Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические установки. Практикум
.pdf
I
δ
δ
т
100 ,G =
τ=
⋅ω=
и
– допустимая плотность тока, зависящая от материала
где
s =
н2
,
(5.6)
элемента и вида охлаждения, А/мм2.
Выбираем тип токопровода, выполненного из меди и водоохлаждаемого.
Серийно выпускаются следующие элементы токопровода:
– кабели силовые водоохлаждаемые КСВ;
– шинопроводы охлаждаемые;
– водоохлаждаемые кабели КСВД ПТК.
Допустимая плотность тока медных водоохлаждаемых си-
2
ловых токопроводов составляет 5…8 А/мм
2
составляет 150…6000 мм
.
. Сечение кабеля
Если расчетное сечение кабеля больше сечения, приведенного известных из справочных данных, то принимается параллельное подключение нескольких кабелей в одной
фазе. Число кабелей n
, шт., в фазе определяется по фор-
к
муле
s
ns=
,
к
c
где cs – сечение выбранного кабеля, мм2.
Примеры расчета силового печного
трансформатора и короткой сети дуговой
сталеплавильной печи
Пример 5.1. Определить полную мощность печного транс-
форматора ДСП и выбрать его тип.
Исходные данные: емкость печи
периода расплавления под током
р
го расхода электрической энергии
циент мощности
co s 0,8 0,ϕ= коэффициент использования
мощности печного трансформатора в период расплавления
0,80 .k =
длительность
ч2, 4 ,
норма удельно-
кВт ч/т400 ,
коэффи-
51
Решение
⋅= ⋅ ⋅ω= ⋅ ⋅ =
эл
ср
р
кВт
41 600
17333,3 .
2, 4
W
P = = =
τ
н
н
3
3
нmax
3
2
2 max
А
10
27000 10
74,32 10 .
3 3 210
P
I
U
⋅
⋅
= = = ⋅
⋅⋅
н
2
2
мм
74320
11433,8 .
6,5
I
S = = =
δ
1. По формуле (5.1) определяем электрическую энергию,
потребляемую ДСП в период расплавления:
эл з
кВт ч1,04 100 400 41 600 .W kG
2. Определяем среднюю мощность электроэнергии, потре-
бляемой ДСП в период расплавления:
3. По формулам (5.3) и (5.4) определяем максимальную
полную мощность трансформатора в период расплавления:
P
S
max
ср
⋅ϕ ⋅
co s 0,8 0, 8
k
и
17333,3
кВ А
27082,8 .
⋅= = =
4. По справочным данным выбираем печной трансформатор ЭТЦН-40000/10, с номинальной мощностью
27 000…20 700 кВ ∙ А. Напряжение ВН – 10 500 В, НН –
210…130 В.
Пример 5.2. По параметрам выбранного в примере 5.1 печ-
ного трансформатора определить параметры токопроводящих
труб (см. рис. 5.1) короткой сети ДСП.
Решение
1. По формуле (5.5) определяем максимальный линейный ток вторичной обмотки печного трансформатора ЭТЦН40000/10:
2. Определяем площадь сечения токопровода:
3. Выбираем кабель КСВ ДСП сечением 4000 мм2.
52
4. Число кабелей в одной фазе токопровода
4000
3.
=
11433,8
n = =
к
Принимаем три кабеля в фазе (
шт
2, 86 .
n
шт
к
).
Расчетное задание 5
В табл. 5.1 представлены параметры ДСП, для которой необходимо выбрать печной трансформатор и параметры токопровода к электродам.
Методика расчета параметров печного трансформатора и
короткой сети ДСП представлены в разделе «Теоретические
сведения».
После выполнения расчетного задания необходимо оформить отчет, который должен содержать следующие позиции:
1) краткие теоретические сведения;
2) результаты расчета и выбора печного трансформатора
ДСП;
3) результаты расчета и выбора токопровода короткой сети
ДСП;
4) выводы.
При защите практической работы необходимо знать ответы на контрольные вопросы и задания.
Таблица 5.1
Параметры дуговой сталеплавильной печи
Длитель-
Емкость
печи G, т
Номер
варианта
1 110 2,5 380 0,86 0,76
2 8 2,5 210 0,84 0,80
3 100 2,6 340 0,72 0,90
4 10 2,7 200 0,71 0,82
5 90 5,0 250 0,90 0,83
6 20 3,1 210 0,75 0,84
ность
периода
плавле-
ния τр, ч
Норма удель-
ного расхода
электрической
энергии ω,
кВт
ч/т
.
Коэффици-
ент мощ-
ности cosϕ,
отн. ед.
Коэффи-
циент
использова-
ния мощ-
ности kи,
отн. ед.
53
Окончание табл. 5.1
Длитель-
Емкость
печи G, т
Номер
варианта
7 80 2,3 320 0,78 0,85
8 30 3,5 240 0,77 0,86
9 50 1,5 220 0,80 0,87
10 70 2,1 250 0,83 0,88
11 100 3,7 390 0,90 0,77
12 80 3,1 270 0,85 0,75
13 90 2,8 260 0,90 0,78
14 12 2,8 230 0,85 0,79
15 18 3,8 235 0,77 0,75
16 90 2,7 300 0,76 0,76
17 20 2,6 250 0,79 0,77
18 90 2,1 200 0,82 0,81
19 20 3,1 260 0,83 0,89
20 80 2,0 420 0,84 0,83
21 25 2,5 270 0,85 0,78
22 100 3,2 330 0,87 0,79
23 30 2,8 280 0,88 0,75
24 80 3,4 290 0,89 0,92
25 90 3,1 215 0,84 0,86
26 100 3,6 280 0,86 0,89
27 30 2,8 270 0,84 0,78
28 90 2,2 310 0,87 0,85
29 90 3,2 280 0,81 0,81
30 70 2,5 280 0,87 0,90
31 30 3,1 270 0,86 0,89
32 50 1,6 220 0,85 0,85
33 90 3,4 290 0,89 0,81
ность
периода
плавле-
ния τр, ч
Норма удель-
ного расхода
электрической
энергии ω,
кВт
ч/т
.
Коэффици-
ент мощ-
ности cosϕ,
отн. ед.
Коэффи-
циент
использова-
ния мощ-
ности kи,
отн. ед.
54
Контрольные вопросы и задания
1. Почему печной трансформатор имеет большой коэффициент трансформации? Назовите уровни напряжения первичной и вторичной обмоток.
2. Почему печной трансформатор рассчитан на большие
токи вторичной обмотки?
3. Какой режим работы ДСП выбран для расчета мощности печного трансформатора?
4. Назовите и опишите режимы электропотребления ДСП.
5. Почему при выборе мощности трансформатора учитывается коэффициент мощности сети?
6. Перечислите элементы короткой сети ДСП и поясните,
как они конструктивно выполняются.
7. Как рассчитывается сечение проводников короткой
сети?
8. Сравните уровни допустимой плотности тока в водоохлаждаемом и неохлаждаемом кабеле.
9. Почему в короткой сети ДСП применяется гибкий кабель?
10. В каком случае применяется параллельное соединение
нескольких кабелей в фазе короткой сети ДСП?
55
Практическое занятие 6
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ МЕТОДИЧЕСКОГО
ДЕЙСТВИЯ
Цель практического занятия – получение умений и навы-
ков расчета энергетических параметров индукционной нагревательной установки методического действия.
Краткие теоретические сведения
Принцип действия индукционных установок сквозного на-
грева
Индукционные нагревательные и закалочные установки
применяют для сквозного и поверхностного нагрева изделий.
Индукционные нагревательные установки (ИНУ). Такие установки относятся к установкам сквозного нагрева изделий и применяются для нагрева заготовок под последующую
технологическую операцию – ковку, штамповку, прессовку,
прокатку и т.д. Схема нагревательной установки представлена
на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Схема индукционной нагревательной установки
Индукционный нагрев проводится следующим образом.
Электропроводящая (металлическая, графитовая) цилиндрическая заготовка 1 помещается в индуктор 2, представляющий
собой несколько витков медного провода. Индуктор подклю-
56
чается к источнику электрической энергии, который создает
о
о
4,2...7,1,
d
=
∆
в нем токи различной частоты (от 10 Гц до 10 кГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле,
наводящее в заготовке вихревые токи, которые ее нагревают.
Система «индуктор – заготовка» представляет собой трансформатор без сердечника, в котором индуктор является первичной обмоткой, а заготовка является вторичной обмоткой,
замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.
Частота f, Гц, необходимая для сквозного нагрева цилиндрических заготовок, ориентировочно может быть определена
из соотношения
2
3 10
⋅
=
,f
2
d
где od – диаметр нагреваемой заготовки, мм.
Нагрев считается сквозным или глубинным, если соблюдается условие
где ∆ – глубина проникновения тока в металл горячей заго-
товки, мм.
Источники питания ИНУ выполняют на частотах от 50 Гц
до 10 кГц. По режиму работы ИНУ подразделяются на установки периодического и непрерывного действия.
Индукционные закалочные установки (ИЗУ). Такие
установки относятся к установкам поверхностного нагрева,
который основан на электрическом поверхностном эффекте и
эффекте близости. ИЗУ применяются для подготовки детали
под следующую термохимическую обработку –закалку, цементацию, азотирование и т.п.
Индукционная закалка заключается в быстром нагреве
поверхности изделия с последующим быстрым охлаждением
на воздухе, в воде или масле. При этом поверхность приобретает
высокую твердость и износостойкость, а мягкая сердцевина обе-
57
спечивает высокую сопротивляемость ударным нагрузкам. При
η=
η=
т
таком нагреве удается уменьшить объем нагреваемого металла
(по сравнению со сквозным нагревом) и значительно сократить
расход электрической энергии за счет снижения ее теплопроводности. Так, при высокотемпературном нагреве тугоплавких
металлов (вольфрама, молибдена и др.) КПД установки харак-
2
теризуются удельной поверхностной мощностью P, Вт/м
, ко-
торая зависит от частоты тока f, глубины прогрева Δ, размеров
нагреваемых изделий и изменяется в широких пределах.
Оптимальная частота, необходимая для нагрева на заданную глубину, определяется из соотношения
с
f =
опт
.
2
м
⋅∆
Электрический КПД (η) индуктора зависит от ряда вели-
чин – геометрических размеров индуктора и детали, удельного сопротивления их материалов, магнитной проницаемости
металла заготовки. Например, электрический КПД закалочной установки
0,7...0,8
э
при нагреве стали и
0,5
э
при
нагреве цветных металлов.
Тепловой КПД индуктора (η
) при неизменной удельной
т
мощности падает с повышением частоты и увеличением габаритных размеров заготовки,
0,5...0,3η= .
Технологические операции, выполняемые
на индукционных нагревательных
установках
Индукционные установки сквозного нагрева применяются
для термообработки изделий под пластическую деформацию
(прессовку, ковку, гибку, прошивку и проч.) или для химикотермической обработки (закалки, отжига, правки и др.). При
сквозном нагреве изделий (загрузки) необходимо обеспечить
их прогрев по всему объему с определенной допустимой неравномерностью, при минимально возможном времени нагрева и
высоких значениях энергетических показателей. Температура, при которой проводятся основные процессы металлообработки для различных металлов, приведена в табл. 6.1.
58
Таблица 6.1
Температура изделий, получаемых в результате основных процессов
металлообработки
Температура изделий из различных материалов, °С
Процесс
Горячая
штамповка
(ГШ)
Закалка (З) 917 972 – 752 807 642 477
Нормализация (Н)
Тепловая
штамповка
(ТШ)
Снятие
напряжений
(СН)
Сталь
1220 1083 1137 1083 890 807 532
862 807 1027 917 522 532 367
752 – 642 642 – – –
587 587 587 587 257 285 367
Сталь
нержавею-
щая, μ >> 1
Сталь
нержавею-
щая, μ = 1
Ni Cu
Ла-
тунь
Al
При сквозном нагреве обычно применяют способ одновременного нагрева всех заготовок, когда индуктор охватывает
все поверхность детали, подлежащей термообработке, причем во всех точках загрузки нагрев происходит одновременно.
Температура поверхности и ее распределение по глубине зависит от времени нагрева и энергии, передаваемой в деталь за
это время.
Малое время нагрева обеспечивают подведением к загрузке
индукционно большой удельной мощности. Частоту тока индуктора при сквозном нагреве выбирают достаточно низкой,
чтобы существенная часть заготовки (на глубину более 30 % ее
радиуса) нагревалась непосредственно током, созданным в поверхностном слое. Внутренний объем заготовки нагревается
за счет теплопроводности.
Существует возможность дополнительного сокращения
времени нагрева путем соответствующего изменения мощности, подводимой к загрузке в ходе нагрева. В этом случае в начальный период времени к заготовке подводится максимально
возможная удельная мощность. Благодаря этому добиваются
59
быстрого нагрева поверхностного слоя до заданной конечной
температуры. Образовавшийся значительный перепад температуры и соответственно большой тепловой поток между поверхностью и центром заготовки способствуют быстрому прогреву внутренних слоев заготовки. В дальнейшем подводимую
к заготовке мощность снижают таким образом, чтобы температура поверхности оставалась постоянной и равной заданному конечному значению.
Индукционная нагревательная установка
сквозного нагрева методического действия
По принципу действия индукционные нагревательные
установки разделяют на установки методического (полунепрерывного), периодического и непрерывного действия.
В серийном производстве, когда велики партии однотипных
заготовок, для нагрева заготовок большого диаметра (свыше
130 мм) обычно используют нагреватели методического действия.
Общий вид методического индукционного нагревателя средней частоты для нагрева мерных заготовок показан
на рис. 6.2. Заготовки 1 из бункера 2 с отсекателем 4 поступают на исходную позицию перед входом в индуктор 3.
Рис. 6.2. Нагревательная установка сквозного нагрева
методического действия
Перемещаемый с помощью привода транспортер с прижимными роликами 5 вводит холодную заготовку в индуктор,
продвигая одновременно на один шаг весь находящийся в индукторе ряд заготовок. Последняя нагретая заготовка выходит из индуктора, поступая на разгрузочный лоток.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]