Технология электроконтактного нагрева заготовок (стр. 10 из 14)
где G2 — масса нагреваемой части заготовки в кг;
К.' — коэффициент, учитывающий дополнительное время, за трачиваемое на другие операции, связанные с нагревом;
τ — время нагрева в сек.
Темп выдачи нагретых заготовок или время одного Цикла работы установки определяется по формуле:
(26)
Выбор технологического варианта и типа электроконтактной установки
Выбор технологического варианта электроконтактного нагрева и соответственно выбор конструктивного типа нагревательной установки является одним из основных вопросов, который должен быть решен, как правило, перед проектированием конкретной установки определенной технологически-конструктивной группы.
В большинстве случаев технологический принцип или вариант нагрева определяет тип нагревательной установки, конструкцию и предопределяет принадлежность ее к соответствующей технологически-конструктивной группе. Но разнообразие конструктивных типов электроконтактных
установок данной группы
Рисунок 5.1 - График
приводит к необходимости выбирать установки с оптимальными данными, обеспечивающими наилучшие технико-экономические показатели: к. п. д., коэффициент мощности, стоимость нагрева, производительность и др.
Бывает, что, несмотря на меньшую массу металла, подлежащего нагреву, двухзональная установка оказывается менее рентабельной и эффективной, чем однозональная, на которой будет нагреваться заготовка по всей длине, включая и участок между зонами.
Вопрос о выборе конструкций установки должен быть решен в каждом отдельном случае применительно к конкретным условиям.
Покажем это на конкретном примере. Предположим, что по технологическим соображениям требуется нагреть заготовку в двух местах для гибки (рисунок 5.1). Участок заготовки /2 = 200 мм между нагреваемыми зонами можно не нагревать, так как это не требуется по условиям гибки.
Если остановить выбор на однозональной установке, т. е. нагревать заготовку по всей длине, включая и участок между зонами, то отношение длины к площади сечения /2/s2будет равно 2,4, а при двухзональном варианте установки — 1,6.
По графикам на рисунке 5.2 и 5.3 находим к. п. д. и коэффициент мощности для указанных значений /2/s2 применительно к однозональнои и двухзональной установкам. Для первой ή= 0,67 и cosf1= 0,65, а для второй ή= 0,46 и cosf 2 = 0,64.
Если принять полезную энергию для нагрева двух зон заготовки на двухзональной установке W2, то расход энергии из сети будет:
(27)
Для однозональной установки потребный минимум энергии возрастет в 1,5 раза по сравнению с двухзональной установкой, поэтому энергия, потребляемая из сети однозональнои установкой, будет равна:
Wс1=1,5 W2 /(ή1cosf 2) (28)
Расход активной и реактивной энергии, потребляемой из сети этими установками, практически одинаковый, несмотря на то, что на однозональнои установке нагревается большая масса металла; поэтому, учитывая сложность конструкции двухзональной установки и неудобство ее эксплуатации, целесообразно в подобных случаях применять однозональную установку.
Подобные примеры еще чаще встречаются при проектировании установок других технологически-конструктивных групп многозонального нагрева.
При проектировании установок сталкиваются с двумя основными вопросами: выбором технологического варианта нагрева и выбором конструктивного типа нагревательной установки данной технологически-конструктивной группы.
Определение коэффициента полезного действия
Для определения к. п. д. наиболее целесообразно расчеты производить в следующей последовательности:
1. Определить отношение длины к площади поперечного сечения нагреваемой детали.
2. По кривой 4 на рисунке 4.2 в соответствии со значениями отношений /2/s2 определить предварительное оптимальное значение к. п. д., по которому найти другие характеристики или технические данные проектируемой установки с учетом того, что используемый в расчетах к. п. д. является оптимальным (если конкретный тип установки не выбран, а речь идет вообще о контактном нагреве).
3. Определить эксплуатационный к. п. д. в соответствии с расчетным отношением /2/s2 в случае, если выбран конкретный тип одно- или двухзональной установок, конструкция которых
аналогична разработанным в НЙИТракторосельхозмаше, и если геометрические размеры нагреваемых зон соответствуют размерам, приведенным на рисунке 5.2. Эти значения к. п. д. следует рассматривать как минимальные, так как они соответствуют эксплуатационным данным одно- и двухзональных нагревательных установок.
4. Для установок других типов расчет к. п. д. производится по данным, соответствующим конкретной технологически-конструктивной группе установок. При отсутствии последних можно воспользоваться кривыми на рисунках 4.2 или 5.2.
Если ни один из перечисленных вариантов определения к. п. д. не может быть использован и требуется произвести подробные расчеты к. п.д. цепи установки и тепловой к. п. д., то следует воспользоваться формулами и рекомендациями, изложенными применительно к данным конкретным условиям.
Рисунок 5.2 - График
Однако следует иметь в виду, что для таких расчетов необходимо иметь конструктивные размеры всех элементов силовой цепи установки, а следовательно, почти полностью спроектированную установку. Для ориентировочных расчетов или оценки тех или иных характеристик или показателей, необходимых при проектировании, следует воспользоваться предварительными расчетно-эмпирическими кривыми (рисунок 4.2) и экспериментальными кривыми для соответствующей группы установок.
Определение коэффициента мощности
Следующим после к. п. д. техническим показателем электроконтактной установки является коэффициент мощности, который определяется в такой последовательности:
1. Находят отношение длины к сечению заготовки или заготовок (если в техническом задании речь идет о нескольких типоразмерах, нагреваемых на данной установке).
В соответствии с этим отношением по кривой рисунка 4.5 определяют коэффициент мощности, который следует считать оптимальным независимо от типа электроконтактной установки.
В том случае, когда выбран тип одно- или двухзональной установок обособленного нагрева, значения коэффициента мощности следует определять по кривым на рисунке 5.3, показывающим зависимость коэффициента мощности указанных электроконтактных установок НИИ Тракторосельхозмаша от отношения /2/s2для различных типоразмеров заготовок. При этом значения коэффициента являются минимальными и наиболее правильными.
Рисунок 5.3 - Зависимость коэффициента мощности cosf1электроконтактных установок обособленного нагрева от отношения /2/s2.
1 — для двухпозиционной установки при поочередном _нагреве заготовок d = 70 мм; 2 — то же при одновременном нагреве заготовок d= 60 мм 3 — для однозональной однопозиционной установки ЭУ-150, U= 180-360 мм; 4 — для двухпозиционной установки при поочередном нагреве заготовок длиной l2= 850 мм; 5 — то же при одновременном нагреве заготовок длиной l2= 850 мм', 6 — для однопозиционной двухзональной установки ЭУ-150 при нагреве заготовки с общей длиной нагреваемых зон l2= 550-=-750 мм.
4. Для других типов установок коэффициент мощности следует брать по данным, соответствующим конкретной технологически- конструктивной группе.
5. После определения действительных конструктивных размеров элементов силовой цепи и конструкции установки можно произвести теоретический расчет коэффициента мощности по формуле (24), подставив в нее соответствующие значения общих со противлений установки, приведенных к сопротивлению первичной обмотки силового трансформатора. К теоретическому расчету следует прибегать только в том случае, если нельзя воспользоваться экспериментальными или эксплуатационными данными, приведенными выше. Такой расчет будет сугубо ориентировочным из-за целого ряда допущений, к которым при этом приходиться прибегать.
Расчет мощности нагревательной установки
После определения к. п. д. и коэффициента мощности можно перейти к расчету мощности нагревательной установки. При этом различают:
а)активную и реактивную мощности, потребляемые из сети нагревательной установкой;
б)активную и реактивную мощности, подводимые к нагреваемой детали.
Активная мощность определяется по формуле: (29)
.
Полная мощность, подводимая к нагреваемой детали, определяется по формуле: (30)
Где cosf2 коэффициент мощности нажимных контактах нагреваемой детали,
Определяемый по формуле: (31)
где r2 — активное сопротивление заготовки переменному току; z2 — полное сопротивление заготовки.
Поскольку активное сопротивление заготовки зависит от температуры, то и мощность изменяется в процессе нагрева.