Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические установки. Практикум
.pdf
Нагрев заготовок до конечной температуры в нагревате-
т п п.т
п.т
Q∆
п пм м
,Q qc= ⋅ ⋅ ∆θ
п
q
м
c
м
∆θ = θ − θ
м.к
м.н
лях полунепрерывного действия осуществляют по мере их
продвижения в индукторе с шагом, равным длине заготовки.
При введении в индуктор очередной холодной заготовки уже
нагретая до заданной температуры заготовка выталкивается
из индуктора.
Методика расчета электрической мощности
индукционной нагревательной печи
Энергетическая диаграмма термической установки представлена на рис. 4.1 (см. практическое занятие 4).
Суммарная тепловая мощность индуктора Q
ляется так:
, кВт, опреде-
т
Q – полезная мощность, затрачиваемая на нагрев заго-
где
п
,QQ Q= +∆ (6.1)
товки из металла, кВт;
– тепловые потери печи, кВт.
Полезная тепловая мощность индуктора Q
, кВт, рассчи-
т
тывается по формуле
где
– производительность печи, кг/с;
(6.2)
– удельная теплоемкость металла, кДж/(кг ∙ К), прини-
маемая по справочным данным;
∆θ – разность температур заготовки после и до нагрева
в печи, °С, рассчитываемая по формуле
,
здесь
м м.к м.н
θ – температура нагрева заготовки после печи, соот-
(6.3)
ветствующая технологическому процессу, °С, определяемая по табл. 6.1;
θ – температура заготовки до нагрева, °С, принимаемая
равной 20 °С.
61
При заданных значениях
п
q
м
c
м
,∆θ
п.т
,Q∆
QQQ∆ =∆ +∆
о.в
Q∆
и.з
Q∆
=
о.в
,Q∆
∆ = ⋅ ⋅ ∆θ
в
в
∆θ
в.вых
в.вх
θ
в в.вых в.вх
θ
в.вх
θ
о.в
Q∆
44
Qc F
∆=⋅ − ⋅
п.из
о.к
и найденных значениях
по формуле (6.2) определяется полезная мощность ин-
дуктора.
Тепловые потери печи
кВт, определяются следую-
щим образом:
,
п.т о.в и.з
(6.4)
,
где
– потери тепла с охлаждающей водой, кВт;
– потери тепла излучением через выходное отверстие
печи диаметром
от
Потери с охлаждающей водой
мм290 ,d
кВт.
кВт, определяются
по формуле
,Q Gc
G – расход охлаждающей воды, кг/с;
где
о.в в в в
(6.5)
c – теплоемкость воды, кДж/(кг ∙ К);
– разность температур охлаждающей воды на выходе
в
θ и входе
По заданным значениям
чениям
c с помощью формулы (6.5) определяются потери
в
индуктора, °С,
G ,
в
.∆θ = θ − θ (6.6)
,
в.вых
и найденным зна-
.
Потери излучением через выходное отверстие печи определяются так:
TT
и.з о
п.из о.к
100 100
,
(6.7)
где
T и
T – температура излучаемой поверхности и окру-
жающей среды соответственно, К;
F – площадь излучающей поверхности, м
c – коэффициент излучения абсолютно черного тела, при-
о
нимаемый равным 5,67 Вт/(м2 ∙ К4).
62
2
;
Температуры
п.из
о.к
=θ+
2
от
.
4
dFπ⋅
=
п
т
п о.в и.з
.
Q
QQ Q
η=
+∆ +∆
т
э
э
,
Q
P =
η
э
θ
и
θ переводятся из градусов Цель-
сия (°С) в кельвины (К):
(6.8)
Площадь F, м
2
, излучаемой поверхности определяется
К273 .T
по формуле
(6.9)
Для исходных данных по формулам (6.1)–(6.9) определяется суммарная тепловая мощность индуктора и потери тепла.
Тепловой КПД печи рассчитывается следующим образом:
(6.10)
При известной тепловой мощности печи электрическая
мощность P
, кВт, потребляемая из сети, определяется по фор-
э
муле
(6.11)
где
η – электрический КПД индукционной печи.
в табл. 6.2, производится термическая подготовка под горячую штамповку. Заготовка из алюминия цилиндрической
формы, диаметром 270 мм, длиной 500 мм.
Примеры расчета энергетических
параметров индукционной нагревательной
установки методического действия
Пример 6.1
Исходные данные
В методической печи с параметрами, представленными
3
Расход охлаждающей индуктор воды – 5 м
Производительность печи G = 2500 кг/ч;
Максимальная температура нагрева заготовки – 550 °С.
/ч;
63
Температура на входе и выходе холодильника равна соот-
= ⋅ ⋅∆θ = ⋅ ⋅ =
м
кДж/(кг К)1, 0 4 7 ;c ⋅=
=
м м.к м.н
550 20 530 .C∆θ = θ − θ = − = °
о.в в в в
кВт1,39 4,187 20 116,4 ,Q Gc∆ = ⋅ ⋅∆θ = ⋅ ⋅ =
в
в
л/ч5G =
в
5 1000
кг / с;
60 60
G⋅=
⋅
в в.вых в.вх
ветственно 20 °С и 40 °С.
Определить тепловой баланс индукционной печи.
Таблица 6.2
Техническая характеристика индукционной печи
Параметр Значение параметра
Габаритные размеры, мм:
– длина 7945
– ширина 1700
– высота 1902
– диаметр отверстия печи 290
Размеры нагреваемых слитков, мм:
– диаметр 270
– длина 500
– длина индуктора 4200
Решение
1. Определяем по формуле (6.2) полезную мощность индук-
тора:
н 0,7 1,047 530 388,4 кВт,Q qc
н мм
где
2500
q = =
п
60 60
⋅
2. Определяем по формуле (6.5) потери тепла с охлаждаю-
щей в индукторе водой:
где
кДж/(кг К)4,187 ;c ⋅=
3. Определяем по формуле (6.7) потери тепла излучением
через выходное отверстие печи:
64
кг / с
0, 7 ;
40 20 20 .C∆θ =θ − θ = − = °
п
кг / ч2500q
или
или
44
24
КК
=θ+ = + =
КК
=θ+ = + =
44
п.т о.в и.з
т п п.т
кВт388,47 118,09 506,49 .QQ Q= +∆ = + =
η
η
п
о.в и.з
38 8, 4
0,766.
388,4 116,4 1,69
т
п
Q
QQ Q
η= = =
+∆ +∆ + +
TT
∆ = ⋅ − ⋅=
Qc F
и.з о
=⋅ − ⋅⋅=
5,6 0,066 0,001 1,689 ,
44
823 293
100 100
п.из о.к
100 100
кВт
где
о
и
T 273 20 273 293
= = =
Вт / (м К5,67 );c = ⋅
о.к
2
dFπ⋅
от
3, 1 4 0 , 2 9
⋅
T 273 550 273 823
п.из
(по формуле (6.8));
2
0,06 6
2
м
(по формуле (6.9)).
4. Суммарные тепловые потери печи рассчитываем по фор-
муле (6.4):
кВт116,4 1,689 118,09 .QQQ∆ =∆ +∆ = + =
5. Тепловая мощность, потребляемая индуктором печи
(формула 6.1):
Таким образом, потребляемая индуктором тепловая мощность составляет 506,49 кВт, полезная мощность, расходуемая
на нагрев заготовки, – 388,4 кВт, потери тепла – 118,09 кВт.
Пример 6.2
Исходные данные – это результаты расчета теплового баланса индукционной печи, представленные в примере 6.1.
Определить: тепловой КПД индукционной печи (
) и
э
электрическую мощность, потребляемую печью из сети, если
электрический КПД электрооборудования установки
= 0,9.
э
Решение
1. Тепловой КПД индукционной печи определяем по фор-
муле (6.10):
65
2. Электрическую мощность, потребляемую печью из сети,
т
э
эт
кВт
38 8, 4
563, 4 .
0, 7 66 0,9
Q
P = = =
η ⋅η ⋅
θ
θ
определяем по формуле (6.11):
Расчетное задание 6
Исходные данные
Техническая характеристика индукционной методической
печи, предназначенной для технологических процессов металлообработки, представлена в табл. 6.2.
Индукционная установка предназначена для технологических процессов горячей штамповки (ГШ); закалки (З); нормализации (Н); тепловой штамповки (ТШ); снятия напряжений
(СН). В табл. 6.3 представлены исходные данные для выполнения задания. Принять температуру окружающей среды
температуру охлаждающей воды
равными 20 °С.
в
Задание
Рассчитать электрическую мощность, потребляемую индукционной нагревательной печью сквозного нагрева.
Методика расчета заданных параметров представлена
в разделе «Краткие теоретические сведения». Исходные данные приведены в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Исходные данные для выполнения задания
о.к
и
Материал
Номер
варианта
1 Сталь ГШ 2000 10,0 65 0,90
2 Сталь З 1900 9,0 50 0,85
3 Сталь Н 1500 8,0 65 0,84
4 Сталь Ш 1700 7,0 50 0,81
5 Сталь СН 1800 6,0 45 0,79
6 Алюминий СН 2400 5,0 55 0,78
66
Технологический
процесс
Про-
изво-
дитель-
ность,
кг/ч
Водяное
охлаждение
Рас-
Выходная
3
/ч
темпера-
тура, °С
ход,
м
Электри-
ческий
КПД
Окончание табл. 6.3
Водяное
охлаждение
Рас-
Выходная
3
/ч
темпера-
тура, °С
ход,
м
Электри-
ческий
КПД
Номер
варианта
Материал
Технологический
процесс
Про-
изво-
дитель-
ность,
кг/ч
7 Алюминий З 2200 4,5 50 0,77
8 Алюминий Н 1800 4,0 45 0,76
9 Алюминий СН 1600 3,5 40 0,91
Сталь нержаве-
10
ющая (μ >> 1)
Сталь нержаве-
11
ющая (μ >> 1)
Сталь нержаве-
12
ющая (μ >> 1)
Сталь нержаве-
13
ющая (μ >> 1)
Сталь нержаве-
14
15
16
17
ющая (μ = 1)
Сталь нержаве-
ющая (μ = 1)
Сталь нержаве-
ющая (μ = 1)
Сталь нержаве-
ющая (μ = 1)
ГШ 2100 8,5 64 0,92
З 2000 8,0 65 0,93
Н 1900 8,2 60 0,73
СН 1800 7,9 61 0,64
ГШ 1600 6,5 62 0,65
Н 1700 6,0 63 0,66
ТШ 1900 5,0 67 0,67
СН 2200 5,0 62 0,68
18 Никель ГШ 2100 4,5 45 0,69
19 Никель З 2300 4,3 43 0,70
20 Никель Н 1900 4,2 44 0,71
21 Никель ТШ 1800 5,3 46 0,72
22 Никель СН 1700 6,8 42 0,73
23 Медь ГШ 2400 5,4 43 0,74
24 Медь З 2300 4,6 48 0,75
25 Медь Н 2200 5,0 45 0,76
26 Медь СН 2100 5,4 46 0,77
27 Латунь ГШ 2000 5,3 49 0,78
28 Латунь З 2250 5,4 50 0,79
29 Латунь Н 2180 5,1 51 0,80
30 Латунь СН 1700 4,9 42 0,76
31 Сталь ГШ 1600 4,8 39 0,80
32 Сталь З 1500 4,3 38 0,82
33 Сталь Н 1400 4,1 45 0,79
67
Контрольные вопросы и задания
1. Поясните принцип действия и особенности индукцион-
ных нагревательных установок.
2. Поясните принцип действия и особенности индукцион-
ных закалочных установок.
3. Какие технологические операции металлообработки выполняются с помощью индукционных нагревательных установок?
4. Поясните конструкцию и особенности нагрева изделий
в индукционных нагревательных установках методического
действия.
5. Напишите уравнение теплового баланса индукционной
нагревательной установки.
6. Как определяется полезная тепловая мощность индуктора индукционной установки?
7. Как определяются тепловые потери индукционной установки излучением?
8. Как определяются тепловые потери индукционной установки с водой, охлаждающей индуктор?
9. Напишите уравнение для определения теплового КПД
индукционной нагревательной установки.
10. Напишите уравнение для определения электрической
мощности, потребляемой индукционной нагревательной установкой.
68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Болотов, А.В. Электротехнологические установки
[Текст] / А.В. Болотов, Г.А. Шепель. – М. : Высш. шк., 1988. –
333 с.
2. Кузнецов, Н.М. Электротехнологические установки [Текст] / Н.М. Кузнецов, В.А. Ляхомский. – М. : Изд-во
МГГУ, 2007. – 153 с.
3. Свенчанский, А.Д. Электрические промышленные
печи : Дуговые печи и установки специального нагрева
[Текст] : учебник для вузов / А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердев. – М. : Энергоиздат, 1982. – 400 с.
4. Электрические промышленные печи [Текст] / А.М. Кручинин [и др.] ; под ред. А.Д. Свенчанского. – 2-е изд., перераб.
и доп. – М. : Энергоиздат, 1981. – 296 с.
5. Егоров, А.В. Электроплавильные печи черной металлургии [Текст] : учебник для вузов / А.В. Егоров. – М. : Металлургия, 1985. – 280 с.
6. Кацевич, Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей [Текст] / Л.С. Кацевич. – М. : Энергия, 1977. – 304 с.
7. Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст] / В.П. Шеховцов. – М. : Форум :
Инфра-М, 2004. – 407 с.
8. Электротехнологические промышленные установки
[Текст] / И.П. Евтюхова [и др.] : под ред. А.Д. Свенчанского. –
М. : Энергоиздат, 1982 – 396 с.
9. Сокунов, Б.А. Электротермические установки. Электрические печи сопротивления [Текст] / Б.А. Сокунов, Л.С. Гробова. – Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2004. – 122 с.
10. Ресурсо- и энергосбережение в литейном производстве
[Текст] / Г.Я. Вагин [и др.]. – М. : Форум, 2012. – 272 с.
11. Баранов, Л.А. Светотехника и электротехнология
[Текст] / Л.А. Баранов, В.А. Захаров. – М. : Колос, 2006. –
344 с.
12. Энергосбережение в котельных https://patriot-nrg.
com/ru/content/energosberezhenie-v-kotelnyh
69
Учебное издание
Бабокин Геннадий Иванович
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Практикум
Научный редактор Т.А. Кравченко
Технический редактор Т.В. Суханова
Верстальщик Ю.Б. Пашкова
Подписано в печать 23.11.22 Уч.-изд. л. 4,375
1
Формат 60 × 90
/16
Университет науки и технологий МИСИС,
119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 4, стр. 1
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 2А
Тел. 8 (495) 638-44-06
Отпечатано в типографии
Издательского Дома НИТУ «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-кт, д. 4А
Тел. 8 (495) 638-44-16, 8 (495) 638-44-43
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]