Меню Рубрики

Электрическое оборудование нагревательных установок

Классификация электронагревательных установок

Получение теплоты на базе электроэнергии возможно по двум принципиально разным схемам:

1) по схеме прямого преобразования , когда электрическая энергия (энергия различных форм движения заряженных частиц в электрическом поле) преобразуется в тепловую (энергию тепловых колебаний атомов и молекул веществ),

2) по схеме косвенного преобразования , когда электрическая энергия непосредственно в тепловую не преобразуется, а используется для переноса теплоты от одной среды (источника теплоты) к другой (потребителю теплоты), причем температура источника может быть нижет температуры потребителя.

В зависимости от класса нагреваемых материалов (проводники, полупроводники, диэлектрики) и способов возбуждения в них электрического тока или поля различают следующие способы электрического нагрева: сопротивлением (резистивный), электродуговой, индукционный, диэлектрический, электронный, световой (лазерный).

Каждый из способов электрического нагрева может быть прямым или косвенным.

При прямом нагреве электроэнергия преобразуется в тепловую в самой нагреваемой среде (теле), в которой возбуждается электрический ток (те или иные формы движения заряженных частиц).

При косвенном нагреве преобразование электрической энергии в тепловую происходит в специальных преобразователях — электрических нагревателях, а затем уже от них путем теплопроводности, конвекции, излучения или комбинацией этих способов передается нагреваемой среде.

Собственно электрический нагрев материала — это прямой нагрев по схеме прямого преобразования.

Схема косвенного преобразования электрической энергии в тепловую реализуется в электротепловых насосах и трансформаторах теплоты. Пока она распространена мало, но имеет очень большие перспективы развития.

Для электрического нагрева различных сред и материалов используют электротермическое оборудование, включающее различные электрические обогреватели и электронагревательные установки.

Электрический нагреватель (электронагреватель) — это тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую. В соответствии со способами электронагрева различают электронагреватели сопротивления, индукционные (индукторы), диэлектрические (конденсаторы) и др.

Электронагревательная установка — это агрегат или оборудование, включающая электрические нагреватели, рабочую камеру и другие элементы, связанные в едином конструктивном комплексе и предназначенные для совершения единого технологического процесса.

Электронагревательные установки классифицируют по способу электрического нагрева (сопротивления, электродуговые, индукционные, диэлектрические и т.д.), назначению (электрические печи, котлы, водонагреватели и др.), принципу нагрева (прямого и косвенного), принципу работы (периодического и непрерывного действия), частоте тока, способу теплопередачи от нагревателей к нагреваемой среде, рабочей температуры (низко, средне, высокотемпературные), питающему напряжению (низковольтные, высоковольтные).

Подробнее об основных методах и способах преобразования электрической энергии в тепловую читайте здесь: Способы электрического нагрева

К основным параметрам электронагревательных установок относятся тепловая мощность, питающее напряжение, частота тока, КПД, коэффициент мощности ( cos φ) , основные геометрические размеры.

Получение горячей воды и пара — одно из наиболее распространенных применений электрической энергии в производстве и сельском хозяйстве, особенно в животноводстве. Не загрязняя воздуха и помещения продуктами и отходами сгорания, электронагрев в наибольшей степени отвечает зоотехническим и санитарно-гигиеническим требованиям. Во многих случаях это и наиболее экономичный способ получения горячей воды и пара, не требующий затрат на транспортировку топлива, строительство и эксплуатацию котельных.

Промышленность выпускает разнообразное оборудование для нагрева воды и получения пара, которое в условиях эксплуатации постоянно готово к действию, требует минимальных затрат на обслуживание.

Электрические водонагреватели и электрокотлы классифицируют по способу нагрева, принципу нагрева (прямой, косвенный), принципу действия (периодического, непрерывного), рабочей температуре, давлению, напряжению питания.

Водонагреватели работают обычно под атмосферным давлением и предназначены для получения горячей воды с температурой до 95 °С. Водогрейные котлы работают под избыточным давлением (до 0,6 МПа) и позволяют получать воду с температурой выше 100 °С. Электрические паровые котлы производят насыщенный пар давлением до 0,6 МПа.

Элементные водонагреватели работают по принципу косвенного электронагрева воды при помощи ТЭНов. Они обладают достаточной электробезопасностью в обслуживании и широко применяются для нагрева воды непосредственно в местах ее потребления.

Электродные водонагреватели работают по принципу прямого нагрева: вода нагревается протекающим по ней электрическим током, подводимым при помощи электродов. Электродные системы (электродные нагреватели) по сравнению с ТЭНами более просты, дешевы и долговечны.

Водогрейные и паровые электрокотлы выпускаются электродными. Электродный нагрев обеспечивает котлам простоту конструкции и регулирования мощности, высокую надежность и срок службы, высокие энергетические показатели. Котлы выпускаются на низкое (0,4 кВ) и высокое (6 — 10 кВ) напряжения и мощности от 25 до 10 000 кВт в единице.

Читайте также:  Установка дополнительного оборудования на митсубиси

источник

Раздел 1 Электрооборудование термических установок

Общие сведения о печах. Электрический нагрев и его применение в промышленности. Достоинства электрического нагрева. Теплопередача в печах. Экономия электроэнергии в печах.

Классификация электрических печей. Материалы для электрических печей. Особенности электрооборудования печей сопротивления и схемы управления. Регулирование мощности печей сопротивления с тиристорным преобразователем.

Классификация индукционных печей, их назначение, достоинства и недостатки. Устройство индукционных печей с железным сердечником. Особенности устройства тигельных печей. Схемы питания индукционных печей. Особенности электрооборудования индукционных печей и их работа. Диэлектрический поверхностный нагрев заготовок. Регулирование мощности индукционных печей с помощью бесконтактных регуляторов.

Классификация, устройство и работа дуговых печей. Схемы питания печей. Особенности электрооборудования дуговых печей, его работа. Электрический режим работы дуговых печей. Автоматическое регулирование мощности дуговых печей с тиристорным ругулятором.

Краткие теоретические сведения:

Изучать этот раздел лучше всего по книге Шеховцова В. П. «Электрическое и электромеханическое электрооборудование». Стр. 8 – 58.Для более глубокого усвоения материала и для ответов на теоретические вопросы домашней контрольной работы рекомендуется познакомиться с книгами Свенчанского А. Д. «Электрические промышленные печи» и «Электротехнологические промышленные установки», которые представлены в электронном виде на сайте автора методических указаний.

Большинство вопросов этого раздела также изложено на сайте автора методических указаний «Школа для электрика» — http://electricalschool.info В разделе «Электротехнологические установки».

Рис. Классификация электротермических установок

Электрические печи нагрева сопротив­ления – это установки, в которых электрическая энергия превращается в тепло в твердых или жидких телах при протекании через них тока.

Электрические печи сопротивления по способу превращения электрической энергии в тепловую разделяются на печи косвенного действия и установки прямого нагрева.

По технологическому назначению печи сопротивления косвенного нагрева можно разделить на три группы:

1) термические печи для различных видов термической и термохимической обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс и других материалов;

2) плавильные печи для плавки легкоплавких цветных металлов и химически активных тугоплавких металлов и сплавов;

3) сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т. п.

В каждой из этих групп печи по характеру работы, в свою очередь, можно разделить на печи периодического и непрерывного действия.

Классификация печей сопротивления по температуре: высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные.

Общая классификация электротехнологических установок приведена в книге на стр. 7 (рис. 1.1-1).

Выбор материала и конструкции нагревательных элементов определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки. Наиболее распространенными материалами являются нихромы. Другие материалы: фехрали, хромоникелевые жаропрочные стали, карборунды, графит, тугоплавкие металлы и др. Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые нагреватели – ТЭНы.

К силовому электрооборудованию печей сопротивленияотносятся силовые понижающие трансформаторы и регулировочные автотрансформаторы, силовые электропривода вспомогательных механизмов, силовая коммутационная и защитная аппаратура.

К аппаратуре управления относятся комплектные станции управления с коммутационной аппаратурой.

К КИП относятся приборы (устройства) контроля, измерения и сигнализации.

Регулирование рабочей температуры в печи производится изменением подводимой мощности и может быть дискретным или непрерывным. Процесс двухпозиционного регулирования температуры в печи сопротивления представлен в книге на рис. 1.2-1. – стр. 11.

При непрерывном регулировании изменяется подводимое напряжение, чаще всего, с помощью импульсного регулирования с использованием тиристорных регуляторов. Схема тиристорного регулятора температуры электрической печи сопротивления показана на рис. 1.2-2 – стр. 13.

Индукционный нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца. Принципиальная схема индукционного нагрева включает: индуктор, зазор и нагреваемое тело.

Индукционные электротермические установки подразделяются на плавильные, нагревательные и закалочные. Плавильные установки разделяются по конструкции на индукционные канальные печи и индукционные тигельные печи.

Индукционные канальные печи работают только на промышленной частоте. Схема и конструкция индукционной канальной печи показана на рис. 1.2.-7. –стр. 24.

Индукционные тигельные печи работают на промышленных, средних и высоких частотах. Схема и конструкция однофазной индукционной тигельной печи представлена на рис. 1.2-8. – стр. 25.

Читайте также:  Образец разрешения на установку оборудования

Индукторы изготавливают из медной трубки, охлаждаемой водой.

Индукционные закалочные установки применяют для подготовки детали под последующую термохимическую обработку (закалка, цементация, азотирование и др.). Индукционная закалка заключается в быстром нагреве поверхности изделия с последующим быстрым охлаждением в воздухе или масле..

Электродуговые печи разделяются на дуговые печи прямого действия, дуговые печи косвенного действия, дуговые печи сопротивления. Эскиз электродуговой печи прямого и косвенного действия показан на рис. 1.2-18.- стр. 45. Электрические характеристики и показатели электродуговой печи показаны на рис. 1.2-19. – стр. 47.

Основное электрооборудование дуговых печных установок представлено на рис. 1.2-20 – стр. 49.

Для обеспечения нормальной и высокопроизводительной работы дуговые печи имеют автоматический регулятор мощности (АРМ), который предназначен для поддержания положения электродов относительно загрузки (в печах прямого действия) или друг относительно друга (в печах косвенного действия). Принципиальная электрическая схема регулятора мощности дуги на одну фазу показана на рис. 1.2-21 – стр. 53.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные преимущества и недостатки электрического нагрева по сравнению с топливным?

2. Какие материалы применяются в электропечестроении? Какие требования предъявляются к материалам нагревательных элементов и чем эти требования вызваны?

3. Дайте характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) основных типов конструкций электрических печей сопротивления.

4. Перечислите элементы электрооборудования входящие в комплект печи сопротивления. В каких случаях применяют специальные печные трансформаторы? Каким образом регулируют вторичное напряжение печных трансформаторов и автотрансформаторов?

5. Какие физические законы лежат в основе индукционного нагрева, какие для этого используют частоты, каковы его основные области применения?

6. Дайте характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) основных типов конструкций индукционных печей.

7. Для каких целей в промышленности применяются установки индукционной поверхностной закалки и установки индукционного сквозного нагрева? Какое электрооборудование применяется в этих электроустановках? От каких факторов зависит толщина закаливаемого слоя?

8. На чем основан принцип действия источников питания индукционных установок, их преимущества и недостатки.

9. Какие физические законы лежат в основе диэлектрического нагрева, какие для этого используют частоты, каковы его основные области применения?

10. Каковы технологические свойства электрической дуги? Опишите области применения электрической дуги.

11. Дайте сравнительную характеристику (преимущества, недостатки, рациональные области применения) индукционных электротермических установок и дуговых электроустановок.

12. Сравните электрические схемы питания дуговой печи и индукционной печи промышленной частоты. Какими факторами вызвано присутствие и отсутствие отдельных элементов электрооборудования в схемах?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9451 — | 7495 — или читать все.

источник

Классификация электротехнологических установок

Электротехнологические процессы широко применяются в промышленности. Оборудование для этих процессов весьма разнообразно по принципу действия, мощности, характеристикам потребления электроэнергии.

К электротехнологическому оборудованию относятся: электрические печи и электронагревательные установки, электросварочные установки всех видов, установки для размерной электрофизической и электрохимической обработки металлов. Соответственно в понятие «электротехнология» включены следующие технологические процессы и методы обработки материалов:

электротермические процессы, в которых используется превращение электрической энергии в тепловую для нагрева материалов и изделий в целях изменения их свойств или формы, а также для их плавления и испарения; – электросварочные процессы, в которых получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для нагрева тел в целях осуществления неразъемного соединения с обеспечением непосредственной сплошности в месте сварки;

электрохимические методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение путем перемещения заряженных частиц (ионов) в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка);

электрофизические методы обработки, при которых для воздействия на материалы используется превращение электрической энергии как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, магнитоимпульсная, электровзрывная);

аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке мелким частицам вещества с целью перемещения их под действием поля в нужном направлении.

Термин «промышленные электротехнологические установки и оборудование» включает агрегаты, в которых осуществляются электротехнологические процессы, а также вспомогательные электротехнические аппараты и приборы (источники питания, устройства защиты, управления и др.).

Читайте также:  Краматорск установка газового оборудования

Электронагрев широко применяется на промышленных предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой давлением, термической обработки деталей и узлов электрических машин, сушки изоляционных материалов и т. д.

Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.

Электрический нагрев дает следующие преимущества по сравнению с топливным:

1. Очень простое и точное осуществление заданного температурного режима.

2. Возможность концентрации высоких мощностей в малом объеме.

3. Получение высоких температур (3000 °C и выше против 2000 ° при топливном нагреве).

4. Возможность получения высокой равномерности теплового поля.

5. Отсутствие воздействия газов на обрабатываемое изделие.

6. Возможность вести обработку в благоприятной среде (инертный газ или вакуум).

7. Малый угар легирующих присадок.

8. Высокое качество получаемых металлов.

9. Легкость механизации и автоматизации электротермических установок.

10. Возможность использования поточных линий.

11. Лучшие условия труда обслуживающего персонала.

Недостатки электрического нагрева : более сложная конструкция, высокая стоимость установки и получаемой тепловой энергии.

Электротермическое оборудование весьма разнообразно по принципу действия, конструкции и назначению. В наиболее общей форме все электрические печи и электротермические устройства можно разделить по назначению на плавильные печи для выплавки или перегрева расплавленных металлов и сплавов и термические (нагревательные) печи и устройства для термообработки , изделий из металла, нагрева материалов под пластическую деформацию, сушки изделий и т. д.

По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают, в частности, п ечи и устройства сопротивления, дуговые печи, индукционные печи и устройства.

1. По способу превращения электроэнергии в тепло.

1) Установки с нагреваемым током активным сопротивлением.

4) Установки диэлектрического нагрева.

2. По месту выделения тепловой энергии.

1) Прямого нагрева (тепло выделяется непосредственно в изделиях)

2) Косвенного нагрева (тепло выделяется в нагревателе либо в межэлектродном промежутке электрической дуги.

3. По конструктивным признакам.

В электропечах и электротермических устройствах сопротивления используется выделение тепла электрическим током при прохождении его через твердые и жидкие тела. Электропечи этого вида преимущественно выполняются как печи косвенного нагрева.

Превращение электроэнергии в тепло в них происходит в твердых нагревательных элементах, от которых тепло путем излучения, конвекции и теплопроводности передается нагреваемому телу, либо в жидком теплоносителе — расплав ленной соли, в которую погружается нагреваемое тело, и тепло передается ему путем конвекции и теплопроводности. Печи сопротивления — самый распространенный и многообразный вид электропечей.

Плавильные печи сопротивления применяют преимущественно при производстве литья из легкоплавких металлов и сплавов.

Работа плавильных дуговых электропечей основана на выделении тепла в дуговом разряде. В электрической дуге концентрируется большая мощность и развивается температура свыше 3500° С.

В дуговых печах косвенного нагрева дуга горит между электродами, а тепло передается расплавляемому телу в основном излучением. Печи такого рода используют при производстве фасонного литья из цветных металлов, их сплавов и чугуна.

В дуговых печах прямого нагрева одним из электродов служит само расплавляемое тело. Эти печи предназначены для выплавки стали, тугоплавких металлов и сплавов. В дуговых печах прямого нагрева, в частности, выплавляют большую часть стали для фасонного литья.

В индукционных печах и устройствах тепло в электропроводном нагреваемом теле выделяется токами, индуктированными в нем переменным электромагнитным полем. Таким образом, здесь осуществляется прямой нагрев.

Индукционную печь или устройство можно рассматривать как своего рода трансформатор, в котором первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику переменного тока, а вторичной обмоткой служит само нагреваемое тело. Индукционные плавильные печи применяют при производстве литья, в том числе фасонного, из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.

Нагревательные индукционные печи и установки используют для нагрева заготовок под пластическую деформацию и для проведения разного рода термообработки. Индукционные термические устройства применяют для поверхностной закалки и других специализированных операций.

источник