Материал: Sb98328
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2018
УДК 621.365.5 ББК 31.22
П82
Авторы: А. Н. Шатунов, И. В. Позняк, А. Ю. Печенков,
М. Н. Кудряш, М. Ю. Суворова
П82 Промышленные электротехнологические установки: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. 26 с.
ISBN 978-5-7629-2482-5
Рассматривается работа установки косвенного нагрева, индукционной печи с холодным тиглем и установки для закалки. Проводится ознакомление с режимами работы промышленных электротехнологических установок, измерение электрических и тепловых параметров.
Предназначено для подготовки магистров по направлению 13.04.02 – «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электротехнологии».
УДК 621.365.5 ББК 31.22
Рецензент канд. техн. наук В. С. Федорова (ПГУПС Императора Александра I).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
ISBN 978-5-7629-2482-5 |
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018 |
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы: расчетное и экспериментальное определение основных параметров печи сопротивления – времени разогрева, мощности тепловых потерь через футеровку и полного КПД.
1.1.Общие сведения
Впаспорте любой электропечи указываются ее параметры: мощность, мощность тепловых потерь через футеровку и время разогрева и т. п. Значения тепловых потерь рассчитываются исходя из свойств стандартных футеровочных материалов. Тепловые потери конкретной печи зависят от качества материалов, использованных для изготовления футеровки печи, и качества ее сборки.
Чтобы правильно подобрать режим эксплуатации, необходимо для каждой печи экспериментально определить потребляемую мощность, тепловые потери через футеровку и время разогрева печи до установившегося теплового режима. Эти характеристики и будут определены в данной работе.
1.2.Описание установки
Работа проводится на лабораторной электропечи сопротивления фирмы
«Strohlein», Германия.
Технические характеристики электропечи:
1. |
Мощность номинальная, кВт |
1.25 |
2. |
Максимальная рабочая температура, °С |
1100 |
3. |
Напряжение питающей сети, В |
127 |
4. |
Число фаз |
1 |
5. |
Число тепловых зон |
1 |
7. |
Среда в рабочем пространстве |
воздух |
8. |
Масса электропечи, кг |
8 |
9. |
Масса футеровки, кг |
3.9 |
На рис. 1.1 приведен эскиз электропечи. Кожух печи 1 изготовлен из нержавеющей стали толщиной 2 мм. Печь установлена на стальном основании 3. Между кожухом и основанием проложены теплоизолирующие втулки. Рабочее пространство печи находится внутри трубы из огнеупорного материала 7,
3
на которую намотан проволочный нагреватель 4. Печь загружается через крышку 5. С противоположной стороны рабочее пространство закрыто теплоизоляционной заглушкой 2. Футеровка печи 6 изолирует нагреватель от внешней среды. Температуры в рабочем пространстве и на поверхности кожуха печи измеряются термопарами ТП1 и ТП2 соответственно. Размеры элементов печи представлены в табл. 1.1. Названия и свойства материалов футеровки даны в табл. 1.2.
Теплоемкость материала кожуха (нержавеющая сталь) cp = 480 Дж/(кг∙К); масса кожуха 1 кг.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
Элементы электропечи |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Элемент |
|
Размер |
|
|
|
|||
|
|
Рабочее пространство |
Длина, мм |
310 |
|
|||||||
|
|
(при установленной крышке) |
Диаметр, мм |
60 |
|
|||||||
|
|
Внутренний слой футеровки |
Длина, мм |
353 |
|
|||||||
|
|
Толщина, мм |
5 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Наружный слой футеровки |
Длина, мм |
349 |
|
|||||||
|
|
Толщина, мм |
64 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Кожух |
Длина (с заглушкой), мм |
375 |
|
|||||||
|
|
Толщина, мм |
2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Крышка |
Толщина, мм |
50 |
|
|||||||
|
|
Заглушка |
Толщина теплоизоляции, мм |
50 |
|
|||||||
|
|
Габариты печи (без крышки) |
Длина, мм |
375 |
|
|||||||
|
|
Высота, мм |
350 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
6 |
|
|
|
ТП1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
ТП2 |
|
7 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
Рис. 1.1. Электропечь фирмы «Strohlein»
4
|
Характеристики футеровочных материалов |
Таблица 1.2 |
||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Номер на |
|
Средняя |
Теплопроводность |
|
Удельная |
|
Материал |
плотность |
|
теплоемкость |
|||
рис. 1.1 |
|
ρ, кг/м3 |
λ, Вт/(м∙К) |
|
|
cp , 103 Дж/(кг∙К) |
7 |
Шамот легковес |
1000 |
0.35 + 0.35×10−3t |
* |
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
6 |
Пенодиатомит |
350 |
0.081+ 0.186 ×10−3tср |
|
0.879 + 0.23×10−3tср |
|
2, 5 |
Ультралегковес |
400 |
0.15 + 0.28×10−3t |
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
* tср = (tвнут + tнар ) / 2 – средняя температура по объему материала футеровки, где tвнут и tнар – температуры на внутренней и наружной поверхностях слоев теплоизоляции
(считать, что изменение температуры по толщине футеровки происходит по линейному закону).
Схема включения электропечи представлена на рис. 1.2. Питание установки осуществляется через автоматический выключатель (BA1). Для поддержания заданной температуры в рабочей области печь управляется вручную или с использованием прибора теплового контроля (ПТК). Ручное управление осуществляется с помощью регулирования напряжения на выходе питающего автотрансформатора (АТ). В автоматическом режиме ПТК поддерживает температуру, попеременно включая и выключая нагрев. При этом напряжение на выходе АТ должно соответствовать паспортному напряжению питания печи.
На стенде расположены: вольтметр V, измеряющий напряжение питания печи; амперметр А, измеряющий ток, проходящий через нагревательный
ПТК
К1
ТП1
mV
ТП2
ВА1 |
АТ |
A |
ϕ |
Печь |
|
||||
|
|
|
V
~ 220 В
Рис. 1.2. Схема включения печи
5