Курсовой проект

Читайте также:

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

2010 150105 К06 ПЗ

Руководитель: Доцент, к.т.н.	Эйсмондт Ю.Г.
Нормоконтролёр Доцент, к.т.н.	Эйсмондт Ю.Г.
Студент: Группа Мт-46071	Короткая А.Ю.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит: 38 с., 4 рис., 19 табл., 9 лит. ист.

Спроектирована электрическая конвейерная печь для термической обработки колец крупных подшипников. Произведены расчёты: расчёт садки, расчёт времени нагрева, расчёт теплового баланса печи, расчёт электрических нагревателей, расчёт защитной атмосферы, расчёт годовой программы производства. Спроектирован участок термической обработки колец крупных подшипников.

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения………………………………………...
Введение…………………………………………………………………….
1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧИ……………………………………………….
1.1. Выбор и описание оборудования……………………………………….
1.2 Расчёт печи………………………………………………………………..
1.2.1 Расчёт садки…………………………………………………………...
1.2.2 Расчёт времени нагрева………………………………………………
1.2.3 Расчёт теплового баланса печи………………………………………
1.2.4 Расчёт электрических нагревателей…………………………………
1.2.5 Расчёт состава контролируемой атмосферы………………………...
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА………………………………………….
2.1 Расчёт годовой программы производства………………………………
2.2 Описание проекта участка……………………………………………….
Заключение………………………………………………………………..
Список использованных источников………………………….

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ

Вi – число Био;

С_о – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;

– средняя теплоемкость в интервале от t_н до t_к, кДж/кг∙К;

D – диаметр, м;

F – площадь, м²;

G – масса садки, кг;

H,h – высота, м, мм;

i – i-ый слой футеровки;

k – коэффициент формы или коэффициент запаса;

L – длина, м, мм;

m – масса, кг;

n – количество;

N – тепловой поток (мощность), Вт, кВт;

S – характерный размер тела или толщина слоя футеровки, м;

Q – количество тепла, Дж, кДж:.

P – производительность, кг/с, кг/ч или расход газа (жидкости), м³/с;

R, r – радиус, м;

t – температура, °C;

– средняя температура в слое;

T – температура, К или период времени, ч, дни;

U – напряжение, В;

V – объем, м³;

W – удельная поверхностная нагрузка, Вт/см²;

α – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м²∙К;

δ – толщина нагреваемого изделия, мм;

∆ – погрешность, %

ε – степень черноты;

λ – коэффициент теплопроводности нагреваемого изделия, Вт/м∙К;

ρ – плотность материала нагреваемого тела, кг/м³;

μ – коэффициент несимметричности нагрева

τ – время, ч, мин, с;

Подстрочные индексы:

АТМ – атмосфера;

вод – вода;

вн – внутренняя;

г – шага;

год – годовой;

д – действительная;

з – зигзаг;

к – конечное значение;

кал – календарный;

л – лучистый;

м – металл;

н – начальное значение или нагреватели;

нар – наружная;

неучт. – неучтённые;

ном – номинальный;

окр.ср. – окружающая среда;

охл – охлаждающая;

п – печь;

пр – приведённое значение;

празд – праздничные дни;

р – реальная;

расч – расчётная;

ср – средний;

ст – стенка;

теор – теоретическое;

ТКЗ – тепловые короткие замыкания;

уст – установленная;

уч – участок;

ц – центр;

эф – эффективный;

1,2,3 – номера по порядку;

Σ – суммарное значение.

ВВЕДЕНИЕ

Заданная деталь (кольцо) – составная часть крупного подшипника качения, который в свою очередь является одним из основных элементов большинства машин и механизмов. Долговечность подшипников характеризуется главным образом качеством стали и её термической обработкой.

Характеристика стали ШХ15СГ, из которой изготовлена деталь:

– сталь целевого назначения, конструкционная;

– массовая доля элементов (в %) представлена в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав стали ШХ15СГ

C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni¹	Mo	Ti	Cu¹
0,95…1,05	0,40…0,65	0,90…1,20	≤ 0,020	≤ 0,027	1,30…1,65	≤ 0,30	-	-	≤ 0,25
¹ Сумма Ni и Cu ≤ 0,50%

– температуры критических точек представлены в таблице 2:

Таблица 2 температуры критических точек, °C

Ac1	Ac3	Ar1	Ar3
			-

– рекомендуемая термическая обработка представлена в таблице 3:

Таблица 3 Рекомендуемая термическая обработка по ГОСТ 801-78 [1]

Операция	Температура, °С	Охлаждающая среда
Закалка	810…840	Масло
Отпуск	150…160	Воздух

Рекомендуемое время отпуска составляет 1 ч [2].

– назначение: кольца роторов буровых машин, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, сёдла нагнетательных клапанов, корпусы распылителей, ролики толкателей, кулачки, копиры, накладные направляющие и другие детали, к которым предъявляются требования высокой твёрдости, износостойкости и контактной прочности, кольца и ролики крупногабаритных подшипников [1].

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧИ

1.1 Выбор и описание оборудования

Проведение термической обработки крупных колец подшипников можно осуществлять в печах нескольких типов, таких как: толкательная, рольганговая, шахтная, конвейерная. Но в ряде случаев это не рационально. Так, в толкательной печи необходимо применение дополнительной тары, что приведёт к увеличению потерь тепла на её нагрев. В рольганговой печи довольно сложна реализация внутренней транспортировки изделий: обрабатываемая делать должна опираться одновременно на три ролика, что трудно осуществить ввиду относительно небольших размеров колец подшипников. В шахтной печи существует сложность размещения деталей в печи: велика вероятность деформации деталей в случае использования специальных приспособлений типа «ёлочка». С учётом отмеченных недостатков преимущество имеет конвейерная печь, где исключена вероятность деформации обрабатываемых деталей, не требуется использование дополнительной тары и изготовление сложных механизмов транспортировки. Выбираем электрическую конвейерную печь с защитной атмосферой (применение контролируемой атмосферы обусловлено соблюдением условий обработки стали ШХ15СГ, которая должна нагреваться под закалку в эндогазовой атмосфере).

Конвейерная электропечь с температурой нагрева до 900 ºС предназначена для нагрева деталей под закалку в контролируемой защитной атмосфере эндогаза. Данная печь имеет индекс СКЗ. В обозначение печи также входят цифры, показывающие в числителе ширину, длину печи по конвейерной ленте и высоту в дм, ав знаменателе — максимальную температуру в сотнях градусов: СКЗ-04.20.01/9. Печь приведена на листе 1.

Футеровка печи выполнена из огнеупорных и теплоизоляционных материалов: шамота-легковеса ШЛ-1,0 17, кирпича пенодиатомитового ПД-400 18 и рулонного каолинового материала ВГР-150 19 и заключена в сварной каркас из листовой и профильной стали. Для осуществления аварийного ремонта печь снабжена съёмной крышкой 14.

Рабочая камера 10 герметична; со стороны загрузки она снабжена форкамерой 15 со шторками 16. Детали подаются в рабочую камеру печи при помощи вибрационного механизма. Данный механизм состоит из пульсирующего лотка 9, установленного на свободно вращающихся роликах 12, специального кулачкового устройства 5, сообщающего лотку возвратно-поступательное движение и пружины-ускорителя 8. Питание осуществляется от привода 7. При каждой пульсации лотка во время резкой остановки, движущиеся под действием пружины-ускорителя, лежащие на нём детали по инерции передвигаются вперёд вдоль печи.Далее изделия продвигаются по печи на конвейерной ленте 4. Конвейерная лента панцирного типа собрана из литых жаропрочных звеньев. В конце пути детали попадают в разгрузочный наклонный лоток 11, который утоплен в закалочную жидкость бака. Таким образом детали закаливаются без выноса на воздух. Ведущий зубчатый барабан 2 конвейера расположен наразгрузочной стороне, а ведомый 1 — со стороны загрузки. Конвейер приводится в действие от двигателя постоянного тока 3, что позволяет плавно регулировать его скорость. Электроэнергию печь получает от трехфазной сети напряжением в 380 В. Нагреватели 6 изготовлены из зигзагообразной проволоки, выполненной из материала Х15Ю5, и расположены на своде, на боковых и торцевых стенках. Нагреватели навешиваются на крючки и штыри.

Для обеспечения безопасности в печи предусмотрено автоматическое прекращение подачи защитного газа при снижении давления в подводящей магистрали или температуры в рабочем пространстве. Расход газа контролируется при помощи ротаметра 13 [3].

Так как требуемая термообработка включает в себя закалку в масле, то для осуществления данной операции необходим конвейерный закалочный бак. Выбран закалочный бак ЗБК-400.

Рисунок 1 Закалочный бак с горизонтальным конвейером [4]

Обозначения для рисунка 1:

1- ведомая пара звёздочек;

2- канал для отсоса масла;

3- пропеллерный насос;

4- цепи из специальных звеньев;

5- жёлоб, по которому детали падают из печи в бак;

6 и 7- направляющие уголки

8- ведущая пара звёздочек

9- швеллеры.

Основные параметры данного закалочного бака приведены в таблице 4.

Таблица 4 Основная техническая характеристика закалочного бака [4]

Тип закалочного бака	Ширина конв. ленты, мм	Габариты, мм³	Вместимость, м³	Производительность (средняя), кг/ч	Скорость конвейера, м/мин
ЗБК-400		1150×3600× ×1100	5,0		0,75

Для очистки деталей от масла после закалки нужно промыть их в щелочном растворе. С этой целью установлена специальная моечная машина типа ММК, представленная на рис.2

Рисунок 2 Конвейерная моечная машина типа ММК [3]

Обозначения для рисунка 2:

1- конвейер из штампованных звеньев с отверстиями для стока раствора;

2- водонепроницаемый кожух;

3- брызгальные трубки;

4- ведущий вал с ведущими звёздочками;

5- насос с электродвигателем;

6- фильтр;

7- бачок.

Основные параметры моечной машины приведены в таблице 5

Таблица 5 Основная техническая характеристика моечной машины

Тип закалочного бака	Ширина конв. ленты, мм	Габариты, мм³	Производительность (средняя), кг/ч	Скорость конвейера, м/мин
ММК		800×2000× ×1100		0,75

Для проведения операции отпуска устанавливаем электрическую конвейерную печь для низкого отпуска. Данная печь аналогична закалочной, но предназначена для работы при более низкой температуре (до 350 ° С) и с воздушной атмосферой. Так как режим отпуска стали ШХ15СГ предусматривает нагрев в течение 2 часов, то требуется значительно более протяжённая печь по сравнению с закалочной. Данную печь СКЗ-08.140.01/3,5 изготавливаем по индивидуальному заказу. Причём, в этой печи детали перемещаются со скоростью в 2 раза меньшей, чем в закалочной, и располагаются в два ряда по ширине конвейера. Распределение колец подшипников в два ряда осуществляется специальным механизмом рассортировки деталей.

1.2 Расчёт печи

1.2.1 Расчёт садки

Исходные данные для расчёта:

Размеры обрабатываемых колец подшипников:

D = 100…300 мм,

h = 20…40 мм,

δ = 5…10 мм;

Рис. 3 Схема размещение садки на конвейерной ленте

Садка состоит из:

6 колец D₁= 300мм h₁=40мм δ₁=10мм,

6 колец D₂= 200мм h₂=30мм δ₂=8мм,

6 колец D₃= 100мм h₃=20мм δ₃=6мм.

Рассчитаем массу садки:

Для этого определим объём одного кольца по формуле 1:

V_i=h_i·π·( - ) (1.1)

Кольцо1: V₁=h₁·π·( - ) = 4·3,14·(15²-14²) = 364,24 см³,

Кольцо2: V₂=h₂·π·( - ) = 4·3,14·(10²-9,2²) = 144,69 см³,

Кольцо3: V₃=h₃·π·( - ) = 4·3,14·(5²-4,4²) = 35,42 см³.

ΣV_садки = 6·(V₁+V₂+V₃) = (1.2)

= 6·(364,24+144,69+35,42) = 3266,10 см³.

m_садки = ρ_м·ΣV_садки= (1.3)

=7,8·3266,10 = 25475,60 г = 25,68 кг.

1.2.2 Расчёт времени нагрева

Исходные данные для расчёта:

F_м = 300×1800 мм²

F_ст = 730×2000 мм²

ε_м = 0,5

ε_ст = 0,8

Т_мн = 293 К

Т_мк = 1098 К

Т_п= 1138 К.

Расчёт произведен по методике [5].

С_пр = s New Roman"/><wx:font wx:val="Times New Roman"/><w:sz w:val="36"/><w:sz-cs w:val="36"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t>1</m:t></m:r></m:e></m:d><m:ctrlPr><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Times New Roman"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:sz w:val="36"/><w:sz-cs w:val="36"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr></m:ctrlPr></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> = (1.4)

= = 2,724 Вт/(м²·К⁴).

Коэффициент теплоотдачи определим по формуле:

α_л = С_пр· = (1.5)

= 2,724· = 90,55 Вт/(м²·К⁴).

Так как в справочной литературе отсутствуют данные о коэффициенте теплопроводности стали ШХ15СГ, то принимаем значения для наиболее близкой по содержанию углерода стали У9 [6].

Таблица 6 Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для стали У9 [6]

t,ºC
λ,	8,7	9,3	8,8	9,0	8,3	6,7	5,8	4,4	2,9	1,2	9,9	8,5	6,9	5,0	2,8	-

Средний коэффициент теплопроводности в интересующем нас интервале температур определим как среднее арифметическое из всех значений этого интервала:

λср = = (1.6)

= = = 42,82Вт/(м·град).

Число Био определим по следующей формуле:

Вi = = (1.7)

= = 0,085.

Так как Bi < 0,25 садка представляет собой теплотехнически тонкое тело.

Время нагрева найдём исходя из формулы:

τ_{нагрева}= = (1.8)

= = 1058,66 с = 0,294 ч

Производительность печи:

Р_м = = (1.9)

= = 86,667 кг/ч.

1.2.3 Расчёт теплового баланса печи

Расчёт произведен по методике [7].

Расходные статьи:

1.2.3.1 Тепло, затраченное на нагрев металла.

Так как печь непрерывного действия:

N_м= · Р_м·(t_мк· - t_мн· ) = (1.10)

= ·86,667·(825·0,666 - 20·0,469)= 13 кВт.

1.2.3.2 Потери тепла теплопроводностью через плоскую многослойную стенку при стационарном режиме работы печи определяем по формуле (температуру окружающей среды принимаем равной 20 ^°С):

N_ст = ; (1.11)

В качестве материалов кладки печи выбираем следующие:

1 слой – шамот-легковес ШЛ-1,0;

2 слой – кирпич пенодиатомитовый ПД-400;

3 слой – рулонный каолиновый материал ВГР-150.

Согласно справочным данным средний коэффициент теплопроводности i -го слоя стенки составит:

Для 1 слоя = 0,520+0,349· t_ср ·10^-3(1.12)

Для 2 слоя = 0,077+0,314· t_ср ·10^-3(1.13)

Для 3 слоя = 0,058+0,186· t_ср ·10^-3(1.14)

Для определения средних температур в слоях необходимо получить значения температур на их границах.

Температуру на границе между первым и вторым слоями футеровки печи принимаемравной:

t_1,2 = (0,7…0,9)×t_п = (1.15)

= 0,8·865,0 = 692 °С.

Температуру на границе между вторым и третьим слоем t_2,3 принимаем равной:

t_2,3 = (0,4…0,6)×t_п= (1.16)

= 0,5· 865,0 = 433 °С.

Температуру наружной поверхности печи t_нар для начального расчета принимаем равной 50 ^оС.

Температуру окружающей среды t_окр.ср. принимаем равной 20 ^оС.

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя .

= (1.17)

= = 779 °С;

= (1.18)

= = 562 °С;

= (1.19)

= = 241 °С.

Зная средние температуры в слоях, находим средний коэффициент теплопроводности _i каждого слоя для этих температур по формулам (1.12), (1.13), (1.14):

Для 1 слоя: = 0,520+0,349· 779 ·10^-3 = 0,792 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 562 ·10^-3 = 0,253 Вт/(м·град);

Для 3 слоя: = 0,058+0,186· 241 ·10^-3 = 0,103 Вт/(м·град).

– расчетную поверхность i-го слоя футеровки определим как среднегеометрическую из значений внутренней и внешней поверхности слоя футеровки:

; (1.20)

Дальнейший расчет осуществляем индивидуально для каждого типа стен:

Рис. 4 Условное обозначение стен печи

Стена 1

Расчётную поверхность каждого слоя футеровки определим по формуле (1.18):

Для 1 слоя:

= = = 3,64 м²;

Для 2 слоя:

= = = 4,73 м²;

Для 3 слоя:

= = = 6,16 м².

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 2456,43 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной cтенки печи t_нар:

t_1,2= t_п - N_ст· = (1.21)

= 865- 2456,43· = 767 °С;

t_2,3 = t_п - N_ст·( + ) = (1.22)

= 865- 2456,43·( + ) = = 531 °С;

t_нар= 20 + N_ст· = (1.23)

= 20 + 2456,43· = 47 °С;

t_нар= t_п - N_ст· = (1.24)

= 865 – 2456,43·( + + ) = 47 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 8 Сравнение принятых и полученных температур для стены 1

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Различия в принятых и полученных значениях температур t_1,2и t_2,3превышают ±10°С. Произведем пересчёт.

Принимаем: t_1,2= 767°С,

t_2,3= 531°С,

t_нар= 47°С.

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя по формулам (1.17), (1.18) и (1.19):

= 816 °С;

= = 649 °С;

= = 289 °С.

Зная средние температуры в слоях, находим средний коэффициент теплопроводности _i каждого слоя для этих температур по формулам (1.12), (1.13) и (1.14):

Для 1 слоя: = 0,520+0,349· 816 ·10^-3 = 0,804 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 649 ·10^-3 = 0,281 Вт/(м·град);

Для 3 слоя: = 0,058+0,186· 289 ·10^-3 = 0,112 Вт/(м·град);

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 2655,21 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной стенки печи t_нарпо формулам (1.21), (1.22), (1.23) и (1.24):

t_1,2= 865- 2655,213· = 761 °С;

t_2,3 = 865- 2655,21·( + ) = 531 °С;

t_нар= 20 + 2655,21· = 49 °С;

t_нар= 865 –2655,21·( + + ) = 49 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 9 Сравнение принятых и полученных температур для стены 1

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Отличие полученных значений температур от принятых составляет менее ±10°С. Расчёт для стены 1 можно считать оконченным.

Стена 2

Расчётную поверхность каждого слоя футеровки определим по формуле (1.18):

Для 1 слоя:

= = = 2,15 м²

Для 2 слоя:

= = = 2,88 м²

Для 3слоя:

= = = 3,90 м²

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 1471,40 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной cтенки печи t_нарпо формулам (1.21), (1.22), (1.23) и (1.24):

t_1,2= 865- 1471,40· = 766 °С;

t_2,3 = 865- 1471,40·( + ) = 302 °С;

t_нар= 20 + 1471,40 · = 45 °С;

t_нар= 865 – 1471,40 ·( + + ) = 45 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 10 Сравнение принятых и полученных температур для стены 2

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Различия в принятых и полученных значениях температур t_1,2и t_2,3превышают ±10°С. Произведем пересчёт.

Принимаем: t_1,2= 766 °С

t_2,3= 302 °С

t_нар= 45 °С

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя по формулам (1.17), (1.18) и (1.19):

= = 815 °С;

= 534 °С;

= r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> = 174 °С.

Для 1 слоя: = 0,520+0,349· 815 ·10^-3 = 0,805 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 534 ·10^-3 =0,245 Вт/(м·град);

Для 3 слоя: = 0,058+0,186· 174 ·10^-3 = 0,090 Вт/(м·град).

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 1387,83 Вт.

t_1, = 865- 1387,83 · = 773 °С;

t_2,3 = 865- 1387,83 ·( + ) = 320 °С;

t_нар= 20 + 1387,83 · = 44 °С;

t_нар= 865 –1387,83 ·( + + ) = 44 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 11 Сравнение принятых и полученных температур для стены 2

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Различия в принятых и полученных значениях температуры t_2,3превышают ±10°С. Произведем пересчёт.

Принимаем: t_1,2= 773 °С

t_2,3= 320 °С

t_нар= 44 °С

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя по формулам (1.17), (1.18) и (1.19):

= = 819 °С;

= = 546 °С;

= = 182 °С.

Для 1 слоя: = 0,520+0,349· 819 ·10^-3 = 0,806 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 546 ·10^-3 = Вт/(м·град);

Для 3 слоя: = 0,058+0,186· 182 ·10^-3 = 0,092 Вт/(м·град).

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 1407,43 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной стенки печи t_нар по формулам (1.21), (1.22), (1.23) и (1.24):

t_1,2= 865- 1407,43 · = 772 °С;

t_2,3 = 865- 1407,43 ·( + ) = 319 °С;

t_нар= 20 + 1407,43 · = 44 °С;

t_нар= 865 –1407,43 ·( + + ) = 44 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 12 Сравнение принятых и полученных температур для стены 2

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Отличие полученных значений температур от принятых составляет менее ±10°С. Расчёт для 2 стены можно считать оконченным.

Стена 3

Расчётную поверхность каждого слоя футеровки определим по формуле (1.18):

Для 1 слоя:

= = = 1,19 м²

Для 2 слоя:

= = = 1,88 м²

Для 3 слоя:

= = = 2,71 м²

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 814,51 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной cтенки печи t_нар по формулам (1.21), (1.22), (1.23) и (1.24):

t_1,2= 865- 814,51 · = 809 °С;

t_2,3 = 865- 814,51 ·( + ) = 698 °С;

t_нар= 20 + 814,51 · = 40 °С;

t_нар= 865 – 814,51 ·( + + ) = 40 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 13 Сравнение принятых и полученных температур для стены 3

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Различия в принятых и полученных значениях температур t_1,2и t_2,3превышают ±10°С. Произведем пересчёт.

Принимаем: t_1,2= 809 °С

t_2,3= 698 °С

t_нар= 40 °С

Определим средние температуры в слоях:

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя по формулам (1.17), (1.18) и (1.19):

= = 837 °С;

= = 753 °С;

Для 1 слоя: = 0,520+0,349· 837 ·10^-3 = 0,812 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 753 ·10^-3 = 0,314 Вт/(м·град);

Для 3 слоя: = 0,058+0,186· 369 ·10^-3 = 0,127 Вт/(м·град).

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (1.11):

N_ст = = 984,96 Вт.

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, t_2,3 и наружной стенки печи t_нар по формулам (1.21), (1.22), (1.23) и (1.24):

t_1,2= 865- 984,96 · = 799 °С;

t_2,3 = 865- 984,96 ·( + ) = 690 °С;

t_нар= 20 + 984,96 · = 44 °С;

t_нар= 865 –984,96 ·( + + ) = 44 °С.

Сравним полученные значения температур с принятыми ранее:

Таблица 14 Сравнение принятых и полученных температур для стены 3

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t_1,2,°С
t_2,3,°С
t_нар,°С

Отличие полученных значений температур от принятых входит в допустимый интервал ±10°С. Расчёт для 3 стены можно считать оконченным.

Суммарные потери тепла через все стены составят:

N_ст= 2·(N_ст1+ N_ст2+ N_ст3) = (1.25)

= 2·(2655,21+1407,43+984,96)=1009,5 Вт = 10,09 кВт.

1.2.3.3 Потери тепла через водоохлаждаемые элементы конструкции печи:

Принимаем начальную температуру воды равной:

t_водН = 20 °С,

и конечную температуру:

t_водК = 40 °С.

Данным температурам соответствуют следующие значения теплоемкости воды:

С_водН = 4186 кДж/(м³·К),

С_водН = 4177 кДж/(м³·К).

Найдём среднее значение теплоемкости:

= = (1.26)

= = 4181,5 кДж/(м³·К).

Расход воды принимаем равным:

Р_вод = 0,25 м³/ч. [4]

Потери тепла через водоохлаждаемые элементы составят:

= (1.27)

= = 5,8 кВт.

1.2.3.4 Потери тепла через тепловые короткие замыкания:

=0,375 · 10,09 = 3,78 кВт (1.28)

(так как печь небольшая проходная, коэффициент был выбран из диапазона 0,25...0,50)

1.2.3.5 Затраты тепла на нагрев контролируемой атмосферы:

Расход контролируемой атмосферы принимаем из диапазона: .

= В·L·H =

= 0,73·2,5·1,2 = 2,19 м³; (1.29)

= 7,5 · =

= 7,5 · 2,19 = 16,425 м³/ч. (1.30)

Состав атмосферы (эндогаза)приведён в таблице 19 на с. 35. Условно принимаем состав:

N2 – 47 %

H2 – 33 %

CO – 20 %

Определим теплоёмкости эндогаза для начальной = 20°С и конечной =40°С температур атмосферы.

Расчет произведём на основании справочных данных [5] при помощи метода интерполяции:

Таблица 15 Теплоёмкости газов СО, Н₂ и N₂ для разных температур

С газа t, °С	С_CO, кДж/(м³·К)	С_H2, кДж/(м³·К)	С_N2, кДж/(м³·К)
	1,2992	1,2766	1,2987
	1,3017	1,2908	1,3004
	1,3862	1,3168	1,3717
	1,3996	1,3226	1,3846

= 1,2992-(1,2992-1,3017)·(20-0)/(100-0) = 1,2997 кДж/(м³·К);

= 1,2766-(1,2766-1,2908)·(20-0)/(100-0) = 1,2794 кДж/(м³·К);

= 1,2987-(1,2987-1,3004)·(20-0)/(100-0) = 1,2990 кДж/(м³·К);

= 1,3862-(1,3862-1,3996)·(865-800)/(900-800) =

= 1,3949 кДж/(м³·К);

= 1,3168-(1,3168-1,3226)·(865-800)/(900-800) =

= 1,3206 кДж/(м³·К);

= 1,3717-(1,3717-1,3846)·(865-800)/(900-800) =

= 1,3801 кДж/(м³·К);

= 0,2· +0,47· +0,33· = (1.31)

= 0,2·1,2997 + 0,4·1,2794 +0,4·1,2990 = 1,2914 кДж/(м³·К);

= 0,2· +0,47· +0,33· = (1.32)

= 0,2·1,3949 + 0,4·1,3206 + +0,4·1,3801 = 1,3592 кДж/(м³·К);

= (1.33)

= 16,425 · (1,3592·865 - 1,2914·20) = 18890 кДж/ч = 5,24 кВт.

1.2.3.6 Неучтенные потери принимаем равными 10...15% от суммы всех статей расходной части баланса без учета затрат на нагрев металла:

N_неучт =0,125· (N_ст + N_охл+ + ) = (1.34)

= 0,125·(10,09+5,80+3,78+5,24) = 3,11кВт.

1.2.3.7 Тепловой баланс

Таблица 16 Тепловой баланс печи СКЗ-04.20.01/9

Статьи теплового баланса	N, кВт	%
Тепло, затраченное на нагрев металла	13,00	31,70
Тепло, теряемое через стенки теплопроводностью	10,09	24,60
Потери на водоохлаждение	5,80	14,14
Потери через тепловые короткие замыкания	3,78	9,21
Потери на нагрев контролируемой атмосферы	5,24	12,77
Неучтённые потери	3,11	7,58
Всего	41,02	100,00

С учетом коэффициента запаса мощности k=1,463 установленная мощность печи составит:

N_уст= k·Σ_{расходных статей} = 1,463· 41,02 = 60 кВт (1.35)

1.2.4 Расчёт электрических нагревателей

Расчёт произведён по методике [8].

Исходные данные для расчёта:

N_уст= 60 кВт

t_м = 825 °С = 1098 К

F_м = 300·1800 мм·мм

F_н = 730·2000 мм·мм

ε_м = 0,5

ε_н = 0,8

U = 380 В

число нагревателей n = 6

Определим мощность одного нагревателя:

N₁ = = (1.36)

= = 10 кВт.

Температура нагрева металла t_м = 825 °С. В зависимости от неё и с учётом способа передачи выбираем максимальную рабочую температуру:

t_Н= t_м+ (50...200) = (1.37)

= 825 + 150 = 975 °С = 1248 К.

и материал нагревателя:

Выбираем материал Х15Ю5 и определяем его удельное сопротивление r_t в зависимости от принятой t_Н по [8]:

r =1,47 мкОм×м.

Рассчитаем удельную поверхностную нагрузку W.

В идеальном случае допустимая удельная поверхностная нагрузка находится по формуле:

W_ид = С_пр· (1.38)

гдеС_пррассчитаем по формуле (1.4):

С_пр = = 2,710 Вт/(м²·К⁴).

Идеальная удельная нагрузка, найденная по формуле (1.38) будет равна:

W_ид = 2,710 · = 2,635 Вт/см².

Реально допустимую удельную поверхностную мощность W_д считаем по формуле:

W_д = W_ид· a_S. (1.39)

a_S можно определить по формуле:

a_S = a_эф· a_г· a_с· a_р(1.40)

Коэффициент эффективности излучения a_эф для проволочного зигзага выбираем равным 0,68.

Коэффициент шага a_г, зависящий от относительных межвитковых расстояний принимаем равным 1,07, при этом e/d =3,2.

Определим a_с — коэффициент, учитывающий зависимость W_дот С_прпо формуле:

a_с= С_пр/3,9= (1.41)

= 2,71 /3,90 = 0,695.

Так как 0,3 £ F_м/ F_н£ 0,8, a_р — коэффициент соотношения тепловоспринимающей F_ми теплоизлучающей поверхностей F_н определим по формуле:

a_р = 0,4 + 1,2·(F_м / F_н - 0,3) = (1.42)

= 0,4 + 1,2·((1300·1800)/ (730·2000) - 0,3) = 0,484.

Значение a_S_,рассчитанное по формуле (1.40) составит:

a_S = 0,680·1,070·0,695·0,484 = 0,245.

Тогда W_дпо формуле (1.39) равно:

W_д= 2,635 · 0,245 = 0,644 Вт/см²

Так как нагреватели изготовлены из материала круглого сечения (проволока) рассчитаем диаметр:

d = 34,5· = (1.43)

= = 3,937мм;

(по ГОСТ 12766.1-77 принимаем значение d = 4 мм)

и длину:

L = 0,926 · = (1.44)

= 0,926 · = 123 м.

Сечение и длина развернутого нагревателя проверены по номограммам Будрина Д.В. С определённой точностью полученные значения и данные номограмм совпадают.

После определения размеров нагревателя произведём предварительную проверку правильности выполненного расчета.

Предварительная проверка расчета нагревателя:

1. Рассчитаем действительную (реальную) поверхностную нагрузку нагревателя W_р:

W_р = 10³· N₁ / F_р. (1.45)

Действительная (реальная) излучающая поверхность нагревателя составит:

F_Р = L · π · d = (1.46)

= 123 · 3,14 · 4 = 15469 см².

Тогда W_Р, рассчитанная по формуле (1.42) будет равна:

W_р = 10³· 10/ 15469 = 0,646 Вт/см².

2. Вычислим погрешность ∆ = [(W_р — W_д) / W_д ] · 100% = (1.47) = [ 0,644 – 0, 646) / 0,646 ] · 100% = 0,3 %.

3. Так как ∆ < ±5%, то проверим температуру нагревателя:

t _н = 100 · = (1.48)

= 100 · = 975 °С.

Так как полученная температура не превышает допусти

Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 77 | Нарушение авторских прав

<== предыдущая страница	\|	следующая страница ==>
Fertilization and Subsequent Development of Cattle Oocytes after Reduced Incubation with Spermatozoa	\|	Короткие практические Задания для лабораторных занятий

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.149 сек.)