Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовая работа - Разработка индукционной тигельной электропечи - файл n1.doc


Курсовая работа - Разработка индукционной тигельной электропечи
скачать (782 kb.)

Доступные файлы (1):

n1.doc782kb.25.12.2012 07:52скачать


n1.doc



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский Государственный Технический Университет»


Кафедра Автоматизированные электротехнологические установки


ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (работу)
Студент_____________________________________ Код___________ Группа___________
1. Тема______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________
2. Срок предоставления проекта (работы) к защите

«____» _______________ 20__г.
3. Исходные данные для проектирования (научного исследования)____________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Содержание пояснительной записки курсового проекта (работы):

4.1. ____________________________________________________________________

4.2. ____________________________________________________________________

4.3. ____________________________________________________________________

4.4. ____________________________________________________________________
5. Перечень графического материала _____________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Руководитель проекта (работы)_________________ ________________________

подпись, дата инициалы, фамилия
Задание принял к исполнению ________________ «_____» ________________ 20___г.

подпись

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский Государственный Технический Университет»
Кафедра Автоматизированные электротехнологические установки
СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ:

Гл. специалист предприятия Зав. кафедрой

(для которого выполнен реальный ____________________________

проект (работа) подпись, инициалы, фамилия

_____________________________ «_____» _______________20 г.

подпись, инициалы, фамилия

«_____» ________________20 г.


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту (работе) по _________________________________________________

наименование учебной дисциплины

_____________________________________________________________________________
на тему: ______________________________________________________________________
Автор проекта (работы) ________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Специальность ________________________________________________________________

номер, наименование
Обозначение курсового проекта (работы) __________________________ группа _________
Руководитель проекта (работы) ________________ ________________________

подпись, дата инициалы, фамилия
Проект (работа) защищен (а) _________________________ Оценка ____________________

дата
Члены комиссии: _______________________ ____________________________

подпись, дата инициалы, фамилия

_______________________ ____________________________

подпись, дата инициалы, фамилия

_______________________ ____________________________

подпись, дата инициалы, фамилия


г. Новосибирск, 20 г.

Содержание:


Содержание: 3

1. Задание на курсовой проект: 4

2. Введение 5

3. Расчет геометрических размеров плавильного пространства и выбор рабочей частоты 8

4. Тепловой расчет плавильного узла 11

5. Электрический расчет тигельной печи 20

6. Расчет конденсаторной баратеи 29

7. Расчет магнитопровода печи 31

8. Расчет системы водоохлаждения индуктора 33

9. Расчет параметров короткой сети 35

10. Энергетический баланс плавильной печи 37

11. Литература 38



1. Задание на курсовой проект:



Вариант №16

Разработать индукционную тигельную печь для плавки металла – чугун, часовой производительностью по расплавлению и перегреву металла g=0.6 (Т/час) с временем расплавления единовременной загрузки .

2. Введение


Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промыш-

ленности для плавки черных и цветных металлов как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи емкостью от десятков грамм до десятков тонн. Тигельные индукционные печи применяют главным образом для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих особой чистоты, однородности и точности химического состава, что недостижимо при плавке в пламенных и дуговых печах.

Недостатками индукционных тигельных печей являются высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц, и низкий КПД при плавке материалов с малым удельным сопротивлением.

Основной тенденцией в развитии индукционных тигельных печей является рост как единичной емкости, так и суммарной емкости парка печей, связанный прежде всего с потребностью в больших количествах высококачественного металла. Кроме того, при увеличении емкости повышается КПД печи и снижаются удельные расходы на ее изготовление и эксплуатацию.

В последние годы наметилась тенденция к расширению области использования тигельных индукционных печей в направлении плавки металлов с низким удельным сопротивлением, таких, как алюминий и медные сплавы. Это объясняется эксплуатационными преимуществами, которые создает плавка в тигельных печах по сравнению с плавкой в печах других типов (например, в канальных индукционных печах). В частности, при плавке алюминия и его сплавов в тигельных печах отпадает необходимость регулярной чистки каналов (не реже 1 раза в смену и иногда

после каждой плавки). Кроме того, в тигельных печах можно вести одиночные плавки, что трудно осуществимо в канальных печах, предназначенных для непрерывной круглосуточной работы. В некоторых
случаях этот довод может явиться решающим в пользу применения тигельных печей для плавки цветных металлов.

Обзор существующих конструкций

Индукционная тигельная электропечь состоит из индуктора, внутри которого расположен набивной тигель, и каркаса печи. Для защиты металлоконструкций печи от магнитных потоков рассеяния индуктора вокруг него устанавливают магнитопровод. Ось поворота печи для слива металла выполняется вблизи сливного носка. Для поворота расплавленного тигля печи снабжаются механизмом наклона. Наклон печи должен осуществляться на угол до с регулированием скорости. Для снижения тепловых потерь печи нужно иметь футерованную крышку. В печах малой емкости открывание и закрывание крышки производится с помощью ручного привода, а в печах средней и большой емкости – с помощью электропривода или гидропривода, управление которыми должно быть выведено на рабочую площадку.

Печи промышленной частоты должны получать питание от сети через трансформатор или автотрансформатор со ступенями напряжения, обеспечивающими рабочие режимы печи (в том числе миксерный режим) и режим спекания тигля. Переключение ступеней напряжения у всех трансформаторов нужно производить дистанционно. При питании печи от трехфазной сети для выравнивания нагрузки по фазам устанавливается симметрирующее устройство, состоящее из регулируемых реактора и конденсаторной батареи с автоматическим регулятором симметрии. Печи повышенной частоты питаются от преобразователей частоты. В систему питания входит компенсирующая конденсаторная батарея. Переменная часть емкости конденсаторной батареи должна составлять 0,4 – 0,6 общей емкости и подключаться к общим контурным шинам группами с помощью контакторов.

Печи средней и большой емкости комплектуются сигнализаторами состояния изоляции печи, основанными на контроле изменения электрического сопротивления изоляции индуктора относительно заземленного расплава, находящегося в тигле.

3. Расчет геометрических размеров плавильного пространства и выбор рабочей частоты


Емкость тигля:

,

Уточняем емкость тигля



Полезный объем тигля:

,

где - плотность чугуна

Внутренний диаметр плавильного тигля(в среднем сечении) принимаю равным:

,

(меньшее значение относится к более крупным печам), здесь .

Толщина футеровки в среднем сечении тигля приближенно определяется по эмпирической формуле . Полученное значение следует уточнить по значениям толщин футеровок действующих электропечей.



Высота индуктора определяется из соотношения



Внутренний диаметр индуктора .

Рабочая частота должна обеспечивать возможность получения максимального электрического КПД индуктора и необходимого уровня циркуляции металла в тигле. Электрический КПД с увеличением частоты растет, и при значении достигает возможного максимума. Следовательно, чем выше частота, тем выше КПД индуктора и ниже скорость циркуляции металла, так как скорость циркуляции при равных условиях и ярко выраженном поверхностном эффекте пропорциональна .

, где - электросопротивление чугуна при 1400 єС, Ом∙м; - условный диаметр кусковой шихты, м

Рабочая частота выбирается из стандартного ряда частот источников питания 50, 500, 1000, 2400, 4000, 8000 и 10000 Гц на основании приведенного неравенства. Принимаем f = 1000 Гц.

Выбираем исполнение печи ИЧТ – 1.



Рисунок 1. Эскиз футеровки ИЧТ – 1.

4. Тепловой расчет плавильного узла


Тепловые потери через под:

Первый слой: Обмазка,

Второй слой: Асбестовый лист,

Третий слой: Шамот марки ШБ,

Четвертый слой: Асбестовый лист,

Площадь поверхности 1-го слоя

;

Площадь поверхности 2-го слоя

;

Площадь поверхности 3-го слоя

;

Площадь наружной поверхности.



Температура между слоями:



Средние температуры слоев:



Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:





Коэффициент теплоотдачи:

Находим по рисунку 3.3, стр.31 [2]



Тепловые потери через подину:



Где tнар – температура окружающей среды.

Проверка температур:



Погрешность:




Тепловые потери через крышку:

Первый слой: Обмазка

Второй слой: Асбестовый лист,

Площадь поверхности 1-го слоя

;

Где R - радиус сферы свода, H – высота сегмента сферы свода

Площадь поверхности 2-го слоя

;



Температура между слоями:



Средние температуры слоев:



Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:




Коэффициент теплоотдачи:



Тепловые потери через крышку:



Проверка температур:



Погрешность:





Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.

Тепловые потери через стенку:

а) без учета кольца

Первый слой: Обмазка

Второй слой: Асбестовый лист

Температура между слоями:



Средние температуры слоев:



Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:





Тепловые потери через стенку:



Проверка температур:



Погрешность:





Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.

б) с учетом кольца

Первый слой: Обмазка

Второй слой: Шамот ШЛ-1,3

Третий слой: Асбестовый лист

Температура между слоями:



Средние температуры слоев:



Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:







где L1 это расстояние от кольца до крышки





Тепловые потери через стенку:



Проверка температур:



Погрешность:





Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.
Тепловые потери излучением с зеркала ванны:

- степень черноты расплава,

- коэффициент диафрагмирования который определяется по рисунку 3.4, стр.33 [2],

- температура внутри печи.

- коэффициент излучения абсолютно черного тела.



Общие тепловые потери печи в установившемся режиме:



где - тепловые потери через боковую поверхность тигля, потери излучением с поверхности расплава, потери через крышку и подину, Вт;

- коэффициент неучтенных потерь, определяющий ухудшение свойств теплоизоляции в процессе эксплуатации печи. Рекомендуется принимать ;

- коэффициент, учитывающий время работы печи с открытой крышкой;

Полезная мощность, необходимая для нагрева шихты до температуры плавления, расплавления загрузки и перегрева расплава до конечной температуры:

,

Где и теплосодержание стали при температуре нагрева и температуре окружающей среды соответственно

Мощность, которую нужно подвести к загрузке, чтобы обеспечить требуемую производительность:

.

Тепловой КПД печи:

.

Полученное значение необходимо проверить на предельно допустимое значение удельной мощности , приходящейся на единицу массы загрузки



Расчет произвели правильно.

5. Электрический расчет тигельной печи


5.1 Расчет параметров схемы замещения индуктора с расплавом

Глубина проникновения тока в материал индуктора:

,

где - удельное электрическое сопротивление материала, ;

- частота тока, Гц.

Активное и внутреннее реактивное сопротивление индуктора



где - внутренний диаметр индуктора, м;

- высота индуктора, м;

- коэффициент заполнения индуктора, предварительно можно принять .

Реактивное сопротивление пустого индуктора:

,

где - площадь поперечного сечения пустого индуктора,

- поправочный коэффициент, учитывающий конечную высоту индуктора и наличие магнитопровода, .

Реактивное сопротивление обратного замыкания:

,

где - расчетная высота загрузки, м.

Глубина проникновения тока в расплав:

,

где - удельное электрическое сопротивление расплава, ;

Относительный радиус расплава:

.

Активное сопротивления расплава:

,
где , а - расчетный коэффициент, определяется по рис. 5.4 стр. 28 [1].
Реактивное сопротивление расплава:

,

Реактивное сопротивление рассеяния:

,

где - площадь поперечного сечения магнитного потока рассеяния, .

.

Коэффициент приведения параметров:



Приведенное активное сопротивление расплава:

.

Приведенное реактивное сопротивление расплава:

.

Активное эквивалентное сопротивление индуктора с расплавом:

.

Реактивное эквивалентное сопротивление индуктора с расплавом:

.

Полное эквивалентное сопротивление индуктора с расплавом:

,

где - активное эквивалентное сопротивление индуктора с расплавом;

- индуктивное эквивалентное сопротивление индуктора с расплавом.

Коэффициент мощности индуктора с расплавом:

.

Электрический КПД индуктора с расплавом:

,

где - приведенное активное сопротивление расплава.

5.2. Определение основных параметров индуктора

Активная мощность источника питания ориентировочно определяется:

,

где - КПД тепловой;

- КПД электрический;

- коэффициент, учитывающий потери энергии в короткой сети конденсаторной батареи, магнитопроводе и в каркасе печи, .

Число витков индуктора:

,

где - напряжение источника питания, В;

- мощность источника питания, Вт;

- полное эквивалентное электрическое сопротивление индуктора с расплавом.

Шаг намотки витков индуктора:

  1. без транспонирования

.

Ширина поперечного сечения трубки, равная высоте витка по оси индуктора, ориентировочно определяется и затем уточняется по сортаменту:

.

мм

Выбираем медный профиль:

;
Полное сопротивление многовиткового индуктора с расплавом:

.

Ток в индукторе с расплавом:

,

где - напряжение источника питания;

- полное сопротивление многовиткового индуктора с расплавом.

Активная мощность индуктора с расплавом:

.

Активная мощность в расплаве:

.

Электрические потери в индукторе:

,

где - высота холостых витков или короткозамкнутых колец, м.

5.3. Расчет параметров схемы замещения с кусковой шихтой

Число эквивалентных цилиндров, имитирующих шихту

, где dш диаметр шихты.

Удельное электрическое сопротивление шихты

Магнитная проницаемость шихты



Глубина проникновения тока в материал шихты:



Относительный радиус эквивалентных цилиндров, имитирующих шихту:

.

Активное сопротивления шихты:

,
где , а - расчетный коэффициент, определяется по рис. 5.4 стр. 28 [1].
Реактивное сопротивление шихты:

,

Реактивное сопротивление рассеяния:

,

где - площадь поперечного сечения магнитного потока рассеяния, .

.

Коэффициент приведения параметров:



Приведенное активное сопротивление шихты:

.

Приведенное реактивное сопротивление шихты:

.

Активное эквивалентное сопротивление индуктора с шихтой:

.

Реактивное эквивалентное сопротивление индуктора с шихтой:

.

Полное эквивалентное сопротивление индуктора с шихтой:

.

Коэффициент мощности индуктора с шихтой:

.

Электрический КПД индуктора с шихтой:

.

Ток в индукторе в режиме плавки:

,

где - напряжение источника питания.

Коэффициент использования активной мощности:

.

Активная мощность индуктора с шихтой:

.

6. Расчет конденсаторной баратеи


Реактивная мощность для компенсации реактивной мощности индуктора с расплавом:

,

где Р – активная мощность индуктора с расплавом, Вт;

tg? – естественный,

Реактивная мощность для компенсации реактивной мощности индуктора с шихтой:

,

где Р – активная мощность индуктора с расплавом, Вт;

tg?` – естественный,

Выберем конденсатор по таблице 5.2 стр. 9 [1].

ЭСВП-0.8-1

Реактивная мощность конденсаторной батареи

Вт,

где - коэффициент запаса

Емкость конденсаторной батареи



Число конденсаторных банок



Переменная часть емкости



Постоянная часть емкости


Электрические потери в конденсаторной батареи.



где tg?=0.22∙10-2 – тангенс угла диэлектрических потерь, находится по рисунку 5.9, стр.10 [1].

7. Расчет магнитопровода печи


Магнитный поток индуктора:

;

Магнитный поток, сцепленный с магнитопроводом:

;

где - коэффициент связи между индуктором и магнитопроводом.

Площадь активного сечения магнитопровода:

;

где - средняя магнитная индукция в магнитопроводе из стали марки 1511.

Количество пакетов магнитопровода:

,

где , - толщина пакета.

Площадь активного сечения одного пакета:

;

Толщина листов

Полное сечение пакета:

,

где - коэффициент заполнения пакета сталью.

Радиальный размер пакета магнитопровода:

.

Масса пакета магнитопровода:

,

где - высота магнитопровода, - плотность электротехнической стали.

Электрические потери в пакете магнитопровода:

,

где - коэффициент добавочных потерь, - удельные электрические потери в стали магнитопровода, находятся по рисунку 5.21, стр. 24 [1].

Тепловой поток с единицы поверхности магнитопровода:



Рабочая температура поверхности магнитопровода не превышает допустимую.

Электрические потери в магнитопроводе:



Масса магнитопровода:


8. Расчет системы водоохлаждения индуктора


Мощность отводимых водой потерь:



где - электрические потери в индукторе,

- тепловые потери через боковую стенку тигля (из расчета тепловых потерь).

Потребный расход воды:

,

где - температура воды на выходе из индуктора,

- температура воды на входе в индуктор.

Гидравлический эквивалент диаметра канала водоохлаждения индуктирующего витка:

,

где - площадь сечения канала,

- периметр сечения канала.

Скорость воды:

,

где на первом этапе принимается число параллельных ветвей .

Средняя температура воды:

.

Критерий Рейнольдса:

,

где - кинематическая вязкость воды по рисунку 5.24, стр. 27 [1].
Потери напора по длине канала охлаждения индуктора:



где ,

,

- коэффициент зернистой шероховатости.

Критерий Нуссельта:

,

где - критерий Прандтля по рисунку 5.24, стр. 27 [1].

Коэффициент теплоотдачи от стенки индуктора к охлаждающей воде:

,

где - теплопроводность воды по рисунку 5.24, стр. 27 [1].

Максимальная температура охлаждаемой стенки индуктора:

.


9. Расчет параметров короткой сети


Глубина проникновения тока в материал проводника при температуре 70-75 єС для медных шин при частоте 1000 Гц:

(стр.186 [3])

Толщина шины должна быть

- удельное электросопротивление меди

Радиус трубчатого проводника:

,

где - допустимая плотность тока в проводнике;

.

По найденному радиусу трубчатого проводника выбираем медную круглую трубку с наружним диаметром 45 мм и толщиной стенки 7 мм.

Активное сопротивление участка длиной 1 м короткой сети:

.

Индуктивное сопротивление участка длиной 1 м коротко сети:

, где d- расстояние между проводниками, м; - коэффициент, выбирается по рис.3-69, стр.186 [3]; R1, R2 – внутренний и наружные радиусы токопровода, м.

Длина короткой сети: Lf = 3 (м), выбирается из конструктивных соображений.

Активное и реактивное сопротивление короткой сети

, где коэффициент добавочных потерь для активного сопротивления

, где коэффициент добавочных потерь для реактивного сопротивления

Полное сопротивление короткой сети:

.

Потери напряжения в короткой сети:



Относительные потери напряжения в короткой сети:



Электрические потери в короткой сети:


10. Энергетический баланс плавильной печи


Активная мощность, потребляемая установкой из сети:

,

где - КПД источника питания.

Активная мощность в индукторе с расплавом:

.

Полезная мощность, идущая на расплавление и нагрев:

.

Общий КПД установки:



Длительность плавки:



Где -теплосодержание металла при конечной температуре

Производительность печи по расплавлению и перегреву:



Удельный расход электроэнергии на расплавление и перегрев:

,

11. Литература


  1. «Установки индукционного нагрева», методические указания по выполнению курсового проекта/Сост. В.С.Чередниченко. – Новосибирск: НЭТИ, 1984г.

  2. «Электротехнологические установки и системы. Индукционные канальные печи», методические указания к выполнению курсового проекта/Сост. А.И.Алиферов, С.Н. Малышев. – Новосибирск: НГТУ, 2003г.

  3. Альтгаузен А.П. «Электрооборудование и автоматика электротермических установок».-М.: Энергия, 1978г.

  4. «Установки индукционного нагрева», (эскизы футеровок и систем «индуктор- садка») / Сост. В.С.Чередниченко. – Новосибирск: НЭТИ, 1984г.





Скачать файл (782 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации