Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические установки. Лабораторный практикум
.pdf
№ 4310
Кафедра энергетики и энергоэффективности горной промышленности
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Университет науки и технологий МИСИС
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Г.И. Бабокин
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
Лабораторный практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2022
УДК 621.3(07)
Б12
Рецензент
д-р техн. наук, проф. Д.М. Шпрехер
(Тульский государственный университет)
Бабокин, Геннадий Иванович.
Б12 Энерготехнологические установки : лаб. практикум /
Г.И. Бабокин. – Москва : Издательский Дом НИТУ
«МИСиС», 2022. – 57 с.
В пособии представлены краткие теоретические сведения, методики выполнения лабораторных работ и контрольные вопросы для самопроверки знаний. Экспериментально исследуются энергетические
параметры электротермического прибора нагрева сопротивлением,
режимы работы сварочного трансформатора. При изучении электрооборудования и автоматики электрических печей сопротивления, дуговых сталеплавильных печей, индукционных печей, нагревательных
и закалочных установок рассмотрены назначение, принцип действия,
устройство и взаимодействие элементов оборудования в нормальных
и аварийных режимах работы.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,
профиль «Управление энергетическими ресурсами предприятий»,
и может быть полезно работникам промышленности, занимающимся эксплуатацией электротехнологических установок.
УДК 621.3(07)
Бабокин Г.И., 2022
НИТУ МИСИС, 2022
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................................. 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Исследование
энергетических параметров прибора с нагревательным
элементом сопротивления (электрического чайника) ........... 5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. Изучение
электрооборудования и автоматики электрических печей
нагрева сопротивлением ................................................ 10
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. Изучение
электрооборудования и автоматики дуговых
сталеплавильных печей ................................................. 24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Изучение
электрооборудования и автоматики индукционных
канальной и тигельной печей .......................................... 33
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Исследование режимов
работы электросварочного трансформатора ...................... 41
Заключение ................................................................. 55
Библиографический список ............................................ 56
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
В пособии представлен материал для выполнения пяти лабораторных работ. В каждой работе приведены краткие теоретические сведения, методика выполнения лабораторной работы и контрольные вопросы для самопроверки знаний.
Целью данного пособия является получение студентами необходимых практических знаний, закрепляющих теоретические
положения, представленные в лекциях; изучение особенностей
электрооборудования и автоматики электротехнологических
установок; получение умений и навыков экспериментального
исследования энергетических параметров электротермических
технологических установок; повышение эффективности учебной
работы. Полученные знания, умения и навыки будут использоваться в дальнейшем при работе по специальности.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Управление энергетическими ресурсами
предприятий», и может быть полезно работникам промышленности, занимающимся эксплуатацией электротехнологических
установок.
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
2
,Q I Rt Pt= ⋅ ⋅= ⋅
22
2
,
I lUS
PIR
S Sl
⋅ρ⋅ ⋅
= ⋅= =
⋅
Исследование энергетических
параметров прибора с нагревательным
элементом сопротивления
(электрического чайника)
Цель работы: установление зависимостей удельного расхо-
да и КПД электрического чайника при кипячении воды от объема воды.
1.1. Краткие теоретические сведения
Электрический чайник – это нагревательный прибор с нагревательным элементом сопротивления.
1.1.1. Принцип нагрева сопротивлением
Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, зависит от сопротивления проводника R, электрического тока в цепи I и времени t его прохождения:
где Q – количество выделяющейся тепловой энергии,
Дж = Вт⋅с;
I – сила тока, А;
R – сопротивление проводника (нагревательного элемен-
та), Ом;
t – время, с.
Мощность P, выделяющаяся в проводнике, Вт:
где U – напряжение на сопротивлении, В;
S – площадь сечения проводника, м
(1.1)
(1.2)
2
;
5
r – удельное сопротивление проводника, Ом⋅м;
l – длина проводника, м.
1.1.2. Электрическая схема электрочайника
Электрический чайник включает следующие элементы: специальную подставку; нагревательный элемент; корпус; стеклянную или керамическую колбу; термостат (рис. 1.1).
Нагревательный элемент – ТЭН. ТЭН представляет собой
спираль из металла с высоким удельным сопротивлением, установленную в металлическом трубчатом корпусе, заполненном
кварцевым песком.
Принципиальная электрическая схема электрического чайника представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Принципиальная схема электрического чайника
Схема чайника (см. рис. 1.1) включает нагревательный эле-
0
мент ЕK, выполненный как ТЭН; кнопку включения St
с термостатом; контактный разъем ХР1; световой индикатор HL;
ограничивающий резистор R.
Питание (ЕK) осуществляется переменным напряжени-
ем 220 В, приложенным к зажимам LN. При нажатии кнопки
0
включения St
в цепи L – St0 – EK протекает ток I. В нагревательном элементе ЕK выделяется тепло, нагревающее воду в
чайнике. Температура воды увеличивается, и при достижении
0
100 °С кнопка-термостат (биметаллическая пластина) St
размыкается, отключая нагревательный элемент от сети. При наличии напряжения на нагревательном элементе в цепи светового
индикатора (HL – R) протекает ток, он светится. При отключении нагревательного элемента индикатор гаснет. Количество
6
теплоты, выделяющейся в нагревательном элементе, и электри-
ПH
, ,
кВт ч/л
W Pt
VV
⋅
ω= =
⋅
H
П
, .
3600
кВт ч
PtW⋅
=
⋅
ПОЛ
П
, ,
отн. ед.
W
W
η=
( )
ПОЛ уд
, ,
кВт ч
W cG
′′ ′
= ⋅ ⋅ θ −θ
⋅
ческая мощность, затрачиваемая на нагрев воды, определяются
по формулам (1.1, 1.2). Время нагрева воды в чайнике зависит
от начальной температуры воды и объема воды в чайнике.
1.1.3. Энергетические параметры
электрического чайника
Энергетические параметры электрического чайника, ха-
рактеризующие энергоэффективность его работы: удельный
расход электрической энергии на 1 л кипяченой воды – w; коэффициент полезного действия прибора (КПД) – h.
Удельный расход электроэнергии чайника определяется по
формуле
где W
в течение времени t (с), при кипячении заданного объема
воды V (л);
P
КПД чайника определяется по формуле
где W
гии, затрачиваемой только на нагрев воды, кВт⋅ч.
Полезная энергия определяется по формуле
где c
G – масса воды в чайнике, кг;
(1.3)
– электрическая энергия, потребляемая чайником
П
– номинальная мощность чайника, кВт.
П
(1.4)
(1.5)
– полезная электроэнергия, равная тепловой энер-
ПОЛ
(1.6)
– удельная теплоемкость воды, кВт⋅ч/кг⋅°С;
уд
7
q″, q′ – соответственно, температура кипения воды и начальная, °С.
При расчетах применяется q″ = 100 °С, а q′ – температура
в помещении, где находится чайник.
1.2. Методика выполнения работы
1. Выбрать объект исследования – электрический чайник –
для эксперимента. Ознакомиться с технической характеристикой чайника и его особенностями. Зафиксировать следующие
параметры: P
мента чайника кВт; V
2. Установить значения уровней индикации воды в чайнике от минимального до максимального значения, равного номинальному: V
3. Опыты определения энергетических параметров чайника проводятся для каждого из выбранных значений объемов
воды V
по программе:
i
• заданный объем воды V
дыдущего нагрева чайник;
• чайник включается в работу кнопкой St
кундомера засекается время кипячения воды для данного объ-
;
ема V
i
• при закипании чайника он автоматически отключается от
сети термостатом, и определяется время кипячения воды – t
4. Далее опыты по пункту 3 повторяются для различных
объемов заполнения чайника.
5. По формулам (1.4), (1.6) определяются значения потребляемой электрической энергии и полезно затраченной энергии. Затем по уравнениям (1.3) и (1.5) определяются удельный
расход электроэнергии и его КПД при различных объемах кипяченой воды V
6. По данным табл. 1.1 построить зависимости w = f
(v).
h = f
2
7. Дать анализ полученных результатов и сформулировать
выводы по работе.
8. Составить отчет по проделанной работе.
– номинальная мощность нагревательного эле-
Н
– номинальный объем чайника, л.
Н
… Vi … VН.
min
заливается в остывший от пре-
i
0
, и с помощью се-
. Результаты представляются в табл. 1.1.
i
(v) и
1
.
i
8
Результаты эксперимента
Таблица 1.1
Удельный
расход
энергии,
кВт⋅ч/л
w
i
электро-
чайника,
отн. ед.
Номер
опыта
1
…
…
…
n
Объем
кипяченой
воды V
, л
i
V
min
…
…
…
V
max
Потребленная электроэнергия W
кВт⋅ч
W
Пi
П
Полезно
затраченная
,
энергия
, кВт⋅ч
W
ПОЛ
W
ПОЛi
1.3. Контрольные вопросы
1. Как определяется удельный расход электроэнергии при-
бора нагрева сопротивления?
2. Как определяется КПД прибора нагрева сопротивлением?
3. Чем объясняется увеличение КПД прибора с увеличением
загрузки?
4. Почему с увеличением объема кипяченой воды в чайни-
ке удельный расход электроэнергии уменьшается?
5. В каких единицах измеряется в опыте электрическая
энергия?
6. Какие единицы измерения энергии применяют для срав-
нения различных видов энергоресурсов?
КПД
h
i
9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
Изучение электрооборудования
и автоматики электрических печей
нагрева сопротивлением
Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип
действия элементов схемы электрооборудования и автоматики
электрических печей сопротивления (ЭПС) и их взаимодействие в процессе работы печи.
2.1. Краткие теоретические сведения
2.1.1. Электрооборудование и автоматика
электрической печи сопротивления
с двухпозиционным регулированием
температуры
Функциональная схема электрооборудования и автоматики ЭПС с двухзонным регулированием температуры в ее рабочем пространстве представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Функциональная схема электрооборудования
и автоматики электрической печи сопротивления
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]