Управление электроэнергетикой

Задание 1. Расчет электрической печи сопротивления

Для определения конструктивных размеров рассчитывают время нахождения материала в печи, ч


Температура материала, поступающего в печь = 25-35С;
- максимальная температура обжига, С=0,9-0,95
r = 40-80 мм
С= 940
С= 0,93.
Стальная шахтная печь работает непрерывно, поэтому годовой фонд рабочего времени установки будет = 365 дн.
Часовая производительность завода, кг/ч

где G - годовая производительность, кг/год, принимается;
G = 0,85-0,95 - коэффициент использования оборудования в тепловых установках.
Полезный объем печей, м3

где - удельный вес готового продукта, для извести = 800 кг/м3.
Так как полезный объем шахтной печи находится в пределах = 100-400 м3 = 280 м3, то количество печей, устанавливаемых на заводе, будет

.
Таким образом, часовая производительность печи, кг/ч

Определяем конструктивные размеры печи:
средний диаметр печи, м

Рассчитываем часовые удельные съемы продукта, кг/ч:
с 1 м2 поперечного сечения шахты

Величины удельной производительности должны находиться в пределах = 200-700 кг/(ч м2), = 20-40 кг/(ч м3), в противном случае необходимо пересмотреть конструктивные размеры печи.
В нашем случае пересчета не требуется, т.к. часовой удельный съем продукта с 1 м2 поперечного сечения шахты удовлетворяет заданному уровню, чего вполне достаточно для приемлемости полученных конструктивных размеров печи.
При установившемся стационарном режиме работы печи ее тепловые зоны занимают следующие части (см. табл. 1).
Таблица 1.Распределение тепловых зон в шахтной печи

Зона шахты Распределение зон по объему печи Распределение зон по высоте печи
% м3 % м %
Подогрева 25 71 25 3,68
Обжига 50 142 50 7,35
Охлаждения 25 71 25 3,68
Всего 100 284 100 14,7

Задание 2. Расчет индуктора для сквозного нагрева цилиндрических заготовок

1. Выбор частоты
Диапазон частот при закалке алюминия:
(1.1)


По расчетной величине выбираем ближайшую большую, на которую выпускают высокочастотные преобразователи (табл.12.3,12.9, 12.10 [1]).
Принимаем частоту 8000Гц.
Условием правильного выбора частоты при нагреве различных материалов является:
(1.2)
где - диаметр заготовки, м;
- глубина проникновения тока в металл, м.
(1.3)
где - относительная магнитная проницаемость металла. Для алюминия в расчетах принять = 1;
- удельное сопротивление алюминиевой заготовки (при =600 составляет
.
- условие выполняется.
2. Определение мощности и размеров индуктора
Средняя полезная мощность (Вт) за время нагрева заготовки определяется по формуле:
, (2.1)
где - масса заготовки, кг;
С=668 Дж/ (кг°С) - средняя удельная теплоемкость алюминия;
- начальная и конечная температура нагрева, °С;
- время нагрева до конечной температуры при нормируемом теплоперепаде, с;
= 7860 кг/ - средняя (за время нагрева) плотность алюминия; -объем заготовки,

кг.
Время нагрева при теплоперепаде t между поверхностью и центром заготовки:
t = 100°С, , (2.2)
где расчетный диаметр заготовки, м.
Глубина проникновения тока в заготовку в конце нагрева (м) для алюминия:
(2.3)
м
= м.
с.
Вт.
Удельная полезная мощность на поверхности заготовки, Вт/ :
(2.4)
где S - площадь поверхности заготовки без учета торцов, .
Вт
Воздушный зазор между индуктором и нагреваемой заготовкой h принимаем в пределах 2-5 мм при меньше 50мм. Увеличение зазора