Расчет электрической печи сопротивления – Расчет нагревателей электрической печи — Атомтехнологии — нержавеющий и цветной металлопрокат, промышленный инжиниринг, огнеупорные изделия. Купить металлопрокат, цена, цены на металопрокат Украина

«Расчет электрической печи сопротивления периодического действия»

Санкт-Петербургский государственный институт

(Технический университет)

Кафедра технологии электротермических Факультет V

и плазмохимических производств Курс V

Группа 566

Студент /__________/ Блинова Марина Владимировна

Руководитель /__________ / Лавров Борис Александрович

Оценка за курсовую работу ____________

СПб

2010 г.

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 Тепловой расчет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.1 Расчет полезной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.2 Определение установленной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Расчет тепловых потерь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Расчет и конструирование нагревательных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.1 Материал нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Рекомендации по конструированию металлических нагревателей . . .11

2.3 Определение допустимой удельной поверхности мощности нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.4 Расчет размеров нагревателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5 Определение ориентировочного срока службы нагревателя . . . . . . . . 16

Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Введение

Электрические печи сопротивления (ЭПС) – это самый распространенный тип электрического аппарата в химической технологии. В них электрическая энергия преобразуется в тепловую в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Наиболее распространенный тип печей сопротивления – печи косвенного нагрева, в которых электрический ток протекает по специальному элементу – нагревателю. Передача тепла от нагревателя к загрузке печи может осуществляться теплопроводностью, конвекцией, излучением. При температурах выше 600 °С преобладает теплопередача излучением, при этом другими видами теплопередачи можно пренебречь. Такие печи относят к средне- и высокотемпературным, а их расчет осуществляют на основании законов физики и ряда эмпирических закономерностей, обнаруженных на опыте.

В последнее время в связи с бурным развитием металлургии большое значение приобретает термическая обработка металлов. Так термическая обработка сталей требует очень точной выдержки заданного температурного режима и высокой степени равномерности нагрева изделий, регулировать же этот режим и обеспечивать его равномерность в электрической печи можно намного легче и точнее, чем в топливной. Также электрическую печь легко герметизировать и создать в ней нужную газовую атмосферу, при помощи электронагревательных устройств можно получить избирательный нагрев отдельных участков изделия или его поверхности. Поэтому в металлургии все больше применяются электрические печи и индукционные установки для термической обработки самых разнообразных конструкций.

Для проведения режима термообработки, требующего равномерного прогрева детали и поддержание температуры с высокой точностью отлично подходят электропечи муфельного типа. Главной особенностью таких печей является наличие так называемого муфеля, защищающего обрабатываемый материал и являющегося главным рабочим пространством муфельной печи (то есть, муфель предохраняет материал от контакта с топливом и продуктами его сгорания, в том числе газами).

В данной курсовой работе проведем расчет муфельной электропечи для отпуска изделия.

studfiles.net

Расчет печи сопротивления

Электрические печи сопротивления и электронагревательные приборы полу­чили широкое распространение в промышленности, транспорте, строительстве,

сельском хозяйстве, медицине и быту благодаря таким достоинствам, как про­стота, надёжность, относительно высокий КПД, экологичность. В промышленности электрические печи сопротивления (ЭПС) применяют для плавления цветных металлов, нагрева металлических изделий перед пластической деформацией, термообработки, сушки. ЭПС обеспечивают сравнительноточный и равномерный нагрев при высоком КПД и скорости нагрева, могут ра­ботать с защитной атмосферой и вакуумом, что позволяет применять их для широкого круга технологических процессов.

Принцип действия и классификация ЭПС

Принцип действия ЭПС основан на выделении тепла в проводнике, по ко­торому протекает электрический ток. Количественно преобразование электри­ческой энергии в тепловую энергию Q в проводнике с активным сопротивлени­ем R при протекании тока I за время t описывается законом Джоуля — Ленца в интегральной форме: Q =I² Rt.

По способу выделения тепла различают ЭПС косвенного и прямого действия. В ЭПС косвенного действия преобразование электрической энергии в тепловую осуществляется в специальном проводнике — нагревателе, а нагрев изделия про­исходит благодаря теплопередаче теплопроводностью, конвекцией пли излуче­нием.

В ЭПС прямого действия ток пропускается непосредственно через нагреваемое изделие, которое в этом случае должно быть проводящим, причём преобразо­вание электрической энергии в тепловую осуществляется благодаря активному сопротивлению изделия.

По конечной температуре нагрева ЭПС подразделяют: на низкотемпературные

(до 700 °С), на среднетемпературные (от 700 до 1200 °С), на высокотемпера­турные (выше 1200 °С).

По назначению ЭПС бывают плавильные, в которых осуществ­ляется расплавление материалов, и термические — для нагрева материалов в твердом состоянии.

По режиму работы различают ЭПС периодического действия или садоч­ные, в которых цикл работы последовательно включает загрузку, нагрев, технологическую выдержку, выгрузку, и ЭПС непрерывного действия или ме­тодические, в которых процессы загрузки, нагрева, выдержки и разгрузки идут одновременно в процессе перемещения изделия через печь. Известно большое разнообразие конструкций ЭПС. Электропечи периодическо­го действия бывают камерные, шахтные, камерные с выдвижным подом, колпаковые, элеваторные. ЭПС непрерывного действия отличаются в основном ме­ханизмом перемещения изделия в печи и бывают туннельные, толкательные, с шагающимподом, конвейерные, рольганговые, карусельные, протяжные.

Среди ЭПС периодического действия наиболее распространены камерные и шахтные печи благодаря их простой конструкции.

В металлообрабатывающей промышленности часто применяются средне-температурные печи, поэтому для учебного электрического расчета ЭПС вы­брана электропечь косвенного нагрева, среднетемпературная. термическая, пе­риодического действия камерной (рис. 1) или шахтной (рис. 2) конструкции.

Рис.1 Камерная электропечь:а) вид сбоку; б) вид спереди

1 — дверца; 2 — футеровка; 3 — изделие; 4 – нагреватель

Рис. 2 Шахтная электропечь (вид сбоку): 1 — крышка; 2 — футеровка; 3- нагреватель; 4- нагреваемое изделие;

Конструктивные элементы ЭПС

Внутреннее пространство печи, в которое помещаются нагреваемые из­делия, называется рабочей камерой. Рабочая камера окружена футеров­кой, обеспечивающей тепловую изоляцию, а в некоторых случаях герметиза­цию рабочей камеры. Нижняя часть футеровки называется подом, верхняя -сводом, остальная — образует боковые стенки.

К конструкционным элементам печи относятся также жароупорные дета­ли для поддерживания или перемещения нагреваемых изделий в печи (поддо­ны, подовые плиты, металлические направляющие профильные изделия и т.п.).

Поскольку для среднетемпературных печей разность температур на внут­ренней и наружной поверхностях футеровки достигает тысячии более граду­сов, футеровка обычно имеет два слоя: огнеупорный (внутренний, образующийрабочую камеру) и теплоизоляционный. Температура на границе огнеупорногои теплоизоляционного слоев должна быть не более 600 °С, а температура на­ружной поверхности печи — не более 60 °С. Исходя из этих требований огне­упорный слой выкладывают из шамотных кирпичей или блоков с огнеупорной обмазкой поверхности рабочей камеры также на основе шамота. Теплоизоляци­онный слой выполняют обычно из диатомита (огнеупорность до 800-950 °С).

Наиболее ответственной частью печи является нагреватель. Его чаще всего выполняют из проволоки или ленты, материалом для которых служат жаро­стойкие сплавы на основе хрома, алюминия, никеля, железа. Конструктивно на­греватель состоит из нескольких нагревательных элементов, сформированных в виде спирали или зигзага и соединённых согласно электрической схеме ЭПС. Спиральные нагревательные элементы (рис. 3) размещают либо на керамиче­ских полочках на боковых стенках печи, либо в пазах керамических плит, либо на керамических трубках, закреплённых во втулках.

Рис 3. Проволочный спиральный нагреватель:

а) общий вид; б) проволочная спираль в пазу; в) проволочная спираль на трубках; г) проволочная спираль на полочке;

s- шаг спирали; Do — средний диаметр спирали; D — наружный диаметр спира­ли; d — диаметр проволоки; S — расстояние между осями соседних рядов спира­ли; с — ширина паза; h — глубина паза; h’ — ширина полочки; D_T — диаметр трубки; S’ — шаг полочек; с’ — расстояние между полочками. Рекомендуемые соотноше­ния: s/d = 2,0; D

o /d = 6-10; с’= 98 мм; S/D_o = 2,0; h/c = 1,5; h^‘ = 59 мм;Dт/D= 0,5; S/c = 1,5; S’ = 105 мм.

Зигзагообразные нагревательные элементы (рис. 4 и 5) крепят на боковых стенках печи с помощью штырей из хромоникелевого сплава, на своде — с по­мощью крючков, в поду — размещают в пазах, образованных специальным фа­сонным подовым кирпичом.

Рис 4. Проволочный зигзагообразный нагреватель.

а) общий вид; б) проволочный зигзаг в пазу; в) проволочный зигзаг на полочке;

d — диаметр проволоки; е’ — полушаг зигзага; е — расстояние между соседними проводниками в зигзаге; В’,В — размах зигзага; D — расстояние между соседними зигзагами; h — высота паза; с — ширина паза; S — расстояние между средними ли­ниями соседних зигзагов; h’- ширина полочки; с’ — расстояние между полочка­ми; S’- шаг полочек. Рекомендуемые соотношения: D/B = 0,25; e’/d = 2,5-4,5; S’= 105 мм; D/B = 0,25; e’/d = 2,5-4,5; S’ = 105 мм; h/c = 0,3; В = 200-400 мм; В’ = 50 мм; c/d = 10; h’ =59 мм; S/c = 1,25; с’ = 98 мм

Рис 5. Ленточный зигзагообразный нагреватель:

а) общий вид; б) ленточный зигзаг в пазу; в) ленточный зигзаг на полочке;

а, б — размеры сторон ленты; е’ — полушаг зигзага; е — расстояние между сосед­ними лентами в зигзаге; В’, В — размах зигзага; D — расстояние между соседними рядами зигзага; с — ширина паза; h — высота паза; S — расстояние между средни­ми линиями соседних пазов; h’ — ширина полочки; с’ — расстояние между полоч­ками; S’- шаг полочек. Рекомендуемые соотношения: b/a=10; h’=59 мм; е/b>0,8; h/c=0,3; S/c=l,25; с’=98 мм; h/c=0,3; D/B=0,25; S’=105мм; В’=50 мм; В=150-400мм.

Тепловой расчет печи сопротивления

Тепловой расчёт проводят с целью определения мощности печи и мощно­стей её тепловых зон, а также оптимального размещения нагреваемых изделий,оптимальных размеров печи. При проектировании ЭПС периодическою дейст­вия обычно задают либо её единовременную загрузку, либо часовуюпроизводительность. Конструируют печную камеру, определяют её размеры и параметры, учитывая следующие условия.

> Внутренние размеры камеры печи должны быть по возможности малы и соответствовать размерам загрузки; наличие вредного, неиспользован­ного пространства в камере печи приводит к увеличению её внешних размеров и тепловых потерь. С другой стороны, внутренние размеры камеры печи долж­ны быть таковы, чтобы садку было удобно загружать и вынимать из печи и в камере мог разместиться рабочий, производящий ремонт печи.

> Внешние габариты печи определяются её внутренними размерами и толщиной кладки. Кладка должна обеспечивать низкую температуру кожуха печи (не выше 60 °С при температуре окружающего воздуха 20 °С) и, следова­тельно, малые тепловые потери печи.

> Расположение нагревательных элементов в печи должно опреде­ляться в основном технологическ

mirznanii.com

важные моменты проектирования. Методика расчета печи с формулами и допусками

Одним из наиболее значимых элементов электропечи является ее нагреватель. Именно он напрямую влияет на мощность, рабочую температуру и общие функциональные характеристики оборудования. Абсолютно неважно, о каких типах приборов идет речь — трубчатых электропечах, шахтных или муфельных моделях. Для всех применимы базовые правила расчета.

Как определить мощность и силу тока печи

Начинается расчет печи с ее будущей мощности. Также определяется сила тока, которая будет проходить по телу нагревателя. Для этого можно использовать базовые эмпирические нормы соотношения размера камеры прибора к ее мощности.

Если объем насчитывает от 1 до 5 литров, желательно, чтобы мощность оборудования была в диапазоне от 300 до 500 Вт на литр. Когда камера планируется для промышленного использования, и ее объем достигает 100 литров и более, расчет муфельной печи должен учитывать примерно 50-60 Вт на каждый из них.

Детальная таблица рекомендуемых норм мощности для различных объемов камер

Провести нужные вычисления совсем несложно. Сам объем легко рассчитывается исходя из данных о высоте, ширине и глубине камеры, а потом умножается на нужный показатель. К примеру, печь на 5 литров и нагрузкой 300 Вт/л будет иметь общую мощность 1500 Вт.

Определить силу тока также достаточно просто. Базовое напряжение сети известно, и составляет 220 В.

После этого производится расчет печей, формула которого имеет следующий вид:

I=P/U

P – предварительно рассчитанная мощность, в нашем случае 1500 Вт.

U – напряжение сети.

Таким образом, имеем: 1500/220 = 6.8 А.

Как рассчитать наименьшее сечение нагревательного элемента электропечи

Расчет электрических печей должен обязательно проводиться с учетом особенностей самого нагревательного элемента. Ведь если через него пройдет сила тока, больше чем он может вынести – выход из строя неизбежен. Планируя конструкцию муфельной или шахтной электропечи, обязательно учитывайте будущий диаметр нагревателя.

Рассчитывать его можно, зная силу тока и предполагаемую рабочую температуру. Рекомендуемые нормы указаны на фото ниже.

Таблица определения параметров нагревателя электропечи. Узнаем нужный диаметр и сечение

Если в таблице отсутствует точное значение, которое совпадает с Вашим расчетом, это не критично. Когда наша сила тока будет равна 6.8 А, стоит брать за основу показатель 7.7, то есть, ближайший больший. Минимальный диаметр и сечение обеспечат бесперебойный и безопасный процесс обжига.

Можно даже заложить в расчет нагревательной печи более мощный элемент для накала. Уменьшать параметры категорически нельзя, поскольку тогда он очень быстро перегорит

Как рассчитать длину проволоки нагревателя для создания спирали

Методика расчета печи также подразумевает определение оптимальной длины проволоки для основы нагревательного элемента. Это очень важно, ведь именно от нее зависит создание необходимого резистивного нагрева.

Для того чтобы провести точный расчет закалочной печи нам потребуются такие данные как:

• Напряжение сети.
• Сила тока.
• Площадь сечения нагревателя.
• Удельное сопротивление проводника.

Последний показатель можно найти на фото представленном ниже.

Величина удельного сопротивления, в зависимости от диаметра и материала нагревателя

Далее расчет термических печей идет по формуле:

L= (U / I) x S/ p

В нашем случае, если использовать для нагревателя нихромовый сплав Х20Н80-Н, длина проволоки будет составлять: (220/6.8) х 0.785/1.11. То есть, приблизительно 23 метра.

Как проверить правильность поверхностной мощности нагревательного элемента

Если Вы планируете создать долговечные трубчатые печи, расчет обязательно должен включать и пункт проверки поверхностной мощности нагревательного элемента с допустимым значением. Это поможет вовремя обнаружить возможный выход из строя и определить грани возможностей данной составляющей оборудования.

Поверхностная удельная мощность указывает сколько тепловой энергии нужно получать с каждой единицы площади нагревателя

Методика расчета трубчатых печей вначале подразумевает поиск допустимого значения. Его можно получить по формуле:

βдоп = βэф х α

βдоп – непосредственно допустимая мощность.

βэф – мощность, которая зависит от диапазона рабочих температур.

α – коэффициент эффективности излучения тепла нагревательным элементом.

В расчет печи для обжига включаем показатель βэф и α из таблиц, представленных на фото ниже.

Таблица для расчета эффективной мощности на основе температуры заготовок и самого нагревателя

Коэффициент α также подбирается из табличных данных. Он напрямую зависит от местоположения спирали нагревателя внутри конструкции печи.

Значения поправочного коэффициента – важный аспект, который стоит учитывать, выполняя расчет шахтных печей

Впоследствии эти 2 показателя умножаются между собой и дают нам граничное значение допустимой мощности.

Это станет последним этапом проектирования оборудования.

Как видите, расчет нагревательных элементов – дело достаточно непростое. Поэтому, проще и лучше заказать электропечи для обжига и других видов термообработки от надежного производителя. Именно таким является литовский изготовитель SNOL, продукция которого представлена на нашем сайте. Не откладывайте и скорее выбирайте нужную модель!

labor-snol.ru

1.8. Электрический расчет печного сопротивления

В результате электрического расчета должны быть определены параметры нагревательного элемента. Электрический расчет ведут в следующей последовательности:

1. Считают, что тепло от нагревателя к изделиям передается лучеиспусканием, т.е. в основе расчета лежит закон Стефана- Больцмана Е=G’I”.

2. Считают, что нагреватель в виде сплошного листа охватывает изделие со всех сторон и тепловые потери отсутствуют. Пользуясь действием лучеиспускания для такого идеального нагревания, находят удельную мощность по функции:

ω ид=3.84∙, Вт/

здесь ω ид- удельная поверхностная мощность сусального нагревания,

Тн- абсолютная температуре нагревания,

Тизд- абсолютная температура нагреваемого изделия,

3,84∙— коэффициент для получения удельной поверхностной мощности в Вт/.

Для реального нагревания удельная поверхностная мощность будет меньше, и она вычисляется по формулам:

,

Cэф — коэффициент эффективности нагревания зависящий от его материала и конструкции С эф=0,3÷0,8.

Определим номинальную мощность, отдаваемую нагреваемым изделием:

Рном=ω∙F

Где F- площадь поверхности нагревателя.

Считая, что нагреватель при прохождении тока выделяет мощность равную Р=IU и приравнять Рном=Р и после исходных преобразований получим :

Рном = Р =, где

— приложенное напряжение

-сечение нагревательного элемента

ρ-удельное сопротивление

-длина нагревательного элемента

1.9. Измерение температуры в печах.

Для соблюдения необходимого температурного режима в печах производят измерение температур. С этой целью используются:

1. Ртутные термометры (240÷600)°С.

2. Термометры сопротивления, предел измерения до 600°С.

3. Термоэлектрические термометры , до 2500°С.

4. Пирометры излучения, до 4000°С.

Тема №2

1. Индукционные печи.

Они работают на принципе электромагнитной индукции. Нагрев осуществляется за счет вихревых токов индуктируемых в нагревательном изделии:

q= -e=

Для трансформатора индуктируемая электродвижущая сила Е=4,44ωfФm.

Индукционные печи бывают 2 типов:

1. Индукционные канальные печи (печи со стальным сердечником)

2. Индукционные тигельные печи.

Достоинствами индукционных печей являются:

1. Простота конструкции.

2. Малый угар металлов.

3. Сравнительно малый удельный расход электрической энергии.

Применяются для плавки цветных металлов и сплавов для получения легированных сталей, а также для термообработки различных деталей и изделий.

1. Индукционные канальные печи.

1,2 – печной трансформатор

3- канал печи

4- жидкий металл.

Печь со стальным сердечником представляет собой устройство, напоминающее двухобмоточный трансформатор в котором роль второй обмотки выполняет замкнутый круговой канал из жидкого металла. Эти печи используются в основном для плавки металлов со сравнительно невысокой температурой плавления. Недостатки печей:

1. Необходимость оставления части металла «болота» при сливе.

2. Сложность перехода к плаке других металлов.

3. Малая стойкость и сложность изготовления футеровки.

Применяются для выплавки меди, латуни, цинка, алюминия.

2. Тигельные индукционные печи.

1. индуктор

2. тигель

3. жидкий металл.

Нагрев и расплавление металлической шихты происходит за счет наведения в металле ЭДС и возникновения за счет этого токов. По частоте питающего тока тигельные печи делятся на:

1. печи промышленной частоты 50Гц.

2. печи повышенной частоты 500÷400Гц.

3. печи высокой частоты 50÷1000кГц.

Источниками питания печей повышенной частоты являются электромашинные генераторы. Для питания печей высокой частоты применяются ламповые генераторы и тиристорные преобразователи частоты (инверторы).

Эти печи применяются для выплавки высококачественных сталей и сплавов с добавлением Ni, Mg, Cu, Al.

Достоинства:

1. легкость получения высоких температур.

2. получение химически чистых сплавов.

3. Интенсивное перемешивание сплавов электромагнитными силами.

4. Малая окисляемость, малый угар компонентов сплава

5. Возможность проведения плавки в вакууме или среде инертных газов.

6. Простота конструкции.

7. Высокая производительность.

Недостатки:

1. Сложные источники питания печей повышен6ной и высокой частоты.

2. Низкий КПД 0,4÷0,7.

3. Высокая стоимость.

2. Схема питания индукционных печей.

ТТ1,ТТ2- токов трансформаторы.

С1,С2,С3- батарея конденсаторов (для компенсации).

ИП — индукционная печь.

ТП — печной трансформатор (понижающий).

После питания канальных печей со вторичной обмотки трансформатора снимается напряжение 220,380,500 В промышленной частоты. Печи могут быть с одно- или трехфазной схемой питания. Печи малой мощности подключаются непосредственно к сети 38/0В. Схема питания тигельных печей промышленной частоты аналогична.

Схема питания индукционных печей повышенной частоты:

Индукционные тигельные печи применяются для плавки небольших количеств металлов и сплавов на мощности 25,60Квт с емкостью тигеля 25,50кг.

studfiles.net

Расчет электропечей сопротивления. — Студопедия.Нет

 

Электропечи универсальны и просты в эксплуатации.

Расчет электропечей сопротивления заключается в определении типа, мощности и геометрических размеров печи, способов расположения нагревательных элементов, схемы включения нагревателей в электрическую цепь. Применяется электрическое соединение нагревателей по схеме «звезда» или «треугольник».

С целью определения расхода электроэнергии расчет целесообразно начать с уравнения теплового баланса.

 

Рис.12. Шахтная  электропечь СШО-6,6/7 с принудительной циркуляцией печной атмосферы

 

Уравнение теплового баланса

Мощность печи сопротивления определяется из условий теплового баланса, но кроме обычных потерь тепла для печи сопротивления необходимо учитывать потери на короткие замыкания, которые принимаются равными 50 — 100% от потерь тепла через кладку печи.

Приходная часть теплового баланса состоит из тепла, полученного при преобразовании электрической энергии в тепловую:

Q_np= I * U ,                    (18)

Q — тепло, подведённое к электропечи в единицу времени. [Вт] (тепловая мощность), I — сила тока [А], U — напряжение [В]         

Расходная часть включает: теплоту на нагрев заготовок и кладки, потери через кладку и открытые окна, потери на короткие замыкания. Те статьи расхода, которые невозможно рассчитать по известным формулам, можно принять в процентах от теплоты, расходуемой на нагрев заготовок. 

Q_расх  = Qм +  Qкл. + Qак +Qкз +Qок +Qпр,

где Qм -тепло, идущее на нагрев заготовок в единицу времени; Qкл — потери тепла через кладку; Qак — потери тепла, связанные с разогревом кладки; Qок — потери тепла через открытые окна; Qкз — тепло, теряемое в результате коротких замыканий; Qпр — прочие потери.

1.Q_M = М(С^К_М t _м^к -С^н_м t _м^н -О = M ( i_K – ij ),

где М — количество металла, нагреваемого в единицу времени, кг; С^К_М и С^н_м — средняя конечная и начальная теплоёмкость металла, кДж/кг*С°; t _м^к и t _м^н — начальная и конечная температура металла, ^оС; i_K — ij — начальная и конечная энтальпия для данного материала

2. Q _кл = α _кл(t_кл—t в) F кл,

где a _кл— коэффициент теплоотдачи кладки; t_кл — температура наружной стенки или температура среднего слоя; t _в — температура окружающей среды; F _кл –площадь поверхности, отдающей тепло, м².

 

3. Q _ак=V_кл• ρ кл. •C_кл•(t^к_кл-t^к_кл),

       t

где C _кл — теплоёмкость кладки [кДж/кг*С°]; V _кл- объем кладки; t ^к_кл — t ^н_кл  конечная и начальная температура кладки; t — продолжительность разогрева кладки.

4. Q _ок= F_ок.с. t_отк.р g_изл. + F_окз. t_откр.з. g_изл,

где F_ок.сF_окз. — суммарная площадь смотровых окон и окон загрузки-выгрузки;  t_отк -время открытия; g_{изл, —}удельный тепловой поток [кВт/м²]

5. Q _экз= (0,05-0,1) • Q _кл

6. Q _пр= (0,05-0,1) • Q _т

Сумма статей прихода тепла приравнивается к сумме статей расхода, выделяются статьи с неизвестным количеством расходуемой электроэнергии в левую часть уравнения, затем определяется необходимое количество электроэнергии, расходуемой за час. Для определения годового расхода среднечасовой расход необходимо умножить на действительный фонд времени работы нагревательного устройства, выраженный в часах.

 

Расчет электронагревателей.

Расчет электронагревателей печи производится в следующей последовательности:

1. Определяется рабочая температура нагревателя , которая берется примерно на 100°С выше конечной температуры нагреваемой заготовки.

t _Р = t ^к_м +100°

2. Устанавливается марка материала, пригодного для изготовления нагревательных элементов, затем определяется удельное электросопротивление нагревателей (таблица 18).

3. Рассчитывается поверхностная мощность идеального нагревателя:

д_ид = έ С_О[(Т_Н /100)⁴ -( Т_м /100)⁴]

Т_Н, Т_м –температуры печи и металла, К

4. Выбирается тип нагревателя и определяется удельная поверхностная мощность выбранного нагревателя.

5. Выбирается схема включения нагревателей в электрическую цепь и рассчитывается величина фазового напряжения:

для схемы включения «треугольником»:

U ^тр_ф= U _с

для схемы включения «звездой»:

U ^зп_ф= U _с /√3

6. Рассчитываются геометрические размеры: диаметр, длина круглых металлических нагревателей.

D =10^з √4ρ_н Р ²/ π ² U ²_ф g_P )

D =0,1^з √2,5Р U ²_ф /( π ρ_н g_P )

4. Определяется фазовая мощность одного нагревателя. При этом следует учитывать, что в случае использования трехфазного тока, фазовая мощность нагревателя будет в три раза меньше общей, Р_ф = Р/3

5. Устанавливается количество электронагревателей и схема расположения их в печи.

6. Схема установки нагревателей с указанием монтажных размеров приводится в графической части курсовой работы.

Расчеты нагревателей из карборунда (силит SiC) или дисцилипида молибдена (M0S12), применяемые при температурах рабочей камеры 1350 —1550 °С, проводятся аналогично.

 

studopedia.net

1 Тепловой расчет

Цель теплового расчета электрических печей сопротивления определение оптимальных параметров (энергетических, геометрических, экономических) при которых обеспечивается проведение заданного технологического процесса. По результатам расчета выбирают конструкцию футеровки печи, определяют установленную мощность печи, вычисляют тепловые потери печи.

Завершают тепловой расчет вычислением производительности печи, удельного расхода электроэнергии и теплового КПД. Производительность садочных (периодических) ЭПС:

, (1.1)

где G – производительность печи, кг/с;

М – масса единовременной загрузки, кг;

t_ц – время технологического цикла, с.

Время цикла состоит из:

, (1.2)

где t_н – время нагрева;

t_заг – время загрузки и выгрузки;

— время на охлаждение.

Данные материала:

λ=30 кккал/м˚Сч, с=0,16 ккал/кг˚С, γ=7850 кг/м³ , отсюда коэффициент температуропроводности изделия

Нагрев заготовок. Для t_печи =850°С, коэффициент теплопередачи α₈₅₀=140 ккал/м²˚Сч

Критерий Био

К концу нагрева, когда температура поверхности достигнет 800˚С,

температурный критерий

_{По графику для расчета нагрева поверхности цилиндра определяем критерий Фурье:}

отсюда

Такому критерию Фурье соответствует

_откуда

Перепад между температурами поверхности и оси заготовок составляет, т. о., через 3,7 ч с начала нагрева — 12˚С.

Таким образом, время технологического цикла составляет:

Отсюда,

0. 1.1 Расчет полезной мощности

Теплоту, необходимую для нагрева загрузки и вспомогательных приспособлений, следует называть полезной Q_пол, а соответствующую мощность – полезной мощностью N_пол.

0. Теплоту Q_з рассчитывают исходя из термодинамики процессов, происходящих при термообработки загрузки.

В случае, когда функциональная зависимость теплоемкости от температуры не известна, можно приближенно принять:

, (1.3)

,

где с_с – усредненная теплоемкость загрузки, Дж/кг*К;

с_н – теплоемкость загрузки при Т_н, Дж/кг*К;

с_к – теплоемкость загрузки при Т_к, Дж/кг*К.

Т_к=298 К

Т_н=1073 К

=693 Дж/кг*К

=60,39 кг

Для расчета соответствующей мощности N_зн (мощность, необходимая для нагрева загрузки и прохождения физико-химических процессов) необходимо знать время нагрева загрузки t_н до заданной температуры, тогда:

0. (1.4)

1. t_нагр=13320 сек

4. Зная удельный расход электроэнергии, можно оценить энергетическую эффективность процесса.

5. (1.5)

где -удельный расход электроэнергии, Дж/кг

=0,66 МДж/кг

Теплота, необходимая для прогрева вспомогательных элементов:

В качестве вспомогательного материала выступает подложка под обрабатываемое изделие. Размеры: Длина (а) 550 мм; Ширина (b) 550 мм; Высота (h) 25 мм.

— масса вспомогательного элемента, кг;

— усредненная теплоемкость i-го элемента, Дж/кг К.

Дж/кг К

Отсюда

В результате для полезной теплоты и мощности имеем:

studfiles.net

Примеры расчетов Электрический расчет нагревательной печи.

Задание:

Рассчитать закалочную печь мощностью 15кВт. Размеры печи соответствуют эскизу, представленному на рисунке 1. Напряжение сети U = 380/220В.

Решение:

1. Приведенный коэффициент излучения изделия:

где: ξ_н — степень черноты материала нагревателя;

ξ_изд — степень черноты материала изделия.

Для стали и нихрома степень черноты ξ_изд = ξ_н = 0,8

2. Удельная поверхностная мощность идеального нагревателя

Температура изделия:

Температуру нагревателя из нихрома примем t_н = 1100°С.

Тогда:

3. Коэффициент α_р учитывающий неполное использование мощности нагревательных элементов, находят по графику на рисунке 2. Согласно расчету тепловой изоляции печи, ее внутренняя поверхность F₁ = 1,26м², из которой только F_cт = 0,8м² занято нагревателями (не используются для размещения нагревателей двери и свод).

Поверхность изделий:

при

4. Коэффициент эффективности системы излучателя (принимаем нагреватели в виде проволочных спиралей) α_эф = 0,32 (приложение 3).

Рис. 2. Коэффициент α_р, учитывающий использование мощности нагревательных элементов.

5. Минимальное относительное витковое расстояние (отношение шага спирали h к диаметру проволоки d) для принятой системы нагревателей . При этом коэффициент шагаα_г = l,4 (рисунок 3).

Рис. 3. Коэффициент шага: а) для спирали из круглой проволоки; б) для ленточных нагревателей

6. Реальная удельная поверхностная мощность:

где α_с = f(С_пр), определяемая по графику (рис. 4). Для нашего случая α_с=1.

7. Мощность одной фазы:

8. Диаметр проволоки:

Рис. 4. Коэффициент α_с в зависимости от приведенного коэффициента излучения.

Примем пока U = 380В (соединение треугольник) и удельное сопротивление ρ = 1,15 Ом×мм²/м (для нихрома).

Значения ρ приведены в приложении 4.

Тогда

9. Сопротивление фазы:

10. Длина проволоки на фазу:

11. Диаметр спирали при d < 3мм

12. Длина витка:

13. Количество витков на фазу:

14. Шаг спирали:

15. Длина спирали на фазу:

На три фазы приходится 4,8×3 = 14,4 м спирали.

16. Такое количество нагревательных элементов разместить в печи затруднительно. Поэтому необходимо снизить напряжение до 220В (схема звезда) и все расчеты с пункта 8 по 15 сделать заново.

Рис. 5. Срок службы проволочного нагревателя т диаметром 1мм в зависимости от его температуры t

Тогда получим:

;;;;;;;.

А на три фазы 11,8м, что позволяет разместить нагревательные элементы в полу на боковых и задней стенках (проверьте размещение самостоятельно).

17. Срок службы нагревателей:

где: τ’_пр — срок службы нагревателя диаметром d=lмм (рис. 5), для сплава Х23Н18 при t =1100°С, τ’_пр = 500 ч;

к’ — коэффициент, учитывающий форму сечения нагревателя (для круглой проволоки к’ = 1, для ленты к’ = 1,75)

При семичасовом рабочем дне и односменной работе это составит ~180 рабочих дней. Для увеличения срока службы надо взять сплав Х15Н60КЗ, для которого τ’_пр =2000 и τ_пр=5000ч, что позволит работать нагревателям более 2 лет без замены.

Расчет электрообогрева пола в коровниках.

Задание:

Выбрать способ нагрева, рассчитать нагревательные элементы и мощность, необходимую для нагрева пола при содержании животных без подстилки в 4-рядном коровнике длиной L = 100м.

Решение:

1. Температуру воздуха в помещении и температуру пола выбираем по таблице приложения 5. Примем температуру пола t_п=15°C, температуру воздуха t_в = 8°C.

2. Удельная поверхностная мощность нагреваемого пола:

3. Ширину обогреваемой полосы примем В = 1,5м.

4. Площадь нагреваемой поверхности:

где: n_L — число рядов;

L — длина ряда стойл.

5. Глубину закладки нагревательного элемента в пол примем h₃=0,08м.

В качестве нагревательного провода будем использовать провод марки ПОСХВ (прил. 6) с диаметром жилы 1,1мм, удельным сопротивлением δ = 0,14Ом×мм²/м и температурным коэффициентом сопротивления α_т = 0,00455 1/°С. Пол бетонный.

6. Температуру провода примем t_ж = 45°С. Тогда перепад температур между проводом и поверхностью составит:

По графику, представленному на рисунке 6, находим зону действия провода по ширине а в метрах.

При ρ₀= 105 Вт/м² и Δt = 30°C, а = 0,15м.

Рис. 6. Зона действия а нагревательного провода в функции

удельной поверхностной мощности Р₀ при различных значениях температурного перепада Δt.

7. Удельная мощность на единицу длины провода:

8. Напряжение на 1м длины провода:

9. Длина отрезка провода, включаемого под напряжение:

где: U — напряжение; примем U = 220В.

10. Число ниток провода:

11. Потребное число отрезков провода:

Так как М кратно трем, то нагрузку можно распределить на три фазы.

12. Мощность нагрева:

13. Фазный ток:

studfiles.net