Міністерство аграрної політики україни Таврійський державний агротехнологічний університет

Кафедра електрифікованих технологій АПК

Методичні вказівки

до практичних занять Ч.1

з дисципліни

«Електронагрів та електротехнології»

для студентів 4 курсу напрям «Енергетика та електротехнічні

системи агропромисловому комплексі» ОКР «Бакалавр»

Мелітополь, 2009 р.

Методичні вказівки склали :

к.т.н., доцент Кузнецов І.О.

к.т.н., доцент Никифорова Л.Є.

к.т.н., доцент Назаренко І.П.

ст. викл. Діордієва Р.М.

Рецензент: доц. каф. АСВ, к.т.н. С.В. Чаусов.

Методичні вказівки розглянуті на засіданні кафедри електрифікованих технологій АПК, протокол № від _____2009р.

Методичні вказівки розглянуто методичною комісією енергетичного факультету та рекомендовані до використання в навчальному процесі (протокол № від «____»_______2009 р.)

Методичні вказівки до виконання практичних роботи з дисципліни «Електронагрів та електротехнології», І.О.Кузнецов, Л.Є.Никифорова, І.П.Назаренко, Р.М. Діордієва . - Мелітополь 2009.- 27 с.

Зміст

1 Практичне заняття №1 .4

2 Практичне заняття №2 13

3 Практичне заняття №3 17

Список літератури 20

Додаток А 21

Додаток Б 22

Додаток В 23

Додаток Г 24

Додаток Д 25

Зразок титульного листа ………………………………………………….. 26

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №1

1 Мета практичного заняття:

Вивчити й освоїти методику теплових розрахунків нагрівальних печей та методику проектування відкритих елементних нагрівачів для них.

2 Програма заняття.

2.1 Написати вихідні дані свого варіанту (Додаток Б).

2.2 Виконати тепловий розрахунок печі згідно свого варіанту.

2.3 Виконати електричний розрахунок відкритих нагрівачів на базі високоомних сплавів на напругу 380, 220 і 60 В.

Аудиторний об’єм заняття – 6 годин.

3 Приклад розрахунку нагрівальної печі й оформлення звіту.

Вихідні дані (вихідні данні студент бере з таблиці Б.1 додатку Б з відповідних граф та колонок згідно варіанту, вказаного викладачем):

У піч одночасно укладається 6 деталей. Між деталями і тепловою ізоляцією зазор 110-140 мм

Діаметр стержнів d=80мм.

Довжина стержнів l=350мм.

Час нагрівання 2 години.

Температура закалки .

Теплова ізоляція складається з двох шарів: перший шар із шамотових цеглин, товщиною , другий шар – вермикулітова засипка товщиною .

Необхідно визначити:

1. Корисну потужність;

2. Величину теплових втрат;

3. Потужності печі в стаціонарному режимі;

4. Температуру зовнішньої стінки печі;

5. Додаткові втрати при нагріванні печі з холодного стану;

6. Визначити ККД гарячої печі;

7. Зробити розрахунок відкритих нагрівальних елементів на 380, 220 В.

Порядок розрахунку

Тепловий розрахунок печі

1 Визначення корисної потужності

1.1 Визначення маси стержнів:

l, (1.1)

де n- кількість деталей, шт;

- щільність сталі, , ;

d- діаметр деталі, м; . [6]

l- довжина деталі, м.

1.2 Визначення кількості теплової енергії, необхідної для нагрівання деталей:

, (1.2)

де С - теплоємність сталі. С=0,482 кдж/ ;

- кінцева температура, ^оС (за завданням);

-початкова температура. ^оС (за завданням).

1.3 Визначення корисної потужності:

, (1.3)

де - час нагрівання, c.

2 Розрахунок теплових втрат.

2.1 Визначення зовнішньої поверхні печі (вихідні розміри

печі а, b, c див. Додаток А):

; (1.4)

2.2 Визначення зовнішньої поверхні шамотової кладки:

; (1.5)

2.3 Визначення внутрішньої поверхні печі:

; (1.6)

2.4 Визначення середньої поверхні шамотової кладки:

; (1.7)

2.5 Визначення середньої поверхні вермикулітової засипки:

; (1.8)

2.6 Визначення теплових втрат печі:

(1.9)

де _н=12 Вт/(м^{2 о}С) для цегляних і металевих пофарбованих стін при t=40…60⁰C;

_В - теплопровідність вермикуліту; =0,15 Вт/м ^ОС;

-теплопровідність шамоту; =1,25 Вт/м ^ОС;

-товщина ізоляції із шамотових цеглин;

-товщина ізоляції з вермикулітової засипки.

Тепловіддачею внутрішньої стінки зневажаємо ( ).

2.7 Визначення потужності, необхідної для нагрівання деталей у стаціонарному режимі:

; (1.10)

3 Розрахунок температури зовнішньої стінки печі

3.1 Визначення температури між шарами

Ця температура повинна бути нижче припустимої робочої температури для обраного типу ізоляції.

; (1.11)

Умова t_СЛ<t_{ДОП .}для ізоляції

Для вермикуліту t_ДОП =1000 ^ОС [6].

3.2 Визначення температури зовнішньої стінки печі:

(1.12)

4 Розрахунок додаткових втрат при нагріванні холодної печі (періодичний режим)

4.1 Визначення середньої температури шамотової кладки:

; (1.13)

4.2 Визначення середньої температури вермикуліту:

; (1.14)

4.3 Визначення кількості енергії для нагрівання шамотової кладки :

(1.15)

де - теплоємність шамоту, [6];

- маса шамоту, ;

- щільність шамоту, =2580 кг/ м³.

4.4 Визначення кількості теплової енергії, необхідної для нагрівання вермикулітової засипки:

(1.16)

де с_в- теплоємність вермикуліту, С_В=0,63 кДж/кг.^ОС [6];

m_В- маса вермикуліту, кг.

(1.17)

де - щільність вермикуліту, =250 кг/м³[6] ;

- товщина вермикуліту, м (за завданням) .

;

4.5 Визначення кількості теплової енергії, необхідної для нагрівання жаротривких виробів:

(1.18)

де - теплоємність жаротривких виробів, .

(1.19)

де - маса стержнів .

4.6 Визначення сумарної кількості теплової енергії, необхідної для нагрівання конструкції печі:

; (1.20)

4.7 Визначення тривалості нагрівання печі при потужності 6,5 кВт:

(1.21)

4.8 Визначення К.К.Д

4.8.1 Визначення К.К.Д. гарячої печі:

(1.22)

Електричний розрахунок відкритих нагрівачів

5 Розрахунок нагрівачів для печі. Напругу мережі прийняти 380/220 В

Матеріал нагрівачів – круглий ніхром.

5.1 Визначення потужності фази нагрівача:

, (1.23)

де m- число фаз;

n- число нагрівачів на фазу.

5.2 Визначення електричного струму нагрівача:

, (1.24)

де U_H - напруга прикладена до нагрівача, В.

5.3 Вибір перетину проводу:

Як матеріал для спіралі обираємо подвійний ніхром Х20Н80-Н.

Приймаємо робочу температуру 600^ОС. За знайденим електричним струмом і робочою температурою знаходимо діаметр і перетин ніхромового дроту.

(див. додаток Б).

5.4 Визначення фактичної температури:

(1.25)

де -коефіцієнт, що враховує умови монтажу дроту;

(спіраль покладена в пазах);

- коефіцієнт, що враховує умови середовища навколо проводу.

Для нормальної роботи нагрівача [Кудрявцев, Изаков]:

,

де - допустима робоча температура матеріалу нагрівача.

5.5 Визначення довжини дроту на один нагрівальний елемент:

lн , (1.26)

де - питомий електричний опір матеріалу ніхромового дроту при фактичній температурі:

,

де -питомий електричний опір при 20 ;

-температурний коефіцієнт електричного

опору (див. додаток В).

;

lн

5.6 Визначення терміну служби нагрівача:

(1.27)

де -коефіцієнт, що враховує форму перетину нагрівача, для круглого дроту =1;

- термін служби нагрівача з дроту діаметром 1мм (див. Додаток Б).

d- діаметр дроту, мм.

5.7 Визначення діаметру спіралі:

при d>3мм

при d=3мм

при d<3мм

5.8 Визначення кроку спіралі:

при d 3мм

при d 3мм

5.9 Визначення числа витків спіралі:

(1.28)

5.10 Визначення довжини спіралі:

(1.29)

Контрольні питання до роботи дивись додаток Е.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №2