Степанов К.С., Белянин И.В., Широнин Ю.Н. Электротехника и промышленная электроника

6

αэф – коэффициент эффективности излучения данной системы нагрева-

телей при минимально допустимых по конструктивным соображениям от-

носительных витковых расстояниях ( при максимально плотном размещении

нагревателя).

Таблица 3-1

Значения коэффициента эффективности излучения

α

эф

.

Система нагревателя

α

эф

Минимальн. относит.

витковые расстояния

П

р

оволочный зигзаг 0

,

68 2

,

75

Ленточный аигзаг 0,40 0,90

Ленточный зигзаг в балках нечей типа САП или 0,34 0,90

Проволочная спираль на- полочке 0,32 2,00

То же на керамические трубках 0,32* 2,00

Проволочная спираль в балках печей типа САН 0,22* 2,00

Значения α

эф определим из таблицы 3-1 (см. табл. 5-5, Л1 стр. 99).

α

эф=0,68, когда изделие находится внутри спирального нагревателя;

α

г – коэффициент шага, зависящий от относительных витковых рас-

стояний; из рис. 3.3 б (см. рис. 5-28 Л1 стр.99) видно, что он равен 1 при

минимальных ( из конструктивных соображений) относительных витковых

расстояниях.

Относительными витковыми расстояниями называют отношение рас-

стояния между осями ветвей к диаметру проволоки (е/d) для проволочно-

го зигзага.

Рис. 3.3. Зависимость α

г

от относительного межвиткового расстояния.

а – проволочный спиральный нагреватель; б – проволочный зигзагообразный нагреватель;

в – ленточный зигзагообразный нагреватель.

7

Оптимальными с точки зрения эксплуатационного расхода материала

являются отношения е/d=2,5…4.5. В данном случае принимаем е/d=2,8,

α

с

– коэффициент, учитывающий величину приведенного коэффици-

ента излучения нагреваемого изделия С

пр

, на рис. 3-3 (см. Л1 стр.100);

α

р

– коэффициент, учитывающий влияние размеров садки и завися-

щий от отношения F

изд/Fст рис. 3-4 (см. Л1 стр.100);

Рис. 3.4. Зависимость коэффици-

ента α

с

от приведенного коэф-

фициента излучения С

пр

.

Рис. 3.5. Зависимость коэффици-

ента размера изделия α

р

от соот-

ношения F

изд/Fст.

Принимаем F

изд/ Fcт.> 0,8, значит поправки на размер вводить не надо

т.е. α

р

= 1 .

Установленные мощности всех зон нагрева

Р

yi

=gl

yi

L

i

; (3.1)

где L

i

- длина зоны.

Длина камеры выдержки определяется по формуле

L

B

=E

τв

/ml . (3.2)

Полезный удельный тепловой поток для пластины:

q

n

=2λ

3

Δt/S

3

; (3.3)

где λ-теплопроводность железа, Δt - допустимый перепад температуры

по сечению загрузки для пластины расчетной толщины S

3

.

Выбираем три зоны нагрева.

В печь укладываем четыре детали по 1 метру длиной, тогда пере-

пады температур для каждой зоны:

8

Δt

1

=300

0

С ; λ

з

=0,452 кДж/кгк ;

Δt

2

=250

0

C ; S

з

=0,1 х 1[м

2

] ;

Δt

3

=150

0

C.

Удельная мощность потерь на нагрев газа

q

lг

=V

г

(I

вых.

-I

вх.

)/L

’

; (3.4)

где V

г

- скорость газового потока,

L

’

- приблизительная длина участка электропечи на котором про-

исходит нагрев газа.

Определение потребляемой мощности нагревателей в зонах:

Q

п,pi

=Q

’

п,pi

+Q

»

п,pi

K

4

-0,2…0,3-коэффициент запаса на

Q

’

п,pi

=Q

i

(K

3

+K

4

) возможное понижение температуры.

Q

»

п,pi

=Q

ui

(1-K

4

)

Q

уст.i

=K

2

Q

п,pi

; K

2

=1,2…1,4

или

q

уст.

=10f

1

ω[квт/м] ,где f

1

-площадь поверхности нагревателей

на 1 погонный метр длины печи(м

2

/м).

f

1

=1х10[м

2

/м]

q

уст.

=10х10х7вт/cм

2

=7кВт

Зная допустимую удельную поверхностную мощность, перейдем к

определению электрических параметров нагревателя.

Диаметр сечения проволоки:

3

22

2

4

U

d

ωπ

ρ

Ρ

=

d=2,93(мм)

P-мощность нагревателя, кВт

U-напряжение на нагревателе, В

ω-удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/см

2

Длина нагревателя:

3

2

4

πρω

U

l

Ρ

=

ρ = 1,09±0,8Ом мм

2

/м -удельное сопротивление нагревателя .

l =16(м)

Масса нагревателя:

3

42

5

3

463,0

ω

ρ

γ

U

g

Ρ⋅

⋅=

γ=8,4г/см

2

- плотность материала нагревателя

g=1,9(кг)

9

Таблица 3-2.

Геометрические характеристики и масса 1 м проволоки

и ленты из сплавов высокого сопротивления

Масса 1 м, г

Диаметр

проволоки

(размер

ленты), мм

Площадь

поперечно-

го сечения,

мм

2

Поверх-

ность 1 м,

см

2

Х15Н60;

Х15Н60Ю3;

Х20Н80;

Х20Н80-Н

Х15Н60;

Х15Н60ЮЗ:

Х20Н80;

Х20Н80-Н

Х23Ю5;

Х27Ю5Т

Х23Ю51

П

р

оволока

2,0 3,1 62 26 24 22

2.2 3.8 69 31 29 27

2,5 4,9 78 41 38 35

2,8 6,2 87 51 48 45

3,2 8,0 100 67 63 59

3,6 10,2 113 85 80 73

4,0 12,6 125 105 99 91

4.5 15,9 141 133 125 115

5,0 19,6 157 164 145 141

5,6 24,6 175 206 181 177

6,3 31,2 197 261 246 225

7,0 38.4 219 322 303 278

8,0 50,2 251 422 396 364

9.0 63,3 282 532 500 459

10,0 78,5 314 659 620 509

11,0 95,0 345 797 750 698

12,0 113.0 376 949 893 819

13,0 132,7 408 1114 1048 961

14.0 153,9 439 1292 1215 1063

15,0 176,7 471 1487 1395 1220

16,0 204,1 502 1686 1587 1388

17,0 227,0 534 1906 1791 1567

18,0 254,5 565 2136 2008 1757

19,0 283,5 596 2379 2238 1957

20,0 314,2 628 2636 2479 2169

Лента

2,0Х10 20 240 168 158 145

1,5Х15 22 330 189 178 163

2,0Х15 30 340 252 237 217

2,2Х20 44 444 370 347 319

2,5Х20 50 450 420 395 363

3,0Х20 60 460 504 474 435

2.2Х25 55 544 462 434 399

2.5Х25 62 550 525 494 453

3,0Х25 75 560 630 593 545

2,2Х30 66 644 554 521 478

2,5Х30 75 650 630 593 543

3,0Х30 90 660 756 711 653

2,2Х36 79 764 664 624 573

2.5Х36 90 770 756 711 653

3,0Х36 108 780 907 853 783

2,2Х40 88 844 740 695 638

2,5Х40 100 850 840 790 725

3.0Х40 120 860 1020 947 870

10

Из таблицы 3-2 (см. табл. 5-6 Л1 стр.101) найдем геометрические ха-

рактеристики проволоки: для d=2,93(мм), выбираем ближайший диаметр

больше расчетного d=3,2 мм.

Площадь поперечного сечения- 8,0 мм

2

.

Поверхность 1м- 100 см

2.

Масса 1м проволоки типа Х20Н80 67 г.

Для проверки расчета нагревателей воспользуемся графиками рис.3.6 и

рис. 3.7 (см.рис.5-33 и рис. 5-34. Л1 стр.101), откуда получим: d ≈ (мм) l ≈ (м)

11

Рис. 3.8. Зависимость скорости окисления сплава ν

ок

от температуры для

разных сплавов сопротивления в воздушной среде.

РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ И ВЫБОР ТИПА

ПРОВОДЯЩИХ ПРОВОДОВ

К ЗАКАЛОЧНОЙ ПЕЧИ

Силовые электрические цепи, соединяющие печи с другим электро-

оборудованием и выполняемые проводниками различных видов, называют

токопроводами ЭТУ.

Токопроводы между электропечью и электропечным трансформатором

или преобразовательным агрегатом принято называть короткой сетью

.

При выборе сечений проводников токопроводов следует учитывать

неравномерность распределения тока как по сечению проводника ( шины,

кабеля, провода), так и между отдельными параллельными проводниками

фазы ( пакета шин, пучка кабелей, проводов), обусловленную поверхность

эффектом и эффектом близости.

Температура шин токопроводов и их контактных соединений как за

счет нагрева электроческим током, так и

за счет внешних тепловых излу-

чений, как правило не должна превышать 90

0

С.

В реконструируемых ЭТУ допускается температура при сварных со-

единениях 148

0

С для медных шин и 120

0

С для алюминевых. В необхо-

димых случаях применяют принудительное воздушное или водяное охлаж-

дение проводников.

12

Жёсткие токопроводы выполняются преимущественно из шин прямо-

угольного или трубчатого сечения. Согласно П.У.Э. для таких токопрово-

дов со спокойной нагрузкой должны применяться шины из алюминия, а

для ЭТУ с резкопеременной ударной нагрузкой – из алюминевых сплавов с

повышенной механической и усталостной прочностью.

В нашем случае применяем прямоугольную ленту из алюминия

мар-

ки А6 ГОСТ 54.14-63 (обработка волочением) Удельное электрическое со-

противление при t=70

0

С - 31.8мКОмм10

-3

. Временное сопротивление раз-

рыву σ

в=112ктс/ мм

Относительное удлиннен δ=5% (см.Л2 стр.14 таб.1.2)

Примем размер шин 14х6 см с учетом нагрева до 70

0

С соединений.

Разводку проводов к электродвигателям и другим электроприборам,

расположенным на каркасах электропечей, можно вести проводом с обыч-

ной изоляцией, а при температуре выше 40

0

С—проводом с теплостойкой

изоляцией.

Шины крепят на пропитательных асбестоцементных клицах. Шаг ме-

жду клицами должен лежать в промежутках от 600 до 1000мм. Все неизо-

лированные токонесущие части закрывают защитными кожухами. Имею-

щими жалюзи или перфорацию.

По таблице 2.1 (см.Л2 стр.32) выбираем понижающий трансформатор

типа ТО-20АЗ со вторичным напряжением 37,3-120 В для

обеспечения

мощности зоны нагрева 18кВт и номинальной температуры 1000

0

С число

фаз равно одному.

Электрические и механические свойства шин и лент

для токопроводов ЭТУ

Наи-

мен.

Мар

ка

ГОС

Т

Фор-

ма

Обработка

Удель-

ное

эл.Сопр.

Механ. св-ва при

раст. 20С

Мех-

ани-

чес.

Тер-

мич.

Ста

ре-

ние

МкОм м

0С

σ

в

М

Па

σ

0,2

раз-

мер

сеч.

δ

%

Al

A3,

А6

5414-

63

,О

шины

---- ----

29х

0.001

112

(11,2)

доп.1

15

---

все 5

Cu 1

ЛММ 434-71 лента про-

кат

от-

жиг

----

17,2

доп.1

7,54

260

(26)

2

0,9 -

1,25

30

Cu 2

255

(25,5)

2

3,53 34

Согласно ГОСТ 15176-70 допускается изготовление шин (прессованных из

алюминия и алюминиевых сплавов) с размерами по ГОСТ 13616-68 14х6

мм.

13

Рис. 3.9 Оптимальные соотношения между высотой H и шириной B печной камеры и шири-

ны изделия b для получения равномерного нагрева по ширине (для любых температур и сте-

пени черноты).

1. Электротермическое оборудование: Справочник/ Под общ. ред. А.П.

Альтгаузена.- 2-е изд., - М.: Энергия, 1980. - 416 с.

2. Электрооборудование и автоматика электротермических установок:

Справочник/ Под общ. ред. А.П. Альтгаузена.- М.: Энергия, 1978. - 304

с.

1

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “ Электроэнергетика”

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания

к курсовому проектированию.

Пример расчета индуктора и выбора источника питания для

закалочной установки.

ЧАСТЬ 3

Нижний Новгород 1999

2

Составители: К.С. Степанов, Ю.Н. Широнин, И.В. Белянин.

УДК 621,311

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине

"Электротехника и промышленная электроника" для специальности 1208000

дневной формы обучения/ НГТУ; сост.: К.С. Степанов, Ю.Н. Широнин, И.В.

Белянин.

Рассматриваются вопросы проектирования источников питания для

технологических процессов тепловой обработки материалов на

основе ТВЧ и

выбора электрооборудования.

Работа предназначена для студентов неэлектротехнических специальностей.

Научный редактор Б.В.Папков

Подп. к печ. __. __ . 99. Формат 60×84/16. Бумага газетная. Печать

офсетная. Печ.л. ___ Уч.- изд.л. ___. Тираж 60 экз. Заказ __.

_____________________________________________

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

технический университет, 1999

Степанов К.С., Белянин И.В., Широнин Ю.Н. Электротехника и промышленная электроника

Подождите немного. Документ загружается.