Расчет тепловых потерь печи для нагрева под закалку стержней. Расчет закалочной печи

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия"

Контрольная работа

"по Электротехнологии"

На тему: "Расчет тепловых потерь печи для нагрева под закалку стержней. Расчет закалочной печи"

Задачи

Задача № 1

Рассчитать тепловые потери печи для нагрева под закалку стержней. Зазор между стержнями и тепловой изоляцией рекомендуется принимать 110…140 мм. Тепловая изоляция из двух слоев: 1 слой - шамотовый кирпич, толщина, δ_ш = 65 мм; 2 слой - вермикулитовая засыпка, толщина, δ_в = 250 мм.

Рассчитать мощность, необходимую для нагрева, КПД нагрева холодной и горячей печи, температуру наружной стенки, температуру между слоями изоляции.

Плотность алюминия γ = 2700 кг/м³

Теплоемкость алюминия С = 0,872 кДж/кг∙^оС

Расчет

Определяем массу стержней

где n_д - число стержней;

γ - плотность материала стержней;

d - диаметр стержня;

l - длина стержня.

Энергия для нагрева

где С - удельная теплоемкость материала стержней

Полезная мощность

где τ - время нагрева, принимаем равным 2 часам

Выполняем эскиз закалочной печи с нанесением размеров

Определяем внутреннюю поверхность печи F₁

(А×В×2) + (В×С×2) + (С×А×2) =F_1,, м²)

А=630мм; В=670мм; С=270мм.

(630×670×2) + (670×270×2) + (270×630×2) = 1,537 м^2, F₁ =1,537 м²

Определяем наружную поверхность шамота F₂

(760×800×2) + (800×400×2) + (400×760×2) = 2,464 м², F₂ = 2,464 м²

Определяем наружную поверхность печи F₃

(1260×1300×2) + (1300×900×2) + (900×1260×2) = 7,884 м², F₃ = 7,884 м²

Определяем среднюю поверхность шамотной кладки

Определяем среднюю поверхность теплоизоляционной засыпки

Определяем массу шамотовой кладки

где γ_ш = 2,58 т/м³

Определяем массу теплоизоляционной засыпки

где γ_в = 0,25 т/м³. Масса жаропрочного контейнера

Тепловые потери печи

  - принимаем равным 0.

α_нар = 12 Вт/м²∙^оС, λ_в = 0,15 Вт/м∙^оС, λ_ш = 1,25 Вт/м∙^оС

Мощность, необходимая для нагрева детали в стационарном режиме

Температура между слоями

Температура наружной стенки

Средняя температура шамотовой кладки

Количество тепла, необходимое для нагрева шамотовой кладки

,

С_ш = 0,98 кДж/кг∙^оС

Количество тепла, необходимое для нагрева вермикулитовой засыпки

,

С_в = 0,63 кДж/кг∙^оС

Количество тепла для нагрева жаропрочных изделий

Суммарное количество тепла для нагрева конструкции печи

Действительная продолжительность нагрева печи

КПД горячей печи

КПД холодной печи

где ==204231020; =

Задача № 2

Рассчитать закалочную печь, размеры из эскиза 1-го задания. Напряжение 380/220, схема соединения D/Y. Мощность из 1-го задания.

Решение

Приведенный коэффициент излучения изделия

где

D_изд - степень черноты материала стержней, для алюминия 0,242

D_н - степень черноты материала нагревателя, принимаем 0,8

Удельная поверхностная мощность идеального нагревателя

Т_изд = t_изд+273, Т_н = t_н+273, t_н = 1100 ^oC

Коэффициент α_р, учитывающий неполное использование мощности, коэф. определяется по графику.

,

Fизд/Fст = 0,558

α_р = 0,6.

Для нагревателей в виде спирали принимаем коэффициент эффективности системы α_эф = 0,39. Минимальное относительное витковое расстояние для принятой системы в виде спирали определяется:  h - шаг спирали, d - диаметр проволоки, коэффициент шага α_г = 1,4. Реальная удельная поверхностная мощность

α_с определяем по графику (α_с = 0,31)

закалочная печь температура мощность

Мощность одной фазы

Диаметр проволоки

ρ - удельное сопротивление нихрома

Сопротивление фазы

 Ом

Длина проволоки, приходящаяся на одну фазу

 мм

Диаметр спирали

D = 10d = 10∙2,4 = 24 мм

Длина витка

l_w = πD = 3,14∙24 =75,36 мм

Количество витков на фазу

Шаг спирали h = 3d = 3∙2,4 =7,2 мм

Длина спирали на 1 фазу

 мм