Тема 6.2. Електрообладнання печей опору.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 28Следующая ⇒

Піч опору – це електротермічна установка, яка призначена для перетворен - ня електричної енергії в теплову для забезпечення технологічних процесів, які пов’язані з нагрівом матеріалів і виробів.

1. Класифікація і будова печей опору.

А) по способу завантаження:

- садочні (періодичної дії);

- методичні (безперервної дії).

В печі періодичної дії після завантаження виріб не змінює свого положення протягом всього часу теплової обробки до моменту вивантаження.

В печі безперервної дії вироби для нагріву завантажуються з однієї сторони печі, поступово переміщуються по довжині камери, прогріваються до заданої температури і видаються з другого боку печі.

Б) по конструкції (рис.6.1.):

- камерна піч завантажується і розвантажується через отвір в передній стіні, який закривається дверцятами;

- шахтна піч являє собою шахту, яка закривається зверху кришкою;

- ковпакова піч складається з поду і знімного корпусу (ковпака) з нагріваль -ними елементами;

- піч з висувним подом;

- штовхальна піч, в якій вироби проштовхуються штовхачем через завантажувальні і розвантажувальні дверцята;

- конвеєрна піч має транспортуючий механізм (ланцюговий конвеєр);             

- рольгангова піч, в якій вироби перекочуються по роликах (рольганговий конвеєр);

- барабанна піч має всередині жароміцний барабан (муфель) зі спіраллю Архімеду;

- соляна електродна ванна наповнюється сіллю, в якій знаходяться нагрівачі

для розплавлення солі. Від робочої частини відділена перегородкою (в інших вироби занурюються безпосередньо в ванну).

Перші чотири види конструкцій відносяться до садочних, наступні чотири –  до методичних.

В) по робочій температурі:

- низькотемпературні 600÷700°С;

- середньотемпературні 600-700 до 1200÷1250°С;

- високотемпературні 1250÷2500°С;

- сушильні ≈ 200°С.

Сушильні печі призначені для сушки виробів після фарбування, сушки ізоляції обмоток і т.д. Конструктивно вони, як правило, поєднуються з вентиляційною установкою для видалення парив вологи або розчинників.

Деякі печі опору з метою рівномірного нагріву виробів мають декілька температурних зон нагріву.

Види конструкцій електропечей опору надані на рис.6.1, 6.2, 6.3.

                                                                   Рис.6.1. Види конструкцій печей опору.

                                                                 а) - камерна піч;  б) - шахтна піч; 

                                                                 в) - ковпакова піч; г) - піч з висувним                       

                                                                             подом; д) - штовхальна піч; е) - конвеєрна     

                                                                             піч; ж) - рольгангова піч; з) - барабанна  

                                                                 піч; і) - соляна електродна ванна.

  Рис.6.2. Середньотемпературна

             камерна піч.

1 – дверцята; 2 – механізм підйому;                         

3 – нагрівальні елементи; 4 – кожух;                      Рис.6.3. Сушильна піч.

5 – вогнетривкий кожух; 6 – вогнетривкі               1 – циркуляційний повітропровід;

 захисні плити; 7 – пристрій полум’яної                 2 – електрокалорифер; 3 – вентилятор;

 завіси.                                                                       4 – візок для виробів.

 2. Нагрівальні елементи печей опору.

Для електропечей опору використовуються нагрівачі, які виготовляються з жароміцних матеріалів, стійких до окислення киснем повітря при високих температурах, з високим питомим опором і малим температурним коефіці -

єнтом опору і стійких до старіння.

Найбільше розповсюдження отримали дротяні та стрічкові нагрівачі, які виготовляються у вигляді секцій з хромонікелевих та хромоалюмінієвих сплавів.

Дротяні нагрівачі виконуються зигзагоподібними і спіральними.

Стрічкові нагрівачі виконуються зигзагоподібними.

В низькотемпературних печах спіральні нагрівачі підвішують на керамічних

трубках або на поличках футеровки.

  В середньотемпературних печах  спіральні нагрівачі укладають в пазах футеровки. Дротяні нагрівачі кріплять на спеціальних гачках або опорах.

Для дротяних та стрічкових звичайно використовують такі сплави нагріва - чів: залізохромоалюмінієві Х13Ю4 – для низькотемпературних печей, ОХ23Ю5А и ОХ27Ю5А – для печей з температурами до 1000 °С; залізохромонікелеві (ніхроми): Х23Н18, Х25Н20 – для печей з температу -рами до 1050°С, Х15Н60 и Х15Н80Т – для печей з температурами до 1150 °С.

Нагрівачі високотемпературних печей виготовляють з вольфраму, молібдену, ніобію, танталу або графіту.   

В табл. 6.1. приведені рекомендовані температури нагрівачів з цих сплавів. В області, яка обмежена рекомендованими температурами, термін служби нагрівачів складає не менше 10 000 год. Під безперервним режимом в табл. 6.1. розуміється безперервна робота протягом доби (методичні печі), під перервним – робота з включенням і відключенням печі декілька разів на добу з суттєвим охолодженням її у відключеному стані.

Таблиця 6.1. Рекомендовані температури нагрівачів печей опору.

   Примітка. Дані для металевих нагрівачів з діаметром дроту d = 4 мм або товщиною стрічки a = 2 мм. При d = 7÷10 мм і а = 3мм значення температур можна підвищити на 50 °С.

На рис.6.4. приведені конструкції дротяних і стрічкових нагрівачів.

                                                                        Рис.6.4. Конструкції дротяних

                                                                                                    і стрічкових нагрівачів.

                                                                                            а) – зигзагоподібний дротяний;

                                                                                           б) – зигзагоподібний стрічковий;

                                                                                            в) – спіральний на керамічних 

                                                                                                  втулках;

                                                                                            г) – спіральний на керамічних    

                                                                                                  трубках;

                                                                                            д) –спіральний в пазах футеровки.

                                                                                             1 – фасонна керамічна втулка;

                                                                                             2 – керамічна трубка;

                                                                                             3 – паз футеровки.

В печах с електрокалориферами і соляних ваннах (при температурах до 600 °С) часто використовують трубчаті електронагрівачі (ТЕН). Нагрівач типу ТЕН (рис.6.5.) складається з металевої трубки 1, по оси якої розташована ніхромова спіраль 2, яка приварена до вивідних кінців 5 нагрівача. Трубка заповнена кришталевим окисом магнію (періклазом) 3. В кінцях трубки закріплені вивідні ізолятори 4. Трубка легко згинається, тому ТЕНи випус -каються різної форми (в том числі ребристими – для електрокалориферів).

Для печей с робочими температурами вище 1100 – 1150°С використовують неметалеві нагрівачі у вигляді стержнів: карборундові, основу яких складає карбід кремнію (до 1300 – 1400°С), та з дісиліциду молібдену (до 1400 –1500 °С). Використовують також графітові і вугільні нагрівачі (до 2000 – 2500°С).    

Найбільш розповсюджені в високотемпературних печах нагрівачі з моліб -дену (до 2000 °С в захисному середовищі) і вольфраму (до 2500 °С в захис -ному середовищі).

Електрична потужність, яка споживається нагрівачами, складає для невеликих печей одиниці кіловат, а для крупних печей може достигати тисяч кіловат і більше. Встановлені (номінальні) потужності деяких видів печей опору: від 8 до 160 кВт – камерні печі загального призначення; від 25 до 160 кВт – шахтні печі; від 20 до 1000 кВт – камерні печі для сушки електротехнічних виробів; від 10 до 150 кВт – барабанні печі; від 90 до 270 кВт – штовхальні печі (від 750 до 1100 кВт – з камерами охолодження); від 6 до 800 кВт – конвеєрні печі (до 1400 кВт – з камерами охолодження). 

3. Розрахунок дротяних і стрічкових нагрівачів.

При розрахунках виходять з заданої номінальної електричної потужності печі, з кінцевої температури нагріву виробів і площини футеровки камери печі для розміщення нагрівачів, тобто:

1. Вихідні дані: Р_ном, кВт і Т_вир., °С. 2. Вибирається схема включення нагрівачів і стає відомою потужність на фазу і фазна напруга: Р_ф, кВт і U_ф, В.

3. Виходячи з максимальної температури виробів Т_вир по таблиці 6.1. вибираємо матеріал і визначаємо температуру нагрівача Т_нагр., °С.

4. По діаграмі w(Т_вир.) знаходимо значення питомої поверхневої потужності ідеального нагрівача w_ід. Враховуючи коефіцієнт теплових втрат печі (конст - рукцію нагрівальних елементів) α, визначаємо значення допустимої питомої поверхневої потужності w_доп., тобто потужності, яка виділяється з одиниці поверхні нагрівача і при цьому забезпечується ресурс нагрівального елемен -ту не менше 10 000 год.

             0,2 – 0,3 для дротяних спіралей;

α =   0,6 для дротяних зигзагів; 

            0,4 для стрічкових зигзагів;

            0,6 для литих зигзагів.

                  w _доп. = w_ід.· α, Вт/м².

5. Визначення розрахункових конструктивних розмірів нагрівального елементу.

А) для дротяного нагрівального елементу: діаметр дроту d, м і його довжину на фазу L_ф, м.

                 , 

Відповідно сортаменту вибираємо ближче стандартне значення діаметру дроту d_с  і визначаємо довжину провідника на фазу:

                   де

ρ – (Ом · м) – питомий опір в гарячому стані.

Б) для стрічкового нагрівального елементу: товщина стрічки a, м і довжину на фазу L_ф, м.

m = b / a, b – ширина стрічки (відповідно сортаменту m = 5÷15).

При заданому mвибираємоближче стандартне значення а _сі   визначаємо довжину провідника на фазу:

  Інші конструктивні розміри:

D – діаметр спіралі:

D = (4÷6)d – для хромалюмінію,

D = (7÷10)d – для ніхрому. 

t _сп. – крок витків спіралі: t_сп.= (3÷5) d.  

Н – висота зигзагу:

Н = 0,15÷ 0,3 м – для хромалюмінію,                             

Н = 0,2÷ 0,4 м – для ніхрому. 

R – радіус закруглення зигзагу:

R ≥ d, R = (4÷5) а.

t_з – крок зигзагу:

t_з ≥ (5÷9) d – для дротяних;

t_з ÷ (2÷5) b – для стрічкових.                     Рис.6.5. Конструктивні розміри

Для дротяних нагрівальних елементів:                 нагрівачів.

d _min = 3 мм, для спіралей,

d _min = 6 мм, для зигзагів.

При температурі ≤ 1000 °С використовують стрічку 1×10 мм, при температурі > 1000 °С використовують стрічку 2×20 мм.

4. Схеми регулювання нагріву печей опору.

Регулювання потужності нагріву може бути ступеневим (двох або трьох - позиційним) і плавним з використанням автотрансформаторів або тиристор -них регуляторів.

А) схема двопозиційного регулювання.

                                                                                       Рис.6.5. Схема двопозиційного

                                                                                                           регулювання.

                                                                                       ЕН – електронагрівач;

                                                                        SA1 – ввідний вимикач;

                                                                        SA2 – вимикач нагріву;

                                                                        SA3 – перемикач режимів роботи;

                                                                    РТ – регулятор температури;

                                                                    Т – термопара (термодатчик);

                                                                    К – проміжне реле;

                                                                    КМ – силовий контактор;

                                                                    FU – запобіжники.

                                                                    Рис.6.6. Процес двопозиційного

                                                                           регулювання температури.

                                                                    Нагрів починається з температури, 

                                                                                      яку піч мала до включення нагріву.           

                                                                                      Регулятор має зону нечутливості ± δt,

                                                                    тобто відключення печі відбувається     

                                                                                        не при t = t_вст., а при більш високій                           

                                                                                      температурі (точка 1).

Далі температура поступово знижується до значення t_вст.- δt, тоді в точці 2 контакт РТ замкнеться і температура знов буде рости до значення t_вст.+ δt. Таким чином автоматичний регулятор підтримує температуру печі навколо середнього значення t_ср.

 Б) схема безперервного (тиристорного) регулювання температури.

                                                                     Рис.6.7. Схема безперервного

                                                                                                 регулювання температури.

                                                                     ЕПО – електропіч опору;

                                                                     ТРН – тиристорний регулятор напруги;

                                                                                  БКТ – блок керування тиристорами;

                                                                                  ПТК – прилад теплового контролю;

                                                                                  ПЕ – потенціометричний елемент;

                                                                                   ДТ – датчик температури (термопара);

                                                                                   SB1 – кнопка відключення нагріву;

                                                                                   SB2 – кнопка включення нагріву;

                                                                                    КМ – лінійний контактор;

                                                                                   СН – стабілізатор напруги;

                                                                                   QF1, QF2 – автоматичні вимикачі.

Розглянемо спрощену схему приладу теплового контролю (рис.6.8.).

                                                                                     Рис.6.8. Схема приладу теплового  

                                                                                                    контролю.   

                                                                                        Вимірювальна частина приладу

                                                                                      побудована на принципі компенса-

                                                                                      ційного методу вимірювання ЕРС                                                                                     

                                                                                      малої величини, яка виникає на

                                                                                      виході датчика ДТ, термоелектродна

                                                                                      частина якого (термопара) введена

                                                                                      в робочій простір печі.

                                                                                         Електрорушійна сила датчика

                                                                                      температури е_дт пропорційна темпе -                     

                                                                                      ратурі печі, включена послідовно

                                                                                      зі входом електронного підсилювача

                                                                                      в діагональ моста. Два плеча моста створені постійними резисторами R3 и R4; трете плече складається з постійного резистора R1 и частини 1–2 потенціометра R, четверте плече з постійного резистора R2 и остатньої частини 2–3 потенціометра R. В другу діагональ моста включене джерело стабілізованої напруги U_CT.

Тому як опори Rl–R4 незмінні, то напруга u _м на діагоналі моста між точками 2 і 4 одно -значно визначається положенням повзунка потенціометра R. Тому завжди можна знайти таке положення повзунка R, при якому напруга на вході підсилювача u _вх = u _м - е_дт = 0 (режим повної компенсації). В ПТК компенсація здійснюється автоматично Для цього на вихід підсилювача (коефіцієнт підсилювання — до 100 000 і більше) підключений малопотужний реверсивний електродвигун Д. При u _вх   ≠ 0 двигун переміщує через передавальний механізм ПМ повзунок потенціометра R в ту або іншу сторону в залежності від знаку u _вх до положення повної компенсації. В цьому положенні двигун зупиняється. З повзунком потенціометра R механічно пов’язані покажчик температури У, який переміщується вздовж шкали, яка градуйована в градусах Цельсію (°С), а також перо, яке записує цю температуру на паперову стрічку. Стрічка переміщується з постійною швидкістю за допомогою стрічкопротягувального механізму, який приводиться в рух окремим синхронним двигуном.

   5. Установки прямого нагріву.

Електротермічні установки прямого нагріву використовуються для нагріву заготовок при куванні и штамповці. Вони забезпечують швидкий і рівномір- ний нагрів до 1100 – 1200°С, але споживають дуже великі струми (сотні і тисячі ампер) при відносно малих напругах (5 – 20 В). Пристрій  прямого нагріву заживлюється ві однофазного пічного трансформатора ТрП (рис.6.9).  

Заготовка 3, яка нагрівається, затискається в контактних головках 1, до яких через струмознімач 4 і струмоведучі трубошини 2 підведена напруга вторинної обмотки трансформатора.

                                                                           Рис.6.9.   Схема установки       

                                                                                              прямого нагріву.

                                                                                       1 – контактні головки;

                                                                    2 – струмоведучі трубошини;

                                                                    3 – заготовка;

                                                                    4 – струмознімачі;

                                                                    5 – пічний трансформатор.

До установок прямого нагріву відносяться також електродні водогрійні і парові котли, які знайшли широке використання для опалення и гарячого водопостачання.

Електродний водонагрівач (рис.6.10) являє собою теплоізольований сосуд (котел) з патрубками для підводу і відводу води.

Нагрів води відбувається за рахунок проходження електричного струму на ділянці між фазним електродом і антіелектродом (нульовою точкою). Останній може переміщуватися і тім самим забезпечувати регулювання потужності в широких межах.

                                                                 Рис.6.10. Електродний водогрійний

                                                                                            котел на напругу 380 В.

                                                                              1 – патрубки підводу і відводу води;  

                                                                              2 – механізм переміщення антіелектроду;  

                                                                              3 – кришка;

                                                                              4 –  корпус;      

                                                                              5 – антіелектрод;

                                                                              6 – електроди;

                                                                              7 – ізоляційні втулки;  

                                                                              8 – струмопровід.

Промисловістю випускаються трифазні електродні водогрійні котли типу КЭВЗ потужністю 40, 60, 100, 250, 400 и 1000 кВт і парові типу КЭП потужністю 25, 60, 100 и 400 кВт. Живлення цих котлів здійснюється від мережі 380 В.                                

5. Установки інфрачервоного нагріву.

В цих установках нагрів відбувається в сушильний камері при за допомо - гою спеціальних електроламп або трубчатих нагрівальних елементів (ТЕН), які випромінюють в основному інфрачервоні проміні. В електромашинному будівництві такі установки використовують для сушки лакофарбового покриття и ізоляції обмоток електричних машин після просочування. Цей спосіб нагріву дає прискорення процесу сушки обмоток за рахунок проникнення в обмотки тепла також від металевих частин, які прогріваються інфрачервоними променями.

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология