Определение мощности и основных конструктивных размеров ЭНУ
При расчете ЭНУ к исходным данным, определяемым технологическими условиями, относятся: назначение установки, количество нагреваемого материала М (кг); электро- и теплофи-зические характеристики материала, начальная U и конечная /2 (°С) температура нагрева, температура окружающей среды /о.с, время т (с) или скорость dt/dx (°С/с) нагрева. Если задана скорость нагрева, то потребную мощность установки определяют из формулы (2.30): P**Mc*2- + kF(t-t0.J. (2.40) ах В уравнении (2.40) первое слагаемое представляет собой полезную мощность, а второе — потери. Выражение для полезной мощности можно получить из формулы (2.40), предположив, что нагрев происходит без потерь. В этом случае, согласно
\ dx Jx= о где t — конечная температура нагрева; т — время нагрева до В итоге получаем выражение для определения полезной мощности Pao. = Mc±=h-. (2.42) т Расчетная мощность установок РраСч определяется из теплового баланса процесса нагрева для установившегося режима: ' расч "'пол "г ^*пот» где Рпол — полезная мощность, кВт; 2Рпот — сумма потерь мощности в окружающую среду, на нагрев конструкций и т. п., кВт. Общие потери 2РПот обычно складываются из трех составляющих: потерь от контакта с деталями машины, потерь в окружающую атмосферу лучеиспусканием и потерь конвекцией. Каждая из составляющих определяется по уравнениям, приведенным в курсах теплотехники. В формном оборудовании тепловые процессы связаны либо с нагревом твердых или жидких масс, либо с изменением их агрегатного состояния (плавление, испарение). В случае нагрева материалов полезная мощность (кВт) определяется формулой (2.42): Япол- ол 3600т V ' где ср — средняя теплоемкость материала, кДж/кг°С; >tK и tH — конечная и начальная температура нагреваемого материала, °С; т— время разогрева, ч. При плавлении и испарении материалов тепло вначале расходуется на нагрев материала до температуры фазового превращения, а затем уже на изменения агрегатного состояния: П0Л 3600т 3600т ' К где tnjl — температура плавления (испарения), °С; г — скрытая теплота фазового превращения, кДж/кг; i2 и ix — конечное и начальное топлосодержание материала, включающее и скрытую теплоту фазового превращения, кДж/кг.
где ^т — тепловой кпд, учитывающий потери в окружающую среду, на нагрев элементов конструкции и т. п.; цэ — электрический кпд, учитывающий потери в электрических элементах установки. В итоге получим D _ Риол ______ Рпол /О Д?Л Установленная мощность Руст принимается выше расчетной на некоторую величину: ^сТ = *зЛасч=К3^-, (2-46) где кз _ коэффициент запаса, учитывающий увеличение потерь в процессе эксплуатации, старение нагревателей, снижение питающего напряжения и др. Значение К3 принимается в пределах 1,1—1,3. При проведении теплового расчета предварительно разрабатывается эскизный проект и намечаются основные размеры установки. На этой стадии широко используют имеющийся инженерный и практический опыт работы с нагревательным оборудованием аналогичного назначения. Внутренние размеры и конфигурацию рабочего пространства устанавливают, исходя из условий размещения нагреваемого материала, нагревателей, приборов контроля, удобства демонтажа нагревателей и др. Необходимо уделить должное внимание удобству обслуживания и обеспечению требуемой механической прочности. При выборе формы следует во всех случаях стремиться к тому, чтобы установка имела минимальную удельную ограждающую поверхность (м2/м3) °УД — у» где F — суммарная ограждающая поверхность, м2 (поверхность теплоотдачи); V — объем рабочего пространства, м3. - С уменьшением Syfl снижается расход конструкционных материалов, а также уменьшаются потери тепла в окружающую среду. В установках длительного нагрева для уменьшения тепло-потерь и повышения кпд целесообразно применить тепловую изоляцию, что существенно снижает коэффициент теплопередачи. С уменьшением удельной ограждающей поверхности 5УД значение цт возрастает. С увеличением температуры нагрева t значение цт снижается и поэтому не следует завышать рабочую температуру, если этого не требует технологический процесс. С увеличением скорости нагрева кпд повышается, поэтому всегда следует стремиться к интенсификации процессов нагрева, если это отрицательно не сказывается на качестве обрабатываемых материалов. К тому же для интенсификации процесса необходимы значительные мощности, что не всегда целесообразно. На практике цт определяют по следующей зависимости: ------- £пол------ (24?) где АРС — мощность потерь в окружающую среду с учетом полной поверхности теплопотерь; ДРК — мощность потерь на нагрев элементов конструкций. Значение цэ определяют методами, рассматриваемыми в соответствующих курсах по электрооборудованию. В табл. 2.1 приведены значения кпд для некоторых видов ЭНУ.
|
Расчет всех видов потерь 2РПОт — весьма сложная и трудоемкая задача. Поэтому в ряде случаев для упрощения расчетов потери учитываются коэффициентом полезного действия ц:
