Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехнологические процессы электроэнергетики. В 2 частях. Ч. 2. Электротехнологические установки. Учебное пособие.pdf
1
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический университет»
Е. А. ПЕЧАГИН, Ж. А. ЗАРАНДИЯ, В. А. ЧЕРНЫШОВ
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
В двух частях
Часть 2. ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного
пособия для студентов технических специальностей вузов, изучающих
электротехнологию и обучающихся по профилям бакалавриата
13.03.02 направления «Электроэнергетика и электротехника»,
очной, очно-заочной, заочной форм обучения
Учебное электронное издание
Тамбов
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»
2020
УДК 621.3.031(075.8)
П31
ISBN 978-5-8265-2224-0
Представлен обширный теоретический материал по различным
видам электротехнологий, применяемых на производственных объектах различной направленности. Содержащаяся в данном издании
информация поможет лучше ориентироваться всем специалистам,
занимающимся эксплуатацией электротехнологических установок
на промышленных предприятиях.
Предназначено для студентов технических специальностей
вузов, изучающих электротехнологию и обучающихся по профилям
бакалавриата 13.03.02 направления «Электроэнергетика и электротехника», очной, очно-заочной, заочной форм обучения.
ISBN 978-5-8265-2048-2 (общ.)
ISBN 978-5-8265-2224-0 (ч. 2)
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2020
ББК з280/73я+У44я73+У30я73
П31
Рецен зе нт ы:
Доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «ТГТУ»
Д. Ю. Муромцев
Кандидат технических наук, исполнительный директор
АО «Объединённые региональные электрические сети Тамбова»
Ю. Н. Дёмин
Печагин, Е. А.
Электротехнологические процессы электроэнергетики.
[Электронный ресурс] : учебное пособие : в 2-х ч. / Е. А. Печагин, Ж. А. Зарандия, В.А. Чернышов. – Тамбов : Издательский
центр ФГБОУ ВО «ТГТУ».
ISBN 978-5-8265-2048-2
Ч. 2. Электротехнологические установки. – 2020. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не
ниже класса Pentium II ; CD-ROM-дисковод ; 28,4 Mb ; RAM ;
Windows 95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана.
УДК 621.3.031(075.8)
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
2
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
ББК з280/73я+У44я73+У30я73
3
ВВЕДЕНИЕ
Электротехнология – это наука, изучающая теорию и практику
преобразования электрической энергии в тепловую, химическую,
механическую, биологическую и другие виды энергии, в устройствах
технологических процессов на производстве и в быту. Внедрение
электротехнологических методов обеспечивает значительное повышение производительности труда практически во всех отраслях производства, способствует улучшению качества продукции. Электротехнология продолжает благотворно влиять на комфорт и бытовые условия
существования человечества.
Электротехнологические установки предназначены для выполнения определённых технологических операций в целях получения нового продукта или изменения его свойств. Практически на всех производственных объектах используется электрофизическая, электрохимическая и электробиологическая обработка материалов и веществ.
Бакалавр, инженер, магистр, ученый могут получить такое звание
только после изучения электротехнологии, т.е. закономерности преобразования энергии электромагнитного поля в другие виды энергии.
Электротехнология скоро дойдёт до такого совершенства, что человек
сможет обойтись без себя!
Данное учебное пособие позволяет сформировать у слушателей
индикатор достижения компетенции ПК-2 (демонстрирует знание
основного электротехнологического оборудования, его конструктивные особенности при монтаже и эксплуатации в системах электроснабжения). Реализация на практике данной компетенции позволит
использовать знание методов расчёта, элементной базы, характеристик
и регулировочных свойств электротехнологических установок.
4
1. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Предпосевная обработка семян (ПОС) заключается в том, что
семена обрабатываются в конденсаторе, между обкладками которого
создаётся поле напряжённостью 100…400 кВ/м в течение 20…180 с.
На практике использование метода ПОС привело к повышению урожайности зерновых культур до и зелёной массы кукурузы, а качество
получаемой продукции улучшается.
Воздействие электрического тока на растения: установлено, что
электризация почвы и корневой системы растений слабым электрическим током (плотностью 0,1…5,0 А/м2) может оказывать стимулирующее действие на растения (ускоряется созревание, повышается
урожайность и др.).
При достаточно большой плотности тока его действие на расте-
ние становится угнетающим, что может быть использовано для борьбы
с сорной растительностью.
Электроплазмолис – создание в клетке плазмолиса (отслоение
протопласта клетки от её оболочки, сопровождающееся сжатием протоплазмы) путём воздействия на неё переменного тока промышленной
и повышенной частоты. Электроплазмолис применяют в пищевой
промышленности для увеличения выхода сока при прессовании растительного сырья.
Электрические изгороди (ЭИ) применяют для загонной пастьбы и
ограждения летних лагерей коров, телят, овец, свиней и других животных. ЭИ включает в себя генератор электрических импульсов высокого напряжения и собственно изгородь, в состав которой входят опорные стойки с изоляторами и токоведущая линия (ТВЛ).
5
2. ТЕХНОЛОГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ
2.1. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Возникновение высокого давления в жидкости при возбуждении
в ней импульсного электрического разряда приводит к распространению в ударной волне большой мощности, которая способна производить воздействие на находящиеся там материалы. Принципиальная
электрическая схема получения электрогидравлического эффекта
представлена на рис. 2.1.
Условием получения мощной ударной волны является
cR 42
, (2.1)
где
разрядаканалацепиэл.всех
RRR
;
,108
5,17
разрядаканала
m
lIR
где l – расстояние между электродами;
m
I
– максимальный ток разряда.
Рис. 2.1. Принципиальная схема получения ЭГЭ:
F – формирующий разрядный промежуток; C – накопительный конденсатор;
V – выпрямитель
6
Оптимальное расстояние между электродами определяется с учётом индуктивности разрядной цепи L ≈ (0,4…10)·10
–6
Гц:
,108
4/1
2/3
2
9
опт
LCUL
(2.2)
где U2 – напряжение к моменту начала разряда после пробоя основного промежутка конденсатора, находится из соотношения
,
2
1
2
2
UU
где
1
U
– первоначальное напряжение.
При этом средняя мощность разрядной цепи находится следующим образом:
,
2
2
p
f
CU
P
(2.3)
где f – частота питающего тока; С – ёмкость накопительного конденсатора.
Основными областями применения ЭГЭ являются:
– разрушение, дробление и измельчение (например, валунов,
которые необходимо убрать с полей);
– пластичная деформация материалов (штамповка, развальцовка);
– гидродинамическое воздействие (очистка, мойка материалов
и предметов);
– обеззараживание жидких сред (гибнут микроорганизмы);
– дробление со стерилизацией материалов (обработка пищевых
отходов).
7
2.2. КОРОННЫЙ РАЗРЯД
Коронным разрядом, или сокращенно короной, называют вид
электрического разряда в газе (воздухе), возникающего в резко неоднородном поле, когда радиус кривизны одного или обоих электродов
намного меньше межэлектродного расстояния.
Различают корону постоянного и переменного тока. Корона постоянного тока бывает биполярной и униполярной. При биполярной
короне коронируют оба электрода. Униполярная корона существует
в том случае, когда коронирует только один из двух электродов.
Это электрод, имеющий малый радиус кривизны, называется коронирующим, а второй – некоронирующим (или осадительным).
Униполярная корона может быть положительной и отрицательной. В первом случае на коронирующий электрод подаётся положительный потенциал, во втором случае – отрицательный.
Рассмотрим сущность отрицательной униполярной короны
на примере системы электродов провод–плоскость. При подаче
на электроды постоянного напряжения U в межэлектродном промежутке создаётся неоднородное электрическое ноле, напряжённость
которого максимальна на поверхности провода и спадает по мере приближения к плоскости.
При относительно малом напряжении сила тока в цепи электродов практически равна нулю. Если повышать напряжение, то при
некотором его значении
0
U
напряжённость электрического поля
у поверхности провода достигает такого значения
,0E
при котором
у поверхности провода начинается ионизация воздуха. В остальной
части межэлектродного промежутка напряжённость электрического
поля недостаточна для поддержания процесса ионизации. Электроны,
8
движущиеся от отрицательно заряженного провода к плоскости, теряют скорость из-за резкого спада напряжённости поля и «прилипают»
к нейтральным молекулам, образуя отрицательные ионы. Эти ионы
движутся к плоскости, создавая ток коронного разряда. При дальнейшем повышении напряжения сила тока короны увеличивается
до тех пор, пока при некотором напряжении
проб
U
не наступит пробой
промежутка с переходом в дуговой или искровой разряд.
Таким образом, при униполярной короне практически всё межэлектродное пространство заполнено ионами одного знака, совпадающего со знаком потенциала на коронирующем электроде.
Коронный разряд сопровождается образованием озона и оксидов
азота, электромагнитным излучением в диапазоне от радиоволн
до УФ-лучей и другими эффектами.
Начальную напряжённость коронного разряда определяют по
эмпирической формуле Пика
,
0298,0
1103,30
0
5
0
rE
(2.4)
где
0
r
– радиус коронирующего провода, м; – относительная плот-
ность воздуха;
,10289
5Tp
где p – атмосферное давление, Па; T – температура воздуха, К;
1
при
5
10013,1 p
Па и
293T
К.
Начальное напряжение, В, коронного разряда
ArEU
000
, (2.5)
где А – функция геометрических параметров данной системы электродов.
9
Формула вольт-амперной характеристики (ВАХ) при
0
UU
имеет вид
kGI
l 0
, (2.6)
где
l
I
– удельная сила тока, А/м;
12
0
1085,8
Ф/м – электрическая
постоянная; k – отношение средней скорости направленного движения
ионов к напряжённости электрического поля, называемое подвижностью ионов, м2/(В·с); G – функция напряжения и геометрических
параметров данной системы электродов, В2/м2.
2.3. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ
Процесс электрогазоочистки можно разделить на следующие
стадии:
1) зарядка взвешенных в газе частиц, подлежащих удалению;
2) движение заряженных частиц к электродам;
3) осаждение частиц на электродах;
4) удаление осаждённых частиц из газового потока.
Установки, в которых высоковольтное электростатическое поле
используется для очистки загрязнённых газов от взвешенных в них
частиц, называют электрофильтрами. Принцип действия электрофильтра поясняет рис. 2.2. Запылённый газ поступает между коронирующим 4 и осадительным 3 электродами.
Коронирующий электрод изолирован от земли и подключён
к отрицательному полюсу источника питания 2; осадительный электрод присоединён к положительному полюсу и заземлён. При достаточно большом напряжении (переменный ток подаётся на выпрямитель через повысительный трансформатор 1), приложенном к меж-
10
электродному промежутку, напряжённость поля около коронирующего
электрода достаточна для возникновения коронного разряда, следствием которого является заполнение внешней части межэлектродного
промежутка в основном отрицательно заряженными ионами газа.
Отрицательно заряженные ионы под действием сил электрического
поля движутся от коронирующих электродов к осадительным. Частицы золы или пыли, встречая на своём пути ионы, адсорбируют их,
заряжаются и под действием сил поля также движутся к осадительным
электродам, где и осаждаются.
Электроды периодически встряхивают механизмом 5, слой осаждённой пыли разрушается, и пыль ссыпается в бункера, откуда её
удаляют. Очищенные от пыли газы, пройдя через электрофильтр, выбрасываются в атмосферу через патрубок или утилизируются.
Начальные напряжения, при которых появляется коронный разряд, имеют большое значение для практики электрогазоочистки.
Начальная напряжённость является функцией только радиуса
коронирующего электрода и не зависит ни от материала этого электрода, ни от формы другого электрода.
Рис. 2.2. Схема электрофильтра