Эскизный тепловой и электрический расчет камерной электропечи периодического действия

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Электротехника и электроэнергетика».

Расчётно-графическая работа № 1.

Эскизный тепловой и электрический расчет камерной электропечи периодического действия.

Вариант № 5.

Выполнил:.

Ст. гр. ЭЛС-106.

Девонина Е.В.

Проверил:.

Колесник Г. П.

Владимир, 2009.

Задание.

1,6 ч. * 60 = 96 мин.

1 Геометрия рабочей камеры.

Объём V, занимаемый садкой:

V=, м3.

где G—вес садки кг; у — насыпная плотность, кг/м3.

Принимаем условные размеры рабочей камеры: ширина А'=0,29 м, длина В'=0,31 м, высота С'=0,31 м, объем V'=0,29×0,31×0,31=0,028 м³.

Нагреватели размещены открыто на крючках на боковых и задней стенке камеры. Припуски к условным размерам на размещение нагревателей 40 мм на сторону, зазоры между нагревателями и садкой, стенками, сводом и садкой по 30 мм, зазоры между поддонами 35 мм. С учетом всех зазоров предварительные размеры камеры:

А=480 мм, В=460 мм, С=360 мм.

Площади стенок: боковых FСТ=0,17m2, задней и передней F3= FФР =0,18 м², свода и пода FCB=FС=0,22 м².

Окончательные размеры рабочей камеры определяются при рабочем проектировании печи из условия размещения нагревателей.

2 Расчет установленной мощности и тепловой расчет.

Полезная мощность Рпол рассчитывается по формуле:

Средняя удельная теплоёмкость садки в интервале температур 50−10 500С (табл. 5) с=699 Дж/кг0С.

Мощность, расходуемая на нагрев поддонов Рпр:

Средняя удельная теплоёмкость жароупора Х18Н9 В в интервале температур 20−11 000С (табл. 5) с=599 Дж/кг0С.

Тепловой расчёт футеровки..

Приводимая ниже конструкция футеровки выбрана по результатам нескольких предварительных расчётов. Далее приведён расчёт окончательного варианта.

Огнеупорный слой — Шамот легковес ШЛ-1,3. Допустимая температура 13 000 (табл. 1), толщина слоя S1=230 мм.

Теплоизоляционный слой — пенодиатомитовый кирпич ПЭД-350, допустимая температура 900 °C (табл. 1), толщина слоя S2=230мм.

Принимаем условную среднюю температуру слоев S1 и S2 tср=800°С. Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре (табл. 1) шамота л1=0,6 Вт/м2 °С, пенодиатомита л2=0,22 Вт/м2 °С. Толщины слоев в условных единицах S'1=S'2=1. Тепловые сопротивления слоев в условных единицах R'1=1,.

R'2=л1/л2=0,6/0,22=2,7.

Перепад температуры в слоях в условных единицах Дt1'=1.

Дt2'= R2' S2 '=2,7 •1=2,7.

Перепад температуры в футеровке в условных единицах:

Дt'= Дt1' + Дt2'=1+2,7=3,7.

Принимаем температуру на внешней поверхности боковых и задних стенок футеровки максимально допустимой tв=70°С. Перепад температуры в футеровке Дt=tn-tв= 1050−70=980°С.

Перепад температуры в шамоте:

Дt1= Дt• Дt1'/ Дt'=980•1/3,7=265oC.

Перепад температуры в пенодиатомите:

Дt1= Дt• Дt2'/ Дt' = 980•2,7/3,7=715oC.

Ориентировочно температура на границе шамот — пенодиатомит.

tсл=tпДt1=1050−265=785оС Проведём уточнённый расчёт температуры в слоях футеровки.

Средняя температура огнеупорного слоя (шамот):

tсрш =(tп+tсл)/2=(1050+785)/2=918оС Средняя температура теплоизоляционного слоя (пенодиатомит):

tсрп =(tсл+tсв)/2=(785+70)/2=428оС Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре (табл. 1): шамот л1=0,54 Вт/м2•0С, пенодиатомит л2=0,135 Вт/м2•0С. Принимаем, что внешняя поверхность печи окрашена обычной краской и при tв=700С, (табл. 6) тепловой поток через 1 м² боковых и задней стенок:

Температура на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоёв:

Для пенодиатомита допустимая температура (табл. 1):

tд=9000С; 8500С<9000С.

Температура на внешней поверхности боковой и задней стенок:

tвст<700C.

Для свода:

Тепловой поток через 1 м² свода:

Температура в своде на границе шамот — пенодиатомит:

Температура на внешней поверхности свода:

Для пода:

Тепловой поток через 1 м² пода:

Температура в поде на границе шамот — пенодиатомит:

Температура на внешней поверхности пода:

Мощность потерь через футеровку.

Боковые и задняя стенки:

Свод:

Под:

Суммарные потери через футеровку:

Тепловой расчёт загрузочной дверцы..

Принимаем, что загрузочная дверца на передней стенке печи занимает всю её площадь FДВ=FСР Р=0,243 м². Теплоизоляцию дверцы выполняем набивкой муллитокремнистым волокном МКРР-130 с допустимой температурой 11 500С (табл. 2), толщина набивки S=300мм. Средняя температура набивки .

Средний коэффициент теплопроводности (табл. 2) лср=0,147 Вт/м2•0С, (табл. 6).

Тепловой поток 1 м² дверцы:

Температура на внешней поверхности дверцы:

С Мощность потерь через дверцу:

Номинальная мощность печи:

Установленная мощность печи:

3 Электрический расчёт.

Материал нагревателя выбран по результатам нескольких предварительных расчётов. Далее приведён расчёт окончательного варианта.

Принимаем в качестве материала нагревателя фехраль Х23Ю5Т, tн=13 000С, с=1,45 мкОм•м (табл. 9).При рабочей температуре с'=1,08•1,45=1,566 мкОм•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 поверхности нагревателя:

Принимаем печь трёхфазной, соединение нагревателей — звезда, мощность одной фазы:

Длина фазы нагревателя:

Площадь поверхности трёх фаз нагревателя:

Фактическая площадь нагревателя, что существенно увеличивает быстродействие системы автоматического регулирования температуры печи и повышает равномерность температурного поля рабочей камеры.

Принципиальная электрическая схема управления печью сопротивления.

Выбираем автоматический трехполюсный выключатель фирмы LEGRAND LR tm на 32А (6048 38) с отключающей способностью Icu: 6 кA (400 B±).Соответствует ГОСТ Р 50 345−99.

¦ Техническая информация.

? Номинальное напряжение: 240 В± / 415 В±.

? Максимальное напряжение: 80 В = на полюс (см. таблицу ниже).

? Допустимое кратковременное напряжение: 500 В±.

¦ Механические характеристики.

Стойкость: 20 000 механических циклов.

10 000 циклов под нагрузкой = In x cos? 0,9.

Допустимые сечения проводников :.

25 мм² гибкие провода.

35 мм² жесткие провода.