Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.БАУМАНА.
Факультет МТ
Кафедра МТ8
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ТЕМА:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СНВ – 10.80.4 / 9
СТУДЕНТ: АЛИЕВ А.А.
РУКОВОДИТЕЛЬ: КСЕНОФОНТОВ А.Г.
Москва 2003 г.
1.2.1 Определение S 6
1.2.2 Определение α 6
1.3 Определение критерия Био: 7
3.1Определение производительности печи. 11
5.4.2 Расчёт свода 16
5.4.3 Расчёт торцов 16
5.4.5 Расчёт пода (только ш-л слоя) 16
5.4.6 Расчёт пода (только х-м слоя) 16
5.5 Общий расчёт массы (ш-л слоя) 17
5.6 Расчёт Qакк х-м 17
5.7 Окончательный расчёт теплового баланса 17
5.8 Определение КПД печи. 17
5.9 Определение удельного расхода энергии. 17
7.1 Расчёт для 1-ой и 4-ой зон. 19
7.1.1 Определение W 20
7.1.2 Мощность на один нагреватель 20
7.1.3 Уточнение значения диаметра: 21
7.1.4 Сопротивление одного нагревателя: 21
7.2 Расчёт для 2-ой и 3-ей зон. 22
7.2.1 Определение W 22
7.2.2 Мощность на один нагреватель. 23
7.2.3 Уточнение значения диаметра: 23
7.2.4 Сопротивление одного нагревателя: 23
7.3 Вывод 24
9.Определение ориентировочной стоимости нагревательной камеры. 27
В данном курсовом проекте требуется спроектировать нагревательную машину печи сопротивления СНВ – 10.80.4 / 9 для нормализации заготовок из стали 30ХГСА с коэффициентом заполнения садки κ= 0,7.
- Коэффициент теплопроводности λме
- Коэффициент теплоёмкости сме
- Плотность ρме
- Коэффициент температуропроводности аме
аме= λме /сме*ρме
Для реальной садки расчёт производится с учётом коэффициента заполнения садки κ:
λс = λме*κ
ρс = ρме*κ
ас= аме
сс= сме
ТХ определяем по справочным материалам[1]:
λме = 33,776(Вт/м*К)
сме = 588,862(Дж/кг*К)
ρме= 7723 (кг/м3)
Пересчёт параметров с учётом коэффициента заполнения садки κ:
λс= 33,776*0,7 = 23,6432 (Вт/м*К)
ρс= 7723*0,7= 5406,1 (кг/м3)
Определение коэффициент температуропроводности ас
ас=23,6432/5406,1*588,862 =7,427*10-6(м2/с*К)
При определении ТМС используем критерий Био:
Bi = α*S /λс
Для этого требуется рассчитать коэффициент теплоотдачи α и уточнить величину S (наименьшее расстояние между самой горячей и самой холодной точками).
1.2.1 Определение S
Оценивая габариты садки (1м × 8м × 0,4м) приходим к выводу, что печь будет с выкатывающимся подом. В связи с этим теряется возможность расположить нагреватели в нижней части внутреннего пространства печи. Из анализа размеров следует, что S будет равно высоте садки. ( S = 0,4м)
1.2.2 Определение α
В данном проекте требуется разработать вакуумную печь, то есть при расчёте α будем учитывать только составляющую излучения (αизл). Коэффициент теплоотдачи αизл определяем по закону Стефана – Больцмана:
αизл =* спр
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
спр=ε* с0
с0 - излучательная способность АЧТ
ε – степень черноты материала (для стали 30ХГСА ε=0,8)
спр=0,8*5,67=4,536 (Вт/м2*К4)
Находим αизл для разных температур ( для 20°и 880°С).
αизл 20 =((((900+273) /100)4-((20+273) /100)4)/(900-20))*4,536 = 97,20496 (Вт/м2*К)
αизл 880 =((((900+273)/100)4-((880+273) /100)4)/(900-880))*4,536 = 285,4331 (Вт/м2*К)
αизл ср.= (αизл 20 + αизл 880) / 2 =97,20496 +285,4331=191,319 (Вт/м2*К)
1.3 Определение критерия Био:
Bi =191,319*0,4/23,6432=3,2368 >0,5 => садка массивная.
Определение теплового потока:
q= спр*
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (τ1)рекомендуется принять:
tп τ1 = 0,9Тп
t пов' = 0,5Тп
q=4,536*((0,9*(900+273)/100)4- (0,5*(900+273)/100))4 =50975,21
t' 'пов =100 *
t' 'пов =100 *4√((900+273)/100)4-50975,21/4,536 = 936,5 (°К)
τ ' =0,3*S2/ ас
τ ' =0,3*0,42/ 7,427*10-6= 646,3 (с)
Δt= q* S/2*λс
Δt= 50975,21* 0,4/2*23,6432 = 431,2 (°)
t 'пов=1,27 *Δt
t 'пов=1,27 *431,2 =574,6 (°С)
t 'ц= 0,27 *Δt
t 'ц= 0,27 *431,2 =113,7 (°С)
τ' '= (t ' 'пов- t 'пов)/θ
t ' 'пов= 936,5-273=663,5(°С)
θ = q/ сс* ρс* S
θ = 50975,21/ 588,862*5406,1 * 0,4 =0,04003
τ' '= (663,5 - 574,6)/0,04003 =2220 (с)
τ1= τ '+ τ' '
τ1= 646,3 + 9040 =9686 (с)
τ1= 2,69 (ч)
|
τ ' |
τ' ' |
t 'пов |
t 'ц |
t ' 'пов |
t ' 'ц |
|
646,3 |
2220 |
574,6° С |
113,7° С |
663,5 °С |
232,3° С |
τ2 определяем с помощью графика Будрина.
υ=
υ – относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=900 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (τ2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду нормализация).
υ=(900-880)/(900-232,3) = 0,03
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (232,3-880°С) определяем критерий Био:
λср232-880 = λ556*κ =33,25*0,7=23,275 (Вт/м*К)
αизл 232 =((((900+273) /100)4-((232+273) /100)4)/(900-232))*4,536 = 124,14 (Вт/м2*К)
αизл 880 =((((900+273)/100)4-((880+273) /100)4)/(900-880))*4,536 = 285,4331 (Вт/м2*К)
αизл ср.= (αизл 232 + αизл 880) / 2 =124,14 +285,4331=204,8 (Вт/м2*К)
Bi = α*S /λс= 204,8*0,4/23,275 =3,52
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс /сс*ρс =23,275/5406,1*588,862=7,311*10-6 (м2/с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=2,5)
F0= ас τ2 / S2
τ2=((2,5*0,42)/ 7,311*10-6)/3600 =15,1978 ≈ 15,2(ч)
τнагрева = τ1 + τ2
τнагрева = 2,69+ 15,2 =17,89 ≈18(ч).
τцикла = τнагрева + τвыдержки + τвспомогательное
τнагрева- время нагрева
τвыдержки- время выдержки
τвспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время выдержки рассчитывается по формуле:
τвыдержки = 0,2*τнагрева
τвыдержки= 0,2*18 = 3,6(ч)
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 4,5 часа.
τцикла= 18 + 3,6 + 4,5 = 26,1(ч)
3.1Определение производительности печи.
g =mc/ τцикла= ρс*Vc/ τцикла = 5406,1*1*0,4*8/26,1= 662,8 (кг/ч)=0,18411(кг/с)
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей данного типа. Из анализа промышленной печи СНВ -14.100.4./14,5 устанавливаем следующие размеры внутреннего пространства:
Ширина – 1100 мм.
Глубина – 8200 мм.
Высота – 800 мм.
Уравнение теплового баланса:
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Qрасх –всё тепло, потребляемое печью.
Qпол - тепло, идущее на нагрев садки.
Qвсп- потери тепла, идущие на нагрев тары и атмосферы печи.
В вакуумной печи Qатм.=0.
Qтары= 5% от всех учитываемых потерь.
Qкл - тепло, пропускаемое кладкой.
Qакк- тепло, аккумулируемое всеми составляющими печи (в данном случае тепло, аккумулируемое футеровкой).
Qотв- потери тепла через отверстия.
Для нашего случая (Qотв=0)
Qткз- тепло, отводимое через источники теплового короткого замыкания.
Для нашего случая (Qткз=0)
Qохл.вод- тепло, отводимое охлаждающими водами.
Qнеуч – неучтённые потери.
Для нашего случая (Qнеуч=10% от всех учитываемых потерь.)
Qподв=1,016 Qрасх
Qподв- энергия, потребляемая из сети.
Qнеуч принимаем 10% от всех учтённых потерь.
Qпол =g сc(tкон-tн) = 662,8*588,862*(880-20) =335656050,9(Дж/час)= 93237,792(Вт)
Qрасх=Qпол+ Qтары +Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(1,1-1,3)
к2-учёт потерь на старение печи.(1,2-1,4)
Так как печь будет оснащена системой водоохлаждения, то в расчётах можно принять температуру поверхности ≈85°C (*). Для вакуумных печей не рекомендуется применять стандартную трехслойную футеровку (шамот, шамот-легковес, мин. вата), ввиду того, что при вакуумизации печи могут возникнуть проблемы, связанные с повышенной пористостью теплоизоляционных слоёв. С учётом этих обстоятельств принимаем решение об использовании однослойной футеровки – шамот-легковес (за исключением пода). По причине большой массивности садки, под следует укрепить более плотным материалом, для этой цели применяем хромомагнезит.
|
№ варианта |
t1 |
t2 |
δ2 ш-л |
Qкладки |
|
1-й вариант |
895,644 |
178,5425 |
0,115 |
11220,46 |
|
2-й вариант |
897,4525 |
130,38 |
0,23 |
6556,63 |
|
№ варианта |
δ2 ш-л |
δ1 х-магн. |
t1 |
t2 |
t3 |
Qкладки |
|
1-й вариант |
0,115 |
0,065 |
895,495 |
851,189 |
172,4185 |
11692,54 |
|
2-й вариант |
0,23 |
0,065 |
897,287 |
870,81 |
128,948 |
6982,52 |
|
3-й вариант |
0,26 |
0,065 |
897,507 |
873,283 |
123,5778 |
6391,49 |
|
№ варианта |
t1 |
t2 |
δ2 ш-л |
Qкладки |
|
1-й вариант |
894,99 |
170,69 |
0,115 |
1256 |
|
2-й вариант |
896,69 |
124,54 |
0,23 |
831 |
|
№ варианта |
t1 |
t2 |
δ2 ш-л |
Qкладки |
|
1-й вариант |
895,478 |
176,18 |
0,115 |
8470 |
|
2-й вариант |
897,23 |
128,61 |
0,23 |
5091 |
В каждом случае выбираем последний вариант, т.к. он удовлетворяет условию (*) и при этом имеет минимальную толщину стенки.
Qкл =∑ Qкл= 2*Qбоков.пов+2* Qторцы+ Qпод +QсводQкл =
=2*5091+2*831+ 6391,49+ 6556,63= 24792(Вт).
Qкл=24792 (Вт).
Qпол =g*сc(tкон-tн) = 0,18411*588,862*(880-20) =93237,23(Вт)
Qохл.вод=gвсв(tотводимая - tподачи)
tподачи- температура подводимой воды (tподачи =15°С)
tотводимая- температура отводимой воды (tотводимая =85°С)
Расчёт ведём из условия, что всё тепло, пропускаемое кладкой, уходит на нагрев воды в интервале температур (15°С – 85°С).
Qохл.вод= Qкл
gв = Qохл.вод/ св(tотводимая - tподачи)= Qкл / св(tотводимая - tподачи)
gв=24792/4200*(85-15)= 0,084(кг/с)=0,084*3600 ≈ 302,4 (кг/ч)
Qакк складывается из тепла, аккумулированного боковыми поверхностями, подом, сводом и торцевыми поверхностями.
Так как все поверхности, кроме пода (под двухслойный: ш-л, х-м), сделаны из одного материала, то расчёт можно вести исходя из общей массы теплоизоляционного материала.
M= mсвода+mторцы+mбок пов+ mпода1
5.5.1 Расчёт свода
Так как ширина свода превышает 1 метр. Из этого следует, что свод будет арочного типа (с внутренним радиусом закругления R=1400мм)
ρш-л =1100(кг/м3)
mсвода=Vсвода* ρш-л=Sбок*Lбок* ρш-л
Для свода арочного типа с радиусом закругления (R=1400мм) и толщиной δ=0,23(м) площадь бокового сечения Sбок=0,24(м2)
Lпечи+2*δторца= 8200+2*230 = 8660(мм)
Vсвода= Sбок* Lбок=0,24*8,66=2,08(м3)
mсвода=2,08*1100=2288(кг)
5.5.2 Расчёт торцов
Vторцов= 2*(Sторца* δторца)
С учётом того, что верхняя часть торцевых поверхностей имеет арочную форму с радиусом закругления (R=1400 мм), площадь верхней боковой поверхности торца равна 0,083(м2),тогда объём торцов будет равен (z-ширина торца):
Sторца =0,083+ (Lторца+ δпода)*z= 0,083+(0,8+0,325)*1,1=1,32(м2)
Vторцов=2*1,32*0,23=0,607(м3)
mторцов=0,607*1100=668(кг)
h-высота внутреннего пространства
Vбок=2* Lбок*(h+ δпода)* δбок= 2*8,66*(0,8+0,325)*0,23=4,48(м3)
mбок пов=4,48*1100=4928(кг)
5.5.4 Расчёт пода (только ш-л слоя)
Vпода1=1,1*0,26*8,2=2,345(м3)
mпода1=2,345*1100=2579,5(кг)
Vвсего ш-л=Vсвода +Vторцов +Vбок +Vпода1=2,08+0,607+4,48+2,345=9,512(м3).
5.5.5 Расчёт пода (только х-м слоя)
Vпода2=1,1*0,065*8,2=0,586(м3)
mпода2=0,586*3750=2197,5(кг)
5.6 Общий расчёт массы (ш-л слоя)
М= mбок пов+ mторцов+ mсвода +mпода1 =4928+668+2288+2579,5=10463,5 ≈ 10465 (кг)
Qакк ш-л =M*сш-л*(tвнутр-tвнеш.пов)/(3600*7)
tвнутр- температура внутренней поверхности футеровки.( tвнутр=900 °С)
tвнеш.пов- температура внешней поверхности футеровки.( tвнеш.пов=130 °С)
сш-л- теплоёмкость ш-л в интервале температур (tвнутр-tвнеш.пов) сш-л =1037(Дж/кг*С°)
Qакк ш-л=10465*1037*(900-130)= 8354989143(Дж)
5.7 Расчёт Qакк х-м
Qакк х-м = mпода2*сх-м*(tвнутр-tвнеш.пов)
Для хромомагнезита tвнеш.пов(873°С)
Qакк х-м = mпода2*сх-м*(tвнутр-tвнеш.пов)
Qакк х-м =2197,5*258,17*(900-873)=15317871(Дж)
Qакк =Qакк х-м+ Qакк х-м
Qакк=15317871+8354989143=8370307014(Дж)
Находим мощность аккумуляции:
Qакк/ 3600*7=8370307014/(26,1*3600)=12726(Вт)
5.8 Окончательный расчёт теплового баланса
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qнеуч
Qнеуч=10% от суммы всех учитываемых потерь. Qнеуч=0,1*(24792+12726)=3752(Вт)
Qвсп =Qтары= 5% от суммы всех учитываемых потерь.
Qвсп =Qтары=0,05*(24792+12726)=1876(Вт)
Qрасх=93237,23+1876+24792+12726+3752= 136383 (Вт)
Qподв=1,016 Qрасх
Qподв=1,016*136383= 138565 (Вт)
5.9 Определение КПД печи.
η=Qпол/ Qрасх
η= 93237,23/138565=0,673
5.10 Определение удельного расхода энергии.
A= Qрасх/g=136,383/662,8=0,206 (кВт*ч/кг)
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(1,1-1,3) к1=1,2
к2-учёт потерь на старение печи.(1,2-1,4) к2=1,3
Для более равномерного нагрева внутреннее пространство печи разделяем на 4 зоны, каждая длиной 2050 мм. Мощность по зонам распределяем в следующем порядке: (30% –20% –20% –30%)
20%Руст=33557(Вт)
30%Руст=50336 (Вт)
7.1 Расчёт для 1-ой и 4-ой зон.
Установившаяся мощность зоны Р1= Р4= 50,336(кВт)
Площадь поверхности садки в этой зоне, воспринимающая излучение: Fизд=2*1=2(м2)
Рис.2. Значения Wид и удельных мощностей p, размещаемых на 1м2 футеровки, в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t и нагревателя tн. Значения p даны для спиральных на полочках и зигзагообразных проволочных и ленточных свободно излучающих нагревателей при αг=αс=αр=1.
Удельную мощность определяем по рисунку 2:
p= Р1/ Fст=50,336/2=25,168(кВт/м2)
Wид=3,7(Вт/см2)
tн=1020°С
По графикам [4] для полученного tн назначаем материал и диаметр нагревателя:
Температура нагрева изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (1-ой и 4-ой зон) Fсвода=2(м2)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов, для расчёта W.
7.1.1 Определение W
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
Fизд=8*1= 8 (м2)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов, для расчёта W.
αэф=0,32 (так как t/d=2)
αг=1 (так как t/d=2)
αс=1 (по графику [5])
αр=1 так как Fизд/ Fст=1
W=3,7*0, 32*1*1*1=1,184 (Вт/см2)
Материал: нихром Х20Н80Т (γ900=1,15(Ом*мм/м2)).
Предварительный диаметр проволоки принимаем d=3мм.
7.1.2 Мощность на один нагреватель
Используя трёхфазную схему соединения, параллельно каждому проводнику присоединяем еще два. Получаем суммарное количество нагревателей –9:
P11=P1/9=50,336/9=5,59 (кВт)
U1=
U1=√(4*105*8,392*1,15)/(3,142*33*1,184)=213(В)
Полученное напряжение не соответствует стандартному, поэтому принимаем U1=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
7.1.3 Уточнение значения диаметра:
d=
d=3√(4*105*5,592*1,15)/(3,142*2202*1,184)= 2,94(мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=3(мм).
Рис.3. Схема включения трёхфазного нагревательного элемента звездой.
7.1.4 Сопротивление одного нагревателя:
R1=U2/103*P11=2202/103*5,59=8,66(Ом)
Длина одного нагревателя:
l1=π*d2*R1/4* γ =3,14*3 2*8,65/4*1,15=53,16(м)
1-ая проверка
Pнагр/ Fнагр= P11/π*d* l1=5590/3,14*0,3*53160=0,1116=Wрасч< W=>условие выполнено
Проверка по температуре
Площадь поверхности всех нагревателей:
Fнагр=π*d*l1=3,14*0,003*53,16=0,5(м2)
Pнагр=
T’н=100*4√((5590*((1/0,8)+(0,5/0,222)*((1/0,8)-1))/(5,67*0,5))+(1173/100)4=1280(°К)
T’н≤Tн => условие выполняется.
Назначаем шаг спирали
t ≥ 2d=2*3=6
t=6(мм)
Назначаем диаметр спирали
D≥2,75d=2,75*3=8,25(мм)
Диаметр спирали нагревателя 5,5d=5,5*3=16,5 <dспирали<200 (последняя величина взята из конструктивных соображений) назначаем равным 100 мм.
Из конструктивных соображений диаметр трубки назначаем равный 70 мм.
Длина «свёрнутого» нагревателя:
Lсвёр=
Lсвёр=53,16/((√(3,14*100)2+62)/6)=1(м)
Расчёт промежутков между нагревателями.
9*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*100)/8=131,25≈130мм.
Тогда расстояние между осями трубок нагревателей будет равно 230мм.
Расчёт массы одного нагревателя.
m=ρ*V=π*d2*l1=8750*3,14*0,0032*53,16=13,15(кг)
7.2 Расчёт для 2-ой и 3-ей зон.
Установившаяся мощность зоны Р2= Р3= 33557(кВт)
Площадь поверхности садки в этой зоне, воспринимающая излучение: Fизд=2*1=2(м2)
Wид определяем по рисунку 2:
Удельная мощность:
p= Р2 / Fст=33557/2=16,78(кВт/м2)
Wид=2,2(Вт/см2)
tн=975°С
По графикам [4] для полученного tн назначаем материал и диаметр нагревателя:
Температура нагрева в изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (2-ой и 3-ей зон) Fсвода=2(м2)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов, для расчёта W.
7.2.1 Определение W
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
Fизд=2*1= 2 (м2)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов, для расчёта W.
αэф=0,32 (так как t/d=2)
αг=1 (так как t/d=2)
αс=1 (по графику [5])
αр=1 так как Fизд/ Fст=1
W=2,2*0, 32*1*1*1=0,7 (Вт/см2)
Материал: нихром Х20Н80Т
Предварительный диаметр проволоки принимаем d=3мм.
7.2.2 Мощность на один нагреватель.
Используя трёхфазную схему соединения, параллельно каждому проводнику присоединяем еще два. Получаем суммарное количество нагревателей –9:
P22=P2/9=33557/9=3,73 (кВт)
U1=
U2=√(4*105*3,732*1,15)/(3,142*33*0,7)=205(В)
Полученное напряжение не соответствует стандартному, поэтому принимаем U2=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
7.2.3 Уточнение значения диаметра:
d=
d=3√(4*105*3,732*1,15)/(3,142*2202*0,7)= 2,67 (мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=2,8(мм).
7.2.4 Сопротивление одного нагревателя:
R2=U2/103*P22=2202/103*3,73=13(Ом)
Длина одного нагревателя:
l1=π*d2*R1/4* γ =3,14*2,8 2*13/4*1,15=69,47(м)
1-ая проверка
Pнагр/ Fнагр= P22/π*d* l1=3730/3,14*0,28*69470=0,061=Wрасч< W=>условие выполнено
Проверка по температуре
Площадь поверхности одного нагревателя:
Fнагр=π*d*l1=3,14*0,0028*69,47=0,61(м2)
Pнагр=
T’н=100*4√((3730*((1/0,8)+(0,61/0,22)*((1/0,8)-1))/(5,67*0,61))+(1173/100)4=1243(°К)
T’н≤Tн => условие выполняется.
Pнагр/ Fнагр=33,557/5,5=6,1≥0,7= W =>условие выполняется
Назначаем шаг спирали
t ≥ 2d=2*2,8=5,6
t=5,6(мм)
Назначаем диаметр спирали
D≥2,75d=2,75*2,8=7,7(мм)
Из конструктивных соображений диаметр назначаем равный 120 мм.
В целях унификации диаметр трубки нагревателя назначаем равным 70 мм.
Длина «свёрнутого» нагревателя:
Lсвёр=
Lсвёр=69,47*5,6/√((3,14*100)2+5,62)=1,03(м)
Расчёт промежутков между нагревателями.
9*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*120)/8=108,75≈110мм.
Тогда расстояние между осями трубок нагревателей будет равно 230мм.
Расчёт массы одного нагревателя.
m=ρ*V=π*d2*l2=8750*3,14*0,00282*69,47=14,97(кг)
7.4 Расчёт выводов нагревателей.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя, выходящего во внутреннее пространство печи, должна быть не менее 50мм. Аналогично для вывода в окружающее пространство. Также следует учесть расстояние от кладки до кожуха печи.
С учётом выше сказанного можно записать следующее:
lн=50+δ +220+20 +50 = 50+230+220+20+50=570(мм)
7.3 Вывод
Обе конструкции удовлетворяют всем представленным условиям, следовательно, разработанные нагреватели можно использовать для данной печи.
F=2*m*g=2*350*9,8=6860≈7000(Н). Рекомендуемая скорость V=3…5(м/мин).
Мощность при установившемся движении:
Pн>P=F*V/(60000*),
где - кпд механизма подъема,
=ηмуф*ηред.*ηбар2*η блоков., где
ηмуф=0.99 – кпд муфты [6].
ηред=0.7 –кпд червячного редуктора [6].
ηбар=0.98 – кпд канатного барабана [6].
η блоков=0.97 – кпд блоков.
=0,99*0,7*0,982*0,97=0,646,
P=7000*4/(60000*0,646)=0,722
По атласу [5] выбираем электродвигатель типа: АИР90LА8 исполнение IM 1081,
Pн =0,75 кBт; nн=695 мин-1.
Наибольшее натяжение в канате:
Fmax=F/(a*m*ηпол),
Fmax=7000/(1*2*0.97)=3608 Н.
Рекомендуемый предел прочности материала проволок в =1600- 1800 МПа;
Разрушающая сила каната Fразр K * Fmax 53608=18040 Н,
где К=5 – коэффициент запаса прочности [6].
По атласу [5] выбираем канат типа ЛК-Р по ГОСТ2688-80: Fразр=20 кН,
диаметр каната dкан=6,2 мм, шаг винтовой нарезки p=7,5 мм.
Диаметр барабана по дну канавки:
Dб≥dкан*(e-1)=6,2*(16-1) =105,4 мм,
где e – коэффициент режима нагрузки, принимаемый по [5].
Принимаем Dб=110 мм.
Число рабочих витков барабана:
zp=(a*H)/(π*(Dб+dкан))=(1*4000)/(3,14*(110+6,2))=5,48
Длина барабана:
Lб=p*(zp+6)=7,5*(5,48+6)=86,1 мм. Принимаем Lб=90 мм.
Конец каната крепим к барабану двумя прижимными планками.
Диаметр болтов, крепящих планки к барабану:
Выбираем червячный редуктор Ч-125 с Tном=683 Н *м, Uред=63; кпд редуктора ηред=0,71,масса редуктора mред=86 кг≈860 Н.
Фактическая скорость подъёма груза
Vф=nн*π*(Dб+dкан)/(а*Uред*103)=695*3.14*(110+6,2)/(1*63*103)=4,02 м/мин
Отклонение от заданной скорости подъёма
Δ=(V-Vф)*100%/V=(4-4,02)*100%/4=0,5%<10 %.
В соответствии с условиями работы привода выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (МУВП). Принимаем муфту со следующими характеристиками:
диаметр окружности расположения пальцев D0=63 мм,
число пальцев zc=4,
диаметр пальца dп=10 мм,
длина упругого элемента lвт=15 мм,
зазор между полумуфтами С=4 мм,
допускаемое смещение валов: радиальное Δ=0.2 мм, угловое γ=1.5°, осевое ω=3 мм.
I) (*)Материалы и узлы:
|
№ |
Наименование |
Количество |
Цена |
Стоимость |
|
1 |
шамот-легковес |
10500кг |
200 (руб/тонна) |
2100р. |
|
2 |
Х20Н80 |
13,15 кг (d=3мм) |
750 (руб/тонна) |
21,11р. |
|
15 кг (d=2,8мм) |
||||
|
3 |
хромомагнезит |
2200кг |
27,1 (руб/тонна) |
7,67 р. |
|
|
Итого:Σ(*) |
II) (**)Зарплата основных рабочих:
|
№ |
Специальность |
Разряд |
Объём работы |
Норма |
Время |
Оплата |
|
1 |
Огнеупор |
4…7 |
|
|
|
|
|
2 |
Сварщик |
|
|
|
|
|
|
3 |
Электрик |
|
|
|
|
|
|
4 |
Слесарь |
|
|
|
|
Итого: Σ(**) |
III) Заводская себестоимость:
|
№ |
Статья |
Сумма |
|
1 |
Материалы и узлы |
Σ(*) |
|
2 |
Зарплата основных рабочих |
Σ(**) |
|
3 |
Цеховые расходы |
3,2Σ(**) |
|
4 |
Заводские расходы |
0,8Σ(**) |
|
Итого: ΣЗ |
Пс=Зс+0,03*Зс
Пс= +0,03
Пц=1,03*Пс
Пц=1,03
|
№ |
Название параметра |
Единицы |
Значение |
|
1 |
Назначение печи |
– |
нормализация |
|
2 |
Размеры рабочего пространства |
мм |
1000×8000×400 |
|
3 |
Габариты нагревательной камеры |
мм |
1560×8660×1470 |
|
4 |
Стоимость нагревательной камеры |
рублей |
|
|
5 |
Масса нагревательной камеры |
кг |
13000 |
|
6 |
Максимальная температура |
°С |
900 |
|
7 |
Температура выдачи металла |
°С |
900 |
|
8 |
Время разогрева печи |
ч |
16,5 |
|
9 |
Время нагрева и выдержки металла |
ч |
18 и 3,6 |
|
10 |
Производительность печи |
кг/ч |
662,8 |
|
11 |
Установленная мощность |
кВт |
168 |
|
12 |
Число зон |
– |
4 |
|
13 |
Распределение мощности по зонам |
кВт |
50,5–33,5–33,5–50,5 |
|
14 |
Напряжение |
В |
220 |
|
15 |
Число фаз |
– |
3 |
|
16 |
КПД печи |
– |
0,673 |
|
17 |
Удельный расход энергии |
кВт*ч/кг |
0,206 |
|
18 |
Мощность холостого хода |
кВт |
53,6 |
1. В. Г.Сорокин, М.А. Гервасьев. Стали и сплавы. Марочник.
2. А. А. Скворцов, А.Д. Акименко, М.Я. Кузелев. Нагревательные устройства. Издательство «Высшая школа». Москва, 1965.
3. С. Л. Рустем. Оборудование и проектирование термических цехов. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва, 1962.
4. Б.Н. Арзамасов Методика расчёта печей Учебное пособие МГТУ 1973
5. М.П.Александров, Д.Н.Решетов. Подъёмно-транспортные машины. Атлас конструкций. Машиностроение 1987.
6. Г.А. Снесарев, В.П. Тибанов, В.М.Зябликов. Расчет механизмов кранов. Учебное пособие. МГТУ им. Баумана,1994 г.
7. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Высшая школа, 1998г.