Основы эффективного энергоиспользования на производственных предприятиях дорожной отрасли

(5min ~ 0) ДО максимального значения (бщах). При минимальной величине зазора 5min дроссель имеет наибольшее индуктивное сопротивление, так как в этом случае маг­ нитный поток, воздействующий на обмотку, и ЭДС самоиндукции максимальны. Следовательно, сварочный ток имеет наименьшее значение /2minМаксимальному значению зазора соответствует наименьшее индуктивное сопротивление дросселя и

максимальный сварочный ток / 2тах-

Повышенное индуктивное сопротивление обмоток и наличие дросселя обеспе­ чивают трансформатору падающие внешние характеристики IJ2 =Ah), необходимые для устойчивого горения дуги. Наличие регулируемого воздушного зазора 5 в дрос­ селе дает возможность плавно изменять угол наклона внешних характеристик. Рабо­ чий ток сварочного трансформатора /2 соответствует напряжению электрической

применяют постоянный ток, который обеспечивает более устойчивое горение дуги. При этом в качестве источников питания применяются вращающиеся электромашинные преобразователи и сварочные выпрямители.

Преобразователь состоит из асинхронного электродвигателя с короткозамкну­ тым ротором и сварочного генератора постоянного тока, смонтированных в одном корпусе. В зависимости от типов генераторы могут иметь падающие или жесткие внешние характеристики.

211

Сварочный выпрямитель состоит из трансформатора с устройством для регули­ рования тока и выпрямительного блока, собранного по трехфазной мостовой схеме. Принципиальные схемы трансформаторов аналогичны ранее рассмотренным. Одна­ ко, как правило, трансформаторы имеют трехфазное исполнение. По сравнению с электромашинными преобразователями сварочные выпрямители являются более простыми и надежными источниками питания. Их КПД также несколько выше, чем преобразователей. Для дуговой сварки могут применяться автоматы с плавяш:имся или неплавяп1;имся электродом, одноили многоэлектродные, для сварки в защит­ ных газах или под флюсом, сварочные тракторы, самоходные сварочные головки и т. д.

Автоматы обеспечивают автоматическое зажигание дуги, поддержание требуе­ мого режима сварки, подачу электродной и присадочной проволок, перемещение ав­ томата, сварочной головки или изделия, подачу флюса или защитного газа и окон­ чание процесса сварки. Все это делает качество сварки более высоким.

Имеются также аппараты для электрошлаковой сварки, которые классифици­ руются по способу перемещения вдоль свариваемого шва:

1)рельсовые автоматы, перемещающиеся по вертикальным рельсам, которые устанавливаются параллельно шву;

2)автоматы, перемещающиеся непосредственно по свариваемому изделию. Контактная электросварка производится при помощи теплоты, выделяемой то­

кам при прохождение его через кромки изделия. Сварка завершается сдавливанием свариваемых кромок. Контактная сварка может быть стыковой, точечной и ролико­ вой (шовной).

При стыковой сварке детали свариваются по всей плоскости касания (рис. 6.21а). Различают два вида стыковой сварки: сопротивлением и оплавлением. В пер­ вом случаи концы плотно сжатых деталей нагреваются током без оплавления, а за­ тем пластически деформируются и свариваются. Во втором — свариваемые детали медленно сближаются до соприкосновения (при включенном трансформаторе), но без сдавливания. В месте соприкосновения создается контакт с большим сопротив­ лением, где при протекании сварочного тока выделяется большое количество тепло­

212

ты и происходит оплавление металла. После некоторого прогрева детали сдавлива­ ются осевой силой Г. Металл деформируется и сваривается.

При точечной сварке сваривание деталей производится по поверхности касания в отдельных точках (рис. 6.216).

При роликовой сварке (рис. 6.21в) соединение деталей непрерывным или пре­ рывистым швом осуш;ествляется вследствие прохождения через них тока, подводи­ мого через вращающиеся ролики.

Контактная сварка осуществляется импульсным током, достигающим десятков кА. Длительность импульса варьируется в диапазоне от долей секунды до несколь­ ких секунд. Для предотвращения недопустимого перегрева вторичные витки транс­

213

форматора могут охлаждаться водой. Управление установкой производится с помо­ щью контактора.

Основными показателями, характеризующими работу установок электросварки, являются КПД и коэффициент мощности cos ср.

Значение КПД установки дуговой электросварки определяется из выражения

где АР - потери мощности, обусловленные нагревом различных узлов свароч­ ной аппаратуры и приспособлений, теплообменом с окружающей средой, уносом

теплоты с нагретыми газами и т. д.

Установки дуговой сварки покрытыми электродами на постаянном токе имеют

КПД 0,75-0,85, на переменном - 0,65-0,75, дуговой электросварки под флюсом - 0,8-0,9, в аргоне плавящимся электродом - 0,7-0,75, дуговой сварки угольным элек­ тродом - 0,5-0,6, электрошлаковой - 0,6-0,9.

Значение coscp для установок дуговой электросварки в основном определяется типом источника питания и состоянием сварочной цепи вторичного напряжения. Установки дуговой электросварки переменного тока имеют coscp в пределах 0,3-0,5,

сварочные выпрямители - 0,5-0,9, электромашинные преобразователи - 0,7-0,9.

Коэффициент полезного действия машин контактной сварки определяется по

формуле

где Рп - полезная мощность, затрачиваемая машиной непосредственно на свар­

ку;

Р 1св - активная мощность, потребляемая сварочной машины из сети; Рсв ~ общее активное сопротивление свариваемого участка; - активное сопротивление пер­ вичной обмотки сварочного трансформатора, приведенное к вторичному напряже­

214

нию; i?2 - активное сопротивление сварочного контура машины, (включая вторич­ ную обмотку трансформатора).

Значение коэффициента мош,ности сварочной машины

где X 1- приведенное к вторичной стороне индуктивное сопротивление первич­ ной обмотки сварочного трансформатора; Х2 - индуктивное сопротивление свароч­ ного контура машины.

Как правило, КПД сварочных машин меньше 0,5. Коэффициент мош;ности (cos ф) универсальных сварочных машин находится в пределах 0,3-0,4, шовных - 0,4- 0,6, точечных - 0,6-0,7. Причем с увеличением толш,ины свариваемых деталей зна­

чения КПД и коэффициента мощности заметно понижаются.

Для стыковых сварочных машин значения КПД и созф на разных стадиях свар­ ки существенно различаются. Наименьшие значения эти коэффициенты имеют на стадиях подогрева и осадки (г|м= 0,15-0,35, со8ф = 0,4-0,5), максимальные - в пери­

од оплавления (г|м= 0,75-0,95, созф = 0,7-0,85).

Увеличить значения Цм и С08ф сварочных машин можно путем уменьшения ак­ тивного i?2 и индуктивного Х2 сопротивлений сварочного контура. Для этого необхо­ димо периодически контролировать сопротивление сварочного контура, так как в процессе эксплуатации контактные соединения могут ослабляться и загрязняться, применять для электросварки ток пониженной частоты или постоянный ток, а также

продольно-емкостную компенсацию сварочной сети.

Продольно-емкостная компенсация заключается в последовательном включе­ нии перед сварочным трансформатором конденсаторов, имеющих емкостное сопро­ тивление Хс = Х2. Ее применение снижает потери мощности в сварочных установках в

1,5-3 раза.

Потребляемую дуговой сварочной установкой электроэнергию за технологиче­

215

Удельные расходы электроэнергии при различных видах контактной электро­

сварки отражает табл. 6.3.

Таблица 6.3

Удельный расход электроэнергии при контактной сварке

Рассмотрим основные способы экономии электроэнергии в сварочных установ­

ках.

В первую очередь необходимо выбрать наиболее целесообразный способ элек­

тросварки. Снизить удельный расход электроэнергии можно за счет перевода сварки

с постоянного тока на переменный. Наименее эффективной является ручная элек­

тросварка на постоянном токе. Поэтому замена ее на полуавтоматическую сварку в

среде углекислого газа снижает удельный расход электроэнергии примерно в 2-2,5

раза, а на шовную контактную сварку - в 1,2 раза.

Применение вместо ручной дуговой электросварки на переменном токе автома­

тической сварки под флюсом экономит 5-7 % электроэнергии, а при использовании

вместо ручной сварки электрошлаковой удельный расход электроэнергии снижается

в 1 , 5 - 2 раза. Существенно уменьшает расход электроэнергии внедрение многото­

чечных сварочных машин вместо одноточечных.

217

Следует рационально использовать стыковые машины контактной сварки, так как они имеют примерно в 2-2,5 раза больший расход электроэнергии по сравнению

с шовной электросваркой.

Правильный выбор источников питания и своевременная замена изношенного сварочного оборудования может дать существенную экономию электроэнергии. Внедрение многопостовых установок на переменном токе вместо однопостовых сварочных установок позволяет снизить расход электроэнергии на электросварку

примерно на 13-25 %.

Существенное значение для экономии энергоресурсов имеет правильный выбор электродов для дуговой электросварки. Использование электродов с покрытием, в котором содержится железный порошок, существенно увеличивает сварочный ток, повышает производительность труда и снижает удельный расход электроэнергии. Применение рутиловых (рутил - двуокись титана) электродов повышает качество

сварки, ускоряет его процесс и снижает расход электроэнергии примерно на 10 %.

Для рационального использования электроэнергии при точечной, многоточеч­ ной и шовной сварке необходимо поддерживать нормальное состояние вторичных

контуров сварочных машин, а также обеспечивать оптимальный режим сварки.

Сварку изделий можно производить на мягком (пониженный ток, но большее время сварки) и жестком (повышенный ток, но меньшее время сварки) режимах. При использовании жесткого режима сварки расход электроэнергии в зависимости

от толщины свариваемого металла снижается в 1,1-4,8 раза.

Внедрение устройств для автоматического ограничения холостого хода свароч­ ных трансформаторов или преобразователей позволяет уменьшить или полностью исключить потери электроэнергии при перерывах в сварке, а также повысить коэф­ фициент использования сварочных агрегатов. Промышленностью выпускаются ав­ томатические устройства для отключения сварочного трансформатора в режиме хо­

лостого хода.

Пример 6.6. Определить удельный расход электроэнергии для дуговой свароч­ ной установки переменного тока. Сварка производится через трансформатор,

имеющий вторичное сварочное напряжения 112 = 50 В, созф = 0,5, КПД г|и= • Для

218

сварки применяются электроды с коэффициентом расплавления Кр= 15-10 кг/(А

ч).

Решение. Удельный расход электроэнергии определяется

6.8. Электрическое освещение

В Республике Беларусь на электрическое освещение расходуется около 10— 13 % от общего потребления электроэнергии. В 1994 году общий расход электроэнер­ гии на освещение составил порядка 4 млрд. кВт • ч, из которого 29 % приходится на промышленные предприятия, 26 % — жилые дома, 20 % — административные и общественные здания, 12 % — уличное освещение, 8 % — сельское хозяйство, 5 %

— прочие объекты. На промышленных предприятиях расход электроэнергии на ос­ вещение составляет в среднем 5— 15 % от общего электропотребления. Дорожники могут улучшить ситуацию с уличным освещением городов и поселков введением в

состав асфальтобетона осветляющих добавок. К таковым относятся “дорсил”, при­ родный кварц, высокопрочный известняк и пр.

Задачей оптимального проектирования и рациональной эксплуатации освети­ тельных установок является обеспечение с наименьшими затратами требуемой ос­ вещенности и необходимого качества освещения помещений и рабочих мест с це­ лью создания нормальных условий для жизнедеятельности людей. Экономить элек­ троэнергию за счет ухудшения освещенности и качества освещения недопустимо, так как это может повлечь за собой нежелательные последствия: снижение произво­ дительности труда, увеличение зрительной нагрузки работающих, повышение трав­ матизма и т. п.

Для электрического освещения могут использоваться лампы накаливания и раз­ рядные лампы (люминесцентные низкого давления, дуговые ртутные высокого дав­ ления, металлогалогенные, натриевые и ксеноновые). Некоторые технические ха­ рактеристики ламп общего назначения приведены в табл. 6.4.

219