Розрахунок печі опору непрямої дії

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Кафедра електропостачання

курсова робота з дисципліни

«Споживачі електричної енергії»

РОЗРАХУНОК ПЕЧІ ОПОРУ НЕПРЯМОЇ ДІЇ

Керівник курсової роботи

студентка Войтович К.Ю.

Виконала

Чернявський А.В.

Київ 2011р.

АНОТАЦІЯ

Курсова робота виконана у вигляді пояснювальної записки на 56 аркушах формату А4, яка включає в себе 11 рисунків, 1 таблицю, 4 додатки, 17 бібліографічних найменувань.

У курсовій роботі розглядається питання вибору печі опору непрямої дії для досягнення заданої мети в проектуванні процесу металообробки. Піч використовують для гартування металевих виробів. У роботі розглядаються такі основні питання як визначення внутрішніх параметрів печі, тепловий та електричний розрахунки печі, розрахунок освітлення місця розташування печі, проектування схеми та вибір мережі живлення печі, двопозиційне регулювання температури печі, техніко-економічні показники нагрівання деталей в печі, енергетичний баланс печі, шляхи підвищення продуктивності печі, економії електричної енергії при експлуатації.

Ключові слова : кабельна лінія, нагрівальний елемент, освітлення, пакет плит, піч опору, плита, садка, світильник, світловий потік, трансформатор струму, фазо-гілка.

ВСТУП

Електропечі мають дуже широке розповсюдження в промисловості, транспорті, сільському господарстві та побуті. На багатьох підприємствах електричні печі є основними споживачами електричної енергії. У 50-х роках почали активно розвиватися вакуумні печі опору. Електропечі отримали застосування у всіх галузях промисловості і навіть в побуті. Це обумовлене наступними істотними перевагами їх в порівнянні з паливними печами:

1.   Можливість концентрувати виділення великої кількості енергії у досить малих об’ємах та отримувати завдяки цьому дуже великі швидкості нагріву та будь-які необхідні температури.

2.      Можливість забезпечити високу рівномірність нагріву виробів як шляхом відповідного розташування джерела виділення тепла по стінкам нагрівальної камери, так і застосуванням примусової циркуляції атмосфери.

.        Легкість регулювання підведеної потужності, а тому, і температури, легкість автоматизації регулювання температурного режиму печі.

.        Зручність механізації та автоматизації процесів завантаження та розвантаження матеріалів або виробів, які піддаються нагріву, та їх пересування в печі, що значно спрощує ввімкнення електричних печей у технологічний потік, у автоматичні лінії та заводи.

.        Легкість герметизації електричних печей, можливість завдяки цьому захистити матеріали і деталі, які нагріваються, від окислення захисною атмосферою або вакуумом, або навпаки, розташувати їх у спеціальну атмосферу для насичення поверхні вуглецем, азотом, або іншими речовинами або в вакуум для обезгаження.

.        Компактність, чистота, зручність обслуговування, покращення умов праці, менше, у порівнянні з паливними печами, забруднення атмосфери.

У електричних печах опору непрямої дії тепло виділяється у спеціальних нагрівальних елементах та передається тілам, які нагріваються променеспусканням, конвекцією або теплопровідністю.

У більшій кількості печей непрямої дії теплопередача здійснюється як променеспусканням, так і конвекцією, причому в високотемпературних або середньотемпературних печах (з робочою температурою більше ніж 700°С) домінує опромінення, а у низькотемпературних печах з примусовою циркуляцією атмосфери нагрів здійснюється у більшій мірі конвекцією.

У печах непрямої дії з рідким теплоносієм, у який занурюються вироби які нагріваються, тепло передається виробам як конвекцією, так і теплопровідністю. Рідкий теплоносій у свою чергу може нагріватися або струмом, який через нього протікає (електродні ванни), або через стінку тигля від нагрівальних елементів (ванни з зовнішнім підігрівом).

1. УМОВИ ПРОЕКТУВАННЯ

Вибираємо складальний цех - складання інструменту .

Здебільшого складальний цех розміщується на великих площах багатопролітних промислових корпусів з висотою до нижнього поясу ферм до 18 метрів та більше при ширині прольоту 18-24 м.

Складання дрібних виробів складається з трьох загальних циклів: вузлового складання окремих частин, наступної чистової збірки та контролю готових виробів. Часто між чистовою збіркою та контролем проводиться цілий комплекс регульовно-накладочних робіт, налаштування, тарировка, градуювання та нагрів виробів. На вузловій та загальній збірці дрібних виробів повинна бути використана система комбінованого освітлення; тільки там, де установка (ОП) місцевого освітлення неможлива внаслідок специфіки технології, допускається використання одного загального освітлення.

Розміри об’єктів розпізнавання в складальних цехах різних галузях промисловості можуть бути досить різноманітні: від 0,1 мм в часовій та ювелірній промисловості до одного чи навіть декількох міліметрів, наприклад при збірці кузова автомобіля.

Умови середовища в більшості складальних цехів нормальні, що дозволяє використовувати для їхнього освітлення відкриті ОП зі степенню захисту ІР20.

Використання ламп ДРИ в освітлювальній установці (ОУ) складальних цехів може зробити освітлення більш економічним та зручним в експлуатації, але потребує спеціальних засобів по покращенню кольорового середовища в приміщенні та зниженню пульсації освітленості на робочих місцях.

Вихідні дані:

1.1    Продуктивність печі: Q=6 т/добу.

1.2    Тепловий ККД: h=0,7.

1.3    Температура нагрівання плит: tвир=900 °С.

.4      Час нагріву: tнг=2 год.

.5      Час допоміжних операцій: tдоп=0,3 год.

.6      Параметри плит:

довжина L=700 мм;

ширина B=200 мм;

висота H=100 мм

1.7    Регулювання температури у межах: Dt=±40 °С.

1.8    Потужність цехового трансформатору: Sтр=1000 кВ×А.

.9      Матеріал плит - сталь.

Умови експлуатації:

· в частині впливу кліматичних умов зовнішнього середовища по ГОСТ 15543-70 та ГОСТ15150-69;

·        висота над рівнем моря до 1000 м;

·        температура навколишнього повітря від +5 до +40˚С;

·        відносна вологість повітря до 80% при температурі +25˚С;

·        навколишнє середовище невибухонебезпечне, з дозволеною концентрацією агресивних газів та парів, пилу в концентрації, що не перевищує вказані в ГОСТ 12.1.005-76.

·        розміри робочої зони цеху біля печі:

довжина А=10 м;

ширина В=9 м;

·        висота цеху:

Н=8,4 м;

· мінімальна освітленість приміщення: Еmin = 300 лк;

·        коефіцієнти відбиття:

r1(с)=0,5% - від стелі;

r2(ст)=0,3% - від стін;

r3(п)=0,1% - від підлоги;

·    Густина матеріалу: γв=7650 кг/м3;

·        Відстань від внутрішньої кладки до нагрівачів: l1=0,05 м;

·        Конструктивний габарит нагрівачів у плані: l2=0,05 м;

·        Мінімальна відстань від нагрівачів до виробу: l3=0,05 м;

·        Відносний ступінь чорноти поверхні виробу: εвир=0,9;

·        Ступінь чорноти внутрішньої кладки печі: εпечі=0,9;

·        Ступінь чорноти поверхні нагрівачів: εнагр=0,9;

·        Коефіцієнт поверхневої потужності ідеального зигзагоподібного нагрівача: αн=0,46;

·        Коефіцієнт запасу: Кз=1,5;

·        Коефіцієнт відмінності середнього освітлення від мінімального: z=1,15;

· для піднімання та опускання заслону печі використовуємо асинхронний двигун;

· потужність КЗ на шинах ГПП: Sкз=100 МВА;

·        довжина КЛ1: Lкл1=400 м;

·        довжина КЛ2: Lкл2=60 м;

·        довжина КЛЗ: Lкл3=3 м;

·        довжина КЛ4: Lкл4=3 м;

·        довжина КЛ5: Lкл5=6 м;

·        довжина КЛ6: Lкл6=3 м;

·        довжина КЛ7: Lкл7=3 м;

· електрична піч повинна відповідати ТУ 16.531.529-80, по техніці безпеки ГОСТ 12.2.007.9-75;

·        режими тарифних зон:

-    зона піку: 8-11 год, 17-19 год;

-       зона напівпіку: 6-8 год, 11-17 год, 19-22 год;

-       зона ночі: 22-6 год.

·    тариф на електроенергію - 87,6 коп /(кВт×год)

піч температура енергетичний продуктивність

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВНУТРІШНІХ ПАРАМЕТРІВ ПЕЧІ

Визначення маси одного виробу

,

де  - маса одного виробу, т;

 - густина матеріалу, =7650 кг/м3;

Н - висота плити, мм;- довжина плити, мм

В - ширина плити, мм.

=7650×0,1×0,7×0,2=107,1 кг

Визначення маси однієї садки

,

де  - маса однієї садки, т;

Q - продуктивність, т/добу;

tнг - час нагріву, год;доп - час допоміжних операцій, год.

 кг.

Визначення кількості виробів, які одночасно нагріваються

,

де n - кількість виробів, які одночасно нагріваються;

 - маса однієї садки, т;

 - маса одного виробу, т.

Приймаємо n=6 виробів.

Приймаємо кількість пакетів: =2.

Визначення кількості плит в одному пакеті

де n' - кількість плит в одному пакеті;

n - кількість виробів, які одночасно нагріваються;

к - кількість пакетів.

плит.

Рисунок 2.1. Розташування плит в пакеті і пакетів у садці

Визначення висоти пакету

,

де  - висота пакету, м;

 - висота плити, м;

 - кількість плит в одному пакеті.

=0,1×3=0,3 м

Визначення висоти внутрішньої камери печі

,

де Нп - висота внутрішньої камери печі при розміщенні виробів в один пакет, м;

Hв - висота пакету, м

Нп=0,3+0,8=1,1 м

Визначення внутрішніх розмірів пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі

а) ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі:

Вп=2×(l1+l2+l3)+Bc ,

де Вп - ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

Вс=2×В+0,05, м - ширина садки;

Вс=2×0,2+0,05=0,45 м.

Вп=2×(0,05+0,05+0,05)+0,45=0,75 м

б) довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі:

п=2×(l1+l2+l3)+Lc,

де Lп - довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

Lс=L- довжина садки; Lс=0,7 м;- відстань від внутрішньої кладки до нагрівачів, l1=0,05 м;- конструктивний габарит нагрівачів у печі, l2=0,05 м;- мінімальна відстань від нагрівачів до виробу, l3=0,05 м.п=2×(0,05+0,05+0,05)+0,7=1 м

3. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ

3.1 Розрахунок параметрів нагріву і теплового режиму печі

Визначення кількості теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури:

,

де  - кількість теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури, Дж;

Св - середня теплоємність за цикл нагріву, Св=0,486×103 ;с - маса однієї садки, кг;

τвир і τо -кінцева і початкова температури виробу відповідно, °Скор=0,486×103×575×(900 - 20) =245,916×106 Дж.

Визначення необхідної корисної потужності нагрівачів:

,

де Ркор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;

Qкор - кількість теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури, Дж;

tнг - час нагріву виробу, год

 кВт.

Визначення теплоприймаючої поверхні садки за рахунок прямого опромінення:

Fc=aв×n×Fб,

де Fc - теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м2;б - бокова поверхня садки, м2;

б=2×(L×В+B×Н+L×Н)×n,

де L, B, H - геометричні розміри виробу, м;- кількість виробів у пакеті;б=2×(0,7×0,2+0,7×0,3+0,3×0,2)×6=4,92 м2,

aв - відносна поверхня садки, що сприймає опромінення безпосередньо від нагрівачів:

aв = Fопр / (Fопр+ Fнеопр)

де Fопр - поверхня, що опромінюється, м2:опр= Fб+ Fверх= Fб+B×L×kопр=4,92+0,2×0,7×2=5,2 м2,неопр - поверхня, що неопромінюється, м2неопр= Fнижн = B×L×kнеопр=0,2×0,7×2=0,28 м2,

Тоді

Fс=0,95×4,92×6=28,01 м2.

Визначення питомого теплового потоку, що приймається одиницею поверхні садки:

,

де qп - питомий тепловий потік, що приймається одиницею поверхні садки, Вт/м2;

Ркор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;- теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м2

 кВт/м2

3.2 Розрахунок температурних режимів печі та нагрівачів

Визначення тепловипромінюючої поверхні печі.

Приймаємо, що нагрівачі, які розміщуються щільно та рівномірно

лише на боковій поверхні внутрішньої камери печі, тоді тепловипромінююча поверхня складає:

печі=2×Нп×(Bп+Lп),

де Fпечі - тепловипромінююча поверхня печі, м2;

Нп - висота внутрішньої камери печі при розміщенні виробу в один поверх, м;

Вп - ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

Lп - довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м:

Fпечі=2×1,1×(0,75+1)=3,85 м2.

Визначення приведеного коефіцієнту променеспускання від печі садці:

,

де Сп-с - зведений коефіцієнт променеспускання від печі садці;

eвир - відносний ступінь чорноти поверхні виробу, eвир=0,9;

eпечі - ступінь чорноти внутрішньої кладки печі, eпечі=0,9;- теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м2;печі - тепловипромінююча поверхня печі, м2;

;

Визначення температури у камері печі:

,

де τпечі - температура у камері печі, °С;п - питомий тепловий потік, що приймається за 1 с одиницею поверхні садки, Вт/м2;

Сп-с - зведений коефіцієнт променеспускання від печі садці;

tвир - температура нагріву виробу, tвир=900°С;

С

Визначення відносної тепловипромінюючої поверхні нагрівачів, що приймається по даним практики:

,

де Fпечі - тепловипромінююча поверхня печі, м2;нагр - поверхня нагріву печі, м2.

Визначення зведеного коефіцієнта променеспускання від нагрівачів стінками печі:

де Сн-п - зведений коефіцієнт променеспускання від нагрівачів стінками печі;печі - тепловипромінююча поверхня печі, м2;нагр - поверхня нагріву печі м2;

eпечі - ступінь чорноти внутрішньої кладки печі, eп =0,9;

eнагр - ступінь чорноти поверхні нагрівачів, eнагр=0,9;

Визначення робочої температури нагрівачів:

де τнагр - робоча температура нагрівачів, °С;п - питомий тепловий потік, що приймається за 1 с одиницею поверхні садки, Вт/м2;

Сн-п - зведений коефіцієнт променеспускання від нагрівачів стінками печі;

τпечі - температура у камері печі, °С;

C

Приймаємо τнагр = 950 °С

3.3 Вибір матеріалу нагрівачів

Матеріал нагрівачів вибирається з урахуванням наступних умов:

-   атмосфера в печі - звичайна;

-       робоча температура - τнагр=950 °С;

-       максимальна температура нагрівачів:

τнагр max=τнагр+Dt,

де τнагр max - максимальна температура нагрівачів, °С;

τнагр - робоча температура нагрівачів,°С ;

Dt - межі регулювання температури, °С;

τнагр max=950+40=990 °С.

Приймаємо матеріал нагрівача (додаток А): ніхром марки Х15Н60-Н з наступними властивостями:

-   питомий електричний опір при τ=20 °С: ρо=1,1·10-6 Ом×м;

-       питома густина матеріалу: g=7900 кг/м3

-       температурний коефіцієнт електричного опору: a=0,0001×10-6 К-1;

-       максимальна робоча температура: τ=1000°С

4. ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ

4.1 Визначення встановленої потужності і струму навантаження

Визначення встановленої потужності:

,

де Р - встановлена потужність, кВт;

Ркор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;

h - тепловий КПД;

 кВт

Визначення струму навантаження в лінії, який живить піч:

,

де І - струм навантаження в лінії, який живить піч, А;

Р - встановлена потужність, кВт;ф - фазна напруга, В;

сos j=1 - коефіцієнт потужності печі

 А.

4.2 Вибір типу та конструктивної компоновки нагрівачів

Оскільки допустима висота секції нагрівачів не перевищує 1,5 м, тому нагрівачі не секціонуємо. Тоді потужність однієї секції:

Рс=Р,

де Рс - потужність однієї секції, кВт;

Р - встановлена потужність, кВт

 кВт.

Так як маємо трьохфазну систему електроживлення, то потужність, яка припадає на одну фазо-гілку дорівнює:

,

де Рф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт;

Рс - потужність однієї секції, кВт

 кВт

Схема з’єднання нагрівачів (зірка з загальною заземленою нейтраллю на обидві секції) та чергування фаз живлення рядів нагрівачів зображені на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 - Секціонування та фазування нагрівачів печі

Визначаємо коефіцієнт використаної питомої поверхневої потужності ідеального зигзагоподібного нагрівача для випадку нагріву стальних виробів:

αн=0,46

Визначення питомої поверхневої потужності ідеального нагрівача для τвир=900 °С і τнагр=950 °С (додаток А):

wід=0,9 Вт/см2,

де wід - питома поверхнева потужності ідеального нагрівача, Вт/см2

Визначення питомої поверхневої потужності реального нагрівача:

w=aн×wід,

де aн - коефіцієнт використаної питомої поверхневої потужності ідеального зигзагоподібного нагрівача для випадку нагріву стальних виробів, αн=0,46;

wід - питома поверхнева потужності ідеального нагрівача, Вт/см3

w=0,46×0,9=0,41 Вт/см2

Розрахунок товщини а і ширини b стрічки нагрівача при стандартному співвідношенні сторін її поперечного перерізу m=b/а:

а=,

де а - товщина стрічки нагрівача, мм;- співвідношення сторін стрічки поперечного перерізу;

Рф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт;ф- фазна напруга,В;

rг - питомий електричний опір при τ, Ом×м

ρг=ρо·(1+α·τ),

де ρо - питомий електричний опір при τ=20, ρо=1,1·10-6 Ом·м;

α - температурний коефіцієнт електричного опору, α=0,1·10-3 К-1

ρг=1,1·10-6·(1+0,1·10-3·930)=1,2·10-6 Ом·м

Тоді

амм=m×а - ширина стрічки нагрівача, мм;=10×1,8 =18 мм;=а×b - поперечний переріз стрічки, мм2=1,8×18=32,4 мм2

Розміри стрічки нагрівача приймемо згідно стандартів [16]:

а= 2 мм;= 20мм;= 40 мм2

Визначення опору фазо-гілки нагрівача:

де Rф-г - опір фазо-гілки нагрівача, Ом;ф - фазна напруга, В

Рф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт

 Ом

Визначення довжини стрічки на фазо-гілці:

а,

де Lф-г - довжина стрічки на фазо-гілці, м;ф-г - опір фазо-гілки нагрівача, Ом;

а- товщина стрічки нагрівача, м;- ширина стрічки нагрівача, м;

rг - питомий електричний опір, Ом×м

 м

Перевірка:

,

де Рф-г- потужність однієї фазо-гілки, Вт;ф-г- довжина нагрівача однієї фазо-гілки, см;

П- периметр перерізу нагрівача, см;

П=2·(а+b)=2·(2+20)=44 мм =4,4 см

 В/см2

Розбіжність значення ω відповідає допустимим нормам ±10%.

Перевірка виконується.

Визначення маси нагрівача однієї фазо-гілки:

н.ф-г=gн×Lф-г×а×b,

де Gн.ф-г - маса нагрівача однієї фазо-гілки;ф-г - довжина стрічки на фазо-гілці, м;

gн - питома щільність, кг/м3;

а×b - поперечний переріз стрічки, мм2н.ф-г=7900×99,2×40×10-6=31,3 кг

Визначення маси нагрівачів всієї печі:

н=nc×nф Gн.ф-г ,

де Gн - маса нагрівачів всієї печі, кг;

nс - кількість секцій, nс=1;ф - кількість фаз електромережі, яка живить, nф=3;н.ф-г - маса нагрівача однієї фазо-гілки, кг

Gн=1·3·31,3=93,3 кг

Розрахунок параметрів зигзагу стрічкового нагрівача (рис. 4.3)

Рисунок 4.3 - Конструктивні параметри нагрівачів

Визначення радіусу заокруглення на установочних гачках:

=3×а,

де r - радіус заокруглення на установочних гачках, мм;

а - товщина стрічки нагрівача, мм=3×2=6 мм.

Визначення конструкційної довжини секції зигзагу в одній фазо-гілці:

н=Lп+Bп - 4×l1 - 4×b,

де Lн - конструкційна довжина секції зигзагу в одній фазо-гілці, м;

Lп - довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

Вп - ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;- відстань від внутрішньої кладки до нагрівачів, м;- ширина стрічки нагрівача, мм;н= 0,75+1-4×0,05-4×20×10-3=1,47 м.

Розрахунок розташування нагрівачів на боковій поверхні внутрішньої камери печі:

а) висота печі, що приходиться на одну фазо-гілку нагрівачів:

,

де Нф-г - висота печі, що приходиться на одну фазо-гілку нагрівачів, м;в - висота пакету, м;

nс - кількість секцій;

nф - кількість фаз електромережі, яка живить

 м.

б) розмір зигзагу по висоті:

Нз=Нф-г-DН

де Нз - висота зигзагу, м;

DН - конструктивний проміжок між зигзагами сусідніх фазо-гілок, який приймається 0,1...0,15 см:

Нз=0,1-0,001=0,099 м

Визначення куту нахилу прямолінійної ділянки зигзагу до горизонту:

,

де Lн - конструкційна довжина секції зигзагу в одній фазо-гілці, м;

Lф-г - довжина стрічки на фазо-гілці, м

Звідки b=89,1°.

Визначення кількості періодів фазо-гілки зигзагу:

,

де nз - кількість періодів фазо-гілки зигзагу;н - конструкційна довжина секції зигзагу в одній фазо-гілці, м;

Нз - висота зигзагу, м;

Приймаємо nз=473.

Визначення кроку зигзагу:

де zз - крок зигзагу, м;н - конструкційна довжина секції зигзагу в одній фазо-гілці, м;з - кількість періодів фазо-гілки зигзагу:

 м.

5. ВИБІР ПЕЧІ, ОПИС ПРИНЦИПУ ЇЇ ДІЇ

5.1 Вибір печі

Вибір здійснюється за наступними параметрами:

-   встановлена потужність Р=48,793 кВт;

-       температура нагріву τнагр=900 °С;

-       розміри внутрішньої камери печі: висота Нп=1,1 м;

ширина Вп=0,75 м;

довжина Lп=1 м.

Цим параметрам відповідає піч типу СШЗ-10.10/7 МЗ (шахтна з захисною оболонкою), габаритні розміри якої зображені на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 - Габаритні розміри печі СШЗ-10.10/7 МЗ

5.2 Технічні дані обраної печі

Встановлена потужність, кВт………………………………85

Маса садки, т…………………………………………………1,1

Номінальна температура, °С………………………………700

Напруга мережі, яка живить, В……………………………380

Частота струму, Гц……………………………………………50

Число фаз………………………………………………………3

Розміри робочого простору, мм:

Діаметр………………………………………………………1000

Висота………………………………………………………1000

Середовище у робочому просторі………………………захисне

Гарантійний строк встановлюється один рік з дня вводу електропечі в експлуатацію.

5.3 Конструкція печі

Основними елементами конструкції електропечей СШЗ являються кожух, футеровка, спіральні нагрівачі, кришка, футерована вогнестійкими цеглинами та теплоізоляційною засипкою, електромеханічні механізми підйому та повороту кришки. Кожух зварений з листової і профільної сталі. Футеровка виконана з вогнеопорних і теплоізоляційних цеглин. Нагрівачі - проволочні з сплава високого електричного опору, розміщені на внутрішній боковій поверхні футеровки. Місце роз’єму кришки з кожухом герметизується пісочним затвором. Циркуляція атмосфери здійснюється вентилятором. Постачання нагрівачів електроенергією здійснюється від мережі живлення змінного трифазного струму через тиристорні перетворювачі напруги.Контроль, регулювання і регестрація температури проходить автоматично за допомогою приладів теплового контроля на шкафах.

Термообробка деталей в електропечі виконується в середовищі захисної атмосфери ендогаза з можливими добавками природного газу чи пропана. Для проведення термообробки деталей електропіч розігрівається до номінальної температури. При досягненні номінальної температури в робочому просторі зупиняється подача електроенергії на нагрівачі, підіймається кришка. За допомогою цехових підйомних засобів загрузка опускається в робочий простір, закривається кришка, подається електроенергія, йде розігрів виробів до заданої температури. Подальша термообробка виробів виконується по заданому технологічному процесу, регулювання температури - автоматичне та ручне.

6 РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЕННЯ МІСЦЯ РОЗТАШУВАННЯ ПЕЧІ

Для розрахунку освітлення використовуємо метод світлового потоку:

де  - світловий потік, Лм;

Кз - коефіцієнт запасу, Кз = 1,5;

Еmin - мінімальна освітленість по довіднику [2], Еmin = 300 лк;- площа приміщення при довжині А=10 м та ширині В = 9 м :=A·B=10·9=90 м2 ;- коефіцієнт відмінності середнього освітлення від мінімального :

Приймаємо z = 1,15

h - коефіцієнт використання світлового потоку.

Визначення індексу приміщення:

де і - індекс приміщення

А - довжина приміщення, м;

В - ширина приміщення, м;- розрахункова висота, м:

де Н - висота приміщення, м;- висота робочої поверхні: hp = 0,8 м;с - висота звісу світильників, м:=(0,2¸0,25)=0,2 м

 м.

Індекс приміщення:

За обраними значеннями вибираємо згідно з табл.3-1 [2] коефіцієнт використання світового потоку:

h=0,3 %

Вибираємо тип світильника РСП17, для якого використовується крива світлового потоку Г-3. З неї визначаємо:

λ=0,66

Тоді визначимо відстань між світильниками:

=0,66·7,4=4,884 м

Визначаємо кількість ламп:

Підставляєм отримані значення у формулу сумарного світлового потоку і маємо світловий потік одного світильника:

лм

Вибираємо лампи (дод. Г):

Лампа ДРЛ - 700, що має такі характеристики:

-       Струм I=5,4 А;

-       Потужність лампи P= 700 Вт;

-       Світловий потік Ф=41 клм,

-       Напруга на лампі U= 140 В;

-       Діаметр внутрішньої колби 152 мм;

-       Повна довжига лампи 357 мм;

-       Тип цоколя Е40;

-       Середній термін горіння 20 тис.год.

Умова перевірки на світловий потік лампи :

,9Фр,  Фл,  1,2Фр, ,

< 41000 < 49200

Умова перевірки виконується.

Схематичне розміщення світильників у цеху зображено на рис. 6.1

Рисунок 6.1 - Схема розміщення світильників

Перевірка вибору ламп і місця їх розташування.

Скористаємося рисунком 6.1

Визначимо відстань від точки О до світильника:

,

де d - відстань від точки О до світильника;

а і b - відстанні між світильниками;

 м

Визначення мінімальної освітленості в точці О:

ео =4·е,

де ео - мінімальна освітленості в точці О, лк;

Знайдемо з рисунку 6.2 - освітленість е

Рисунок 6.2 - Просторові ізолюкси умовної горизонтальної освітленості. Світильник РСП17

е =3,5 лк

ео =4·3,5=14 лк

Перевірка освітленостей в точці

Для цього необхідно розрахункове освітленість:

,

де Ерозр - розрахункове освітленість;

Ф - світловий потік, Лм;

μ - коефіцієнт неврахованої освітленості від решти джерел, μ=1,1;

Σеі - сумарне значення освітленості у відповідній точці;

Кз - коефіцієнт запасу, Кз=1,5.

Тоді значення розрахункової освітленості в точці О дорівнює:

 лк

Виконаємо перевірку:

,9    1,2

<358,4<360

мова виконується.

Розрахунок реактивної та повної потужностей ламп

активна потужність лампи дорівнює:

 Вт;

реативна потужність лампи дорівнює:

 ВАр.

7. СХЕМА ЖИВЛЕННЯ ПЕЧІ

Рисунок 7.1 - Схема живлення печі

Призначення автоматичних вимикачів:- відключає трансформатор струму і напруги при короткому замиканні;, QF3 - захищають кабельну лінію КЛ2 при короткому замиканні;- захищає піч;- захищає шафу управління;- захищає двигун М1 (двигун висувного поду);- захищає двигун М2 (двигун вентилятора);

КМ - силові контакти контактора.

8. ВИБІР МЕРЕЖІ ЖИВЛЕННЯ ПЕЧІ

Параметри цехового трансформатора ТСЗ - 1000/10:ТР=1000 кВА;вн=10 кВ;нн=0,4 кВ;

РХ=3 кВт;

РК=11,2 кВт;

UК=5,5 %;

I=1,5 %.

8.1 Вибір високовольтної мережі

КЛ1

Визначення розрахункового струму КЛ1:

,

де Ір_кл1 - розрахунковий струм у КЛ1, А;- напруга на лінії, кВ;

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл1=50 мм2 обираємо кабель АСБ -10-350 трьохжильний з алюмінієвими жилами, з бумажною пропитаною ізоляцією, з допустимим струмом Ідоп_кл1=105 А (додаток В).

Перевірка вибраного кабелю на втрати напруги:

ΔUкл1=·Ір_кл1·Lкл1·(rокл1·cosφ+xокл1·sinφ)

де Іклі - розрахунковий струм, А;клі - довжина кабельної лінії, м;кл1=0,4 кмоклі - активний опір, (Ом/км), який обчислюється за формулою:

,

де γ - питома провідність лінії, γ=32  для алюмінію.

Тоді значення активного опору дорівнює:

 Ом/км

Приймаємо xокл1=0,08 Ом/км.

Підставивши відповідні значення отримаємо:

ΔUкл1=·80,83·0,4·(0,625·0,75+0,08·0,66)=29,2 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл1=0,05·U1,

де U1 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп кл1=0,05·10·103=500 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп кл1=500 В>ΔUкл1=29,2 В.

Перевірка вибраного високовольтного кабеля на термічну стійкість:

де ІКЗ - струм КЗ на шинах ГПП, А, визначається взалежності від потужності КЗ (приймаємо SКЗ=100 МВА) на шинах ГПП за виразом:

 Аф - фіктивний час протікання КЗ;

Приймаємо tф=0,25 с.

С - коефіцієнт, який залежить від матеріалу провідника;

для Al: С=88 А∙с0,5/мм2

Підставивши всі значення, можемо розрахувати:

 мм2

Прийнятий переріз F=50 мм2 > Fmin=31,24 мм2.

8.2 Вибір мережі напругою менше 1000 В

КЛ2

Вибираємо двигуни завантажувального пристрою і електроприводу маханізма підйому та повороту кришки згідно з [11]:

М1: 4А112М2У3 з потужністю Р=7,5 кВт, η=87,5 %, cosφ=0,9;

М2: 4А80В2У3 з потужністю Р=2,2 кВт, η=83,5 %, cosφ=0,83.

Знаходимо реактивну потужність двигуна М1:

 кВАр

Знаходимо реактивну потужність двигуна М2:

 кВАр

Знаходимо активну і реактивну потужність освітлення місця розташування печі:

активна потужність

кВт

реактивна потужність

 ВАр,

де Рсв - потужність ламп ДРЛ;- кількість світильників;

cosφ=0,9

Знаходимо активну і реактивну потужність шафи:

активна потужність

Рш=2,5 кВт

реактивна потужність

 кВАр,

Знаходимо суму номінальних активних (кВт) і реактивних (кВАр) потужностей всіх споживачів групи:

 кВт;

 кВАр

Визначаємо повну потужність групи споживачів, кВА:

 кВА

Коефіцієнт потужності для групи споживачів:

Визначення розрахункового струму КЛ2:

,

де Sгр - розрахункова потужність групи споживачів КЛ2, кВА;- напруга на лінії, кВ

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл2=70 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-3-370 трьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією, з допустимим струмом Ідоп кл2=155 А.

Перевірка вибраного кабелю на втрати напруги:

ΔUкл2=·Ір_кл2·Lкл2·(rокл2·cosφ+xокл2sinφ),

де Ір_кл2 - розрахунковий струм, А;кл2 - довжина кабельної лінії, м;кл2=60 м;окл2 - активний опір, (Ом/км);

,

де γ - питома провідність лінії, γ=32,

 Ом/км

Приймаємо xокл2=0,08 Ом/км.

Підставивши відповідні значення отримаємо:

ΔUкл2=·152,2·0,06·(0,446·0,996+0,08·0,08)=7,1 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUкл2<0,05·U2,

де U2 - напруга на KЛ2, кВ

ΔUдоп2=0,05·U2=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп2 > ΔUкл2

КЛ3

Визначення розрахункової потужності:

,

де Рпечі - потужність печі, кВт;печі - реактивна потужність печі, кВАр;

 кВА

Визначення розрахункового струму КЛ3:

де Ір_кл3 - струм в КЛ3, А;

U3 - напруга на лінії, кВ.

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл3=95 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-1-495 чотирьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією , з допустимим струмом Ідоп_кл3=165 А.

Перевірка вибраного кабелю на втрати напруги:

ΔUкл3=·Ір_кл3·Lкл3·(rокл3cosφ+xокл3sinφ),

де Ір_кл3 - розрахунковий струм, А;кл3 - довжина кабельної лінії, м;кл3=3 мокл3 - активний опір, (Ом/км);

,

де γ - питома провідність лінії, γ=32;

 Ом/км

Приймаємо xокл3=0,08 Ом/км

Підставивши відповідні значення отримаємо:

ΔUкл3=·129,14·0,003·(0,33·0,9+0,08·0,44)=0,22 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл3=0,05·U3,

де U3 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп_кл3=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп_кл3 >ΔUкл3

КЛ4

Розрахункова потужність шафи управління:

 кВА

Розрахунковий стум в кабелі КЛ4:

,

де Ір_кл4 - струм в КЛ4;- напруга на лінії, кВ

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл4=10 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-1-410 чотирьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією , з допустимим струмом Ідоп кл4=45 А.

Активний опір обчислюється за формулою:

,

де γ - питома провідність лінії, γ=32;

Ом/км

Приймаємо xокл4=0,08 Ом/км

Втрата напруги в кабельній лінії КЛ4:

ΔUкл4=·5,426·0,003·(3,125·0,7+0,08·0,714)=0,063 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл4=0,05·U4,

де U4 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп_кл4=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп_кл4 > ΔUкл4

КЛ5

Розрахункова потужність:

,

 кВА

Визначення розрахункового струму КЛ5:

,

де Ір_кл5 - струм в КЛ5;- напруга на лінії, кВ

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл5=10 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-1-410 чотирьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією , з допустимим струмом Ідоп кл5=45 А.

Активний опір обчислюється за формулою:

Ом/км

Приймаємо xокл5=0,08 Ом/км.

Втрата напруги в кабельній лінії КЛ5:

ΔUкл5=·12,6·0,006·(3,125·0,9+0,08·0,44)=0,37 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл5=0,05·U5,

де U4 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп_кл5=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп_кл5 > ΔUкл5

КЛ6

Розрахункова потужність:

,

 кВА

Визначення розрахункового струму КЛ6:

де Ір_кл6 - струм в КЛ6;- напруга на лінії, кВ

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл6=10 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-1-410 чотирьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією , з допустимим струмом Ідоп_кл6=45 А.

Активний опір обчислюється за формулою:

 Ом/км

Приймаємо xокл5=0,08 Ом/км.

Втрата напруги в кабельній лінії КЛ6:

ΔUкл6=·4,03·0,003·(3,125·0,9+0,08·0,44)=0,06 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл6=0,05·U6,

де U6 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп_кл6=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп_кл6 > ΔUкл6

КЛ7

Розрахункова потужність освітлення:

,

 кВА

Визначення струму в КЛ7:

,

де Ір_кл7 - струм в КЛ7;- напруга на лінії, кВ

 А

Згідно з табл. 5.10 [10] приймаємо Fр_кл7=10 мм2 і обираємо алюмінієвий кабель АСБ-1-410 чотирьохжильний, з бумажною пропитаною ізоляцією , з допустимим струмом Ідоп_л7=45 А.

Активний опір обчислюється за формулою:

Ом/км

Приймаємо xокл7=0,08 Ом/км.

Втрата напруги в кабельній лінії КЛ7:

ΔUкл7=·2,7·0,003·(3,125·0,9+0,08·0,44)=0,04 В

Допустима втрата напруги дорівнює:

ΔUдоп_кл7=0,05·U7,

де U7 - напруга на лінії, кВ

ΔUдоп_кл7=0,05·0,38·103=19 В

Умова виконується, оскільки ΔUдоп_кл7 > ΔUкл7

Вибрані перерізи мереж живлення перевіряємо на допустиму втрату напруги,при цьому враховуємо втрату напруги в трансформаторі (∆Uтр), в лінії живлення групи споживачів (∆Uгр) і в лінії окремого найбільш потужного споживача (∆Uокр). Допустима втрата напруги не повинна перевищувати 10%Uном, тобто

Втрата напруги в трансформаторі у відсотках ((%)) визначається за виразом

,

де β=0,75 - коефіцієнт завантаження трансформатора, при відсутності повної інформації для двотрансформаторних підстанцій;, ех - відповідно активна і індуктивна складова напруги КЗ, %

,

де ΔРкз - потужність КЗ трансформатора, кВт, величина таблична;

 %,

,

де е - напруга КЗ трансформатора, %, величина таблична;

 %

Тоді

ΔUтр(%)=0,75·(1,031·0,9+5,4·0,44)=2,5 %

Визначимо втрати напруги в трансформаторі у вольтах за виразом:

,

 В

Можемо визначити допустиму втрату напруги:

В,

 В

,88 < 38 - умова виконується

8.3 Результати вибору мережі живлення

Результати вибору мережі живлення зводимо у таблицю 8.1

Таблиця 8.1 Мережа живлення

9. СХЕМА ДВОПОЗИЦІЙНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ПЕЧІ

Схема двопозиційного регулювання температури печі зображена на рис. 9.1

Рис. 9.1 - Схема двопозиційного регулювання температури печі (режим керування - ручний)

Схема працює наступним чином:

Замикаємо електричне коло, натискаючи кнопку "Пуск". Для включення печі натискаємо кнопку “Пуск”. Контактор ‘КМ1” в свою чергу буде шунтувати кнопку “Пуск”. Струм протікає через КТ1 і КТ2, а також проходитиме через термореле “ТР2” і введе його в роботу. Піч яка нагрілася до певної температури, призводить до спрацювання термореле “ТР2” - контакти “ТР2” розмикаються. Піч, за цей час охолоджується до певної температури. Потім знову замикаються контакти "ТР2", тим самим замикаючі коло і приводить у роботу дану піч. Зупинити роботу печі можливо натисканням кнопки "Стоп".

При першому включені піч нагрівається від температури оточуючого середовища до температури  , при цьому використовується повна потужність печі. При досягненні температури  спрацьовує термодатчик, термореле розімкне свої контакти і відключить нагрівальні елементи печі. При зниженні температури до  термореле замикає свої контакти і підключає нагрівальні елементи і так повторюється декілька раз за термін нагрівання.

Визначимо згідно вихідних даних тривалість першого нагрівання t0 і тривалість наступних нагрівань t2 і охолоджень t1. Якщо t0 більше за задану тривалість нагрівання, то використати форсоване нагрівання (за рахунок додавання додаткового опору в печі). При досягненні в цьому випадку максимальної температури додатковий опір відключається, тривалість нагрівання значно зменшується і становить  .

Розрахуємо параметри добового графіку зміни температури при роботі пічного пристрою

Охолодження і нагрів можуть бути описані наступними рівняннями:

Згідно умови виріб нагрівається до температури:

Приймаємо постійну нагріву Т =0.6 год, тоді для знаходження часу нагріву від температури навколишнього середовища 200C необхідно розв’язати наступне рівняння:

) год

Після цього йде охолодження на 100 ºС, тобто до температури 840 ºС:

 год

Далі йде повторний нагрів до температури , але оскільки за умови деталь нагрівається 2,0 год, то даний етап нагріву триватиме:=2,0-1,214-0,75=0,036 год

За цей час деталь нагріється до деякої температури . Перепишемо рівняння нагріву в іншій формі:

,

де - кінцева температура;

- початкова температура;

- температура нагрівачів;

Т- постійна нагріву

Далі йде період допоміжних робіт,що триває 0,3 год

) Далі розпочинається повторний нагрів ,але з температури 423. Отримаємо наступне:

Нагрівання:

 год

Охолодження:

 год

Нагрівання:

 год

Час наступного періоду охолодження:=2,0-1,042-0,75-0,16=0,048 год

Охолодження:

Допоміжні операції:

3) Далі йде третій цикл:

Нагрівання:

год

Охолодження:

год

Нагрівання:

год

Час наступного періоду охолодження:=2,0-1,054-0,75-0,16=0,036 год

Охолодження:

Допоміжні операції:

4) Далі йде четвертий цикл:

Нагрівання:

год

Охолодження:

год

Нагрівання:

год

Час наступного періоду охолодження:=2,0-1,052-0,75-0,16=0,038 год

Охолодження:

Допоміжні операції:

Як бачимо, кінцеві температури 4 і 3 однакові. Отже, починаючи з 3-го циклу, всі наступні цикли будуть проходити так само. Кількість циклів за день:

Тоді кількість повторюючихся циклів n=10-3=7.

Час роботи печі за день:=1,214+0,036+1,042+1,054+0,16+0,16+7×(1,052+0,16)=12,15 год=12 год

За отриманими результатами будуємо добовий графік роботи печі (рис. 9.2):

Рисунок 9.2 - Добовий графік роботи печі

10. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ НАГРІВАННЯ ДЕТАЛЕЙ В ПЕЧІ

Визначення річних витрат електроенергії:

річн=К2·Nр·Wдоб,

де Wрічн - річні витрати електроенергії;

К2 - коефіцієнт, який враховує додаткові витрати електроенергії за рахунок нагріву печі після відключення, К2=1,1;р - кількість робочих днів у році, Np=21·12=252;доб - добове споживання електроенергії на нагрів виробів, який отримаємо з добового графіка зміни спожитої потужності при роботі пічного пристрою, кВт·год.

З метою економії електроенергії, при розвантаженні печі не потрібно відключати піч. Тому приймається на циклі роботи в період нагріву садки включені обидві секції нагрівачів.

Добове споживання електроенергії на нагрів виробів:

,

де Wдоб - добове споживання електроенергії на нагрів виробів, які отримаємо з добового графіка зміни спожитої потужності при роботі пічного пристрою, кВт·год;

К1- коефіцієнт, який враховує споживання електроенергії приводами допоміжних механізмів,К1=1,03;

ti - кількість часу споживання електричної енергії, год;

P - встановлена потужність печі, кВт;

 кВт∙год

Звідкирічн=1,1·21·12·1050,6=291226,32 (кВт×год)/рік

Визначення річної продуктивності печі:

де Qрічн - річна продуктивність печі, т/рік;р - кількість робочих днів у році;доб - добова продуктивність печі, т/добурічн=252·6=1512 т/рік

Визначення питомих витрат електроенергії на нагрів:

де ω - питомі витрати електроенергії на нагрів, (кВт·год)/т;річн - річні витрати електроенергії, (кВт·год)/рік;річн - річна продуктивність печі, т/рік

 (кВт×год)/т

Визначення питомої вартості нагріву:

де Вдоб - добова вартість нагріву, грн/добу;доб - добова продуктивність печі, т/добу

Добову вартість нагріву визначаємо по тризонному тарифу [17]:

Вдоб=а1·W1+ а2·W2+ а3·W3

де а1 - ставка тризонного тарифу для зони піку, яка триває з 8 до 11 год, з 17 до 19 год (додаток Б):

а1=2,68 грн/(кВт×год);

а2 - ставка тризонного тарифу для зони напівпіку, яка триває з 6 до 8 год, з 11 до 17 год, з 19 до 22 год:

а2=1,9 грн/(кВт×год);

а3 - ставка тризонного тарифу для зони ночі, яка триває з 22 до 6 год:

а3=1,13 грн/(кВт×год);, W2, W3 - витрати електроенергії у відповідні зони доби.

=P·t,

де Р - встановлена потужність печі;- час включення у відповідні зони доби (визначаємо з рисунку 9.2).

W1=85×(0,2+0,15+1,06+0,3)+85×(0,5+0,16+0,3)=226,95 (кВт×год)/добу;=85×(0,2+0,9)+85×(0,2+1,05+0,16+1,1+0,2+0,6)+85·(0,75+0,2+1)=540,6 (кВт×год)/добу;=85×(0,1+0,2+1,214+0,04+1,042+0,2+1,1)=331,16 (кВт×год)/добу

Тоді добова вартість нагріву:

Вдоб=2,68×226,95+1,9×540,6+1,13×331,16=2009,5 грн/добу

Питома вартість нагріву:

грн/т

11. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС ПЕЧІ

.1 Споживана електроенергія в освітленні

,

де Кв - коефіцієнт включення,;

Кпра - коефіцієнт додаткових втрат на ПРА, - для ламп ДРЛ;

 - потужність лампи,  кВт;- кількість ламп, N=4;

Тр - час роботи за рік, .

Приймаємо Тр=3024 год

 кВт×год

11.2 Втрати електроенергії в лініях мережі електропостачання

,

де - питомий активний опір кабелю, Ом/км;

- розрахунковий струм в лінії, А;

 - довжина лінії, км

Тр - час роботи за рік, .

Приймаємо Тр=3024 год

Значення ,  і  беремо із 8 пункту розрахунку курсової роботи

11.3 Втрати електроенергії в трансформаторі

,

де  - потужність холостого ходу, ;

- потужність короткого замикання, ;

 - час роботи за рік;

- коефіцієнт завантаження,

 кВт×год

11.4 Споживана електроенергія установкою

,

де Р - встановлена потужність печі, кВт;

К1- коефіцієнт, який враховує споживання електроенергії приводами допоміжних механізмів, К1=1,03;

К2 - коефіцієнт, який враховує додаткові витрати електроенергії за рахунок нагріву печі після відключення, К2=1,1;

Тр - час роботи за рік

кВт×год

11.5 Сумарні втрати

 кВт×год

11.6 Схема енергобалансу

Покажемо схематично отримані результати на рис. 1.1:

12 ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ПЕЧІ, ЕКОНОМІЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ПЕЧІ

.1 Зменшення споживання електроенергії в освітленні

Змінимо лампи ДРЛ-700 на лампи ДРИЭ-400, які мають такі параметри:

Номінальна напруга, В: 220/380;

Частота, Гц: 50;

Потужність, Вт: 400;

Світловий потік, лм: 36000;

Середній час горіння, год: 10000;

Габарити, мм: L = 290.0, D = 122.0, H = 185.0;

Тип цоколя: E40

Розрахуємо :

кВт×год

Тоді

кВт×год

Завдяки зміні ламп зменшилося споживання електроенергії в освітленні на 4312,3 кВт×год.

12.2 Зменшення витрат електроенергії в лініях мережі електропостачання

Змінимо матеріал ліній з алюмінію на мідь та розрахуємо знову втрати в лініях:

Питома провідність міді -

кВт×год

Тоді:

 кВт×год

Завдяки зміні матеріалу лінії втрати електроенергії зменшилися на 2659,2 кВт×год.

Дана піч являється пічкою періодичної дії, що накладає на неї ряд обмежень. Це пов’язано з тим, що крім самого процеса нагріву є ще процес завантаження та розвантаження виробів, в період якого спостерігається інтенсивне виділення теплоти в оточуюче середовище. Розрахуємо кількість теплоти, яка виділяється в оточуюче середовище, через отвір пир закриванні і відкриванні кришки:

Втрати через отвір при закриванні і відкриванні кришки обчислюються за формулою:

,

де  - приведений коефіцієнт променевипуспускання, =4,4-4,6;

 - коефіцієнт дифрагмування отвору, залежить від форми і товщини футеровки, визначається по кривих, =0,7;

,  - температури відповідно печі і навколишнього простору, К;

 - площа отвору, м;

 - час відкритого стану кришки, год, =0,05 год;

=900+273=1173 К;

=20+273=293 К;

Обчислимо площу отвору:

=,

де d - діаметр кришки, м (див. рис.5.1)

=, м

Тоді втрати через отвір:

 ккал

Отже через отвір при кожному відкриванні і закриванні кришки в навколишнє середовище виділяється 10425, 23 ккал теплоти.

Таким чином, щоб зменшити виділення цієї теплоти, час допоміжних операцій (0,3 год) необхідно скоротити до мінімума і автоматизувати. Це можна зробити, коли розміщувати разом партію попередньої садки з партією наступної в камері, що дозволить при охолодженні передавати наступній садці тепло. Завдяки цьому можна зменшити час нагріву та збільшити продуктивність, тобто зменшити витрати електроенергії.

Вартість процесів нагріву чи плавлення матеріалів та виробів в електричних печах опору в багатьох виробництвах є доволі істотною складовою вартості виробляємої продукції. Печі опору є великим споживачем електроенергії, а на багатьох заводах навіть одним з основних, тому організація раціональної експлуатації таких печей має істотне значення.

Зниження собівартості процесів нагріву може бути здійснено в першу чергу в результаті:

         -підвищення продуктивності печі;

         -підвищення надійності роботи печей, зниження кількості та тривалості простоїв, які викликані аваріями печей;

         -зниження питомих витрат електроенергії.

Згідно з 10 пунктом роботи, питомі витрати ми можемо зменшити за рахунок зменшення встановленої потужності Р, або зменшивши час роботи печі за день. Ефективніше буде, якщо ми зменшимо час, приміром з 12 год. на, скажімо, 10 год. Тоді:

 кВт∙год

кВт∙год

Отже, зменшивши час роботи печі за день на 2 год., ми зменшили споживання електроенергії установкою на 48537,7 кВт×год.

Маючи на увазі те, що процеси які проводяться в електричних печах є досить енергоємними, головним шляхом зниження собівартості процесу нагріву є зниження питомих витрат електроенергії та використання засобів, які дозволяють це зробити. Однак відділити їх від двох інших шляхів, які вказані вище, дуже важко, так як усі вони тісно зв’язані одне з одним. Так, підвищення продуктивності печі призводить до економії електроенергії; підвищення стійкості та строку служби нагрівачів призводить як до підвищення надійності роботи печі, так і до підвищення продуктивності праці і зниженню питомих витрат енергії; автоматизація температурного режиму печі, знову ж таки, призводить, як до скорочення експлуатаційного персоналу, так і до підвищення надійності роботи і економії енергії. Тому представляється доцільним сумісне розглядання всіх цих шляхів, які ведуть до раціональної експлуатації печей. Для цього необхідно розглянути:

         - правильний вибір електротермічного обладнання;

         - підвищення продуктивності печей;

         - зниження теплових втрат печей;

         - зниження втрат на акумуляцію тепла;

         - застосування тепла нагрітих виробів та тари.

Теплові втрати з загального виразу залежать від температур в середині печі та в оточуючому середовищі, від площі отвору, часу відкритого стану кришки. Теоретично можна змінити один чи декілька з цих параметрів, та практично, зміна площі отвору з ціллю зменшення теплових втрат печі з заданими геометричними розмірами, неможлива. Найбільш легкий спосіб зниження втрат є за рахунок зменшення часу відкритого стану кришки, наприклад, з 0,05 год. на 0,03 год. Тоді перерахуємо:

 ккал

Знаходимо різницю між двома показниками по формулі:

 ккал

Отже, зменшивши час відкритого стану кришки на 0,02 год., ми зменшимо теплові втрати на 4170 ккал.

Для підвищення продуктивності печі також використовують форсований підігрів печі, для цього вводять додаткові опори, які відключаються після нагріву до бажаної температури (tвир=900°С.)

Індукційний метод нагріву може бути використаний при масовій обробці однотипних деталей і в цих випадках часто має істотні переваги. Так як при індукційному нагріві тепло виділяється в самому матеріалі, що нагрівається, то час нагріву може бути різко скорочений, що забезпечить високу продуктивність установки, а також зниження теплових втрат за час нагріву.

Особливо ефективною є заміна наскрізного загартування чи поверхневого зміцнення термохімічними методами індукційного поверхневого загартування струмами високої частоти. При такому загартуванні нагріву підлягає не весь виріб, а лише його поверхневий шар, що призводить до значного зниження витрат електроенергії. В деяких випадках ефективним може бути і прямий нагрів.

При низьких і середніх температурах краще використовувати печі з примусовою циркуляцією атмосфери. Застосування таких печей дозволяє не тільки забезпечити велику рівномірність нагріву садки, але і підвищення швидкості нагріву.

При сушці виробів, які покриті лаком, в яких треба нагрівати для просушки лише поверхневий шар, дуже економічним є використання інфрачервоних променів. Інфрачервоні промені затримуються лаковим шаром і в ньому виділяється основна частина тепла, в той час як внутрішні шари виробів нагріваються менше, витрати електроенергії знижуються.

Найбільш ефективна міра, за допомогою якої можна підвищити продуктивність печі - це використовувати попередній підігрів виробів. Якщо попередньо нагрівати вироби, наприклад, за допомогою тепла від виробів, що вже пройшли термообробку, то в результаті на нагрів буде затрачено менше електричної енергії, а також менше часу, тобто за якийсь визначений відрізок часу в печі зможуть нагріватись більше виробів, ніж це було б при відсутності їх попереднього підігріву, а це значить, що збільшиться продуктивність печі.

Оскільки у нас піч великих габаритів, то теплові втрати мають менше значення. Більш точні результати дає дослідне визначення теплових втрат через футуровку, коли виміряні температури всередині печі та на поверхні її кожуха. Практичні втрати через футеровку складають від 6 до 12 % загальної втрати теплоти.

Також дуже важливо в період допоміжних операцій не відключати піч від мережі повністю, так як при її охолодженні, а потім при наступному нагріванні до температури нагріву витрачається недоцільно значна кількість електричної енергії.

Електричні втрати в мережі високої напруги складаються з втрат в пічному трансформаторі, стальних конструкціях. Для їх зменшення доцільно правильно обирати електричний режим печі, а відповідно і методи термообробки виробів, які вище згадані.

Це дозволяє зменшувати втрати на 6 - 8 % [4].

Для печей опору доволі відчутні і втрати через тепловіддачу (через стінки печі). Ці втрати можна знизити (на 7 - 10 % [4]), якщо застосувати якісну термоізоляцію внутрішньої камери печі.

Балансова діаграма витрат електричної енергії печі

ВИСНОВКИ

Результатом даної роботи є не лише конструктивний, тепловий і електричний розрахунок печі опору непрямої дії, але й також вибір цеху і освітлення для нього, та вибір мережі. Крім цього розглянули та розрахували основні втрати печі й запропонували шляхи підвищення продуктивності та економії електричної енергії при експлуатації печі.

Даними умовами проектування було обрано шахтну піч з захисною атмосферою типу СШЗ-10.10/7 МЗ. Виходячи з розрахованої робочої температури нагрівачів, обрали матеріал нагрівача ніхром марки Х15Н60-Н з з максимально допустимою температурою 1000 °С. Освітлення цеху, де розміщена піч, необхідно здійснити лампами типу ДРЛ - 700, які були обрані по розрахованому світловому потоку, з наступними даними:

·    Світловий потік 40,0 клм;

·        Потужність лампи 700 Вт;

·        Напруга 140 В;

·        Струм 5,4 А;

·        Середній строк служби 15 тис.год.

Для високовольтної мережі обрали трансформатор типу ТСЗ-1000/10 та по допустимому струмі навантаження - кабель типу АСБ-10-350, перерізом 50 мм2 , трьохжильний з алюмінієвими жилами з Ідоп_кл1=105 А. Для мережі напругою менше 1000 В по допустимому значенні струму навантаження обрали для КЛ2: кабель АСБ-3-370 з допустимим струмом Ідоп кл2=155 А; для КЛ3: кабель АСБ-1-495 з допустимим струмом Ідоп_кл3=165 А; для КЛ4, КЛ5, КЛ6, КЛ7: кабель АСБ-1-410 з допустимим струмом Ідоп_кл4=45 А.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций [Текст] Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

. Кнорринг Г.М. Справочник для проектирования электрического освещения [Текст]/ Г.М. Кнорринг - Л.: Энергия, 1981. - 339 с.

. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике [Текст] /

Ю.Б Айзенберг - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 459 с.

. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи [Текст] / А.Д.Свенчанский, М.Я. Смелянский - М.: Энергия, 1970. - 264 с.

. Егоров А.В. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии [Текст]: учеб. пособие для ВУЗов. / А.В. Егоров - М.: Металлургия, 1990. - 280 с.

. Барыбина Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения [Текст] Ю.Г. Барыбина, Крупович Ю.Г., Самовер М.Л. - М.: Энергия, 1980. - 456 с.

. Соловей О.І. Методичні вказівки до виконання курсової роботи «Електрообладнання та електропостачання печі опору непрямої дії» [Текст] / О.І. Соловей, Чернявський А.В. - К.: НТУУ «КПІ», 2006. - 64 с.

. Кноринг Г.М. Осветительные установки [Текст] / Г.М. Кноринг -

Л.: Энэргоиздат, 1981. - 288 с.

. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи [Текст] /

А.Д. Свенчанский - М.: Энергоиздат, 1958.

. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст] / Б. Ю. Липкин - М.: Высшая школа, 1981

. Кравчик А.Э. Справочник «Ассинхронные двигатели серии 4А» [Текст] / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афончик, Е.А. Соболенская Е.А. - М.: Энергоатомиздат, 1982.

. Герасимова В.Г. Электротехнический справочник [Текст] /

В.Г. Герасимова - М.: Энергия, 1980.

. Фёдоров А.А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2-х кн [Текст] / А.А. Фёдоров, Г.В. Сербинский- М.: Энергия, 1980, 1981.

. Болотов А.В. Электротехнологические установки [Текст] /

А.В. Болотов, Г.А. Шепель - М.: Высшая школа, 1988

. Правила устройства электроустановок [Текст] - М.: Энэргоатомиздат, 1985. - 648 с.

16.Типовые размеры выпуска нихромовой ленты (<#"722672.files/image264.gif">

Додаток Б

При наявності загального багатотарифного лічильника на обігрів і інше споживання підприємства, згідно постанови № 1241 встановлюється трьохзонний тариф за всю спожиту електроенергію. Тобто наступні тарифи:

Додаток В

Допустимий тривалий струм для кабелів з алюмінієвими жилами з паперовою просоченою ізоляцією на низьку напругу в свинцевій оболонці, А

Додаток Г