Расчет и проектирование электрической камерной печи

G – производительность  печи

с – средняя теплоемкость загрузки

Сталь 40 Т=600ºС, с=0,534 Вт•ч/кг

tмн – исходная температура загрузки равная 20ºС.

tмк - заданная температура загрузки.

Q1=700•0,534•(600-20)=216,8 кВт

6.2 Определение тепла, пошедшего на нагрев вспомогательных устройств.

Принимаем сталь 30

Qт=G•c(t2-t1), где

с=0,502Вт•ч/кг•ºС

G – вес вспомогательного  устройства

G=78,5кг

 Qт=78,5•0,502(600-430)=6,7кВт

6.3 Определение удельных тепловых потерь стенки.

  , где

t1,t2 –  температуры внутренней  и внешней поверхности футеровки

S1,S2 – толщина слоев  футеровки

λ1,λ2 – коэффициент теплопроводности материалов отдельных слоев.

Определим тепловое сопротивление слоев футеровки. Для двухслойной кладки в 1м приближенно можно принять, что средняя температура шамотного слоя:

tс=0,5(700-20)=340ºС

tср=0,5(tвн+tс)=0,5(700+420)=560ºС

где tвн – температура внутренней кладки

tв – температура воздуха в цехе

tср2=0,5(tc+tв)=0,5(560+20)=290ºС

 

Шамотного λ1=0,96 Вт/м2•К

Диатомого λ2=0,16 Вт/м2•К

Тогда суммарное тепловое сопротивление кладки:

, где

S1 и S2 –толщина слоев 232мм

 

αл+к=70,1Вт/м2•К; 1/ αл+к=1/70,1=0,01

g=(700-20)/(1.69+0.01)=400 Вт./м2

 

6.4 Определение расчетных поверхностей.

 

а) F1 бок.ст=2,2•1,2=4,73м2      

б) F1 пода=3,14•0,62=1,13м2

в) F1 торец=3,14•0,62=1,13м2

Fрасч.общ=Fa+Fб+Fв=2,64+1,13+1,13=4,9м2

Следовательно Q6=494•4,9=2,42кВт

6.5 Определение потерь через отверстие.

, где

Fакт – активная поверхность

Fакт=Fотв•Кν

К ν – коэффициент дифрагирования оконного проема

К ν=0,4

Fотв=В•Н

(размеры окна выбирают  конструктивно)

Fакт=В•Н•Кν=0,8•0,3•0,4=0,096м2

Сприв=5.7

Q5=5.7*0.096*[(953/100)4 – (873/100)4]=8.9 кВт

 

6.6 Потери тепла на короткое замыкание составляет около 90% от потерь через кладку.

Qткз=0,9•2,42=2,18кВт 
6.7 Неучтенные потери

(принимают в размере 20% от учтенных)

Qуч=Q6+Q5+Qт+Qткз

Qуч=2,42+8,9+13+2,18=25,2кВт

Qнеучт=0,2Qуч=0,2•25,2=5,04кВт

Qэкз=5650аG=28,3 кВт

6.8 Выходное количество тепла.

Qрасход=Q1+Q6+Q5+Qт+Qткз+Qнеучт + Qэкз

Qрасход=98,79+2,42+8,9+13+2,18+5,04 + 28,3=158,63кВт

6.9 Определение мощности

Руст= к*Робщ, где к – коэффициент запаса 1,4

Руст=1,4*158,63=222,08кВт

 

6.10 Определение КПД печи

  ,

где Qполезн=Q1

ƞ=(98,79/158,63)*100%=62%

 

 

 

 

 

7.Расчет электрических нагревательных элементов

7.1 Нагревательные элементы соединяют в звезду

 

Vф – фазовое напряжение

Vл – линейное напряжение

7.2 Определение диаметра проволоки

 

ρ – удельное сопротивление материала нагревателя при данных температурах (830-850ºС) выбираем проволоку из сплава ХН17Ю.

ρ=1,33Ом•мм2/м

Рл.в. – мощность одной параллельной ветви 20кВт

V – напряжение питающей  сети 380В

W – удельная поверхностная  мощность нагревателя

Wид – идеальная поверхностная мощность нагревателя

 

W=0,49•5,9=2,9Вт/см2

 

 

7.3 Сечение проволоки

 

 

 

 

7.4 Проволочные сопротивления располагают в виде цилиндрической спирали

Кс – коэффициент сердечника

Кс=5

Кн - коэффициент плоскости намотки

Кн=4

Кс=D/d; Кн=h/d

D=Кс•d=5•3,7=18,5мм

h=Кн•d=4•3,7=14,8мм

 

7.5 Длина витка спирали

Lвит=пD=3,14•18,5=58,09мм

 

7.6 Длина выводов нагревателя

Lвыв=в+100, где

в – толщина стенок печи, мм

Lвыв=2•232+100=564мм

 

7.7 Длина проволоки в спирали без выводов

Lсп=Lп.в.•103-2Lвыв, мм

Lсп=19,5•103-2•564=18372мм

 

7.8 Количество витков в спирали

 

 

7.9 Длина спирали одного элемента

l=h•2, мм

l=14•316=4,4м

 

В нагревательной печи располагаем, проволочные нагреватели в виде спирали керамических трубках на боковых стенках и под подом печи.

Основные параметры спирали:

D=17,4мм            h=14мм

     d=3,7мм               l=4424мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Литература

 

Список использованной литературы.

1.Акименко А.Д., Скворцов А.А, Ульянов В.А., Гущин В.Н, Смольков «Нагревательные печи и устройства в кузнечно-штамповых и термических цехах», Н.Н., 2000

2. Скворцов А.А. «Нагревательные устройства»,М., 1965

3.Скворцов А.А. «Электрические промышленные печи», М., 1971

4.Свенчанский А.Д. «Электрические промышленные печи», М., 1958

5.Кацевич А.С. «Расчет конструкций электрических печей», М., 1977

6.Ульянов В.А., Гущин В.Н., Китаев Е.М. – Методические указания по курсовому и дипломному проектированию, Н.Н., 2000