Учебное пособие 574

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение лабораторных работ имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционном курсе и учебных пособиях.

При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с принципом действия электротехнических установок и их характеристиками; с методикой проведения работ по изучению устройств.

Объем каждой лабораторной работы рассчитан на 4 академических часа в лаборатории.

Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка. Она включает в себя следующее:

-изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;

-тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям;

-ознакомление со стендом и работой электрической схемы.

На первом лабораторном занятии студент должен изучить инструкцию по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен на рабочем месте подробно ознакомиться с электрической схемой, изучить приборы и параметры электротехнических устройств и только после этого приступать к работе.

После выполнения полного объема лабораторной работы студент обязан отключить установку, привести рабочее место в надлежащий порядок.

Студент допускается к выполнению очередной лабораторной работы после сдачи отчета за предыдущую и при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.Приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием, правилами безопасности работ, оборудованием, проверьте исправность ограждений и предохранительных устройств.

2.Не загромождайте свое рабочее место оборудованием и аппаратурой, не относящимися к выполняемой работе, так как это может явиться причиной несчастного случая.

3.При работе в лаборатории выполняйте только то задание, которое Вам поручено.

4.Запрещается находиться в лаборатории в верхней одежде.

5.Студентам запрещается без разрешения преподавателя отлучаться из лаборатории при проведении работ.

6.По окончании работы приведите в порядок свое рабочее место. После уборки заявите ответственному по лаборатории об окончании работы, и только после его разрешения можете оставить лабораторию.

7.Студенты, нарушающие дисциплину, правила работы в лаборатории и правила техники безопасности, отстраняются от работы.

СТРОГО ВОСПРЕЩАЕТСЯ!

Включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя.

Включать схему под напряжение без предварительной проверки и разрешения руководителя.

Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

При возникновении аварийных режимов лабораторная установка должна быть немедленно отключена.

УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА Отчет выполняется на листах формата А4 и содержит: титульный лист; цель работы;

краткие теоретические сведения; порядок работы; результаты работы; выводы;

ответы на контрольные вопросы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить конструкцию электрической печи сопротивления, ее электрическую часть и схему управления температурным режимом. Получить практические навыки по проведению испытаний электротермического оборудования и расчету тепловых потерь печи через футеровку.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Устройство электропечи типа СНОЛ-1,6.2,5.1.11-И2 представлено на рис. 1.

Электропечь состоит из металлического корпуса 1, в верхней части которого смонтирована нагревательная камера, в нижней части - пусковая и контрольно-измерительная аппаратура.

4

5

Рабочее пространство электропечи образовано разъемными керамическими фасонами. Пространство между фасонами и корпусом заполнено теплоизоляцией 2. В качестве теплоизоляции используются асбестовые вставки. В пазах керамических фасонов установлены четыре спиральных нагревателя: боковые 3 и 4, верхний 5 и нижний 6, соединенные между собой последовательно. Загрузка печи производится через проем, закрываемый дверцей 7. Садка устанавливается на керамическую подовую плиту 8.

Питание электропечи осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц. Клеммы для подсоединения к сети расположены на задней стороне электрического блока. Контроль и регулирование температуры осуществляется электронным прибором, работающим совместно с термоэлектрическим преобразователем ТПП-0679-01, установленным в нагревательной камере.

В электрической схеме предусмотрены: автоматический выключатель для включения электропечи и защиты силовых цепей; тиристорный контактор в качестве исполнительного устройства; световая сигнализация; предохранитель для защиты от токов короткого замыкания цепи управления; микровыключатель; магнитный пускатель для отключения нагревателей при открывании дверцы; конденсатор для снижения уровня радиопомех.

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Питание электропечи осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. В качестве датчика температуры используется термопреобразователь типа ТПП-0673-01, установленный в верхней части камеры печи. Расход электроэнергии измеряется с помощью счетчика. Установленная мощность измеряется ваттметром. Напряжение питания измеряется вольтметром. Температура корпуса печи измеряется термопарой.

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1.Ознакомиться с электрооборудованием установки. Схема установки представлена на рис. 2.

4.2.Подготовить печь к работе – закрыть дверь печи, подать питающее напряжение.

4.3.Установить заданную температуру (по указанию преподавателя) и включить печь.

4.4.С помощью счетчика замерить расход электроэнергии

∆Wi =Wнач - Wi за интервал времени ∆τi = 0,2 – 0,3 ч, результаты занести в табл.1.

6

Рис. 2. Схема электрическая лабораторной установки

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов

i – номер измерения.

4.5. При помощи термопары измерить температуру корпуса печи t j в n

tni – температура в печи, ,°С.

4.6.По результатам обработки измерений построить зависимость

мощности, потребляемой печью в процессе разогрева Pn=ƒ(τ), и график изменения тепловых потерь Р0=ƒ(τ) во времени.

4.6.1.График Pn=ƒ(τ) строится следующим образом: по результатам измерений расхода электроэнергии за интервал времени ∆τi =0,2-0,3 ч, определяется мощность в соответствии с выражением

Результат расчета занести в табл.1, и полученное значение нанести на график.

4.6.2. График мощности тепловых потерь строится следующим образом: для момента времени τi мощность потерь, определяется в соответствии с

коэффициент теплоотдачи корпуса печи, Вт/м2оС,

7

гдеε = 0,4-0,5 - относительный коэффициент лучеиспускания корпуса

печи,

Ti, Tокр – температура корпуса печи и окружающей среды в °К. Результаты расчета занести в табл.1. и произвести построение графика

Ро= ƒ (τ), аналогично предыдущему (п.п. 4.6.1).

4.6.3. Время разогрева печи определяется по формуле

t i – средняя температура корпуса печи, °С;

4.7.По окончании измерений выключить печь автоматическим выключателем.

4.8.Технические характеристики электропечи сопротивления СНОЛ –

1,6.2,1/11И2:

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

5.1.Классификация электротермических установок по способу превращения электрической энергии в тепловую, по температурному режиму, способу загрузки и выгрузки нагреваемых материалов, принципу действия, техническому назначению.

5.2.Устройство, принцип действия и область применения электрической печи сопротивления непрерывного действия.

5.3.Устройство, принцип действия и область применения электрической печи сопротивления периодического действия.

5.4.Какие потери наблюдаются в процессе эксплуатации печей?

5.5.Пути повышения КПД электропечей.

5.6.Какие конструкционные и изоляционные материалы используются в электропечах?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЯМОГО

ИКОСВЕННОГО НАГРЕВА

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить свойства различных видов нагрева и сравнить их параметры, полученные по результатам экспериментальных исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Электрический нагрев – это нагрев тел с использованием электрической энергии. При электрическом нагреве в материале создается электрическое поле. Способы его образования могут быть различными.

1.Электрическое поле в проводнике создается при непосредственном его подключении к источнику ЭДС. Под действием поля свободные заряды (ионы, электроны) начинают перемещаться. Сталкиваясь с нейтральными атомами и молекулами, они отдают запас кинетической энергии, который расходуется на увеличении теплового движения частиц, и температура вещества повышается.

2.Электрическое поле в проводнике, расположенном в индукторе, наводится переменным магнитным полем. Наведенное электрическое поле вызывает движение свободных зарядов, энергия которых, как и в первом случае, превращается в теплоту.

9

3. Электрическое поле в диэлектрике, находящемся в конденсаторе, вызывает смещение и ориентацию связанных зарядов. Эти процессы связаны с преодолением некоторого трения и ведут к возникновению потерь энергии, которое выделяется в виде тепла.

На основе различных способов нагрева для выполнения определенных технологических операций проектируют электротермические установки (ЭТУ). ЭТУ классифицируют по роду тока, частоте, способам теплопередачи, технологическому назначению, способу превращения электрической энергии в тепловую.

Взависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую, различают нагрев сопротивлением (прямой и косвенный), индукционный.

Электроконтактный, или прямой, нагрев сопротивлением используется только для токопроводящих материалов и сред. Применяют для сквозного нагрева, контактной сварки, наплавки, при восстановлении изношенных деталей, прогрева трубопроводов.

Прямой нагрев используется в качестве основного способа нагрева деталей и заготовок для последующего обработки давлением или термообработки, а также в качестве составной части технологического нагрева

вкомбинации с другими операциями при изготовлении полуфабрикатов или готовых деталей. При прямом нагреве электрическая энергия преобразуется в тепловую непосредственно в деталях или заготовках, включаемых в цепь электрического тока (переменного или постоянного).

Косвенный электронагрев сопротивлением может использоваться для нагрева как проводящих, так и непроводящих материалов. При данном способе нагрев среды или материала осуществляется за счет тепла, передаваемого теплопроводностью, конвекцией или излучением от специальных нагревательных устройств при протекании по ним электрического тока.

Влабораторной работе прямой нагрев стального образца током промышленной частоты осуществляется через контактные зажимы.

Для исследования косвенного нагрева промышленной частоты используется печь, в которую помещается образец.

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Установка состоит из понижающего трансформатора, подключаемого к сети переменного тока 220В, соединительных проводов, амперметра, вольтметра, омметра, нагреваемого стального образца, внутри которого помещен терморезистор.

Температура образца определяется по градуировочной кривой R=f(t) для значений сопротивления терморезистора.

На рис. 3 представлены электрические схемы а) контактного нагрева и б) косвенного нагрева.

10