Главная | Обратная связь

Электробалансы электротехнологических установок

Электросварочные машины и установки.Нормализованный БЭЭ точечных, многоточечных, рельефных и шовных сварочных машин (кВт·ч/точка) можно составить по следующей формуле:

где W_п – энергия, полученная сварочной машиной из сети; W₁, W₂, W₃ – энергия, расходуемая на нагрев и плавление металла в объеме ядра, металла, окружающего ядро, и электродов соответственно; ∆W₄, ∆W₅ – потери энергии в сварочном трансформаторе и во вторичном контуре:

 

 

 

(7.15)

(7.16)

 

 

где d_я – диаметр свариваемой точки; δ – толщина свариваемой детали; c – теплоемкость свариваемого металла; γ – удельный вес металла; Θ_пл – температура плавления; k₁ = 0,8 – коэффициент, учитывающий уменьшение температуры окружающего металла; – для низкоуглеродистых сталей; k₂ – коэффициент формы электродов (k₂ = 1; 1,5 и 2 для цилиндрических, сферических, конических электродов соответственно); – для медных электродов; I_2ном – вторичный ток сварки; t_св – время сварки; R''_т, R_2к – активное сопротивление сварочного трансформатора и вторичного контура сварочной машины.

При расчетно-аналитическом методе энергию, полученную сварочной машиной из сети, определяют по формуле

где R''_м = R''_т + R_2к + R_св – полное активное сопротивление сварочной машины (R_св – активное сопротивление свариваемого участка). Значения R_т, R_2к, R_м задаются в каталогах сварочных машин, значения I_2ном и t_св для различных толщин и марок металлов приводятся в технологических инструкциях.

В условиях эксплуатации фактическая энергия, полученная сварочной машиной, выражается cледующей формулой: определяются путем замеров).

Пример нормализованного баланса рельефной сварочной машины дан в таблице 7.1.

Необходимые для расчета данные берутся из технологических инструкций и каталогов сварочных машин.

Таблица 7.1 – Нормализованный баланс рельефной сварочной машины

Мощностью 300 кВ·А

 

Нормализованный БЭЭ (кВт·ч/кг) для дуговой сварки:

где – расход электроэнергии на технологический процесс сварки; ΔW₂ – потери электроэнергии в сварочном трансформаторе или выпрямителе (определяются по формулам, аналогичным (7.15) и (7.16)); U₂ – вторичное напряжение сварки; k_рас – коэффициент расплавления (зависит от материала электрода, состава покрытия, а также от рода и полярности тока. Для стальных электродов он находится в пределах 0,007–0,020 кг/(А·ч)).

 

Электрические печи сопротивления периодического действия.Нормализованный баланс за цикл работы печи можно составить по выражению

(7.17)

где W_тп – расход электроэнергии на технологический процесс; Σ∆W – суммарные потери электроэнергии.

Величина полезной энергии на технологический процесс

(7.18)

где с – удельная теплоемкость металла; G – вес отжигаемого металла; Θ'_м, Θ''_м – температура металла в начале и конце нагрева; к – количество циклов термообработки.

Потери электроэнергии состоят из тепловых (ΔW_п.т) и электрических (ΔW_п.э). В тепловые потери входят нагрев самой печи (ΔW_ак), теплопередача через стенки печи (ΔW_q), тепловые короткие замыкания (ΔW_{т к.з}). В печах сопротивления, питающихся от сети без трансформации, электрические потери малы, и их можно не учитывать. При питании печей через понижающие трансформаторы следует учитывать потери в них и в сети от трансформаторов до нагревателей:

(7.19)

(7.20)

(7.21)

где m – количество циклов отжига; n – число слоев кладки печи; c_i – удельная теплоемкость материала i-го слоя; G_i – вес материала i-го слоя; Θ'_i, Θ''_i – начальная и конечная средние температуры i-го слоя; q – удельный тепловой поток через стенки; F_р – расчетная площадь стенки; τ – время прохождения теплового потока.

 

Удельный тепловой поток для плоской стенки определяется выражением

(7.22)

где Θ₁ – температура внутренней поверхности кладки печи; Θ_в – температура окружающего печь воздуха; δ_i – толщина слоев; λ_i – коэффициент теплопроводности материалов слоев, α_н – коэффициент теплопередачи конвекцией и излучением от наружной стенки печи к окружающему воздуху.

Величина потерь на тепловые короткие замыкания принимается равной 50% потерь от теплопроводности через футеровку печи:

(7.23)

где ΔW_ст , ΔW_св и ΔW_под – потери через стены, свод и под печи.

Пример составления баланса приведен в таблице 7.2.

Дуговые электропечи.Суммарное количество электроэнергии, которую потребляет дуговая сталеплавильная печь (ДСП) в период расплавления,

(7.24)

где W_тп – полезная энергия, идущая на нагрев и расплавление металла, шлака, а также легирующих элементов и вспомогательных добавок; W_экз – энергия экзотермических реакций периода расплавления; W_г – количество тепловой энергии, вводимой в печь топливно-кислородными горелками; ∑ΔW_п.т, Δ∑W_п.э – суммы тепловых и электрических потерь.

(7.25)

Таблица 7.2 – Нормализованный баланс электрической печи сопротивления периодического действия

В тепловые потери входят потери от теплопроводности через футеровку (ΔW_ф), на излучение через рабочее окно в период расплавления (ΔW_изл), с газами (ΔW_г), с охлаждающей водой (ΔW_в), на нагрев футеровки печи (ΔW_ак).

Электрические потери состоят из потерь в трансформаторе (ΔW_т), в "короткой сети" (ΔW_кс), в электродах (ΔWэ).

Тепловые потери:

• от теплопроводности через футеровку

(7.26)

где ΔW_св, ΔW_ст, ΔW_дн – потери энергии через свод, стенки и днище соответственно:

(7.27)

(Н – высота цилиндрической стенки); ΔW_ст, ΔW_дн определяются по формуле (3.19);

• на излучение

(7.29)

где C_пр – приведенный коэффициент лучеиспускания; ψ – коэффициент диафрагмирования; F₂ – площадь окна; Θ_м – температура металла; Θ_о – температура окружающей среды;

• с газами

где с_г – средняя удельная теплоемкость воздуха; G_г – масса проходящего через печь воздуха; Θ_вг – температура газа, выходящего из печи;

• с охлаждающей водой

(7.30)

где q_в – расход воды; с_в – удельная теплоемкость воды; Θ₂ и Θ₁ – температура воды на входе и выходе.

Электрические потери:

• в трансформаторе

(7.31)

где ΔP_х и ΔP_к.з – потери мощности при холостом ходе и коротком замыкании соответственно; k_з.т – коэффициент загрузки печного трансформатора;

• в "короткой сети"

(7.32)

• в электродах

(7.33)

где I_А, I_В, I_С – токи в электродах фаз А, В, С; R_эА, R_эВ, R_эС– сопротивления электродов фаз А, В, С.

Пример составления нормализованного баланса ДСП приведен в таблице 7.3.

Индукционные печи.Методику составления нормализованного баланса рассмотрим на примере тигельных печей промышленной частоты. Уравнение нормализованного баланса для этих

печей имеет вид

(7.34)

где W_з – тепловая энергия зумпфа (расплавленного металла, остающегося в ванне).

Составляющие тепловых потерь (7.34) аналогичны составляющим в дуговых печах и определяются по выражениям (7.24)–(7.28). Полезная энергия (W_тп) вычисляется по формуле (7.25).

 

Таблица 7.3 – Нормализованный баланс ДСП емкостью 100 т, работающей без предварительного подогрева металлошихты

В электрические потери (∑Wпэ) входят потери:

в печном трансформаторе ∆Wт (определяются по выражению (7.31));

• в магнитопроводе:

где m – число пакетов магнитопровода; k_д – коэффициент дополнительных потерь, обусловленный неоднородностью поля и дефектами изготовления магнитопровода; F_п – сечение пакета; h_п – высота пакета; γ_с – плотность электротехнической стали; ΔР_с – удельные электрические потери в стали; τ_п – время работы печи;

• в индукторе

где I_и – ток в индукторе; R_и – активное сопротивление индуктора;

• в конденсаторных установках источника питания печи

где Q_{к б} – мощность батареи; tgδ – тангенс угла потерь;

• в токопроводе

где I_т.пiи R_i – ток и активное сопротивление соответствующего участка токопровода, n – число участков токопровода.

Плазменные печи.Уравнение нормализованного баланса для плазменных печей имеет вид

где W_о.эл – энергия от окисления электродов: W_о.эл = с_элG_эл, где с_эл – теплосодержание материала электродов; G_эл – вес сгораемых электродов.

В таблице 7.4 приведен нормализованный баланс плазменной печи.

Таблица 7.4 – Нормализованный баланс плазменной печи для плавки чугуна емкостью 12 т

Тепловые потери в плазменной печи аналогичны потерям в дуговых печах. Электрические

потери включают следующие виды потерь:

• в высоковольтном кабеле (∆W₁);

• в понижающем трансформаторе (∆W₂);

• в сети на участке трансформатор – выпрямитель (∆W₃);

• в выпрямителях (∆W₄);

• в сети выпрямитель – сборные шины (∆W₅);

• в сборных шинах (∆W₆);

• в сети сборные шины – уравнительный реактор (∆W₇);

• в уравнительном реакторе (∆W₈);

• в сети уравнительный реактор – сглаживающий дроссель (∆W₉);

• в сглаживающем дросселе (∆W₁₀);

• в сети сглаживающий дроссель – сборные шины печи (∆W₁₁);

• в гибком токопроводе (∆W₁₂);

• в сети плазмотрона (∆W₁₃).

Все эти составляющие определяются по следующим выражениям:

 

где k₁ – k₅ – коэффициенты формы графика тока на участках 1 – 5; n₁ – количество выпрямительных групп в выпрямителе; n₂ – количество выпрямительных блоков в группе; n₃ – n₈ – количество проводников в фазе; R_О1 – R_О12 – удельное сопротивление отдельных участков токопровода или кабеля; l₁ – l₁₂ – длины соответствующих участков токопровода (кабеля); I_д – ток дуги плазмотрона; ΔP_х и ΔP_кз – потери мощности холостого хода и короткого замыкания понижающего трансформатора; S_ном – полная мощность трансформатора; k_т – коэффициент трансформации; ΔU_в и R_в – пороговое напряжение и динамическое сопротивление одного вентиля;

n₆ – количество вентилей в выпрямительном шкафу; с_i – удельное электрическое сопротивление элемента сети плазмотрона; m – число участков сборных шин; I_i – ток в отдельных участках сборных шин; R_i – сопротивление отдельных участков сборных шин.