2.6.2. Определение мощности и основных конструктивных размеров эну

При расчете ЭНУ к исходным данным, определяемым тех­нологическими условиями, относятся: назначение установки, ко­личество нагреваемого материала М (кг); электро- и теплофи-зические характеристики материала, начальная U и конечная /₂ (°С) температура нагрева, температура окружающей среды /о.с, время т (с) или скорость dt/dx (°С/с) нагрева.

Если задана скорость нагрева, то потребную мощность ус­тановки определяют из формулы (2.30):

P**Mc*2- + kF(t-t₀.J. (2.40)

ах

В уравнении (2.40) первое слагаемое представляет собой полезную мощность, а второе — потери. Выражение для полез­ной мощности можно получить из формулы (2.40), предполо­жив, что нагрев происходит без потерь. В этом случае, согласно

40

формуле (2.39), скорость нагрева будет постоянной и равной скорости нагрева в начальный момент времени при т=0:

(2.41)

-*н

\ dx Jx= о

где t — конечная температура нагрева; т — время нагрева до температуры t. • ,

В итоге получаем выражение для определения полезной мощности

P_ao. = Mc±=h-. (2.42)

т

Расчетная мощность установок Р_раСч определяется из теп­лового баланса процесса нагрева для установившегося режима:

' расч "'пол "г ^*пот»

где Рпол — полезная мощность, кВт; 2Р_пот — сумма потерь мощ­ности в окружающую среду, на нагрев конструкций и т. п., кВт. Общие потери 2Р_Пот обычно складываются из трех состав­ляющих: потерь от контакта с деталями машины, потерь в ок­ружающую атмосферу лучеиспусканием и потерь конвекцией. Каждая из составляющих определяется по уравнениям, приве­денным в курсах теплотехники.

В формном оборудовании тепловые процессы связаны либо с нагревом твердых или жидких масс, либо с изменением их агрегатного состояния (плавление, испарение).

В случае нагрева материалов полезная мощность (кВт) оп­ределяется формулой (2.42):

Япол-^^р('^к~^/н), (2.43)

^ол 3600т ^V '

где с_р — средняя теплоемкость материала, кДж/кг°С; >t_K и t_H — конечная и начальная температура нагреваемого материала, °С; т— время разогрева, ч.

При плавлении и испарении материалов тепло вначале рас­ходуется на нагрев материала до температуры фазового пре­вращения, а затем уже на изменения агрегатного состояния:

^П0Л 3600т 3600т ' ^К

где t_njl— температура плавления (испарения), °С; г — скрытая теплота фазового превращения, кДж/кг; i₂ и i_x — конечное и на­чальное топлосодержание материала, включающее и скрытую теплоту фазового превращения, кДж/кг.

41

Расчет всех видов потерь 2Р_ПОт — весьма сложная и трудо­емкая задача. Поэтому в ряде случаев для упрощения расчетов потери учитываются коэффициентом полезного действия ц:

_где ^_т — тепловой кпд, учитывающий потери в окружающую среду, на нагрев элементов конструкции и т. п.; ц_э— электри­ческий кпд, учитывающий потери в электрических элементах установки.

В итоге получим

_D _ Риол ^Рпол /О Д?Л

Установленная мощность Р_уст принимается выше расчетной на некоторую величину:

^с_Т = *зЛасч=К₃^-, (2-46)

где к_з _ коэффициент запаса, учитывающий увеличение потерь в процессе эксплуатации, старение нагревателей, снижение пи­тающего напряжения и др. Значение К₃ принимается в преде­лах 1,1—1,3.

При проведении теплового расчета предварительно разра­батывается эскизный проект и намечаются основные размеры установки. На этой стадии широко используют имеющийся ин­женерный и практический опыт работы с нагревательным обо­рудованием аналогичного назначения.

Внутренние размеры и конфигурацию рабочего пространст­ва устанавливают, исходя из условий размещения нагреваемо­го материала, нагревателей, приборов контроля, удобства де­монтажа нагревателей и др. Необходимо уделить должное вни­мание удобству обслуживания и обеспечению требуемой меха­нической прочности. При выборе формы следует во всех случа­ях стремиться к тому, чтобы установка имела минимальную удельную ограждающую поверхность (м²/м³)

°УД — у »

где F — суммарная ограждающая поверхность, м² (поверхность теплоотдачи); V — объем рабочего пространства, м³. -

С уменьшением S_yfl снижается расход конструкционных материалов, а также уменьшаются потери тепла в окружаю­щую среду.

В установках длительного нагрева для уменьшения тепло-потерь и повышения кпд целесообразно применить тепловую

42

изоляцию, что существенно снижает коэффициент теплопере­дачи.

С уменьшением удельной ограждающей поверхности 5_УД значение ц_т возрастает. С увеличением температуры нагрева t значение ц_т снижается и поэтому не следует завышать рабочую температуру, если этого не требует технологический процесс. С увеличением скорости нагрева кпд повышается, поэтому всег­да следует стремиться к интенсификации процессов нагрева, ес­ли это отрицательно не сказывается на качестве обрабатывае­мых материалов. К тому же для интенсификации процесса необходимы значительные мощности, что не всегда целесооб­разно.

На практике ц_т определяют по следующей зависимости:

£пол _(24?)

где АР_С — мощность потерь в окружающую среду с учетом пол­ной поверхности теплопотерь; ДР_К — мощность потерь на на­грев элементов конструкций.

Значение ц_э определяют методами, рассматриваемыми в со­ответствующих курсах по электрооборудованию. В табл. 2.1 приведены значения кпд для некоторых видов ЭНУ.