Розрахунок печі опору непрямої дії

     l₂– конструктивний габарит нагрівачів у печі, l₂=0,05 м;

      l₃– мінімальна відстань від нагрівачів до виробу, l₃=0,05 м.

L_п=2×(0,05+0,05+0,05)+0,7=1 м

 

 3 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ

3.1 Розрахунок параметрів нагріву і теплового режиму печі

Визначення кількості  теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури:

,

де  - кількість теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури, Дж;

  С_в - середня теплоємність за цикл нагріву, С_в=0,486×10³  ;

    G_с – маса однієї садки, кг;

   τ_вир і τ_о –кінцева і початкова температури виробу відповідно, °С

Q_кор=0,486×10³×575×(900 - 20) =245,916×10⁶ Дж.

Визначення необхідної корисної потужності нагрівачів:

,

де Р_кор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;

   Q_кор - кількість теплоти, яка необхідна для нагріву садки до загальної температури, Дж;

     t_нг – час нагріву виробу, год

 кВт.

Визначення теплоприймаючої  поверхні садки за рахунок прямого опромінення:

F_c=a_в×n×F_б,

де F_c - теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м²;

     F_б - бокова поверхня садки, м²;

F_б=2×(L×В+B×Н+L×Н)×n,

де L, B, H – геометричні розміри виробу, м;

   n – кількість виробів у пакеті;

F_б=2×(0,7×0,2+0,7×0,3+0,3×0,2)×6=4,92 м²,

    a_в – відносна поверхня садки, що сприймає опромінення безпосередньо від нагрівачів:

a_в = F_опр / (F_опр+ F_неопр ),

де F_опр – поверхня, що опромінюється, м²:

F_опр= F_б+ F_верх= F_б+B×L×k

F_опр=4,92+0,2×0,7×2=5,2 м²,

   F_неопр - поверхня, що неопромінюється, м²

F_неопр= F_нижн = B×L×k

F_неопр=0,2×0,7×2=0,28 м²,

Тоді

F_с=0,95×4,92×6=28,01 м².

Визначення питомого теплового потоку, що приймається одиницею поверхні садки:

,

де q_п - питомий тепловий потік, що приймається одиницею поверхні садки, Вт/м²;

     Р_кор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;

     F_c - теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м²

 кВт/м²

3.2 Розрахунок температурних режимів печі та нагрівачів

Визначення тепловипромінюючої поверхні печі.

Приймаємо, що нагрівачі, які розміщуються щільно та рівномірно

лише на боковій поверхні внутрішньої камери печі, тоді тепловипромінююча поверхня складає:

F_печі=2×Н_п×(B_п+L_п),

 

де F_печі - тепловипромінююча поверхня печі, м²;

   Н_п - висота внутрішньої камери печі при розміщенні виробу в один поверх, м;

   В_п - ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

   L_п – довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м:

F_печі=2×1,1×(0,75+1)=3,85 м².

Визначення приведеного  коефіцієнту променеспускання від печі садці:

,

де С_п-с - зведений коефіцієнт променеспускання від печі садці;

   e_вир – відносний ступінь чорноти поверхні виробу, e_вир=0,9;

   e_печі - ступінь чорноти внутрішньої кладки печі, e_печі=0,9;

   F_c - теплоприймаюча поверхня садки за рахунок прямого опромінення, м²;

   F_печі - тепловипромінююча поверхня печі, м²;

;

 

Визначення температури у камері печі:

,

де τ_печі - температура у камері печі, °С;

   q_п - питомий тепловий потік, що приймається за 1 с одиницею поверхні садки, Вт/м²;  

   С_п-с - зведений коефіцієнт променеспускання від печі садці;

   t_вир - температура нагріву виробу, t_вир=900°С;

С

Визначення відносної  тепловипромінюючої поверхні нагрівачів, що приймається по даним практики:

,

де F_печі - тепловипромінююча поверхня печі, м²;

   F_нагр – поверхня нагріву печі, м².

Визначення зведеного коефіцієнта  променеспускання від нагрівачів стінками печі:

де С_н-п - зведений коефіцієнт променеспускання від нагрівачів стінками печі;

   F_печі - тепловипромінююча поверхня печі, м²;

   F_нагр – поверхня нагріву печі м²;

   e_печі - ступінь чорноти внутрішньої кладки печі, e_п =0,9;

   e_нагр - ступінь чорноти поверхні нагрівачів, e_нагр=0,9;

Визначення робочої  температури нагрівачів:

де τ_нагр - робоча температура нагрівачів, °С;

   q_п - питомий тепловий потік, що приймається за 1 с одиницею поверхні садки, Вт/м²;

   С_н-п - зведений коефіцієнт променеспускання від нагрівачів стінками печі;

   τ_печі - температура у камері печі, °С;

C

Приймаємо τ_нагр = 950 °С

3.3 Вибір матеріалу нагрівачів

Матеріал нагрівачів вибирається з урахуванням наступних умов:

• атмосфера в печі – звичайна;
• робоча температура – τ_нагр=950 °С;
• максимальна температура нагрівачів:

τ_{нагр max}=τ_нагр+Dt,

де τ_{нагр max} - максимальна температура нагрівачів, °С;

   τ_нагр - робоча температура нагрівачів,°С ;

   Dt - межі регулювання температури, °С;

τ_{нагр max}=950+40=990 °С.

Приймаємо матеріал нагрівача (додаток А): ніхром марки Х15Н60-Н з наступними властивостями:

• питомий електричний опір при τ=20 °С: ρ_о=1,1·10^-6 Ом×м;
• питома густина  матеріалу: g=7900 кг/м³
• температурний коефіцієнт електричного опору: a=0,0001×10^-6 К^-1;
• максимальна робоча температура: τ=1000°С

 

4 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК  ПЕЧІ

 

4.1 Визначення встановленої  потужності і струму навантаження

Визначення встановленої потужності:

,

де Р – встановлена потужність, кВт;

   Р_кор - необхідна корисна потужність нагрівачів, кВт;

   h - тепловий КПД;

 кВт

Визначення струму навантаження в лінії, який живить піч:

,

де І - струм навантаження в лінії, який живить піч, А;

   Р – встановлена потужність, кВт;

   U_ф – фазна напруга, В;

   сos j=1 – коефіцієнт потужності печі

 А.

4.2 Вибір типу та конструктивної компоновки нагрівачів

Оскільки допустима висота секції нагрівачів не перевищує 1,5 м, тому нагрівачі не секціонуємо. Тоді потужність однієї секції:

Р_с=Р,

де Р_с - потужність однієї секції, кВт;

    Р – встановлена потужність, кВт

 кВт.

Так як маємо трьохфазну систему електроживлення, то потужність, яка припадає на одну фазо-гілку  дорівнює:

,

де Р_ф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт;

    Р_с - потужність однієї секції, кВт

 кВт

Схема з’єднання нагрівачів (зірка з загальною заземленою нейтраллю на обидві секції) та чергування фаз живлення рядів нагрівачів зображені на рис. 4.1.

 

                        

Нейтраль	——————
1а фазогілка		Секція
2а   —//—
3я   —//—

 

 

Рисунок 4.1 - Секціонування та фазування нагрівачів печі

 

Визначаємо коефіцієнт використаної питомої поверхневої потужності ідеального зигзагоподібного нагрівача для випадку нагріву стальних виробів:

α_н=0,46

Визначення питомої  поверхневої потужності ідеального нагрівача для τ_вир=900 °С і τ_нагр=950 °С (додаток А):

            

w_ід=0,9 Вт/см²,

де w_ід – питома поверхнева потужності ідеального нагрівача, Вт/см²

Визначення питомої поверхневої потужності реального нагрівача:

w=a_н×w_ід,

де a_н - коефіцієнт використаної питомої поверхневої потужності ідеального зигзагоподібного нагрівача для випадку нагріву стальних виробів, α_н=0,46;

      w_ід – питома поверхнева потужності ідеального нагрівача, Вт/см³

w=0,46×0,9=0,41 Вт/см²

Розрахунок товщини  а і ширини b стрічки нагрівача при стандартному співвідношенні сторін її поперечного перерізу m=b/а:

а= ,

де а – товщина стрічки нагрівача, мм;

   m - співвідношення сторін стрічки поперечного перерізу;

   Р_ф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт;

   U_ф– фазна напруга,В;

   r_г - питомий електричний опір при τ, Ом×м

ρ_г=ρ_о·(1+α·

τ),

де ρ_о – питомий електричний опір при τ=20 , ρ_о=1,1·10^-6 Ом·м;

    α – температурний  коефіцієнт електричного опору, α=0,1·10^-3 К^-1

ρ_г=1,1·10^-6·(1+0,1·10^-3·930)=1,2·10^-6 Ом·м

Тоді

а

мм

   b=m×а – ширина стрічки нагрівача, мм;

    b=10×1,8 =18 мм;

    S=а×b – поперечний переріз стрічки, мм²

S=1,8×18=32,4 мм²

Розміри стрічки нагрівача  приймемо згідно стандартів [16]:

а= 2 мм;

b= 20мм;

S= 40 мм²

Визначення опору фазо-гілки нагрівача:

,

де R_ф-г - опір фазо-гілки нагрівача, Ом;

   U_ф – фазна напруга, В

   Р_ф-г - потужність, яка припадає на одну фазо-гілку, кВт

 Ом

Визначення довжини стрічки на фазо-гілці:

а,

де L_ф-г - довжина стрічки на фазо-гілці, м;

   R_ф-г - опір фазо-гілки нагрівача, Ом;

   а– товщина стрічки нагрівача, м;

   b – ширина стрічки нагрівача, м;

   r_г - питомий електричний опір, Ом×м

 м

Перевірка:

,

де Р_ф-г- потужність однієї фазо-гілки, Вт;

   L_ф-г- довжина нагрівача однієї фазо-гілки, см;

   П- периметр перерізу нагрівача, см;

П=2·(а+b)=2·(2+20)=44 мм =4,4 см

 В/см²

Розбіжність значення ω  відповідає допустимим нормам ±10%.

Перевірка виконується.

Визначення маси нагрівача  однієї фазо-гілки:

G_н.ф-г=g_н×L_ф-г×а×b,

де G_н.ф-г – маса нагрівача однієї фазо-гілки;

  L_ф-г - довжина стрічки на фазо-гілці, м;

  g_н – питома щільність, кг/м³;

    а×b – поперечний переріз стрічки, мм²

G_н.ф-г=7900×99,2×40×10^-6=31,3 кг

Визначення маси нагрівачів всієї печі:

G_н=n_c×n_ф G_н.ф-г ,

де G_н - маса нагрівачів всієї печі, кг;

  n_с – кількість секцій, n_с=1;

   n_ф – кількість фаз електромережі, яка живить, n_ф=3;

  G_н.ф-г - маса нагрівача однієї фазо-гілки, кг

G_н=1·3·31,3=93,3 кг

Розрахунок параметрів зигзагу стрічкового нагрівача (рис. 4.3):

Рисунок 4.3 - Конструктивні параметри нагрівачів

 

Визначення радіусу  заокруглення на установочних гачках:

r=3×а,

де r - радіус заокруглення на установочних гачках, мм;

  а – товщина стрічки нагрівача, мм

r=3×2=6 мм.

Визначення конструкційної довжини секції зигзагу в одній фазо-гілці:

L_н=L_п+B_п - 4×l₁ - 4×b,

де L_н - конструкційна довжина секції зигзагу в одній фазо-гілці, м;

   L_п – довжина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;

    В_п - ширина пічної камери при розташуванні нагрівачів тільки на бічній поверхні печі, м;