Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Электротехника иэлектроэнергетика»
Расчётно-графическая работа №1
Эскизный тепловой и электрический расчет камерной электропечипериодического действия
Вариант №5
Выполнил:
Ст. гр. ЭЛС-106
Девонина Е.В.
Проверил:
Колесник Г.П.
Владимир, 2009
Задание
Материал
садки Вес G, кг
Насыпная
плотность σ, кг/м3
Максимальная
t0 печи tп, 0С t0 цеха t0, 0С
Время нагрева
садки τ, ч Вес приспособлений из жароупора G’, кг Р18 60 2200 1050 20 1.6 10
1,6 ч. * 60 = 96 мин.
1 Геометриярабочей камеры
Объём V, занимаемый садкой:
V=/>, м3
где G—вес садки кг; σ — насыпная плотность, кг/м3.
/>
Принимаем условные размерырабочей камеры: ширина А'=0,29 м, длина В'=0,31 м, высота С'=0,31 м, объем V'=0,29x0,31x0,31=0,028м3.
Нагреватели размещены открытона крючках на боковых и задней стенке камеры. Припуски к условным размерам наразмещение нагревателей 40мм на сторону, зазоры между нагревателями и садкой,стенками, сводом и садкой по 30мм, зазоры между поддонами 35мм. С учетом всехзазоров предварительные размеры камеры:
А=480 мм, В=460 мм, С=360 мм.
Площади стенок: боковых FСТ=0,17m2, задней ипередней F3= FФР =0,18 м2, свода и пода FCB=FС=0,22 м2.
Окончательные размеры рабочейкамеры определяются при рабочем проектировании печи из условия размещениянагревателей
2 Расчетустановленной мощности и тепловой расчет
Полезная мощность Рпол рассчитываетсяпо формуле:
/>
Средняя удельная теплоёмкостьсадки в интервале температур 50-10500С (табл. 5) с=699 Дж/кг0С.
Мощность, расходуемая нанагрев поддонов Рпр:
/>
Средняя удельная теплоёмкостьжароупора Х18Н9В в интервале температур 20-11000С (табл. 5) с=599 Дж/кг0С.
Тепловой расчёт футеровки.
Приводимая ниже конструкцияфутеровки выбрана по результатам нескольких предварительных расчётов. Далееприведён расчёт окончательного варианта.
Огнеупорныйслой — Шамот легковес ШЛ-1,3. Допустимая температура 13000 (табл. 1),толщина слоя S1=230 мм.
Теплоизоляционный слой – пенодиатомитовый кирпич ПЭД-350,допустимая температура 900°С (табл. 1), толщина слоя S2=230мм.
Принимаем условную среднюютемпературу слоев S1 и S2 tср=800°С. Коэффициенты теплопроводности материалов при этойтемпературе (табл. 1) шамота λ1=0,6Вт/м2 °С, пенодиатомита λ2=0,22 Вт/м2 °С. Толщины слоев в условныхединицах S’1=S’2=1. Тепловыесопротивления слоев в условных единицах R’1=1,
R’2=λ1/λ2=0,6/0,22=2,7.
Перепад температуры в слоях вусловных единицах Δt1’=1.
Δt2’= R2’ S2 '=2,7 ∙1=2,7.
Перепад температуры вфутеровке в условных единицах:
Δt’= Δt1’ + Δt2’=1+2,7=3,7.
Принимаем температуру навнешней поверхности боковых и задних стенок футеровки максимально допустимой tв=70°С. Перепадтемпературы в футеровке Δt=tn-tв= 1050-70=980°С.
Перепад температуры в шамоте:
Δt1= Δt∙ Δt1'/ Δt'=980∙1/3,7=265oC
Перепад температуры в пенодиатомите:
Δt1= Δt∙ Δt2'/ Δt' = 980∙2,7/3,7=715oC
Ориентировочно температура награнице шамот – пенодиатомит
tсл=tп- Δt1=1050-265=785оС
Проведём уточнённый расчёттемпературы в слоях футеровки.
Средняя температураогнеупорного слоя (шамот):
tсрш =(tп+tсл)/2=(1050+785)/2=918оС
Средняя температуратеплоизоляционного слоя (пенодиатомит):
tсрп =(tсл+tсв)/2=(785+70)/2=428оС
Коэффициенты теплопроводности материаловпри этой температуре (табл. 1): шамот λ1=0,54 Вт/м2∙0С, пенодиатомитλ2=0,135 Вт/м2∙0С. Принимаем, что внешняя поверхность печи окрашенаобычной краской и при tв=700С, /> (табл. 6) тепловойпоток через 1м2 боковых и задней стенок:
/>
Температура на границеогнеупорного и теплоизоляционного слоёв:
/>
Для пенодиатомита допустимаятемпература (табл. 1):
tд=9000С; /> 8500С
Температура на внешнейповерхности боковой и задней стенок:
/>
tвст
Для свода:/>
Тепловой поток через 1м2свода:
/>
Температура в своде на границешамот – пенодиатомит:
/> />
Температура на внешнейповерхности свода:
/>
Для пода: />
Тепловой поток через 1м2 пода:
/>
Температура в поде на границешамот – пенодиатомит:
/> />
Температура на внешнейповерхности пода:
/>
Мощность потерь черезфутеровку.
Боковые и задняя стенки:
/>
Свод: />
Под: />
Суммарные потери черезфутеровку:
/>
Тепловой расчёт загрузочнойдверцы.
Принимаем, что загрузочная дверцана передней стенке печи занимает всю её площадь FДВ=FСР Р=0,243 м2. Теплоизоляцию дверцы выполняемнабивкой муллитокремнистым волокном МКРР-130 с допустимой температурой 11500С(табл. 2), толщина набивки S=300мм. Средняятемпература набивки />.
Средний коэффициенттеплопроводности (табл. 2) λср=0,147 Вт/м2∙0С, /> (табл. 6).
Тепловой поток 1м2 дверцы:
/>
Температура на внешнейповерхности дверцы:
/> />С
Мощность потерь через дверцу:
/>
Номинальная мощность печи:
/>
Установленная мощность печи:
/>
3 Электрическийрасчёт
Материал нагревателя выбран порезультатам нескольких предварительных расчётов. Далее приведён расчётокончательного варианта.
Принимаем в качестве материаланагревателя фехраль Х23Ю5Т, tн=13000С,ρ=1,45 мкОм∙м (табл. 9).При рабочей температуре ρ’=1,08∙1,45=1,566мкОм∙м. Нагреватель выполняем из ленты a=1мм, d=10мм, ленточный зигзаг с шагом l=10мм (рис. 8):
/> из табл. 7 к=0,42.
Расчётная площадь поверхностинагревателя:
/>
Принимаем печь трёхфазной,соединение нагревателей – звезда, мощность одной фазы:
/>
Длина фазы нагревателя:
/>
Площадь поверхности трёх фазнагревателя:
/>
Фактическая площадьнагревателя />,что существенно увеличивает быстродействие системы автоматическогорегулирования температуры печи и повышает равномерность температурного полярабочей камеры.
/>
Принципиальная электрическая схемауправления печью сопротивления
/>
/>
Выбираем автоматическийтрехполюсный выключатель фирмы LEGRANDLR tm на 32А (6048 38) с отключающей способностью Icu: 6 кA (400B±).Соответствует ГОСТ Р 50345-99.
■ Техническаяинформация
● Номинальноенапряжение: 240 В± / 415 В±
● Максимальноенапряжение: 80 В = на полюс (см. таблицу ниже)
● Допустимоекратковременное напряжение: 500 В±
■ Механическиехарактеристики
Стойкость: 20 000 механическихциклов
10 000 циклов под нагрузкой =In x cos ϕ 0,9
Допустимые сеченияпроводников :
25 мм2 гибкие провода
35 мм2 жесткие провода