Расчет индукционной тигельной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) «Политехнический институт»

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Пояснительная записка

Расчет индукционной тигельной печи

Ахметшин Денис Арсенович



К СЕМЕСТРОВОЙ РАБОТЕ №1

по дисциплине «История и методология науки и техники»

ЮУрГУ

Нормоконтролер: ______________/Ю.С. Приходько/ «____»______________2020 г.	Руководитель: ____________/Ю.С. Приходько / «____»_____________2020 г. Автор, студент группы П-189 ____________/Д.А.Ахметшин/ «__» ______________ 2020 г. Работа защищена с оценкой _______________________ _________________2020 г.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) «Политехнический институт»

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой промышленной теплоэнергетики

__________________К.В. Осинцев

«____» _________________ 2020 г.

ЗАДАНИЕ на семестровую работу студенту

Ахметшину Денису Арсеновичу

Группа П-189

1. Дисциплина «История и методология науки и техники»

2. Тема семестровой работы: «Расчет индукционной тигельной печи».

3. Срок сдачи студентом законченной работы

4.Перечень вопросов, подлежащих разработке:



Введение

1 Определение Р, х, T в характерных точках процесса; определение работы изменения: внутренней энергии Дu, энтальпии Дh, энтропии Дs рабочего тела во всех процессах цикла; термический КПД цикла зt и термический КПД цикла Карно зtk построенного в том же интервале температур

2 Построение цикла Р-х и T-s координатах в масштабе с расчетом параметров процессов в 2-3 промежуточных точках

Заключение

Библиографический список

Руководитель __________________________/Ю.С. Приходько/

Студент __________________________________/Д.А. Ахметшин



Аннотация

Д.А. Ахметшин, Расчет индукционной тигельной печи - Челябинск: ЮУрГУ, П-189, 2020, 28 с. 10 ил. 1 табл, Библиографический список - 4 наименований.

В задании в семестровой работе тигельной индукционной печи указывается наименование и состав металла или сплава, который будет выплавляться в печи, его характеристика (температура плавления и разливки, удельное сопротивление в холодном состоянии, при температуре точки Кюри, в расплавленном состоянии и пр.), производительность агрегата или его емкость, параметры электрической сети, к которой будет присоединена установка.

Итогом проектирования печи является определение ее рациональнальных конструктивных особенностей с установлением основных геометрических размеров, электрических параметров агрегата (активной мощности, частоты, напряжения и числа витков индуктора, реактивной мощности конденсаторной батареи и др.), технико-экономические показатели работы установки.



Оглавление

Введение

1. Расчет и проектирование тигельных индукционных печей

2. Расчет активной мощности печи

3. Выбор частоты и параметров преобразователя

4. Электрический расчет печи

5. Расчет охлаждения индуктора

6. Энергетический баланс

Заключение

Библиографический список



Введение

Современная индукционная тигельная печь состоит из следующих основных конструктивных элементов: корпуса с ферромагнитным или электромагнитным экраном, индуктора с водяным охлаждением, изготовляемого из полой медной трубки, огнеупорной футеровки, вспомогательных устройств (механизма наклона печи, механизма поворота свода, контактного устройства) [1].

Основой индукционной печи, объединяющей отдельные ее элементы в единое целое, является корпус. Его металлические части, находящиеся во внешнем магнитном поле индуктора, поглощают часть его активной мощности и нагреваются. Для снижения электрических потерь корпус печи изготовляют из немагнитных материалов. В печах малой мощности, то есть до 1 тонны, используют дерево или асбоцемент, соединяемые при помощи немагнитных крепежных изделий, например, латунные шпильки, накладки. Корпуса печей большей емкости изготовляют полностью из немагнитной стали, меди, бронзы или алюминия в виде конструкций, не образующих замкнутых контуров [1]. Современная индукционная тигельная печь серии индукционная сталеплавильная тигельная представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Индукционная тигельная печь серии ИСТ а) - средней емкости;



б) - большой емкости; 1 - футеровка; 2 - сигнализатор контроля состояния тигля; 3 - индуктор; 4 - корпус; 5 - свод; 6 - механизм подъема и поворота свода; 7 - внешний магнитопровод; 8 - механизм наклона печи

Уменьшение электрических потерь внутри корпуса может быть достигнуто либо увеличением размеров корпуса печи, либо путем установки между корпусом печи и индуктором дополнительного магнитопровода, то есть электрического экрана, выполненного в виде металлической вставки из материалов с малым удельным электрическим сопротивлением. В этом случае магнитный поток вне полости индуктора, проходящий через внешний магнитопровод, который зависит от соотношения длин магнитопровода hмп и индуктора hи, а также соотношения наружного диаметра индуктора Dи и диаметра внутренней окружности магнитопровода Dмп [2]. Размещение пакетов внешнего магнитопровода показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Размещение пакетов внешнего магнитопровода

Для существенного снижения величины электрических потерь в корпусе печи можно использовать электромагнитный экран в виде замкнутого цилиндрического листа. Его выполняют из материалов с малым удельным электрическим сопротивлением (медь, алюминий), толщиной равной 1,5…2,0 глубины проникновения тока и располагают между индуктором и корпусом печи [3].

Индуктор предназначен для создания переменного магнитного поля заданной напряженности, который индуцирует ток в нагреваемых материалах. В процессе плавки индуктор испытывает радиальные электродинамические усилия, вызванные вибрациями, расширением футеровки, усилиями, возникающими при наклоне печи для слива металла. Кроме того, при расплавлении металла через индуктор проходит существенный тепловой поток от расплавляемого материала. Для предотвращения перегрева индуктора и преждевременного выхода его из строя применяется водяное охлаждение [1]. Это позволяет уменьшить электрические потери и обеспечить надежную электроизоляцию и безаварийность работы агрегата. Индуктор изготовляют в виде однослойной цилиндрической катушки из медной полой трубки специального профиля, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Профили трубки индуктора: а) - круглый (ГОСТ 617-72); б) -овальный; в) -квадратный (ГОСТ 16774-71); г) - прямоугольный (ГОСТ 16774-71); д) -неравностенный (D -образный)

Водяное охлаждение обеспечивает надежность отвода теплового потока от расплавленного металла через футеровку тигля при обеспечении следующих условий [1]:

а) температура воды не должна превышать температуры выпадения солей жесткости (35…45оС) для предотвращения образования накипи внутри трубок и ухудшения теплоотвода от них;

б) температура индуктора не должна быть ниже температуры окружающей среды. В противном случае будет происходить конденсация паров воды и запотевание индуктора, что может привести к пробою изоляции между витками;

в) напор потребляемой воды не должен превышать 2 атм. с целью обеспечения возможности использования обычной водопроводной воды. Для этого система водяного охлаждения может быть секционирована при параллельном соединении секций охлаждения.

Огнеупорная футеровка тигельной индукционной печи состоит из тигля, образующего плавильное пространство и определяющего емкость печи; подины, служащей основанием, на которое устанавливаются тигель и индуктор; леточной керамики (носка), предназначенной для формирования струи жидкого металла при сливе его из тигля; воротника, соединяющего тигель и леточную керамику; крышки, футерованной шамотными огнеупорами [2].

Тигль должен обеспечивать удобство ведения металлургического процесса при минимуме тепловых потерь, максимальном электрическом КПД и достаточную механическую прочность. Для удовлетворения этим требованиям, по практическим данным, соотношение среднего внутреннего диаметра тигля dо и высоты тигля h должно составлять do/h=0,6…1,0 при средней толщине стенки Дт=(0,1…0,25)do, продолное сечение тигеля показано на рисунке 4.



Рисунок 4 - Продольное сечение тигля

Стойкость тигля определяет длительность работы печи между ремонтами. Вовремя плавки тигель испытывает тепловое, коррозионное и эрозионное воздействие жидкого металла, химической коррозии шлака, статическое давление столба жидкого металла, механические усилия при загрузке шихты и ведении плавки. Поэтому к огнеупорным свойствам и качеству футеровки предъявляют особые требования [1]:

- материал тигля должен обладать высокой огнеупорностью и термостойкостью, химической стойкостью по отношению к расплавленному металлу и шлаку при рабочих температурах;

- сохранять теплоизоляционные свойства и минимальную электропроводность во всем диапазоне рабочих температур;

- обладать механической прочностью в условиях воздействия высоких температур, большого металлостатического давления, значительных механических усилий при загрузке исходной шихты, обслуживании и чистке; - иметь минимальную толщину стенок для обеспечения высокого электрического КПД;

- материал тигля должен иметь минимальный коэффициент линейного (объемного) расширения для исключения возникновения трещин в его стенке при разогреве;

- технология изготовления и уход за тиглем должны обеспечивать высокую стойкость и минимальное количество экзо - и эндотермических включений в металл, обеспечивая стабильность ведения металлургического процесса.

Для слива металла из тигля после окончания плавки печь наклоняют на угол 95…100о. Для того чтобы уменьшить длину струи металла и не перемещать разливочный ковш вслед за изменением положения носка тигля, ось наклона печи располагают вблизи носка или непосредственно под ним. Наклон печи производят одним из способов [1]:

- с помощью ручного привода или рычагов (только для лабораторных установок);

- тельфера или другого подъемного механизма, установленного в цехе рисунок 5 а. При этом крюк подъемного устройства закрепляют за специальную скобу, предусмотренную на каркасе печи;

- электромеханического привода, состоящего обычно из электродвигателя, редуктора и цепной передачи, установленных на опорной раме печи;

- гидропривода, включающего маслонапорную установку для создания давления жидкости в системе, плунжеры и гидроцилиндры, шарнирно связанные с корпусом печи рисунок 5 б. Для наклона печи на две стороны гидравлический механизм снабжается двумя парами цилиндров рисунок 5 в.

Рисунок 5 - Схемы механизмов наклона индукционных тигельных печей;



1 - ось наклона печи; 2 - опорная стойка; 3 - тельфер; 4 - цилиндр; 5 - плунжер; 6 - опора цилиндра; ----- положение печи при наклоне

Последний вид механизма наклона получил наибольшее распространение благодаря простоте конструкции и обеспечению плавности хода. Маслонапорную установку располагают обычно рядом с печью, вне рабочей площадки [1]. Пульт управления размещают на рабочей площадке в месте удобном для наблюдения за процессом слива металла. Основным недостатком этого типа механизма следует считать необходимость иметь под печью значительное пространство для установки гидроцилиндров. Для удобства снятия и закрытия герметичной крышки используют механизм поворота свода, который представляет собой простые рычажные или кулачковые приспособления, позволяющие легко приподнимать крышку на 1…2 см, после чего отводить ее в сторону. Для поворота свода печей большой емкости используют гидравлические цилиндры. Для уменьшения излучения из тигля над ним устанавливают футерованную крышку рисунок 6 [4].

Рисунок 6 - Конструкция разъемного соединения индуктора с токопроводом:

1 - подвижный контакт; 2 - неподвижный контакт

Контактное устройство соединяет индуктор с токоподводом и предусматривает возможность наклона печи во время разливки металла. Возможны два типа их конструкции: 1 - разъемное соединение; 2 - гибкое неразъемное соединение. При использовании разъемного соединения подвижные контакты, установленные на корпусе печи, соприкасаются с неподвижными при нормальном вертикальном положении агрегата и выходят из соприкосновения при его наклоне. При наклоне подвижные контакты отходят в направлении, указанном стрелкой [1].

Соединение печи при помощи врубных ножей как показано на рисунке 6 а, при недостаточной точности изготовления подшипников оси вращения печи приводят к тому, что подвижный контакт 1 (нож) может не попасть в зазор между неподвижными контактами (2), что приведет к выходу его из строя.

Этого дефекта лишена конструкция, изображенная на рисунке 6 б. Ее подвижные контакты (1) соприкасаются при нормальном вертикальном положении печи с неподвижными пружинными контактами (2) и осуществляют соединение свободным нажатием.

Для недопущения перегрева контактов их охлаждают водой. Соединение индуктора с токоподводом при помощи гибкого кабеля значительно снижают энергетические потери, устраняют трудности подгонки подвижных и неподвижных контактов, не требуют заботы об их чистоте. В тоже время, этой форме соединения присущ ряд дефектов [3]:

а) возникновение добавочных электрических потерь (до 10…20% активной мощности печи) за счет увеличения длины проводников; б) увеличение затрат меди;

в) увеличение индуктивного сопротивления токопровода, что вызывает возрастание падения напряжения в токоподводящей сети.



1. Расчет и проектирование тигельных индукционных печей

Исходные данные

Производительность: Nсут 7 т в сутки;

Длительность плавки: = 1 ч. 10 минут = 1,17 ч;

Длительность разливки и загрузки: - 10 минут или 0,17 ч.;

Напряжение питающей сети по низкой части: - 380 В;

Напряжение питающей сети по высокой: - 6000 В;

Мощность подстанции: на низкой стороне: - 2000 кВА;

Мощность подстанции: на высокой стороне: - 25000 кВА.

Частота питающей сети: 50 Гц.

Шихта из стального лома размер: от 3 до 7 см.

Удельное сопротивление при температуре 20 оС 20=10-7 Омм;

Удельное сопротивление при температуре точки Кюри к= 1,1 · 10-6 Омм;

Удельное сопротивление при температуре плавления пл=1,3 · 10-6 Омм;

Теплосодержание при температуре разливки сi=340 Втч/кг;

Удельный вес расплавленной стали =7,2 кг/м3 .

Определение геометрических размеров тигеля

Число плавок в сутки определяется по формуле (1):

Полезная емкость тигля определяется по формуле (2):



Полезный объем тигля определяется по формуле (3):

Средний диаметр тигля можно определить по формуле (4):

где: - отношение do/h для тигельных печей, в среднем для большинства печей не зависимо от вида металла или сплава составляет примерно 0,8.

Полезная высота тигля определяется по формуле (5):

.



Средняя толщина стенки тигля находится по формуле (6):

Внутренний диаметр индуктора определяется по формуле (7):

Высоту индуктора hи выбирают по формуле (8):

2. Расчет активной мощности печи

Активная мощность печи является частью общей мощности, подводимой к агрегату и выделяющейся непосредственно в садке. Она зависит от требуемой производительности, времени нагрева и теплосодержания металла при температуре разливки. При расчете тепловой КПД принимают равным 0,8. Активную мощность можно определить по формуле (9)



3. Выбор частоты и параметров преобразователя

Теоретически, а затем и экспериментально было показано, что минимально необходимая частота питающего тока зависит от диаметра садки dо и удельного электрического сопротивления расплавленного металла . Ее можно определить по выражению (10):

где: µ - магнитная проницаемость проводника;

Ближайшая частота отечественных машинных преобразователей частоты равна 500 Гц. Для этой частоты в момент потери магнитных свойств, когда шихта еще образовала сплошной цилиндр необходимо проверить величину аргумента. При заданных условиях средний размер шихты: = 1,1·10-6 Ом м; µ = 1,0;

d0ср = 0,05 м.

По выражению (11) глубина проникновения тока равна:

Нижним допустимым пределом вычисленного аргумента является условие (12):

где: r0 - обозначает средний радиус тигля или средний радиус куска шихты.

Если это условие не будет соблюдено, то необходимо использовать более крупную шихту, либо применить более высокую частоту питающего тока. В противном случае нагрев металла существенно замедлится или прекратится полностью.

Таким образом, частота 500Гц не обеспечивает расплавления шихты, потерявшей магнитные свойства. Найдем величину минимальной частоты для этого периода плавки из условий (13):

Ближайшая частота машинных преобразователей равна 2500 Гц. Эту частоту и выбираем для проектируемой печи. Необходимая активная мощность преобразователя частоты определяется по формуле (14):



Из отечественных машинных преобразователей частоты наиболее подходящим по мощности является преобразователь с генератором типа ВГО-250-2500, мощностью 250 кВт, с частотой вырабатываемого тока 2500 Гц, напряжением на выходе 1500/750 В, КПД генератора ген=0,815 и электродвигателем типа КАМО-350-2, мощностью 350 кВт, напряжением 6000/3000 В, 2900 об/мин, КПД дв=0,927.

4. Электрический расчет печи

По выражению (15) глубина проникновения тока равна:

Отношение диаметра садки к глубине проникновения тока в горячем режиме работы печи будет равное (16):

В соответствии с данными рисунком 7 поправочные коэффициенты кмр и kмQ равны единице и Рс=Qс.



Рисунок 7 - Кривые для определения поправочных коэффициентов при расчете потоков активной kмР и реактивной kмQ мощностей, проходящих через наружную поверхность садки нагреваемого материала Dи

Для геометрических соотношений данного расчета:

По данным рисунка 8 определяется коэффициента магнитного рассеивания

Рисунок 8 - Номограмма для определения коэффициента магнитного рассеивания



По рисунку 8 можно определить . По формуле (17) определяется поправка коэффициента:

Коэффициент магнитного рассеивания определяется по формуле (18):

Настил тока определяем по формуле (19):

Реактивная мощность в металле численно равна активной мощности в нем, т.е. Qм=165 кВА. Реактивную мощность в зазоре определяем по формуле (20):



Для определения активной и реактивной мощности в индукторе задаемся величиной коэффициента заполнения Кз=0,86. По данным рисунок 9 находим величины Кир и КиQ при толщине индуктора, выбранной из условий минимума электрических потерь.

Рисунок 9 - Кривые для определения поправочных коэффициентов при расчете потоков активной и реактивной мощности, проходящей через внутреннюю поверхность цилиндрического индуктора

Глубина проникновения тока определяется по формуле (21):



Тогда Кир=КиQ=1,0 и Ри=Qи. В соответствие с формулой (22) активная мощность, теряемая в индукторе:

где kир - поправочный коэффициент активной мощности, учитывающий кривизну индуктора;

kз - коэффициент заполнения индуктора, kз =0,7…0,9.

Qи=45,6 кВт

Общая активная мощность системы «индуктор-металл» определяется по формуле (23):

Общая реактивная мощность системы «индуктор-металл» будет определяться по формуле (24):



Полная мощность системы «индуктор-металл» определяется по формуле (24):

Ток в индукторе может быть определен по выражению (25):

Номинальное напряжение конденсаторных элементов, выпускаемых отечественными заводами в настоящее время, для частоты 2500 Гц не превышает 1500 В; напряжение выбранного преобразователя частоты равно 1500/750 В. Поэтому если применить добавочный вывод на индукторе для возможности повышения напряжения с целью поддержания мощности печи при изменении параметров металла в процессе плавками, чтобы напряжение на индукторе не превосходило номинального напряжения конденсаторов, возможны два варианта: тигель печь преобразователь индуктор

а) использовать напряжение преобразователя 750 В, а конденсаторы на 1500 В;

б) выбрать напряжение преобразователя 1500 В, конденсаторы на 1000 В, соединенные попарно последовательно, как на рисунке 10.



Рисунок 10 - Соединение индуктора с конденсаторной батареей и преобразователем частоты

Первый предлагаемый вариант неприемлем, так как ток в токопроводе при напряжении 750 В будет вдвое больше, чем при напряжении 1500 В. Это потребует установки более громоздкого и дорогого токоподвода. Для исследуемой установки выбираем второй вариант с напряжением на индукторе Uи=2000 В, конденсаторами типа ЭСВ-500-2,5 на 500 или 1000 В с соволовой изоляцией, соединенных попарно последовательно. Преобразователь частоты в первый период присоединяется к крайним виткам индуктора, а после потери магнитных свойств - к такому числу витков, при котором напряжение на полюсах индуктора не превысит 2000 В. Поэтому напряжение на индукторе в первый период Uи=Uпр=1500 В, а ток в индукторе составит:

После изменения параметров шихты и потери магнитных свойств преобразователь подключается к части витков индуктора пр, напряжение на индукторе будет равно 2000 В, а ток, протекающий по нему, составит:



Для такого подключения удельное число витков определяется по формуле (26):

Полное число витков индуктора определяется по формуле (27):

Число витков, к которым присоединяется преобразователь во второй период плавки, по выражению (28):

Для более точной подгонки напряжения генератора к напряжению на индукторе предусматриваем добавочные выводы от 14, 15, 18, 19 витков. Шаг витка определяется по формуле (28):



Изоляционный промежуток между витками найдем по выражению (29):

Принимается:

Высота витка индуктора определяется по формуле (30):

Действительный коэффициент заполнения определяется по формуле (31):

Предварительно было принято 0,86.

Толщина трубки определяется из условия минимума потерь (32):

Если принять для меди при температуре 50оС и 2500 Гц, то глубина проникновения тока определяется по формуле (33)



На основании этих данных для индуктора выбираем медную трубку диаметром 20/16 с толщиной стенки 2 мм. Средняя по сечению трубки плотность тока определяется по формуле (34):

Электрический КПД печи определяется по формуле (35):

Для сравнения определим величину предельного электрического КПД по выражению (36):



Естественный cos определяем по выражению (37):

Емкость конденсаторной батареи рассчитывается по формуле (39):

Тип конденсаторов был выбран заранее ЭСВ-500-2,5. Реактивная мощность каждого конденсатора составляет 220 кВА. Каждая из четырех секций конденсатора имеет емкость 14 мкф и рассчитана на 500 В. При 1000В секции соединяются попарно последовательно. При этом их общая емкость составит:

.



Потребное количество конденсаторных элементов определяется по формуле (40):

Запас равен 2 шт., значит: =16 шт. с емкостью батареи 16 14 224мкф.

5. Расчет охлаждения индуктора

Потери теплоты, удаляемые охлаждающей водой, циркулирующей в индукторе, состоят из активных потерь Ри и теплоты вследствие теплопроводности от горячей садки к индуктору. Для заданного металлургического процесса принимаем кислую футеровку, для которой коэффициент теплопроводности находится в пределах 0,75…1,00 Втм/(м2 град). Для средней температуры принимаем коэффициент теплопроводности тигля =0,875Втм/(м2 град). Перепад температур по сечению стенки тигля составляет 1350оС. Тепловые потери определяются по формуле (41):

где: - наружный диаметр тигля;

- перепад температур в стенке тигля.



Электрические потери в индукторе равны Ри=49,5 кВт. Полные тепловые потери на охлаждение определяются по формуле (42):

Необходимое количество охлаждающей воды определяется по выражению (43):

где Твых - температура выходящей из индуктора охлаждающей воды.

Проверяем, какое количество тепла может отвести охлаждающая вода. Для определения режима движения рассчитаем критерий Рейнольдса по выражению (44):

где Vв - скорость движения охлаждающей воды, м/сек;

dтр.э - эквивалентный внутренний диаметр трубки индуктора, м;

в - коэффициент кинематической вязкости воды, м2/сек.

При турбулентном течении воды (Re10000) она обеспечивает полный и равномерный по сечению трубки отвод теплоты от индуктора. При ламинарном течении (Re2200) вода движется без перемешивания, а ее частицы, которые не соприкасаются со стенками индуктора, нагреваются за счет теплопроводности. Это не позволяет эффективно отводить тепло от индуктора. Поэтому ламинарный режим движения охлаждающей воды не используется.

Сечении Sтр.в определяется по формуле (45):

Действительная скорость Vв воды в индукторе определяется по формуле (46):

Практические данные показывают, что скорость движения воды должна составлять не менее 1,5 м/с. Предварительно общее количество секций может быть установлено по выражению (47):



Скорость воды в каждой секции определяется по формуле (48):

Величина кинематической вязкости воды выбирается по средней температуре. Средняя температура рассчитывается по формуле (49):

°С

Тогда кинематическая вязкость воды [1, табл. 5] в= 8,4 ·10-4 м2/сек. Эквивалентный внутренний диаметр трубки круглого сечения равен действительному внутреннему диаметру dтр.э=dтр.в=16 мм=0,016 м.

Для определения коэффициента теплоотдачи для турбулентного режима движения воды используют выражение (50):



Количество теплоты, которое может быть отведено от индуктора охлаждающей водой, определяем по выражению (51):

где т - коэффициент теплоотдачи, кВт/(м2 К);

Fохл -поверхность теплоотдачи индуктора, м2;

Ти - температура трубки индуктора, оС, принимают Ти=50оС;

Тв - средняя температура охлаждающей воды, оС.

При отводе теплоты от индуктора охлаждающей водой его поверхность охлаждения составляет не более 0,40…0,45 всей внутренней поверхности трубки и определяется по формуле (52):

Эта величина существенно превышает действительные потери теплоты Рп.охл.=62,71 кВт. Потери напора в индукторе с учетом турбулентного характера движения воды по формуле (53):



где - коэффициент трения, зависящий от критерия Рейнольдса;

kш - коэффициент увеличения сопротивления, вызванный шероховатостью внутренней поверхности трубки, равный 2,5;

пов - коэффициент местного сопротивления;

g - ускорения силы тяжести равное9,81 м/с2

Для определения коэффициента трения для гладких труб при 2000Re10000 используется формула Блазиуса (54):

Коэффициент сопротивления поворота струи пов для критерия Рейнольдса Re=27238 и отношения Du/dтр.э = 0,52/0,016= 32,5 равен 0,094 [1 табл. 6].

Полученная величина меньше максимально допустимой величины 20 м.вод.ст., поэтому принятое число секций индуктора nсек=2 является верным.

6. Энергетический баланс

а) Энергетические потери в индукторе уже определены и составляют Ри=49,5 кВт.

б) Потери в токопроводе принимаем равными 15% активной мощности (предполагая, что соединение печи с токоподводом осуществляется гибкими проводами Рп.т.п. 0,15 210,6 31,59 кВт.

в) Потери тепла в конденсаторной батарее определяем по выражению (55):

где: tg - потери в конденсаторной батарее при номинальных параметрах, для выбранных конденсаторов типа ЭСВ-500-2,5 по каталогам tg=0,003

г) Тепловые потери печи по формуле (56):

Активная мощность, забираемая преобразователем из сети, определяется по формуле (57):



КПД в преобразователе с учетом потерь определяются по формуле (58):

Потери в преобразователе с учетом КПД определяются по формуле (59):

Активная мощность, забираемая преобразователем из сети, определяется по формуле (60):

На основании полученных расчетов составляется сводный энергетический баланс индукционной плавильной печи в таблице 1.

Таблица 1 - Сводный энергетический баланс индукционной плавильной печи

Приход	Расход
Величина Мощности	кВт	%	Величина Мощности	кВт	%
Активная мощность из сети	337,27	100	Потери в преобразователе	82,29	24,40
Итого	337,27	100	Потери в токопроводе	31,59	9,37
			Потери в конденсаторной батарее	8,89	2,64
			Потери в индукторе	49,5	14,68
			Тепловые потери индуктора	19,15	5,68
			Полезно используемая мощность Рпол=Рс-Рт.п	165- 19,15= 145,85	43,23
			Итого	337,27	100



Заключение

В данной работе был проведен расчет значений основных параметров индукционной печи. При номинальной мощности преобразователя 250 кВт он отдает в сеть мощность 254,98 кВт, что превышает на 2% номинальную. Однако это не создает опасности перегрева преобразователя. При времени полного цикла работы печи 1,17+0,17=1,35ч время нагрева и плавления составляет только 1,17 /1,35 0,87. Тогда средняя потребляемая мощность за цикл составит только 254,980,87 221,83кВт. Также был составлен энергетический баланс плавильной печи. Из данной таблице можно сделать следующие выводы:

1. Потери в преобразователе частоты находятся в пределах допустимых для такого типа (23…26%).

2. Потери в токопроводе несколько велики из-за конструктивных особенностей. Наилучшие показатели соответствуют 1,0…1,5%.

3. Потери в конденсаторной батарее завышены. Обычно эта величина составляет 1,0…1,5%.

4. Общие тепловые потери за плавку составляют 14,68+5,68=20,36%, что вполне приемлемо (20…25%).

5. Общий КПД установки составляет 43,23%. Его величина может быть увеличена за счет улучшения конструкции агрегата.



Библиографический список

1. Матюхин В.И. Конструкция и расчет индукционной тигельной печи: учебное пособие В.И. Матюхин.: Екатеринбург, 2003. - 64.: ил.

2. Егоров А.В. Электрические печи (для производства сталей) / Егоров А.В., Моржин В.Ф.: 1975 -. 376 с.

3. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. Л. :Энергия, 1965 - 552с.

4. Фарбман С.А., Колобнев И.Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. М.: НТО ЧиЦМ, 1958 - 704с.

Размещено на Allbest.ru