подтощи роликов; мощность установки до 2 000 кВт.

Встекловаренных печах нагрев создается при прохож­

дении тока через жидкую массу расплавленного стекла, которое при высоких температурах становится провод­ ником. Мощность стекловаренных печей 400—4 000 кВт.

В строительстве применяется прямой электронагрев бетона при помощи металлических электродов, закла­ дываемых в массив бетона. Прямой нагрев применяется в графитировочных печах мощностью 800—8 000 кВ-А, где ток (переменный или постоянный) пропускается через угольные электроды, превращая их в графитовые; в печах для производства абразивов — карборунда, мощностью до 2 500 кВт, где ток пропускается через соответствующую

74

массу, подлежащую обжигу; в аналогичных печах мощ­ ностью до 2000 кВт для получения сероуглерода.

Напряжение питания в зависимости от мощности при­ нимается 380 В и О—'10 кВ. Частота 50 Гц.

Режим работы установок печей сопротивления пря­ мого и косвенного действия большей частью продолжи­ тельный, но иногда повторно-кратковременный в зави­ симости от принятой технологии. Установки работают по заданному цйклу, в который входят периоды загрузки и выгрузки изделий, когда электрическая нагрузка сни­ мается полностью или частично. Такие циклы длятся иногда до 30 ч (графитировочные печи) и даже до 72 ч (отжиг отливок ковкого чугуна).

По степени бесперебойности электроснабжения уста­ новки печей сопротивления относятся в большинство ко 2-й категории, так как перерыв ведет к недоотпуску про­ дукции без появления опасности для людей и порчи обо­ рудования; в некоторых случаях может быть значитель­ ный ущерб от брака продукции.

Расположение электронагревательных установок обычно сосредоточиваемых в термических цехах, отделе­ ниях отжига является постоянным.

Дуговые электропечи. К этой группе потребителей относятся электропечи,., в которых выделяемое при горе­ нии электрической дуги тепло используется в металлур­ гии для выплавки стали, чугуна, меди и ее сплавов, титана, молибдена и других металлов; в химической промышленности — для электрокрекинга в целях пря­ мого получения ацетилена из метана.

Рпс. 3-2. Принципиаль­ ная схема дуговой элек­ тропечи.

4 — токоподвод к электро­ дам; 5 — электроды; 6 — металл.

В электропечах для плавки стали и чугуна дуга горит между электродами и металлом (рис. 3-2). Эти печи пита­ ются от трехфазных трансформаторов, мощность которых от 400 кВ-А (для печи емкостью 0,5 т) до 45 МВ-А (для печи емкостью 200 т). Имеется тенденция повышения

75

удельной мощности дуговых печей (па одну тонну емкости). За рубежом для 130-тоиной печи мощность трансфор­ матора доходят до 80 МВ-А с перспективой дальнейшего увеличения емкости и мощности до 800 т и 250 МВ-А.

Для плавки чугуна применяются аналогичные дуговые трехфазные печи мощностью до 5 200 кВ-А.

Напряжение питания для печных трансформаторов 6, 10, 35 и 110 кВ с перспективой повышения до 220 кВ. Рабочее напряжение дуги, получаемое от печных транс­ форматоров, 110—500 В; ток дуги достигает 100 кА и выше

Рис. 3-3. Дуговая сталеплавильная электро­ печь емкостью 180 т с отодвинутым сводом.

Участок электрической цени между трансформатором и электродом, состоящий из шин, гибкой части и токоиодводов к электродам, называется короткой сетью электро­ печи (рис. 3-2). Короткая сеть в значительной мере опре­ деляет электрические параметры печи; сооружение этой сети на токи в десятки тысяч ампер связано с большими трудностями вследствие резких проявлений эффектов близости и переноса мощности. Гибкая часть короткой сети служит для .регулирования положения электродов над ванной металла, обеспечения наклона ночи для раз­ лива готовой плавки, а также откатки .ванны при подъеме свода печи вместе с механизмами подъема электродов или для отвода свода печи в сторону для быстрой загрузки (рис. 3-3).

Режим работы дуговых сталеплавильных печей отно­ сится к резко переменным из-за частых колебаний нагрузки

76

в период расплавления шихты вследствие так называе­ мых эксплуатационных коротких замыканий в момент обвала шихты, замыкающей электроды накоротко. Ток в этот момент ограничивается только реактивным сопро­ тивлением трансформатора и специального дросселя, включаемого последовательно на период расплавления шихты. Электроды дуговых печей снабжаются автомати­ ческим регулированием подъема и спуска; однако при ликвидации эксплуатационного короткого замыкания для поднятия электрода требуется несколько секунд, в тече­ ние которых продолжается пик нагрузки. Вследствие неизбежности таких ников дуговые сталеплавильные печи в схе.мах электроснабжения стараются выделить на отдель­ ную систему шин («беспокойная шина») или на отдельный питающий трансформатор, чтобы перенести толчки на­ грузки на напряжение 35 или 110 кВ.

В период рафинирования жидкого металла сталепла­ вильные печи работают с равномерной нагрузкой, как и электропечи, работающие но дуплекс-процессу с залив­ кой жидким чугуном из вагранок.

Для мощных печей емкостью 80 т и выше применя­ ется электромагнитное перемешивание ванны при помощи индукционной катушки. Последняя расположена под ванной и питается от специального преобразователя — машинного или ионного мощностью 500—1 200 кВ-А, током частотой 0,5—2 Гц.

Оперативные выключатели трансформаторов стале­ плавильных дуговых электропечей должны отключать до двух-трех эксплуатационных коротких замыканий за каждую плавку; для этой цели должны применяться только специальные выключатели, например электро­ магнитные тина ВЭМ-10П.

В дуговых печах для плавки меди и ее сплавов дуга горит между электродами («бабочка») над поверхностью металла; в этом случае применяются однофазные транс­ форматоры мощностью 125—400 кВ-А; напряжение пита­ ния 6—10 кВ. Медеплавильные печи дают спокойную нагрузку. Установленные мощности современных элек­ трометаллургических цехов достигают 200 МВ-А и более.

Дуговые печи относятся к потребителям 2-й категории, так как они не боятся кратковременного перерыва подачи энергии.

Жаропрочные сплавы и редкие металлы высокой чис­ тоты — титан, цирконий, молибден и др., а также железо

77*

высокой чистоты плавят в вакуумных дуговых печах (ВДП), где получаются слитки массой до 52 т. ІТечи рабо­ тают на постоянном токе 1 2,5—50 кА, напряжением 30—75 В и питаются от полупроводниковых выпрямите­ лей. Мощность ВДП достигает 2 500—4 500 кВ-Л, напря­ жение питания 6 и 10 кВ.

В установках электрошлакового переплава (ЭІШ1), впервые разработанного институтом электросварки имени Е. О. Патона АП УССР в 1008 г., переменный ток прохо­ дит через расходуемый электрод, подлежащий переплавке, и слой жидкого электропроводящего шлака. Капли металла стекают с торца электрода; проходя через слой шлака, они очищаются и формируются в кристаллизаторе. Полу­ ченный металл обладает повышенной плотностью и высо­ кими механическими свойствами.

Для питания ЭШП применяются однофазные и трех­ фазные трансформаторы мощностью 1—5 МВ-А и выше. При трехфазном трансформаторе три электрода распола­ гаются по треугольнику и работают на один кристалли­ затор в целях устранения эффекта переноса мощности (см. § 6-12). Напряжение питания трансформаторов 6 и 10 кВ.

При электрокрекинге метан подается в кольцевую камеру, где горит дуга постоянного тока напряжения 7,8—8 кВ при токе 900 А и мощности 7 МВт. Питание дуги от ртутного выпрямителя, напряжение питания 6, 10, 35 кВ. Имеются установки электрокрекинга сум­ марной мощностью до 140 МВт.

В руднотермических печах тепловая энергия выде­ ляется за счет дуги между электродом и шихтой, в кото­ рую он погружен, и за счет прохоящения тока через со­ противление шихты. Различают бесшлаковый процесс, при котором горение дуг около электродов проходит спо­ койно, и шлаковый, при котором дуги получаются менее устойчивыми и колебания мощности достигают ±. 15%.

Руднотермические печи применяются в черной метал­ лургии в качестве электродомен и для получения ферро­ сплавов; в цветной металлургии для получения штейна из полиметаллических руд в производстве никеля, свинца и цинка и в химической промышленности для получения карбида и цианамида кальция, карбидов бора, электро­ корунда, для возгонки фосфора и др.

Электродомны применяются в странах, в которых отсутствуют коксующиеся угли, необходимые для домен*.

78

ного процесса (Швеция, Норвегия, Япония). В СССР

злектродомпы распространения не получили.

Все руднотермические печи, обычно трехэлектродные (при больших мощностях — шестиэлектродные), приме­ няются с одним трехфазным или тремя однофазными

Рнс. 3-4. Трансформатор электропечи для карбида каль­ ция мощностью 60 МВ -А, напряжением 110 кВ.

тропечи для карбида кальция имеют поперечный разрез 3 200 X 800 мм при мощности 60 МВ-А и токе 120 кА.

Напряжение питания 6—10—35 кВ; для мощных печей от 48 МВ - А и выше 110—154 кВ. Руднотермические печи для карбида кальция первыми стали питаться на­ пряжением 110 кВ, а ферросплавные 154 кВ.

Режим работы руднотермических печей более спокой­ ный, чем чисто дуговых, нагрузка печи для поддержания постоянства мощности регулируется поднятием и опуска­ нием электродов. Все печи работают на промышленной частоте 50 Гц, категория 2-я. Вследствие большой тепло­ емкости мощные печи могут быть отключены на 1—2 ч без существенного ущерба, что позволяет регулировать

максимум нагрузки в энергосистеме.

Индукционные плавильные электропечи. В индукцион­ ных электропечах расплавление металлов происходит

79