Технология электроконтактного нагрева заготовок (стр. 12 из 14)
Так как и2 и z2 известны из формул (40) и (41), то вычислить потребный ток нетрудно.
Для вычисления тока в начальный, конечный периоды нагрева или в любой другой момент времени в формулу (41) необходимо подставить соответствующее этому моменту значение полного сопротивления z2; если влиянием скинн-эффекта можно пренебречь, то активное сопротивление r2 можно вычислить по известной формуле с учетом возможного повышения температуры.
После определения конструктивных размеров элементов силовой цепи и всей.установки рассчитывают по ним более точно значения сопротивления r2 и z2, а по формуле (41) находят величину тока.
Расчет сечения токоподводящих шин
Площадь сечения шин вторичной силовой цепи электроконтактной установки определяется с учетом следующих условий:
1. Длина шины выбирается (насколько это возможно по конструктивным соображениям) минимальной.
2. Толщина шины не должна превышать 30—35 мм, так как увеличение толщины из-за наличия скинн-эффекта вызывает излишний расход материала.
Масса материала оказывает влияние на тепловые характеристики: чем она больше, тем больше требуется тепловой энергии для повышения ее температуры на 1° С. Поэтому при одних и тех же потерях в шинах повышение температуры тем меньше, чем больше масса шины. Но это продолжается только до установления стационарного состояния.
3. Одна из шин в большинстве случаев должна быть гибкой, если она крепится к подвижной зажимной головке. Поэтому такая шина должна набираться из медной полосовой фольги.
4. Так как электрические токи в шинах вторичной цепи нагревательных установок довольно велики, то при обычных допустимых плотностях тока сечения шин будут слишком большие. Поэтому все жесткие шины следует охлаждать водой и предусматривать плотности, которые в 2—2,5 раза больше плотностей, допускаемых для шин с естественным охлаждением воздухом.
5. Для гибких шин, не охлаждаемых водой, при расчете площади поперечного сечения рекомендуется принимать удельную плотность тока 3—2,5 а/мм2.
6. Расчетным током служит ток, определяемый по формуле:
I2P= I2 √kn.в,(42)
где I2 — ток, определяемый по формуле (41), при подстановке в нее средних значений напряжения на заготовке u2 и полного сопротивления последней z2;
kn.в — показатель повторно-кратковременного режима, определяемый как отношение времени нагрева к общему времени цикла работы установки с учетом времени, которое затрачивается на загрузочно-разгрузочные, транспортные, машинные и другие операции и паузы между ними.
Показатель kn.в выраженный в процентах, обычно называется коэффициентом повторного включения.
При проектировании установок большой мощности с малым вторичным напряжением ширина шин Может получиться настолько большой, что по конструктивным условиям гибкую шину вообще нельзя или очень трудно выполнить. В случае, если необходимо иметь гибкую шину, то придется идти на некоторое увеличение ее сечения или на применение воздушного искусственного охлаждения. Жесткие шины охлаждаются водой и используются при применении токов большой плотности.
Необходимо при этом иметь в виду, что увеличения плотности тока в 2—2,5 раза и больше в шинах не следует опасаться, так как потери и к. п. д. в электроконтактных установках определяются в основном сопротивлением переходных контактов и других элементов цепи.
5. Основные технико-экономические показатели электроконтактного способа нагрева
Основными технико-экономическими показателями всякого способа нагрева являются: 1) скорость нагрева; 2) к. п. д. нагревательных устройств; 3) стоимость нагрева; 4) качество металла после нагрева; 5) стоимость штампов и 6) коэффициент мощности для электронагревательных установок.
Скорость нагрева. Вопрос о скорости электроконтактного нагрева был довольно подробно рассмотрен в гл. I, здесь достаточно будет сослаться на то, что последующие расчеты и данные, касающиеся установления зависимости технико-экономических показателей электроконтактного способа от параметров нагреваемых заготовок, справедливы для условия, когда время нагрева определяется по формуле:
τ = d22 cek,(42)
где d2— диаметр заготовки в см.
Продолжительность электроконтактного нагрева, определяемая по формуле (42), является примерно средней между применяемой в настоящее время на практике и той, которая может быть использована для заготовок диаметром 20—100 мм при перепаде температур по длине и сечению, равном 100 °С.
К. п. д. электроконтактной установки зависит прежде всего от технологической группы и конструктивного типа последней и от геометрических параметров нагреваемой заготовки.
Сопоставление показателей при электроконтактном нагреве с показателями при других способах нагрева можно сделать только при условии, если речь идет об установках обособленного нагрева технологической группы I, установки же других технологических групп не являются нагревательными устройствами в том смысле, в каком обычно говорят об индукционных или о пламенных печах.
Общий к. п. д. можно определить из формулы
где к. п. д. трансформатора ήтр не зависит от геометрических размеров заготовок и равен ~0,94.
С помощью формул (21) и (22) и (42) можно вычислить общий к. п. д. электроконтактного нагрева для заготовок различных типоразмеров.
На рисунке 6.1 приведены кривые зависимости общего к. п. д. установок электроконтактного нагрева от диаметра нагреваемых заготовок. Если при электроконтактном нагреве соблюдается условие l2/d2 > 1, то общий к. п. д. практически не зависит от диаметра заготовок при соблюдении условия формулы (42).
Стоимость электроконтактного нагрева. При электроконтактном способе нагрева на установках технологической группы Iрасходы на нагрев 1 т металла складываются из одних и тех же статей, что и при других способах: стоимости энергоносителя (электроэнергии), затрачиваемой на нагрев 1 т металла, амортизационных расходов, стоимости обслуживания, стоимости воды и воздуха, расходуемых при нагреве 1 т.
Стоимость электроэнергии при электроконтактном нагреве определяется из формулы:
Сэ = (Wmin / ήо )Сэ1,.(43)
где Wmin— теоретический минимум энергии, необходимой для нагрева 1 т металла до соответствующей температуры (1100 0С), в квт-ч/т;
ήо— общий к. п. д. нагревательного устройства;
С э1— стоимость 1 квт-ч электроэнергии.
Рисунок 6.1 - Зависимость общего к. п. д. установок для электроконтактного нагрева от диаметра заготовок:
1 — l2/ d22 = 1; 2 — l2= 1000 мм; 3 — l 2= 100 мм.
Если использовать к. п. д., выраженный кривыми на рисунке 6.1, то получим кривые 1, 2, 3 на рисунке 6.2, показывающие зависимость стоимости электроэнергии, расходуемой на 1 т металла заготовок длиной 200 и 1000 мм, от различных условий.
Из этих кривых видно, что при соблюдении условия l2/ d22 = 1 стоимость электроэнергии не превышает 3,5 руб/т независимо от диаметра заготовок.
Амортизационные расходы на оборудование электронагревательных устройств складываются из амортизационных отчислений от общей стоимости оборудования и от стоимости его капитального ремонта в год.
Электроконтактные установки изготовляют мелкими сериями не специализированными организациями, поэтому стоимость их, несмотря на простоту конструкции, сравнительно велика.
Амортизационные расходы при электроконтактном нагреве определяют из формулы:
. (44)
Где Сн— стоимость электроконтактной установки в руб.; а3 — процент амортизационных отчислений; Ср — стоимость годового ремонта электроконтактной установки в руб.;
а0— число часов работы установки в год;
Рн— номинальная мощность установки в кет;
cos φ — коэффициент мощности установки.
Рисунок 6.2 - Зависимость стоимости электроэнергии и воды при нагреве от диаметра заготовок:
1 — l2/ d22 = 1; 2 — l2= 200 мм; 3 — l 2= 1000 мм стоимость электроэнергии; 4 —l2/ d22 =1; 5 — l 2 = 200 мм; 6 — 10 = 1000 мм, стоимость воды
Данные на рисунке 6.2 справедливы только при следующих значениях членов в формуле (44) и постоянном коэффициенте, равном 0,5: а3 = 10% , Сн = 7500руб., Wmin= 192 квт-ч, Рн = 250ква, Ср = 1000 руб., а0 = 4200 ч, cos φ = 0,8. Из этой формулы следует, что амортизационные расходы на 1 т нагреваемого металла при электроконтактном нагреве не больше 1 руб., если l2/ d22 = 1. Стоимость электроэнергии в 5 раз больше амортизационных расходов.
Стоимость обслуживания электроконтактных установок. При определении стоимости обслуживания принимается, что один нагревальщик обслуживает двенагревательные установки мощностью 250 ква каждая. Тогда можно принять, что средняя часовая заработная плата рабочего с учетом отчислений на специальное страхование составит 0,615 руб/ч.
С учетом производительности нагревательной установки, коэфициента мощности и общего к. п. д. расходы на обслуживание могут быть определены из формулы:
. (45)