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
|
1.Какие технологические процессы обработки материалов и получения изделий относятся к электротехнологическим. Научно-технический прогресс на рубеже XX-XI вв. неразрывно связан с развитием высоких технологий, обеспечивающих, с одной стороны,получение новых материалов и изделий, а с другой – снижение энерго- и ресурсозатрат, повышение экологических показателей производства. Значительное место в ряду новых технологий занимают электротехнологии, что связано с многообразием электрофизических, электрохимических эффектов, лежащих в их основе, простотой контроля и управления электротехнологическими процессами, возможностью их комплексной автоматизации. К электротехнологическим относятся процессы, основанные на преобразовании непосредственно в рабочей зоне технологических установок энергии электрического тока, электрического и магнитного полей в тепловую, химическую или механическую энергии, за счет которых реализуется заданный процесс. Традиционно выделяют пять групп электротехнологических процессов: электротермия, электросварка, электрохимические и электрофизические методы, электромеханические методы (аэрозольные методы). В электротермических процессах используется превращение электрической энергии в тепловую для нагрева материала изделий с целью изменения их агрегатного состояния, формы или свойств. В электросварочных процессах получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для создания неразьемного соединения деталей. В электрохимических процессах с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка). Электрофизические методы используют специальные физические эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, электровзрывные, плазменные, электронно-лучевые, лазерные технологии). В аэрозольных технологиях (электронно-ионных) энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном направлении. Наряду с перечисленными методами в различных отраслях промышленности нашли применение технологические процессы и установки, в которых основные и вспомогательные операции реализуются за счет непосредственного механического (силового) воздействия электрического и магнитного полей на обрабатываемые изделия и материалы. Такие методы и установки можно классифицировать по виду полей, воздействующих на объекты технологич. обработки: стационарные, пульсирующие, вращающиеся, бегущие. Наиболее известны и широко применяемые электротехнологич. установки (ЭТУ) используют силовое действие стационарных электрического и магнитного полей. Например, стац.электр. поля применяются в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, электрография, нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах для разделения твердых сыпучих смесей, в устройствах водоочистки. 2.На каких физических законах основано действие электротехнологических установок. Электротехнология – это преобразование неорганических и органических веществ, находящихся в любом агрегатном состоянии –твердом, жидком, газообразном или плазменном, под действием электрических и магнитных полей или проходящего по веществам электрического тока с целью придания веществам новых свойств в процессах производства ценной продукции и различных изделий. Электротехнология – это преобразование электр. или электромагн. энергии в другие виды энергии – кинетическую энергию электронов и ионов, оптическое излучение, в тепловую и механич. энергию непосредственно в обрабатываемом веществе, это процесс, целенаправленно изменяющий св-ва или ф-ции в-ва. Электротехнологическими способами производят сверхпрочные стали, получают алюминий, медь, титан, чистые металлы, магнитные, проводниковые и сверхпроводящие материалы, выращивают активные элементы оптических квантовых генераторов - лазеров. Электротехнологические установки производят очистку сточных вод и отработавших газов промышленных предприятий, обеспечивают получение чистой воды питьевого качества, осуществляют переработку материалов в нефтехимии, контролируют загазованность атмосферы, измеряют скорость ветра на разных высотах. Как уже было сказано электтротехнологич. установки можно классифицировать на установки электротермического действия (где электрическая энергия превращается в тепловую, з-н Джоуля-Ленца), установки электросварки, установки электрохимического (явление выделения вещества на электродах, погруженных в электролит, при прохождении через него тока, называемое электролизом, осуществляемое в соответствии с законом Фарадея) и электрофизического преобразования энергии и установки электромеханического преобразования (аэрозольные методы). Электрофизические методы используют специальные физические эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, электровзрывные, плазменные, электронно-лучевые, лазерные технологии). В аэрозольных технологиях (электронно-ионных) энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном направлении. Индукционный нагрев является результатом поглощения веществом энергии магнитного поля, преобразования её внутри вещества в энергию движущихся носителей зарядов, нагревающих вещество по закону Джоуля – Ленца. Индукционный нагрев обладает достоинствами – высокая скорость нагрева, пропорциональная вводимой мощности, неограниченный уровень достигаемых температур, достаточных для расплавления металлов и получения плазмы. При индукционном нагреве отсутствует электрическая связь нагреваемого тела с источником электрической энергии. 3.Как производятся и для чего применяются огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Теплоизоляционные материалы – это материалы, облад-щие малой теплопроводностью при достаточной огнеупорности. Т.о. теплоизоляционные материалы – это как правило рыхлые легкие массы, сильнопористые изделия, либо крупнозернистые порошки. К теплоизоляционным материалам можно отнести шлаковые и минеральные ваты, получаемые из топочных и доменных шлаков, а также из различных горных пород путемрасплавления их в печах последующим распылением струи расплава сжатым воздухомили паром. На основе шлаковых и минеральных ват получ. теплоизоляционные плиты, добовляя в качестве связующего материала огнеупорную глину и асбест. Зонолит – легкая чешуйчатая масса, получаемая из низкосортной слюды путем обжига, обладает малой теплопроводностью, выдерживает темпиратуру до 1100 град. и примен. в виде засыпки при изготовл. формонованных изделий (кирпичей, блоков и плит). Пеностекло получ. путем добавления в расплав стекла газообразующих вещ-в. Полученные изделия из пеностекла обл. большой пористостью и большой мех. прочностью, макс. раб. темпир. 600-700 град. Однако данный материал явл. дефицитным и дорогостоящим, поэтому мало распространен. Огнеупорные материалы примен. в виде сплошных и пористых кирпичей и фасонных деталей кладки, а также в виде порошка, огнеупорных набивок, бетонов, цементов, листов, асбестовых тканей, в виде мелких готовых деталей – трубок, крючков, втулок ( в кач. изоляторов в электрических печах сопротивления).К наиболее распр-ым огнеупорным материалам относ. Динас – кислый огнеупорный материал, в основном сост. из кремнезема, примен.в виде кварцевого порошка для набивки тигелей плавильных электропечей. динасовые кирпичи и фасонные изделия изготоавливаются из кварцевого порошка с добавлением известкового молока. Магнезит получ. путем обжига горной породы, содержащей до 95 % углекислого магния, при темпир-ре 1500-1600 град. Полученная окись магния обл. огнеупорностью до 2000 град., но ее раб. тепир-ра огранич. уровнем 1450-15550 град., т.к. при более выс. тепир. огнеупор теряет мех. прочность.Магензит примен. для набивки подин сталеплавильных дуговых печей, для изгот. тигелей индукционных печей. Шамот – химич-ки нейтральная обожженная огнеупорная глина , содерж. глинозем и окись кремния. Уголь и графит обл. выс. огнеупорностью и мех. прочностью, раб тепир-ра 2500 град., основной недостаток – окисление в воздухе при тепир-ре 600 град. и вследствие этого быстрый износ. Они примен. для кладки пола и стен ферросплавных печей, кот. закрываются шихтой и расплавом для предотвращ. окисления. Получаемые в Рудно-термических печах (или дуговых печах сопр-ия) абразивные материалы – электрокорунды разных типов идут на изготовление абразивного инструмента и порошков. Значительное место в сфере использования РТП занимает производство электроплавленных огнеупоров, применяемых при изготовлении металлургических и стекловаренных печей, многих других высокотемпературных агрегатов. 10.Основной принцип выбора режима высокоскоростной плазменной резки металлов. Плазменная резка черных и цветных металлов позволяет резать с выс. скоростями стали больших толщин, медь и ее сплавы, алюминий и др.металлы.При этом сокращ-тся подгоночные работы в сварочных цехах, поскольку после плазменной резки заготовки имеют большую точность размеров.плазменная резка широко примен. в судостроении, на предприятиях тяжелого и атомного машиностроения, хим. и электротехн. пром-сти.Плазменная резка осущ-тся путем выплавления и спарения металла в полости реза за счет энергии, выделяющейся в опорном пятне дуги и вносимой струей плазмы. важнейшим параматром, определяющим производительность процесса плазменной резки явл. скорость резки. Основываясь на том что жидкий металл, находящийся при темпир-ре плавления, сдувается потоком плазмы с кромок разрезаемого металла, и с учетом составляющих энегретического баланса, скорость резки металла с толщиной s и плотностью y при образовании полости разреза шириной h при тепловом воздействии дуги напряжением U и силе тока I опред. выражением: , Анализ данного выражения позволяет выявить некоторые общие технологические закономерности плазменной резки.1.Скорость плазменной резки предопред-тся мощностью дуги. в иом заключается коренное отличие плазменной резки по производит-сти по отношению например к кислородной резке, скорость кот. связана с кинетикой им. превращений. Однако преимущество плазменной резки по скорости не явл. безусловным , т.к. скорость плазменной резки падает значит-но быстрее по мере увелич. толщины разрезаемого мет. 2 .Скорость ПР прямо пропорц. мощности дуги и обр. пропорц-но толщине и плотности разрезаемого металла.3. мощность текушей дуги 0,24Un должна быть больше или равна некоторой критич. величине, при кот. обеспеч. проплавление металла опред. толщины с учетом потерьот теплоотвода в разрезаемый лист. При прочих раных условиях с увелич. скорости резки в опред. момент времени может прекратиться сквозное прорезание металла. 4. Обе составляющие мощности режущей дуги (сила тока и напр-ие) не равноценны по интесивности влияния на скорость резки.Увеличение напр-ия более эффективно влияет на скорость резки, чем увелич. силы тока. Величина напр-ия на дуге предопределяет глубину ее погружения в разрезаемый металл. увелечение напр-ияс увеличением толщины разрезаемого металла позволяет резать металлы так называемой «жесткой» режущей дугой (большой расход газа ч/з узкое сопло), что способствует повышению скорости и качества резки. 11.Дайте определение электродуговой сварки металлов. Электрической дуговой сваркой называют процесс получения неразъемных соединений деталей из различных материалов за счет их сплавления с помощью электрической дуги. Это один из веду щих технологических процессов в машиностроении и строительной индустрии.При дуговой сварке тепловая энергия, необходимая для плавле ния металла, получается в результате дугового разряда, возникаю щего между свариваемым металлом и электродом. Расплавляясь под действием опорных пятен дуги, кромки свариваемых деталей и торец плавящегося электрода образуют сварочную ванну, кото рая некоторое время находится в расплавленном состоянии. При за твердевании металла образуется сварное соединение. Сварка плав лением представляет собой комплекс металлургических и физико-химических процессов, протекающих в металле при высоких темпе ратурах и значительной концентрации тепловой энергии.Вместе с металлом плавится электродное покрытие при ручной сварке или флюс при дуговой сварке под флюсом.Расплавленный металл электрода переходит в сварочную ванну в виде капель. Размер капель и их количество зависят от силы тока, химического состава электрода и покрытия (флюса), электро магнитных явлений в дуге и т. п. При совместном переходе капель расплавленного электродного металла и шлака через дуговой про межуток между металлом, шлаком и газами, окружающими дугу, протекают химические реакции. В процессе сварки сварочная ванна перемещается вдоль шва с определенной скоростью, равной ско рости сварки. По сравнению с плазмой сварочной дуги при температуре (4,5-8) 10^3 К капля металла является холодной, однако вследствие высокой концентрации электронов имеет более высокую электро проводность и шунтирует часть столба электрической дуги. Это определяет низкое значение линейного градиента потенциала столба дуги. Вследствие малой протяженности столба дуги (4—7 мм) и низкого значения линейного градиента потенциала между приэлектродными пятнами дуги реализуется напряжение 8—12 В.- Если учесть, что в структуру напряжения дуги входят компоненты анодного и катодного падений напряжения, значения которых зависят от тока дуги, материала электродов и изменяются в узких пределах (£Уа = 2ч-12 В, (Ук = 8-М4 В), то напряжение на сварочной дуге составляет 18—45 В. При некотором увеличении тока напряжение, необходимое для горения дуги, снижается и ВАХ дуги приобретает падающий характер. 13.Какие операции выполняются сварочными полуавтоматами без участия сварщика. По степени механизации различают сварку ручную, полуавто матическую и автоматическую. Отнесение процесса к тому или иному виду зависит от того, каким образом выполняются: зажига ние и поддержание определенной длины дуги, манипуляции электро дом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращение процесса сварки. При полуавтоматической сварке плавящимся электродом меха низирована часть операций, например операция по подаче электрод ной проволоки или флюса в сварочную зону, перемещение горелки по свариваемой детали и др. Остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную. При механизации и автоматизации сварки совершенствуется не только подача проволоки в зону горения дуги, но и возбуждение и поддержание горения дуги, перемещение дуги относительно изде лия со скоростью сварки, заварка конечного кратера и разрыв дуги, подача и отсос флюса. Сварочные полуавтоматы обеспечивают сварку и наплавку с механизированной подачей проволоки и других сварочных мате риалов в зону горения дуги и ручным перемещением дуги вдоль линии сварного шва. В состав наиболее распространенных полу автоматов для сварки в защитных газах (рис. 9.13) входят го релка / со шлангом 2, механизм 3 подачи электродной проволоки, кассета или катушка 5, являющаяся контейнером для электродной проволоки, шкаф или блок управления 4, если он объединен с источником питания; провода для сварочной цепи 10 и цепей управления 9, аппаратура для регулирования и измерения пара метров подачи газа 8 (при сварке в углекислом газе); шланг 6, источник питания 7.
15.Как обеспечивается безопасность труда сварщиков. Дуговая сварка сопровождается сильным излучением дуги и плазмы, выделением газов и брызг металла, представляющих опасность для здоровья сварщика. Для преодоления этого выпускаются индивидуальные средства защиты. Защитные маски - шлемы, с самозатемняющимися стёклами, автоматически переключающимися от светлого в тёмное состояние и обратно за время 0,1÷0,9мс, оборудованные газовыми фильтрами, создают комфортные условия для работы сварщика. Газоаэрозольные фильтры и шлемы с подачей свежего воздуха позволяют работать в замкнутых помещениях и при недостатке пригодного для дыхания воздуха. Изучение этого раздела курса сопровождается приобретением навыков выполнения сварочных работ, что необходимо для специалиста – электрика широкого профиля. 22.По какому параметру и как производится регулирование мощности электротермических установок разного принципа действия. При включении электропроводных материалов в цепь электрического тока нагрев происходит в соответствии с законом Джоуля – Ленца. Здесь электрическая энергия преобразуется в тепловую, которая, в свою очередь, распространяется в окружающем пространстве за счет излучения, как это происходит в электрических лампочках, когда электрон преобразуется в фотон. Величина электрической энергии, преобразующейся в тепловую энергию, обеспечивается внутренним и внешним регулированием работы установок.где U – подводимое напряжение, I - ток, протекающий по цепи, t – время включенного состояния установки, (ρL \S) – параметры нагревательного элемента – резистора. Считается, что электрический ток проходит по проводнику равномерно по всему сечению, хотя в ряде случаев это не так. Внутреннее регулирование мощности электротермических установок производится изменением длины и сечения нагревательных элементов, последовательным и параллельным соединением нагревательных элементов, переключением их с треугольника на звезду. Внешнее регулирование производится изменением величины подводимого напряжения U и временем включенного состояния t установок. При регулировании обеспечивается поддержание заданной температуры в технологическом агрегате по сигналам датчиков температуры в соответствии с технологическим регламентом процесса. Новым достижением в электротермических процессах является прямой резистивный нагрев материалов с изменяющимися в процессе нагрева электрофизическими свойствами. Это - сварка вольфрамового порошка для производства проволоки ламповых спиралей, спекание графитовой массы при производстве электродов дуговых печей и карандашей, нагрев дисперсного сырья при производстве активированных углей. Особенностью этих процессов является изменяющееся в широком диапазоне значение коэффициентов электропроводности σ и теплопроводности λ материала при изменении температуры в условиях сохранения постоянными геометрических размеров проводника. Принцип резистивного нагрева применим для обработки веществ, находящихся в твёрдом, жидком и плазменном состоянии. 23.Энергетические основы контактной сварки металлов. Контактная сварка металлов – образование неразъемных соединений сжатых деталей путем сплавления их в точках соприкосновения при кратковременном прохождении через них электрического тока с последующим застыванием расплава за счет теплопроводности в массу деталей. Контактная сварка имеет широкое распространение в машиностроении, автомобильной промышленности, при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры и изделий из металлов различного назначения. Контакная сварка объединяет большую группу методов сварки, отличит. особенностью кот. явл. надежность получ соединений, высокий уровень автоматизации и механизации, выс. произ-сть процесса и культура пр-ва. По способу получения соединений различают точечную, роликовую и стыковую контактные сварки. При реализации первых двух видов сварки кратковременное сжатие деталей производится механическим приводом электродов сварочных машин, при стыковой сварке сжатие деталей, включаемых в цепь импульсного тока, осуществляется гидравлическими или пневматическими нажимными устройствами.Контактное сопротивление соприкасающихся деталей образуется в результате наличия разности энергий электронов в их материалах, а также из-за наличия на соединяемых поверхностях микронеровностей и загрязнений. Контактное сопротивление имеет небольшую величину порядка сотых и тысячных долей Ома. В процессе сварки в результате сплавления деталей сопротивление в месте сварки уменьшается до нуля, после чего дальнейшее прохождение тока не целесообразно и ток прекращается. Соединенные детали какое то время удерживаются в сжатом состоянии, пока не затвердеет металл в точке сварки, а затем освобождаются. Энергия, выделяющаяся в точке сварки, определяется выражением где Rk – контактное сопротивление между деталями, Rd – сопротивление детали от электрода до места сварки, I – сварочный ток, τ – длительность прохождения тока. Очевидно, что необходимая для сварки энергия, при исчезающее малом сопротивлении контакта и протекании больших токов – сотни и тысячи ампер, должна выделяться за короткое время порядка долей или единиц секунд. Напряжение на контактах сварочных машин составляет 1÷6В, сжимающее усилие находится в пределах 0,15 ÷1,2 гПа. 24.Из каких составляющих образуется цикл контактной сварки. Электрич. контакная сварка предст. собой процесс образования неразъемного соединения в рез-те нагрева металлич. деталей протекающим по ним Эл.током, расплавления и сдавливания деталей с послед. охлаждением зоны сварки за счет теплопроводности в тело свариваемых деталей. . По способу получения соединений различают точечную, роликовую и стыковую контактные сварки. Контактное сопротивление соприкасающихся деталей образуется в результате наличия разности энергий электронов в их материалах, а также из-за наличия на соединяемых поверхностях микронеровностей и загрязнений. Контактное сопротивление имеет небольшую величину порядка сотых и тысячных долей Ома. В процессе сварки в результате сплавления деталей сопротивление в месте сварки уменьшается до нуля, после чего дальнейшее прохождение тока не целесообразно и ток прекращается. Цикл контакной сварки рассмотрим на примере точечной сварки. 25. Состав оборудования установок контактной сварки. Оборудование машин контактной сварки включает сварочные трансформаторы, источники импульсного тока, быстродействующие коммутаторы тока, реле времени, системы создания сварочного давления, синхронизирующие системы и компьютеры. Выпускаемые машины контактной сварки подразделяют на ма шины общего назначения и высокопроизводительные специализи рованные машины, предназначенные для сварки конкретных из делий.В машинах контактной сварки общего назначения с целью по вышения надежности широко применяются сварочные трансформа торы с витыми сердечниками и обмотками, залитыми эпоксидным компаундом, используется аппаратура управления на элементах «Логика» и с интегральными схемами; прерыватели тока с приме нением тиристоров, высокопроизводительная пневматическая и гидравлическая аппаратура и уплотнительные манжеты повышен ной надежности. По роду питания, преобразования или накопления энергии раз личаются следующие машины контактной сварки: а) однофазного переменного тока промышленной или пониженной частоты; б) по стоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре); в) трехфазного тока, низкочастотные с тиристорным преобразова телем; г) с накоплением энергии (в конденсаторах, электромаг нитных системах, вращающихся массах).Машины контактной сварки с выпрямлением тока на стороне низкого напряжения сварочного трансформатора обладают рядом технологических и энергетических преимуществ, применительно к сварке крупногабаритных листовых конструкций из алюминиевых сплавов, титана, жаропрочных и нержавеющих сталей. По срав нению с низкочастотными машинами они более универсальны и надежны в работе, имеют меньшие расход энергии и металлоем кость. Применение постоянного тока в шовных машинах позволяет значительно повысить скорость сварки при высоком качестве, а в многоэлектродных машинах поочередное или групповое питание электродов можно осуществлять от одного источника тока. Это по зволяет располагать электроды более компактно и таким образом улучшить конструкцию многоэлектродных машин, прессов, сва рочных комплексов и линий.К преимуществам конденсаторных машин, применяемых для точечной сварки изделий из легких сплавов малой толщины, отно сится повышенная стабильность сварочного тока при практически любых колебаниях напряжения сети, а также низкое по сравнению с другими машинами контактной сварки потребление мощности из сети.Электрическая силовая часть машин контактной сварки обеспе чивает получение необходимого сварочного тока (2—10 кА) от пи тающей сети 380 или 220 В при мощности источников питания 75—750 кВ-А. 32.Как устроен и где применяется трубчатый электронагреватель Для низкотемпературного нагрева широко применяются труб чатые электронагреватели — ТЭНы, представляющие собой метал лическую трубку /, заполненную теплопроводным электроизоля ционным материалом 2, в котором находится электронагреватель ная спираль 3 (рис. 2.3). В качестве наполнителя применяется плавленый периклаз. По сравнению с открытыми электронагрева телями ТЭНы более электробезопасны, могут работать в воде, жидких углеводородах, жидком металле, расплавах солей, окси дов и других средах. ТЭНы стойки к вибрациям и механическим нагрузкам. Мощность ТЭНов составляет от 100 Вт до 15 кВт, ра 33.Водогрейные котлы прямого действия. Достоинства и недостатки Электрические котлы. Они применяются в различных отраслях народного хозяйства для подогрева воды (электроводонагревате ли) и получения насыщенного технологического пара низкого давления (электропарогенераторы). Жидкость — вода, расплавы со лей, щелочей, оксидов могут быть нагреты прямым пропусканием то ка через их объем. Установки тако го типа служат для кипячения воды, варки стекла, термообработки металлов. Электроводонагр-ль прямо го действия представляет собой ци линдрический стальной сосуд, на верхней крышке которого расположены стержневые электроды и охватывающие их трубчатые анти электроды. Между ними находятся стеклотекстолитовые цилиндры. Мощность, развиваемую котлом, регулируют, изменяя положение изоляционных цилиндров относительно системы электродов и ан тиэлектродов. Номинальный режим работы котла рассчитан на нагрев воды с удельным электрическим сопротивлением 3000 Ом-см. Изменение солесодержания в рабочей воде для получения номинального зна чения удельного электрического сопротивления достигается добав лением в систему либо раствора соли, либо дистиллированной во ды. Возможна работа котла и на воде с иным удельным сопротив лением, однако во избежание чрезмерного увеличения поверхност ной плотности тока на электродах и образования гремучего газа значение его должно составлять 1000—5000 Ом-см.Температура выходящей воды автоматически поддерживается в нужных пределах датчиком регулирующего термометра. Электродные котлы могут иметь трехфазную и однофазную си стемы электродов, работающие на низком и высоком напряжении. Котлы низкого напряжения (30 В) мощностью 25—400 кВт с КПД 95—98% имеют малые габаритные размеры, низкую тепловую инерционность. Высоковольтные котлы, рассчитанные на напряжение 3—35 кВ, применяют в бытовых и производственных целях для систем цент рализованного отопления и горячего водоснабжения. 34.Радиационные нагреватели, классификация и области применения В различных отраслях про мышленности и сельском хозяйстве широко использ. радиа ционные нагреватели, передающие энергию в окружающее прост ранство излучением. Проникновение излучения в глубь нагревае мого тела зависит от длины его волны и прозрачности тела. Для осуществления нагрева в различных диапазонах длин волн суще ствуют соответствующие радиационные излучатели. Светлый (ламповый) излучатель представляет собой лампу накаливания с вольфрамовой нитью и стеклянной колбой. Нижняя прилегающая к цоколю часть колбы изнутри алюминирована для создания направленного излучения. Температура вольфрамовой нити — около 2200 К, максимум излучения приходится на длину волны 1,3 мкм. Основная часть энергии излучается в диапазоне длин волн 0,8—3,5 мкм.Светлый кварцевый излучатель представляет собой трубку из кварцевого стекла, внутри которой размещаются вольфрамовые, нихромовые или хромоалюминиевые спирали. По сравнению с ламповым излучателем он имеет больший срок службы, меньшие габаритные размеры при одной и той же мощности и позволяет получить большую плотность лучистого потока (до 60 кВт/м2).Темный излучатель представляет собой трубчатый электрона греватель, расположенный в фокусе полированного отражателя. Рабочая температура поверхности излучателя 700—1000 К, мак симум излучения приходится на длины волн 2—5 мкм. 35.Способы регулирования мощности дуги переменного тока В отличие от дуги пост. тоа дуга перемен. тока имеет меняющиеся во времени ток и напр-ие: i=f(t), u=f(t). При этом дважды за период ток и напр-ие дугового разряда проходит ч/з нуль и меняют направление, соответственно меняется и полярность электродов. при этом каждый раз происходит погасание и вновь зажигание электродугового разряда. Для обеспечения длительного устойчивого горения электричес кой дуги необходимо согласовать ее характеристику с характери стикой источника питания. Если дуга питается от источника бес конечной мощности, ток дуги устанавливается в соответствии с условиями горения и может увеличиваться до тех пор, пока вольт-амперная характеристика дуги и внешняя характеристика источни ков питания не пересекутся, т. е. ток будет стремиться к бесконечности. Для ограничения силы тока дуги в цепь последовательно с ду гой включают сопротивление. В этом случае уравнение напряжения источника конечной мощности имеет вид где — напряжение на дуге, В; — ток дуги, A; R — сопротив ление, Ом; L — индуктивность, Гн. Выделяющаяся в дуге мощность определяется силой тока и на пряжением. Энергия, которая потребляется от источника питания, расходуется на покрытие энергии, выделяющейся в дуге, и энер гии, рассеивающейся на балластном сопротивлении цепи дуги. Мощность электрической дуги можно регулировать нескольки ми способами: 1. Изменением напряжения питающей сети при постоянном балластном сопротивлении. Для осуществления этого метода напряжение источника питания можно изменять, например, за счет переключения числа витков трансформатора либо изменения сопротивления в цепи воз буждения генератора. 2. Изменением балластного сопротивления при неизменном на пряжении источника питания. Для осуществления этого способа регулирования необходимо иметь сопротивление с переключением ступеней. По сравнению с рассмотренным этот способ менее экономичен, поскольку источ ник вырабатывает постоянную мощность и при уменьшении мощ ности дуги избыток энергии рассеивается на балластном сопро тивлении.3. Воздействием на дугу различными факторами, в результате чего изменяются условия ее горения при постоянных напряжениях источника и сопротивления в цепи. Среди факторов, воздействующих на дугу, отметим такие, как наложение на дуговой разряд магнитного поля, поток газа, изме нение давления среды и самой среды, в которой горит дуга, а так же изменение длины дугового столба. 36.Конструкция сварочного тр-ра. В чем его отличие от общепромышленного силового тр-ра. |
4.Классификация и энергетические характеристики дуговых сталеплавильных печей и печей косвенного действия различного назначения. Сталь – это сплав на основе железа, содержащий элементы, обеспечивающие его высокую прочность, коррозионную стойкость, жаропрочность, особые магнитные и электротехнические свойства стали. В разных сортах стали присутствуют хром, никель, титан, молибден, вольфрам, марганец, углерод, кремний, алюминий и другие элементы, вносимые ферросплавами. Большую часть стали с различными свойствами производят из вторичного сырья. Огромное значение стали для современной экономики следует из того, что 95% всей металлической продукции составляет сталь и только 5% другие металлы. Классификация дуговых печей. Дуговые печи косвенного действия – в них Эл. дуга горит между горизонт-ми электродами, расположенными над нагреваемым материалом, а теплообмен между дугой и материалом осуществляется в основном за счёт излучения. Дуговые печи прямого действия - них дуга горит м/у концами электродов и электропроводным нагреваемым материалом. Нагрев материала осуществляется при выделении энергии в опорных пятнах дуги, выделении энергии в расплаве при протекании по нему тока в соответствии с з-ом Джоуля – Ленца, за счет излучения плазмы, конвекции и теплопроводности в печном пространстве. Вакуумные дуговые печи- в них дуга горит в атмосфере инертных газов или паров переплавляемого металла при низком давлении. Они применяются для переплава металлов с целью повышения их качества металлов. Плазменно-дуговые плавильные установки. Здесь тепловая нагрузка на расплавляемый материал создается совместным действием опорных пятен дуги и совмещённой с ней струей плазмы инертных газов. В цветной металлургии в дуговых электропечах косвенного и прямого действия производится плавка медных концентратов, восстановительная плавка для получения металлического никеля и других металлов. Электродуговые сталеплавильные печи прямого действия (ДСП) представляют собой мощные электроприёмники, относящиеся ко второй категории по надежности электроснабжения. В состав оборудования печных установок входят специальные печные трансформаторы, дроссели, обеспечивающие устойчивое горение дуг, компенсаторы реактивной нагрузки, специфическая коммутационная аппаратура, компьютеры, управляющие соблюдением необходимого рецепта стали и ходом технологического процесса. Дуговые печи сопротивления или рудно-термические печи – (РТП). Такое название дано печам, в которых дуга горит под слоем шихты. Тепловая энергия выделяется в дуговом разряде, а также при протекании тока через электропроводную часть шихты. Номенклатура продуктов, получаемых в РТП, весьма широка. В металлургии чёрных металлов РТП применяются для выплавки ферросплавов, добавляемых в последствии в сталь для повышения её качества. В хим. пром-сти РТП используются при получении фосфора для дальнейшего пр-ва удобрений, кормовых и пищевых фосфатов, моющих средств. Получаемые в РТП абразивные материалы – электрокорунды разных типов идут на изготовление абразивного инструмента и порошков. Значительное место в сфере использования РТП занимает производство электроплавленных огнеупоров, применяемых при изготовлении металлургических и стекловаренных печей, многих других высокотемпературных агрегатов. 5. Что такое «руднотермические» печи, что в них производится. РТП явл. осн. технологич. агрегатами в металлургии и химии, обл-ми высокой единичной мощностью и относящиеся ко второй категории по надежности электроснабжения. Дуговые печи сопротивления или рудно-термические печи – (РТП). Такое название дано печам, в которых дуга горит под слоем шихты. Тепловая энергия выделяется в дуговом разряде, а также при протекании тока через электропроводную часть шихты. Номенклатура продуктов, получаемых в РТП, весьма широка. В металлургии чёрных металлов РТП применяются для выплавки ферросплавов, добавляемых в последствии в сталь для повышения её качества. В химической промышленности РТП используются при получении фосфора для дальнейшего производства удобрений, кормовых и пищевых фосфатов, моющих средств. Особое значение имеет производство карбида кальция, являющегося сырьём для производства ацетилена, из которого в дальнейшем получаются синтетический каучук, пластмассы, химическое волокно. Получаемые в РТП абразивные материалы – электрокорунды разных типов идут на изготовление абразивного инструмента и порошков. Значительное место в сфере использования РТП занимает производство электроплавленных огнеупоров, применяемых при изготовлении металлургических и стекловаренных печей, многих других высокотемпературных агрегатов. Общими признаками РТП являются: - параллельное участие в процессе нелинейных проводников – шихты, её расплава и электрической дуги, - температура процесса 1200÷2200ºК, что определяет высокий расход энергии на выпуск продукции, - непрерывный в течение 2 ÷3 лет круглосуточный режим работы. 6. 37Структура и свойства электрической дуги постоянного тока. Эл. дуга явл. одним из явлений, возникающих при прохождении Эл. тока ч/з газ, пары или вакуум. Электрический дуговой разряд характеризуется высокой плотностью тока в канале разряда (порядка 10³÷106А\см²), высокой температурой плазмы, достигающей (4,5÷15)∙10³К и выше. В структуре дуги различаются прилегающие к электродам области катодного и анодного падения потенциала протяженностью несколько пробегов электрона, оставляющие на электродах следы, называемые электродными пятнами. Между ними располагается столб электрической дуги, который может иметь различную форму и длину от нескольких миллиметров, как при электрической сварке металлов, нескольких сантиметров, как в дуговых печах, до 6 ÷ 9 метров, как в мощных дуговых генераторах плазмы. Выделяющаяся на катоде и аноде мощность в основном определяется током дуги и достигает такой величины, когда ни один из известных материалов не может выдерживать её дольше нескольких минут и разрушается в режиме плавления или испарения. Это свойство дуги используется при плавке и сварке металлов, нанесении наметал защитных покрытий. Столб дуги имеет специфическую вольт – амперную характеристику (ВАХ), отличающуюся от ВАХ металлического проводника. ВАХ дуги – зависимость тока от напряжения, имеет падающую, горизонтальную и восходящую участки. Каждому участку соответствует определенный уровень достигаемых температур: на падающее– (4,5÷7,0)10³К, на горизонтальном–(8÷12)10³К, на восходящем – (15 ÷55)10³К. ВАХ дуги зависит от состава плазмообразующих газов и возрастает при переходе от аргона к воздуху, азоту водороду. Она также возрастает при повышении скорости обдува газами, окружающего давления и при наличии внешнего магнитного поля. При воздействии на эти факторы достигаются широчайшие возможности регулирования параметров дуги и технологических процессов Устойчивое горение дуги при плавке или сварке металлов обеспечивается специальными источниками тока, имеющими нагрузочную характеристику, согласованную с ВАХ дуги. В технологических дуговых разрядах реализуется мощность от 1кВт (сварка) до 50000кВт (дуговые печи и генераторы плазмы). Падение напр-ия м/у электродами: Uд=Ua+Uk+EL, где Ua и Uk- анодное и катодное падение потенциала, Е-напр-сть Эл. поля, L-длина дуги. Энергия дуги (внешнего источника теплоты) обусловлена мощностью, выделяющ. на приэлектродных областях: Qa=Iд(Ua+ф), Qк=Iд(Uк-ф), где Iд-ток дуги, Ua и Uk- анодное и катодное падение потенциала, ф-работа выхода электрона. 16.Что такое электролиз, в чем сущность закона Фарадея. Электрохимия изучает поведение ионов в растворах и явления на границе м/у твердым телом и раствором. Она основана на применении электролитов. Явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит тока, а также процессы окисления или восста новления на электродах, сопровождающиеся приобретением или потерей частицами вещества электронов, называются электроли зом. В промышленности электролиз применяется в основном для анодного растворения металла и его катодного осаждения из рас творов и расплавов.Вещества, у которых нормальный потенциал больше —1 по от ношению к потенциалу нормального водородного электрода, по лучают путем электролиза растворов (медь, цинк). Металлы с нормальным потенциалом меньше —1 получить таким способом не удается. Поэтому при их производстве применяют электролиз рас плавов солей этих металлов (литий, калий, алюминий, магний). Количество вещества g, выделившееся на электроде при про хождении электрического тока через раствор электролита, опреде ляется законом Фарадея: g = ,где а—электрохимический эквивалент, г/Кл; I — ток, А; t—вре мя прохождения тока, с. Электрохимический эквивалент а — количество вещества, вы делившееся из электролита при прохождении одного кулона элек тричества. Численно он равен отношению химического эквивален та вещества к числу Фарадея. Число Фарадея (Fф) — количество электричества, требующееся для выделения одного грамм-эквива лента вещества [Fф=96 485 Кл/(г*экв)]. 12.Виды технологических приемов при дуговой сварке металлов и применяемое оборудование. Сварка в камерах с контролируемой атмосферой применяется для соединения легкоокисляющихся металлов и их сплавов. В ка мере можно создать атмосферу из инертных газов, что обеспечит высокое качество сварного соединения.Сварка трехфазной дугой применяется при ручном и механизи рованном способах сварки. Сущность этого способа состоит в том, что к двум электродам, закрепленным в специальном устройстве, и к свариваемому изделию подводится переменный ток от трех фазного источника питания. После возбуждения горит не одна дуга, как обычно, а одновременно три дуги: между каждым из электро дов и изделием и дуга между обоими электродами. Эта дуга по отношению к свариваемому изделию является независимой и обеспечивает расплавление электродов.Сварка трехфазной дугой характеризуется высокой стабильно стью процесса, так как дуговой промежуток всегда поддерживается в ионизированном состоянии. При сварке неплавящимся электродом дуга горит между вольфрамовым электродом и изделием. Электрод проходит через насадок, по которому в зону сварки подается аргон. Поэтому такая сварка называется аргоновой. Диаметр вольфрамового электрода составляет 1—4 мм. Аргоновая сварка металлов толщиной 3 мм и больше успешно выполняется плавящимся электродом на авто матах и полуавтоматах. Этот вид сварки отличается высокой производительностью, превышающей производительность сварки вольфрамовым электродом, и пригоден для сварки всех металлов, в том числе всевозможных легированных сталей, меди, никеля и их сплавов, титана, алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, которые свариваются без применения флюсов. Важным преиму ществом такой сварки является то, что в процессе работы сварщик может видеть место сварки и регулировать процесс. Газоэлектрической сваркой может быть назван способ, при ко тором теплота для плавления металла получается не только за счет дугового разряда, но и за счет химических реакций, присходящих в газовой фазе.Дуговая сварка в углекислом газе выполняется как неплавя щимся, так и плавящимся электродом на автоматах и полуавто матах. 14.При каком напряжении и токе производится сварка металлов По сравнению с плазмой сварочной дуги при температуре (4,5-8) 10^3 К капля металла является холодной, однако вследствие высокой концентрации электронов имеет более высокую электро проводность и шунтирует часть столба электрической дуги. Это определяет низкое значение линейного градиента потенциала столба дуги. Вследствие малой протяженности столба дуги (4—7 мм) и низкого значения линейного градиента потенциала между приэлектродными пятнами дуги реализуется напряжение 8—12 В.- Если учесть, что в структуру напряжения дуги входят компоненты анодного и катодного падений напряжения, значения которых зависят от тока дуги, материала электродов и изменяются в узких пределах (Uа = 2ч-12 В, (Uк = 8-14 В), то напряжение на сварочной дуге составляет 18—45 В. При некотором увеличении тока напряжение, необходимое для горения дуги, снижается и ВАХ дуги приобретает падающий характер. В области больших токов ВАХ становится жесткой и слабо-возрастающей. Так как интенсивность плавления электрода и сва риваемого металла определяется преимущественно мощностью, выделяющейся в опорных пятнах дуги на электродах, а столб дуги выполняет в основном технологические, а не энергетические функ ции, то главным энергетическим показателем установок дуговой сварки является значение сварочного тока, а напряжение холостого хода источника питания является производным от напряжения на дуге, обеспечивающим ее устойчивое горение. Для падающего и жесткого участков ВАХ дуги напряжение холостого хода источ ника питания должно быть Uх= (1,4-2,2) Uд при крутопадающей внешней характеристике. Это дает напряжение 55—80 В, что и обеспечивается источниками сварочного тока. Следует отметить, что напряжение источников питания дуговой сварки безопасно для человека; это обусловило широкое развитие ручной дуговой сварки. Особеноости дуги переменного тока: Отметим, что напря жение зажигания при переходе тока через нуль зависит от ряда факторов, в первую очередь от силы тока. С увеличением тока напряжение зажигания дуги снижается. Зависимость между напря жением зажигания и напряжением горения дуги для сварки от крытой дугой имеет вид Uз= (1,3 — 2,5) Uд. При сварке на больших токах под флюсом напряжения зажигания дуги почти равно на пряжению горения. 17.Структура напряжения на электролизной ванне. Явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит тока, а также процессы окисления или восста новления на электродах, сопровождающиеся приобретением или потерей частицами вещества электронов, называются электроли зом.Если в электролизн. ванне процесс происходит с поглощением Эл.энергии, ванна наз-тся электролизером. Принцип. схема показана на рис. Напряжение на электролизной ванне можно представить состоя щим из трех составляющих: напря жение электрохимического разложе ния вещества, приэлектродные па дения потенциала и падение напря жения в электролите: U=U1+Ua+Uk+, где U1-напр-ие электрохим. разложения в-ва, Ua,Uk- анодное и катодное падение потенциала соотв-но, I-сила тока в ванне, l-расстояние м/у электродами, - проводимость электролита. Мощность, выделяющаяся в электролизной ванне: Рэ=1(U1+Ua+Uk+). Только часть этой мощности (IU1) идет на электрохимическое разложение вещества, остальная же мощность расходуется па нагрев электролита и транспортировку ионов через раствор. 18.В чем отличия процессов получения меди и алюминия. Целью электролиза меди является снижение cодержания примесей в черновой меди, полученной плавкой в от ражательных печах, извлечение находящихся в ней благородных и других ценных металлов и получение чистой электролитической меди. Процесс ведут в электролизных ваннах ящичного типа. В ван не устанавливаются литые аноды черновой меди, между которыми подвешиваются тонкие пластины чистой меди (катоды). После этого в ванну подают электролит, который представляет собой водный раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой для уменьшения сопротивления. При пропускании через ванну постоянного электрического тока происходит растворение черновой меди анодов и осаждение чистой меди на катодах. Благородные металлы и некоторые примеси в ви де шлама выпадают в осадок, некоторые другие примеси (никель) переходят в раствор. Процесс электролиза начинается при напряжении на ванне 0,3—0,35 В. Плотность тока ограничивается условием получения мелкозернистого, плотного и гладкого осадка катодной меди. В за висимости от состава черновой меди плотность тока колеблется в пределах 180—270 А/м2. Фактический выход по току составляет 92—98 %. Удельный расход электроэнергии составляет 200— 379 кВт-ч/т чистовой меди.При нормальном потенциале выделения металла меньше —1 В осадить его на катоде методом электролиза раствора невозможно, так как на катоде будут выделяться в ос новном водород и содержащиеся в электролите и аноде примеси. Так как нормальный потенциал алюминия —1,67 В, то его получа ют путем электролиза расплавленных солей. В этом случае элект ролитом является раствор оксида алюминия Аl2О3 в расплавлен ном криолите (Na3AlF6).Поскольку фторидные расплавы являются сильно агрессивны ми средами, электролиз алюминия ведут с расходуемым угольным электродом, а внутренние поверхности ванн футеруют угольными плитами и блоками. Электролизеры для электролиза Al объединяют в серию из 160—170 шт., причем 4—5 из них резервные. При электролизе расплавов ток через ванну достигает значе ний более 100 кА, поэтому ванны включают в серии последова тельно без предварительного объединения в блоки. При нормальной работе напряжение на ванне составляет 4,2— 4,5 В, что достигается поддержанием заданного состава электро лита и режимных показателей. Производство алюминия является энергоемким. Фактический расход электроэнергии на производство алюминия составляет 14 000—16 000 кВт-ч/т. Выход металла на 1 кВт-ч составляет 60— 77 г, что типично для удельного расхода электроэнергии (16 000± + 500) кВт-ч на 1 т алюминия. 26.Физические основы нагрева проводящих материалов в переменном магнитном поле. Индукционный нагрев является результатом поглощения веществом энергии магнитного поля, преобразования её внутри вещества в энергию движущихся носителей зарядов, нагревающих вещество по закону Джоуля – Ленца. Индукционный нагрев обладает достоинствами – высокая скорость нагрева, пропорциональная вводимой мощности, неограниченный уровень достигаемых температур, достаточных для расплавления металлов и получения плазмы. При индукционном нагреве отсутствует электрическая связь нагреваемого тела с источником электрической энергии. Для передачи энергии от источника питания в нагреваемое тело используется переменное магнитное поле, создаваемое индуктором в виде, например, катушки, состоящей из нескольких витков хорошего проводника, внутрь которой помещается нагреваемое тело. При подключении индуктора к источнику питания переменного тока протекающий по виткам индуктора ток производит магнитное поле, которое проникает в вещество и наводит в пересекаемом поле пространстве ЭДС, вызывающую возникновение электрического тока, нагревающего тело по закону Джоуля – Ленца. Индуктор по отношению к нагреваемому телу является первичной обмоткой трансформатора, в котором роль вторичной обмотки играет нагреваемое тело, создающее один короткозамкнутый виток. Переменный магнитный поток Φ, создаваемый индуктором и пропорциональный числу витков индуктора W и величине протекающего по нему тока I, создаёт в нагреваемом теле ЭДС ,которая вызывает электрический ток, нагревающий тело по закону Джоуля – Ленца. Величины ЭДС и тока в нагреваемом теле измерять не представляется возможным, а из энергетического баланса известно, что выходящий из индуктора магнитный поток встречает на своём пути поверхность нагреваемого тела, в которой сразу же начинается выделение тепловой энергии. По мере продвижения магнитного потока в глубину тела в процесс проведения тока включаются более глубокие слои, а наведённый в теле ток создаёт встречное магнитное поле, препятствующее продвижению внешнего поля. Поэтому индукционный нагрев по своей природе является поверхностным, глубина проникновения поля и соответственно глубина прогрева уменьшаются при повышении частоты тока индуктора. Мощность, выделяющаяся в нагреваемом теле, определяется через значение мощности, выделяющейся в металлическом цилиндре на 1м его длины kВт\ см², Здесь Iw – ток и число витков индуктора, μ и ρ – магнитная проницаемость и удельное сопротивление нагреваемого материала, ƒ – частота тока, F – коэффициент согласования размера и формы индуктора с нагреваемым телом 27. Как регулируется глубина прогрева металла при индукционном нагреве. При индукционном нагреве отсутствует электрическая связь нагреваемого тела с источником электрической энергии. Для передачи энергии от источника питания в нагреваемое тело используется переменное магнитное поле, создаваемое индуктором в виде, например, катушки, состоящей из нескольких витков хорошего проводника, внутрь которой помещается нагреваемое тело. При подключении индуктора к источнику питания переменного тока протекающий по виткам индуктора ток производит магнитное поле, которое проникает в вещество и наводит в пересекаемом поле пространстве ЭДС, вызывающую возникновение электрического тока, нагревающего тело по закону Джоуля – Ленца. Индуктор по отношению к нагреваемому телу является первичной обмоткой трансформатора, в котором роль вторичной обмотки играет нагреваемое тело, создающее один короткозамкнутый виток. Переменный магнитный поток Φ, создаваемый индуктором и пропорциональный числу витков индуктора W и величине протекающего по нему тока I, создаёт в нагреваемом теле ЭДС ,которая вызывает электрический ток, нагревающий тело по закону Джоуля – Ленца. Величины ЭДС и тока в нагреваемом теле измерять не представляется возможным, а из энергетического баланса известно, что выходящий из индуктора магнитный поток встречает на своём пути поверхность нагреваемого тела, в которой сразу же начинается выделение тепловой энергии. По мере продвижения магнитного потока в глубину тела в процесс проведения тока включаются более глубокие слои, а наведённый в теле ток создаёт встречное магнитное поле, препятствующее продвижению внешнего поля. Поэтому индукционный нагрев по своей природе является поверхностным, глубина проникновения поля и соответственно глубина прогрева уменьшаются при повышении частоты тока индуктора. Мощность, выделяющаяся в нагреваемом теле, определяется через значение мощности, выделяющейся в металлическом цилиндре на 1м его длины kВт\ cм², Здесь Iw – ток и число витков индуктора, μ и ρ – магнитная проницаемость и удельное сопротивление нагреваемого материала, ƒ – частота тока, F – коэффициент согласования размера и формы индуктора с нагреваемым телом. В слое нагреваемого металлического тела толщиной Δ выделяется 86,4% энергии, развиваемой индуктором .Отсюда следует, что глубина нагрева увеличивается с ростом удельного сопротивления и уменьшением магнитной проницаемости нагреваемого тела и частоты тока. Индукционный нагрев особенно эффективен при нагреве до точки Кюри ферромагнитных материалов, имеющих высокое удельное сопротивление магнитную проницаемость. При достижении точки Кюри (температура 973 - 1043ºС) магнитная проницаемость резко снижается до 1, интенсивность нагрева снижается с одновременным увеличением глубины нагрева. Частота тока, применяемая для нагрева тел различных размеров, находится в пределах от 50 Гц до 10000Гц. 38.Состав оборудования установок плазменной резки металлов Плазменная резка черных и цветных металлов позволяет резать с выс. скоростями стали больших толщин, медь и ее сплавы, алюминий и др.металлы.При этом сокращ-тся подгоночные работы в сварочных цехах, поскольку после плазменной резки заготовки имеют большую точность размеров.плазменная резка широко примен. в судостроении, на предприятиях тяжелого и атомного машиностроения, хим. и электротехн. пром-сти.Плазменная резка осущ-тся путем выплавления и спарения металла в полости реза за счет энергии, выделяющейся в опорном пятне дуги и вносимой струей плазмы. Схема резки металлов плазменной дугой. Режущий плазмотрон с газовой стабилизацией дуги имеет стержневой вольфрамовый (или циркониевый) электрод 3, соосно расположенный в полости сопла 2. Стабилизирующий газ подается между ними и обеспечивает проникновение плазмы в глубину металла. При включении установки существует такая последовательность операций: включается подача воды, охлаж дающей сопло и электрод, устанавливается необходимый расход газа; поджигается дежурная дуга, ток которой ограничивается сопротивлением 6, и возникает факел плазмы. При касании де журным факелом кромки металла возникает цепь силовой плаз менной дуги и начинается интенсивный процесс резки. При слу чайных погасаниях режущей дуги дежурная дуга восстанавливает процесс. В состав электрооборудования плазменных технологических установок ( ПТУ), кроме собственно генератора плазмы, входят полупроводниковые источники питания, выпрямители, системы высоковольтного старта дугового разряда, автоматизированные систем подачи компонентов процесса, охлаждающей воды, измерения и анализа параметров процесса, вывода готового продукта. Плазменные установки обслуживаются компьютерными комплексами. Электроснабжение плазменных электротехнологических установок производится от специальных трансформаторных подстанций, входящих, как правило, в сферу деятельности персонала, работающего на ПТУ, что учитывается при их подготовке. 39.Схема источников питания установок индукционного нагрева на ср. и выс. частотах Широкое внедрение современной электротехнологии в промышленность невозможно без создания специализированных источников питания. Приспособление известных устройств преобразовательной техники не позволяет реализовать все преимущества новых технологических процессов, ограничивает их производительность. Только комплексное решение вопросов разработки, технологической части и ИП с учётом их взаимного влияния позволяет создавать ЭТУ повышенной производительности, надёжности и с улучшенными технико- экономическими показателями. Преобразователь повышенной частоты для электротехнологических установок состоит из двух основных узлов: выпрямителя и однофазного автономного инвертора. Промежуточное звено постоянного тока включает сглаживающий фильтр, который часто является элементом схемы инвертора. Различают преобразователи с явно выраженным и скрытым звеном постоянного тока. В первых, получивших преобладающее применение, одна группа вентилей используется только для выпрямления тока, а другая - только для инвертирования. При скрытом звене постоянного тока одни и те же вентили служат одновременно как для выпрямления, так и для инвертирования. Тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ) со скрытым звеном постоянного тока применяются значительно реже. Для питания индукционных установок для термобработки дёталей часто используют электромашинные преобразователи частоты – приводной двигатель синхронного или асинхронного типа и генератор средней частоты индукторного типа. Двигатели питаются от трехфазной сети с частотой 50 Гц, напряжением 380, 660, 3000, 6000 и 10000 В. Машинные преобразователи мощностью 12-500 кВт типов ВПЧ и ОПЧ выпускаются однокорпусными вертикального исполнения, а типов ОПЧ мощностью 1500 и 2500 кВт - двухкорпусными горизонтального исполнения. В отличие от машинных генераторов тиристорный преобразователь частоты имеет ряд преимуществ: значительно меньшую массу на единицу мощности, лучшую работоспособность при частичных и полных нагрузках; возможность плавного изменения частоты в зависимости от режима плавки или нагрева. |
7.Особенности электрической дуги переменного тока. В отличие от дуги пост. тоа дуга перемен. тока имеет меняющиеся во времени ток и напр-ие: i=f(t), u=f(t). При этом дважды за период ток и напр-ие дугового разряда проходит ч/з нуль и меняют направление, соответственно меняется и полярность электродов. при этом каждый раз происходит погасание и вновь зажигание электродугового разряда. после угасания дуги м межэлектродном промежутке происходит два процесса6 деионизация промежутка (увеличение его д/э прочности) и нарастание потенциала на электродах. осциллограммы тока и напр-ия Эл.дуги в цепи с акт. сопр-ием показаны на рис.
После измен-ия полярности электродов напр-ие м/у ними нач. увелич.: при напр-ии u1 и при условии, что оно больше, чем необходимое для преодоления д/э прочности остаточной плазмы, вновь возник. Эл.дуга, в кот. ток течет в обратном направлении. условие зажигания дуги можно выразить выражением : dE/dt<<dU/dt, где dE/dt – скорость нарастания д/э прочности газа, dU/dt – скорость нарастания напряженности Эл.поля м/у электродами. Поскольку дуга дважды за период гаснет и загорается, кривая напряжения имеет пики зажигания и угасания. После зажигания дуги происходит снижение напряжения на ней, поскольку имеет место дальнейшее увеличение тока (по синусоиде) и, следова тельно, повышение температуры (падающая вольт-амперная харак теристика). После прохождения тока через максимум напряжение на дуге остается практически постоянным и повышается при сни жении тока перед погасанием дуги. Дуга может существовать с паузой тока и без паузы в момент перехода тока через нулевое значение. Продолжительность паузы опред. соотношением процессов нарастания д/э прочности дугового промежутка и напряженности Эл. поля м/у электродами, а также темп-ры электродов, обеспечивающих эмиссию электронов.Для облегчения зажигания и непрерывного горения дуги в цепь последовательно с ней включают индуктивность. Если дуга горит между разнотипными электродами, имеющи ми разную температуру и эмиссионные свойства, в токе дуги появ-ляется_выпрямительнын эффект. Дуга переменного тока в отличие от дуги постоянного тока име ет динамическую вольт-амперную характеристику, которая может быть построена по осциллограммам напряжения и тока (рис.5.13).Она представляет собой изменение напряжения дуги в зависи мости от силы тока в течение полного периода изменения тока. ВА динамич/ хар-ка в сильной мере зависит от значения di/dt, а также от частоты переменного тока. Если состояние дуги во время изменения силы тока не меняется, то leuf ведет себя как проводник с омическим сопротивлением и ей соответствует безгистерезиспая характеристика (рис. 5.13,6). 8.Что такое генератор технологической плазмы, принцип действия. Плазмой принято называть вещ-во, находящееся в четветом состоянии (в доп-ие к тв., жидкому и газообр.) хар-щееся наличием нейтральных молекули атомов и заряженных частиц-электронов и ионов. Для получения плазмы использ. плазматроны с различн. принцип.схемами Плазмохимич. реакции могут осущ-тся 2-мя способами: подача всех компонентов плазмы в зону Эл. разряда с проходжением тока его ч/з реагирующую плазму и подача реагентов с струю плазмы вне зоны разряда. Генератор плазмы или плазматрон – электротехнич. аппарат, в кот. происходит нагрев плазмообр. среды Эл. разрядом. основным компонентом дуговых плазмотронов явл.: электроды, вмещающая их или совмещенная с электродом разрядная камера,формир-щая поток плазмы, система впуска плазмообр-щего газа, система управления дуговым разрядом.Для обеспечения длительного ресурса работы электродных систем дуговых плазмотронов примен.электроды из тугоплавких материалов. Их изгот-ют в виде стержней или цилиндров малых размеров, запрессованных или вваренных в медный электродержатель.
Из-за охлаждения около стенки обр. слой холодного газа с относит. низкой электропроводностью, поэтому дуга занимает лишь часть сечения канала, чем достигается принудительное увеличение плотности тока в столбе дуги и значит рост темпир-ры плазмы.Если длинный канал не имеет секций, то проход-щий ч/з него газ нагревается и теряет д/э прочность. При этом происходит пробой слоя нагретого газа м/у столбом дуги и водоохлаждаемой стенкой .Это явление получило название шунтирование дуги стенкой.. Процесс шунтир. влияк\ет на работу плазматрона в частности формир. падающую ВАХ дуги, ограничивает темпир-ру плазмы, мощность плазматрона и снижает его кпд. 9. 40Плазменные технологические процессы в металлургии, химии и машиностроении. Предпосылки для развития плазменной технологии стало развитие космич. техники, что потребовало созд. различн. типов двигателей, в том числе и плазменных, материалов и конструкций косм. аппаратов и т.д. с использ. плазменной технологии созд. не только новые материалы, обл. выс. технологич. св-ми , но и аппаратура эффективной обработки этих материалов. С использованием генераторов плазмы различных схем осуществляется ряд важных технологических процессов. Скоростная резка нержавеющей стали, меди и её сплавов, алюминия и его сплавов, тугоплавких металлов. Плазменное нанесение тонких пленок полупроводниковых и диэлектрических материалов открыло возможности производства современных средств электронной техники. Технологические установки оборудованы микропроцессорами, компьютерами, обеспечивающими высокое качество процессов. Плазменная сварка и пайка при токах 200÷400А, микроплазменная сварка при токах 0,1÷20А обеспечивают высококачественное соединение деталей при ремонтных и производственных работах в машиностроении и приборостроении. Плазменный переплав металлургического сырья позволяет получать металлы в соответствии с требованиями создания новой техники. Они обеспечивают высокую долговечность самолетов, автомобилей, низкий расход энергии при их работе. Плазменные технологические процессы в химии, характеризующиеся следующим:-высокими энергиями (температурами) реагирующих компонентов и большими скоростями процессов,- одностадийностью перевода сырья в конечный продукт без промежуточных переделов, возможностью использ в процессах трудно перераб. сырья, чистота получ. в плазме вещ-в. Важным направлением использ. плазменных потоков явл. вакуумная плазменная технология с использ. электромагнитн. ускорителей. в вакуумных плазменных установках может быть получена плазма всех извесных металлов, сплавав, орг. и неогр. вещ-в. Методом плазменной технологии в вакууме могут быть решены такие акт. задачи как: получение особо чистых слоев материалов, облад. спец. св-ми и выполн. акт. ф-ции, защита элементов конструкций барьерными слоями от возд-ия агрессивных сред, изменение структурно-энергетич. сост. поверхности материалов, получ. материалов в виде многослойных структур, обл. выс. мех. и эксплуатационными св-ми., получ. пленочных монокристалл. структур. 19.Что характеризуют понятия «сопротивление» и «проводимость», принципы конструирование резистивных и проводниковых материалов. Электрический ток — это направленное движение положитель ных или отрицательных электрических зарядов под действием электрического поля. Он может обеспечиваться движением только электронов, как это имеет место в вакууме при эмиссии электро нов накаленным катодом, металлах и материалах, проявляющих свойство сверхпроводимости. Вещества, обладающие электронной проводимостью, называют проводниками первого рода. Проводя щие среды, в которых прохождение тока обеспечивается движени ем частиц вещества — ионов, называют проводниками второго рода. К ним относятся электролиты—растворы и расплавы. Плаз ма имеет смешанную проводимость. Согласно электронной теории в идеальной кристаллической ре шетке не происходит ни рассеяния, ни отражения, ни торможения движущихся электронов, т. е. нет никаких препятствий прохождению электрического тока и электропроводность металлов должна быть бесконечно большой. В действительности этого не происходит. Электропроводность металлов является конечной величиной и за висит от многих факторов, в частности от наличия дефектов в его структуре. С увеличением температуры металла его атомы в узлах кри сталлических решеток колеблются с большими и большими амп литудами. Это увеличивает вероятность столкновения с ними сво бодных электронов. Соответственно с повышением температуры увеличивается и сопротивление прохождению электрического тока. Проводники второго рода — электролиты-растворы или ра сплавы кислот солей, щелочей, оксидов и плазма—имеют два вида электропроводности — электронную и ионную. При постоянном токе у растворов и расплавов наблюдается преимущественно ион ная проводимость в соответствии с законом Фарадея. В плазме наблюдаются оба вида проводимости, причем доля электронного и ионного токов зависит от давления, температуры и состава плазмы. Т.о. проводимость – это способность вещества проводить электрический ток. (она зависит от концентрации носителей зарядов и от вида вещества и его состояния.) величина, обратнойая проводимости, наз-ют уд. Эл. сопротивлением. Оно зависит от тех же факторов, что и проводимость и для всех металлов увелич. с ростом темпир-ры. Уд. сопр-ие проводника при заданной темпир-ре t: , где - уд.сопр-ие проводника при темпир-ре 293 К, - темпир-ый коэф-нт Эл.сопр-ия, Ом/К.На практике, для характеристики проводников используют величину ρ, называемую удельным сопротивлением.При создании нагревательных элементов - резисторов, прежде всего, конструируют материал для их изготовления, имея в виду соотношение , где е – заряд электрона, n – концентрация свободных электронов в материале, υ – интегральная подвижность (длина свободного пробега) электронов в материале, определяемая кристаллической структурой вещества, наличием разнородных кристаллов и примесей. Создавая материалы для нагревательных элементов, так подбирают их компоненты, чтобы подвижность (длина свободного пробега) электронов в них была наименьшей. По этому принципу созданы славы - нихром - никель-хром-железо, фехраль – железо-хром-алюминий, материалы для спиралей электрических ламп из поликристаллического вольфрама с присадками тория, алюминия, кремния и калия, обладающие высоким удельным электрическим сопротивлением. 20.Принцип работы и области применения электрофильтров Электрофильтр, как агрегат, состоит из следующих основных элементов (рис. 19.1): 1.система подготовки газов для подачи в электрофильтр, в ко Принцип действия электрофильтра заключа ется в следующем. От ис точника питания через изолирующий ввод на коронирующий электрод и осадительный электрод подается высокое напря жение постоянного тока. Между электродами возникает резко неоднородное электричес кое поле. Необходимая разность потенциалов Uo для возникнове ния коронного разряда в электрофильтре определяется по извест ному значению E0 для соответствующей сис темы электродов. Но мере повышения напряжения после возникно вения коронного разряда ток быстро возрастает. При дальнейшем повышении напряжения коронный разряд может перейти в искро вой. Рабочие токи в электрофильтре обычно составляют порядка 0,1 — 0,5 мА/м длины электрода. По достижению разностью потенциалов между электродами электрофильтра значения 50—80 кВ напряженность электрическо го поля способна сообщить свободным электронам и ионам газа скорость выше критической. Энергия таких электронов становится достаточной для ударной ионизации нейтральных частиц. Обра зующиеся при этом ионы и свободные электроны разгоняются электрическим полем до критических скоростей и ионизируют, в свою очередь, другие атомы и молекулы. Этот процесс нарастает лавинообразно. Подобная ионизация называется коронированием. После образования короны в электрофильтре возникают две раз личные зоны. Первая из них расположена вокруг коронирующего электрода. Она заполнена положительно и отрицательно заряжен ными ионами и электронами. Вторая зона занимает пространство между короной и осадительным электродом, она заполнена только отрицательными ионами и электронами. Поэтому при прохожде нии через полость электрофильтра запыленного газа большинство пылинок получает отрицательный заряд и направляется к положи тельному осадительному электроду 7. Осадительные электроды пе риодически встряхиваются специальными механизмами 8 и осев шая на них пыль осыпается в бункер 9. Достигаемый установкой электрофильтров экономический эф фект весьма значителен, поскольку пыль, улавливаемая электро фильтром, часто представляет большую ценность, в ней содержат ся серебро, медь, никель, сурьма, цинк, свинец, магний и др. Созданы и успешно эксплуатируются электрофильтры для очистки воздуха в животноводческих помещениях и на птицефер мах с большой запыленностью и бактерицидной осемененностью. 21.Электронно – лучевая обработка, устройство и принцип действия электронной пушки. Электронно-лучевой нагрев применяется для обработки туго-плавких и химически активных металлов, сварки, испарения ме таллов и оксидов, выращивания монокристаллов, металлизации и напыления и т. д. С технологической точки зрения основными преимуществами электронно-лучевого нагрева следует считать: а) возможность в широких пределах плавно изменять удельную энергию в зоне нагрева; б) большую удельную мощность (от десятков ватт до несколь ких мегаватт) в месте взаимодействия электронного луча с обра батываемым изделием); в) возможность управления пространственным положением лу ча с помощью магнитной системы; г) возможность использования вакуума как рабочей среды; д) возможность получения малоразмерной (прецизионной) зо ны воздействия электронного луча на обрабатываемый материал. К временным недостаткам этого вида нагрева следует отнести прежде всего необходимость обеспечения высокого вакуума, а так же сложность изготовления, эксплуатации и высокую стоимость электрон но-лучевого оборудования. Электронной пушкой наз-тся устройство, в кот. эмитируемый катодом пучок электронов формируется в Эл-ом и магн. полях в луч, кот. ускоряется в электр. поле, выводится ч/з отверстие в аноде и направл. на нагреваемый объект. луча , а также улавливает ушедшие от пучка электроны. Пройдя диафрагму луч попадает электромагн. фокусир. линзу 6 и затем направл. на поверхность обрабат. детали. 28.Применение индукционного нагрева в металлургии и машиностроении. Индукц.нагрев проводящих тел основан на поглощении ими электромагнитной энергии, возникновении наведенных вихревых токов, нагревающих тело по закону Джоуля-Ленца. переменное магн. поле созд. индуктором , кот. по отношению к нагреваемомоу телу выполн. роль первичной обмотки тр-ра. Нагреваемое тело выполн. роль вторичной обмотки тр-ра, сожерж-щий один короткозамкнутый виток. Индукционный нагрев используется для следующих целей. - Плавление металлов в канальных и тигельных печах.-Выращивание монокристаллов кремния, германия и оптически активных рабочих элементов лазеров.-Сквозной нагрев металлических заготовок перед механической обработкой при получении листового и фасонного проката, проволоки, гвоздей, болтов, шурупов, пружин амортизаторов автомобилей.-Упрочнение поверхностей деталей, работающих при больших механических нагрузках - головки железнодорожных рельсов, колеса железнодорожных вагонов и цистерн, трущиеся части автомобилей и сельскохозяйственных машин.-Получение технологической плазмы в процессах производства новых материалов в плазмохимических реакторах. Нагрев крупногабаритных изделий и больших объёмов металла, например, в печи ёмкостью 60т, производительностью 36 т\час, мощностью 17000кВт производится на промышленной частоте с использованием специальных трансформаторов. При нагреве малых объёмов металла для питания индукционных установок, работающих на повышенных и высоких частотах, применяются специализированные преобразователи частоты. Необходимость получения полупроводниковых материалов, металлов выс. чистоты, сплавов на основе химически активных и тугоплавких металлов, а также плавленых огнеупорных материалов повышенной чистоты, получение кот. в печах с керамической футеровкой весьма затруднительно, привела к соданию новых методов и установок индукционной плавки, обеспеч. получение указанных материалов без примесей и при гораздо более выс. темпир-рах, чем в тигельных или канальных инд. печах.К такого типа процессам относ. инд-ая гарниссажная плавка, инд-ая струйная плавка, плавка в взвешенном стоянии, кристаллизационная плавка и т.д. 29.Физические основы нагрева диэлектриков в переменном электрическом поле. Использование электрического тока, проходящего через ди электрики и полупроводники в переменном электрическом поле, является основой диэлектрического нагрева, который имеет преи мущества перед другими способами нагрева. Это быстрота, равно мерность и высокая производительность. С энергетической точки зрения такой нагрев является наиболее эффективным, поскольку при его осуществлении вся энергия вносится в массу нагреваемо го материала. Использование высококачественного нагрева позволяет повы сить качество продукции, ускорить технологические процессы и получить при массовом производстве большую экономию, несмот ря на высокую стоимость оборудования. Частицы диэлектрика, помещенного в электрическое поле, ис пытывают механическое воздействие, смещающее положительно заряженные частицы в одну сторону, а отрицательно — в другую. В результате центры электрического действия положительных и отрицательных частиц не совпадают и во внешнем пространстве такая молекула воспринимается как диполь, т. е. как система двух равных, но противоположных зарядов + q n —q, смещенных друг относительно друга на расстояние l. Такой ди электрик, имеющий ориентированные в одном направлении дипо ли, называют поляризованным. Произведение заряда частицы на смещение l называют электрическим моментом диполя m = gl (Кл*м), кото рый связан с напряженностью элект рического поля Е соотношением ш = = аЕ, где а — мера упругой дефор мации молекулы или атома — их поляризуемость. Поляризация диэлектрика происходит не только в постоянном, но и в переменном электрическом поле. В этом случае направле ние поляризации меняется с частотой поля, упругие диполи вибри руют, жесткие поворачиваются в прямом и обратном направлени ях. Происходит перемещение зарядов, т. е. через диэлектрик про ходит электрический ток. При расположении диэлектрика между обкладками конденсатора, на которые подано напряжение от вы сокочастотного генератора, цепь тока замкнется через этот гене ратор. Поляризация сопровождается потерями энергии, вызванными трением между молекулами (потери трения) и перемещением ди полей (дипольные потери). Потери энергии выражаются в нагреве диэлектрика или полупроводника, скорость которого определяется, в частности, частотой изменения поля. 30.Промышленное применение высокочастотного нагрева Диэлектрики, находящиеся в твёрдом или жидком состоянии, а также газы любого химического состава нагреваются под воздействием электрического поля высокой или сверхвысокой частоты. Так называемый «высокочастотный» нагрев диэлектриков обладает рядом достоинств – высокая скорость, равномерность нагрева всего объёма вещества, находящегося в электрическом поле, высокая энергетическая эффективность, так как не разогреваются ни стенки рабочей камеры, ни электроды, образующие электрическое поле, ни формы, где находится диэлектрик. Вся энергия поля вводится в массу нагреваемого материала. Установки, в которых используются токи высокой частоты можно разделить на следующие типы. - Высокочастотные установки для нагрева крупных изделий – сушка тюков шерсти и хлопка, лесоматериалов, обжиг крупных электроизоляторов, производство звукопоглощающих и теплоизоляционных материалов.-Высокочастотные установки для сушки текстильного волокна, тканей, бумаги, фотоплёнки, нагрева химических и фармацевтических препаратов, производство клеев и изготовление крупных изделий из пластмасс. -Микроволновые печи - установки для размораживания продуктов, приготовления пищи, сушки чая, плодов, картофеля, обжига простых керамических изделий.-Высокочастотные нагреватели для производства изделий из полиэтилена – бутылок, одноразовых шприцов, коробок, упаковочных материалов, получения «стёганых» прошитых изделий. По технологическим признакам установки высокочастотного диэлектрического нагрева подразделяют на три вида. Установки первого вида используются в процессах про мышленной обработки крупных изделий, требующих быстрого на грева в однородном электрическом поле: сушка волокон шерсти или хлопка, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг крупных элект роизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теп лоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных пленок. Установки второго вида применяются для нагрева протя женных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, фотопленки, химических и фармацевтических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация и т. д.В установках третьего вида проводятся процессы, не тре бующие быстрого и однородного нагрева: размораживание про дуктов, разогрев и быстрое приготовление блюд, обжиг простых керамических изделий, сушка грибов. чая и т. п. 31.Установки резистивного нагрева, как осущ. регулир. энергии К установка резистивного нагрева относятся установки, работающие на основе закона Джоуля-Ленца под дейстивием электрического тока. К таки установкам относятся различные нагревательные элементы, установки электроотопления и электрообогрева (примен. для сушки изделий после окраски, пропитки, сушки помещений при строит. работах, подогрева газов для различн. технологич. целей, отопление помещений, разогрева емкостей с жидкостью и т.д.), различные электрические печи сопротивления ( ЭПС). ЭПС примен. для технологич. операций в машиностроении, металлургии, легкой и хим. пром-сти, строительстве, комуннальном и с/х. Мощность современных ЭПС колеблется от долей киловатта до неск. мегаватт. Печи мощностью более 20кВт обычно выполн. трехфазными и подкл. к сетям напр-ием 220,380,660 В непосредственно или ч/з печные тр-ры. Величина электрической энергии, преобразующейся в тепловую энергию, обеспечивается внутренним и внешним регулированием работы установок. где U – подводимое напряжение, I - ток, протекающий по цепи, t – время включенного состояния установки, (ρL \S) – параметры нагревательного элемента – резистора. Внутреннее регулирование мощности электротермических установок производится изменением длины и сечения нагревательных элементов, последовательным и параллельным соединением нагревательных элементов, переключением их с треугольника на звезду. Внешнее регулирование производится изменением величины подводимого напряжения U и временем включенного состояния t установок. При регулировании обеспечивается поддержание заданной температуры в технологическом агрегате по сигналам датчиков температуры в соответствии с технологическим регламентом процесса. |