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
11
Для известного критического значения
0
E
необходимую разность
потенциалов
к
U
между коронирующим электродом радиусом
0
r
и
осадительным радиусом R можно определить по формуле
.ln
0
00к
r
R
rEU
(2.7)
Линейную плотность тока в коронном разряде для рассматриваемого случая определяют по формуле
,
ln
42
0
2
0к
к
r
R
R
UUk
I
(2.8)
где
к
I
– сила тока с единицы длины коронирующего электрода;
U
– напряжение, приложенное к электродам; k – подвижность ионов;
к
U
– начальное напряжение коронного разряда.
Частицы, движущиеся под действием сил поля, в результате
столкновения с ионами газа приобретают заряд. Предельная величина
заряда, при котором частица не получает новые ионы, определяется по
формуле
,
2
1
214
2
з0пр
rEQ
(2.9)
где
з
E
– напряжённость электрического поля в той же точке, где ча-
стица получает свой заряд, В/м; r – радиус частицы.
Для известного значения
пр
Q
и напряжённости
ос
E
поля в точке,
где находятся частицы, сила взаимодействия электрического поля и
заряда частицы выражается формулой
12
.
2
1
214
2
осз0оспр
rEEEQF
(2.10)
Так как напряжённость электрического поля является функцией
расстояния от коронирующих электродов, то сила Е – величина переменная. Во внешней области короны, где находятся отрицательные
ионы, эта сила направлена к осадительному электроду.
По конструктивному выполнению осадительных электродов электрофильтры делят на пластинчатые и трубчатые.
Корпус пластинчатого электрофильтра представляет собой прямоугольную камеру сварной конструкции, изготовляемую из стали.
В корпусе электрофильтра размещаются: системы осадительных электродов, представляющих собой параллельные металлические пластины
(частый ряд проволок диаметром 4…6 мм), и подвешенных между
ними коронирующих электродов диаметров 2…3 мм; устройства
для удаления пыли и золы (в мокрых электрофильтрах); устройства
для равномерного распределения газа по сечению аппарата. На рисун-
ке 2.3 представлены кривые зависимости от времени зарядки
Q
Q
пр
.
Рис. 2.3. Кривые зависимости от времени зарядки
Q
Q
пр
13
Кроме того, в конструкцию электрофильтра входят изоляторные
коробки для подвески коронирующей системы и ввода в электрофильтр тока высокого напряжения.
В трубчатом электрофильтре осадительными электродами являются стальные трубы диаметром 200…300 мм и длиной 4 м; по оси
трубы натянут коронирующий электрод (проволока диаметром 2…
4 мм из стали, нихрома, титана). Осадительные трубы заключаются в
общий каркас или сплошной корпус. В подавляющем большинстве
случаев трубчатые электрофильтры применяют для улавливания жидких компонентов.
В систему агрегата питания электрофильтра входят высоковольтный повышающий трансформатор; высоковольтный выпрямитель;
шкаф управления с системой регулирования и защиты. По принципу
действия агрегаты можно разделить на источники тока и источники
напряжения. При питании электрофильтра от источника тока ток
короны практически постоянен, а выходное напряжение изменяется
пропорционально сопротивлению нагрузки; при питании от источника
напряжения ток короны сильно изменяется в зависимости от напряжения.
Условия работы электрофильтра предъявляют высокие требования к точности и быстродействию системы регулирования. Так,
по условиям эффективной очистки электрофильтры работают при
рабочем напряжении, которое меньше пробивного всего на несколько
процентов.
При этом пробивное напряжение, зависящее от количества очищаемых газов, их температуры, плотности и влажности, концентрации
взвешенных частиц в газах, наличия слоя пыли на электродах и др.,
обычно колеблется в значительных пределах. При изменении этих
14
параметров в электрофильтре возникают искровые разряды, переходящие при определённых условиях в электрическую дугу.
Наибольшее распространение получили системы регулирования:
а) по заданному току и напряжению;
б) по дуговому пробою в фильтре;
в) по заданному числу искровых разрядов в фильтре;
г) по максимальной мощности, потребляемой коронным разря-
дом; по максимальному среднему напряжению.
Для крупных выпрямительных агрегатов применяют схему
«звезда» – «обратная звезда» с уравнительным реактором, для маломощных агрегатов – трёхфазную с нулевым выводом.
В агрегатах предусмотрена автоматическая стабилизация выпрямленных тока и напряжения, плотности тока, а также ручное регулирование выходного напряжения. При стабилизации плотности тока
изменение площади деталей, загружаемых в гальваническую ванну,
приводит к автоматическому изменению силы тока и напряжения
на выходе агрегата.
Основным элементом автоматического регулирования в агрегатах
ВАК-100 является термокомпенсированный усилитель постоянного
тока на транзисторах. В других агрегатах схема автоматики выполнена
на магнитных усилителях.
Реверсивные агрегаты снабжены тиристорами обратного направления выпрямленного тока, а также второй системой управления тиристорами обратного тока. Система реверса имеет два канала и построена на логических элементах.
Схема выпрямления агрегата ВАК-100-36У4 – трёхфазная с нулевым выводом. Первичные обмотки преобразовательного трансформатора могут соединяться в «треугольник» и «звезду». Схема автоматики
15
обеспечивает стабилизацию выпрямленного тока и выпрямленного
напряжения ±5% и плотности тока ±10%. Основным элементом схемы
автоматики агрегата ВАК-100-36У4 является термокомпенсированный
усилитель постоянного тока, выход которого подключён к системе
управления тиристорами (СУТ).
Схема защиты (СЗ) обеспечивает защиту блока тиристоров (БТ)
и других элементов от внешних и внутренних к.з., от перегрева силовых тиристоров, пропадания одной из фаз питающей сети.
Выпрямительные агрегаты серии ВАКГ применяют для питания
постоянным током электролитических ванн гальванических цехов при
автоматическом или ручном регулировании заданной плотности тока.
2.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
Ионная зарядка осуществляется за счёт осаждения на поверхно-
сти частицы ионов из объёма газа, окружающего её. Как правило, для
ионной зарядки используют униполярный коронный разряд, поскольку
он позволяет наиболее просто получать высокие концентрации ионов
одинаковой полярности. Ионная зарядка в чистом виде происходит,
если нет контакта частицы с электродами (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Электросепарация
16
Сила Fk, Н, вызывается действием электрического поля на заряд
частицы:
,EQFk
(2.11)
где Е – напряжённость электрического поля в месте расположения частицы, В/м; Q – заряд частицы, Кл.
Сила
з
F
вызывается взаимодействием заряда частицы с электро-
дом (сила зеркального отображения):
.
24
2
0
2
з
h
Q
F
(2.12)
Условие отрыва частицы в зоне после коронного разряда
,cos
ц0з
FFFF
gk
(2.13)
где
0
– угол отрыва;
,,,,cos
2
0
2
з
б
2
ц
зц
0
b
Q
FmgF
R
m
F
F
FFF
g
g
k
где m – масса частицы, кг; – окружная скорость барабана, м/с;
б
R
– радиус барабана, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.
,
6
2
abVVm
(2.14)
где V – объём эллипсоида; – плотность материала.
Тогда
,
6
cos
б
2
0
б
2
0
CE
ggR
(2.15)
где
br
r
br
r
db
a
db
C
11
1
11
кк
б
(2.16)
представляет собой признак делимости для коронного барабанного
сепаратора.
17
3. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ
И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
Размерная обработка заключается в направленном изменении
формы или размеров твёрдого тела. В отличие от широко распространённых механических методов обработки в электрофизических и электрохимических (ЭФЭХ) методах тепловое, механическое или химическое воздействие на тело происходит в результате специфических
физических и химических явлений, возникающих при преобразовании
электрической энергии. Развитие электротехнологических методов
размерной обработки вызвано резким увеличением потребления жаропрочных, магнитных, нержавеющих, антикавитационных и других
высоколегированных сталей и твёрдых сплавов, полупроводниковых
материалов, алмазов, рубинов, кварца, ферритов и многих других
материалов, обработка которых механическими методами затруднена.
В ряде случаев и при обработке обычных конструкционных сталей
электротехнологические методы дают более высокую производительность.
Ультразвуковой метод обработки основан на механическом ударном воздействии на вещество упругих колебаний звукового и ультразвукового диапазона.
Лучевые методы обработки используются для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков. Съём материала осуществляется высококонцентрированной энергией лучей, преобразованной
в тепло и сфокусированной на зоне обработки. Применение находит
обработка лазерным и электронным лучами.
18
Электроэрозионные (ЭО) методы обработки металлов основаны
на использовании преобразуемой в тепло энергии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием.
В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга),
параметров импульсов тока, напряжения и других условий электро-
эрозионная обработка разделяется на электроискровую, электроимпульсную и электроконтактную. На совместном тепловом и химическом воздействии основана анодно-механическая обработка.
Каждой разновидности ЭО свойственны определённые техноло-
гические характеристики, оборудование и область промышленного
применения.
Электрохимические методы основаны на преобразовании элек-
троэнергии в энергию химических связей с превращением металла
заготовки в легко удаляемые из зоны обработки химические соедине-
ния (анодное растворение). Электрохимическая обработка имеет две
разновидности: в среде проточного электролита и электроабразивная.
В последнем случае происходит комбинированный электрохимический и механический съём металла.
Преимущества ЭФЭХ-методов перед механическими следующие:
1) практическая независимость скорости, качества и производи-
тельности обработки от физико-механических свойств обрабатывае-
мых материалов, так как обработка материалов производится практи-
чески без приложения значительных механических усилий. На производительность этих методов влияют не механические, а физические
и химические свойства материалов, например теплопроводность
при электроэрозионной или валентность при электрохимической обработке;
19
2) возможность обработки труднообрабатываемых материалов
без специальных инструментов (более твёрдых, чем обрабатываемый
материал).
При электрофизических и электрохимических методах давление
в инструментах на обрабатываемую деталь практически отсутствует
или оно незначительно. В большинстве процессов обработки между
электродом-инструментом и обрабатываемой деталью должен быть
зазор. Только в некоторых операциях ультразвуковой обработки инструмент оказывает заметное давление на обрабатываемую деталь.
При лучевых методах обработки инструмент вообще отсутствует.
3.1. УСТАНОВКИ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Применение импульсного магнитного поля для обработки метал-
лов давлением характеризуется двумя особенностями:
1) импульсное магнитное поле создаёт в металлической заготов-
ке механические усилия, производящие требуемое формообразование
без промежуточных твёрдых, жидких или газообразных сред;
2) силы, вызывающие формообразование, прикладываются
к заготовке импульсно, за время, измеряемое стотысячными долями
секунды, и производят действие, аналогичное взрыву, а скорость
перемещения материала находится в пределах 50…200 м/с и больше.
Поведение материала заготовки в этом случае во многом сходно
с тем, которое наблюдается при обработке взрывом или электрогидравликой; имеются и отдельные отличия, обусловленные отсутствием
при магнитно-импульсной обработке промежуточного тела, производящего деформирование.
20
На магнитно-импульсной установке можно выполнить большин-
ство известных технологических операций обработки металлов давлением. Однако далеко не во всех случаях это оправдывается технически
и экономически. Магнитно-импульсная обработка металлов (МИОМ)
имеет следующие достоинства:
1) отсутствие механического соприкосновения между обрабаты-
ваемой деталью и индуктором-инструментом, что позволяет точно,
чисто электрическим путём, дозировать усилия, прикладываемые
к заготовке, как по величине, так и по скорости нарастания. Значение
прикладываемых к заготовке усилий в данной магнитно-импульсной
установке однозначно определяется напряжением, до которого заряжены конденсаторы. Поэтому легко обеспечивается полная идентичность изготовляемых изделий;
2) отпадает необходимость в сложных штампах; простота рабо-
чих индукторов и удобство замены их, простые формы матриц делают
применение магнитно-импульсных установок при малых партиях
деталей так же выгодными, как и при больших;
3) производительность магнитно-импульсных установок очень
высока и может достигать 300 – 600 и более операций в час; затруднение возникает лишь в связи с необходимостью охлаждать индуктор;
4) легко можно осуществить полную или частичную автоматиза-
цию установки и включение её в состав автоматических линий.
Установка состоит из ёмкостного накопителя энергии, подключа-
емого к сети через пускорегулирующее устройство ПРУ и высоковольтный выпрямитель. Коммутатор управляется блоком автоматики через
поджигающее устройство. Блок автоматики соединён с задатчиком и
делителем напряжения. Когда величина заряда конденсатора
(от специального зарядного источника) достигает заданного значения,