Электрический расчет электропечей сопротивления: Методические указания к курсовому проектированию

длина (L)=1000, ширина (H)=100, толщина (d)=10; температура нагрева детали (Т)=900^оС; материал - сталь 45.

Выбрать тип печи, определить мощность, рассчитать нагревательные элементы и выбрать электрооборудование для неё.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ

ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ  СОПРОТИВЛЕНИЯ

В начале  необходимо  выбрать  материал  нагревателя и  определить его  геометрические   размеры  при известных  размерах  геометрического пространства,  при известной рабочей температуре  и  известной  мощности печи.

Как правило,  металлические нагреватели  в  низкотемпературных  печах  располагают на боковых стенках и поду; в  крупных  средне -  и  высокотемпературных (до 120С) печах,  если требуется большая равномерность температуры  внутри  рабочего  пространства,  нагреватели  устанавливаются  дополнительно  на  своде  и  дверцах.

Для комплексной термической  и  химико-термической  обработки  и  пайки  применяются  механизированные  камерные  агрегаты,  которые могут  входить  в  состав  установок,  объединённых  общими  механизмами  обслуживания.

Для данной  печи  подходит  проволочный  нихромовый  нагреватель (проволочный  зигзаг) рис.3.1. 

Рис. 3.1. Основные размеры зигзагообразного нагревателя.

Срок  службы  нагревателя,  зависящий от  условий  окисления  его  поверхности,  определяет  удельная  поверхностная  мощность,  выделяющаяся  с  единицы  поверхности  нагревателя.  Для  её  нахождения  вводится  понятие  идеального  нагревателя.  Под  идеальным  нагревателем  понимают  тот,  который  образует  с  изделием  две  сплошные  параллельные  бесконечные  плоскости,  при  условии,  что  тепловые   потери  равны  нулю, т.е. футеровка  в  теплообмене  не  участвует.

На  рис. 3.2 (см. рис.5.27 Л1 стр.99) представлена  зависимость допустимой  удельной  поверхностной  мощности  идеального  нагревателя  wид  от  температур тепловоспринимающей поверхности и  нагревателя для случая

eн = eизд = 0,8,  т.е. Спр = 4,56 Вт/(м²·К⁴)

где e -степень  черноты  поверхности; Спр- приведённый коэффициент  теплоотдачи.

А  также  там  приведены  ориентировочные  максимальные  мощности,  которые  можно  разместить  на  1м   футеровки  при  свободно  излучающих  нагревателях.

При  непрерывном  регулировании  максимальная  температура  нагревателя  зависит  от  мощности,  потребляемой  в  момент  достижения  изделием  заданной  температуры.

При  позиционном  регулировании  максимальная  температура  нагревателя – это  пиковая  температура,  которая  создаётся  на  включенном  нагревателе при  номинальной  установленной  мощности  и  достижении  изделием  заданной  температуры.

Рис. 3.2. Значения удельной мощности идеального нагревателя wид и мощности, размещаемой на  1м  футеровки, Pmax/Fфут в  зависимости  от  температур  тепловоспринимающей  поверхности  и  нагревателя (цифры на кривых).

Из  рис. 3.2   определим  значения  удельной  поверхностной  мощности  идеального  нагревателя    wид = 7 Вт/см  и  мощность,  размещаемой   на 1м  футеровки, Pmax/Fфут = 40 кВт/м ± 15%   в  зависимости  от  температур  тепловоспринимающей  поверхности (900°С) и  нагревателя (1100°С).

Связь между реально допустимой и идеальной удельной  поверхностной мощностью выражается зависимостью

w  =  w_ид·a_эф·a_г·a_с·a_р, где  aэф,aг,aс,aр –поправочные  коэффициенты, aг = aс= aр=1;

aэф – коэффициент эффективности  излучения  данной   системы  нагревателей  при  минимально  допустимых  по  конструктивным  соображениям  относительных  витковых  расстояниях ( при  максимально  плотном  размещении  нагревателя).

Таблица 3-1

Значения коэффициента эффективности излучения α_эф.

Значения   aэф    определим  из  таблицы  3-1    (см. табл. 5-5, Л1  стр. 99).

aэф=0,68,  когда  изделие  находится  внутри  спирального  нагревателя;

aг – коэффициент  шага,  зависящий  от  относительных  витковых  расстояний; из рис. 3.3 б (см. рис. 5-28  Л1  стр.99)  видно, что он  равен  1  при   минимальных  ( из  конструктивных  соображений)  относительных  витковых  расстояниях.

Относительными  витковыми  расстояниями  называют  отношение  расстояния  между  осями  ветвей  к  диаметру  проволоки   (е/d)  для  проволочного  зигзага.

Рис. 3.3. Зависимость a_г от относительного межвиткового расстояния.

а – проволочный спиральный нагреватель; б – проволочный зигзагообразный нагреватель;

в – ленточный зигзагообразный нагреватель.

Оптимальными с точки зрения    эксплуатационного  расхода  материала   являются  отношения   е/d=2,5…4.5. В данном случае принимаем  е/d=2,8,

a_с – коэффициент,   учитывающий   величину  приведенного  коэффициента  излучения  нагреваемого  изделия С_пр, на рис. 3-3 (см. Л1 стр.100);

a_р – коэффициент,  учитывающий  влияние  размеров  садки  и  зависящий  от  отношения  Fизд/Fст     рис. 3-4 (см. Л1  стр.100);

 

Рис. 3.4. Зависимость коэффициента  aс от приведенного коэффициента излучения Спр.

Рис. 3.5. Зависимость коэффициента размера изделия aр от соотношения Fизд/Fст.

Принимаем Fизд/ Fcт.> 0,8,  значит  поправки  на  размер  вводить  не  надо т.е. a_р = 1 .

Установленные  мощности  всех  зон  нагрева

Р_yi=gl_yiL_i ;                                                      (3.1)

где L_i- длина  зоны.

Длина камеры выдержки определяется по формуле

      L_B=E_tв/ml .                                                   (3.2)

Полезный  удельный  тепловой поток для пластины:

 q_n=2l₃Dt/S₃ ;                                                 (3.3)

где l-теплопроводность  железа, Dt - допустимый  перепад  температуры