Повышение энергетической эффективности высокотемпературных вакуумных печей сопротивления с экранной теплоизоляцией

• Автор: Митяков, Филипп Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГ ДАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ЭКРАННОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ
1.1. Технологические процессы, реализуемые в вакуумных печах сопротивления
1.2. Конструкции современных печей сопротивления с экранной теплоизоляцией
1.3. Системы управления нагревателями с высоким значением коэффициента электрического сопротивления
1.4. Формулирование целей и задач исследования
Выводы по главе
ГЛАВА 2. МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ, СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ СОПРОИТВЛЕНИЯ
2.1. Постановка задачи по разработке уточненных моделей
2.2. Разработка уточненной модели вакуумной печи сопротивления с экранной теплоизоляцией
2.3. Регулятор температуры электрической печи сопротивления с ограничением тока нагревателей
2.4. Регулятор температуры с переключением ступеней напряжения трансформатора
2.5. Регулятор температуры с адаптивной токовой отсечкой
2.6. Разработка модели комбинированной теплоизоляции вакуумной печи
сопротивления с применением неметаллической засыпки
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Страница |
3.1. Исследование системы электропитания вакуумных печей сопротивления с переключением ступеней напряжения трансформатора
3.2. Исследование систем управления вакуумных печей с нагревателями из тугоплавких металлов
3.3. Исследование влияния превышения мощности в регуляторах мощности печей сопротивления
3.4. Исследование применения пористых оксидных материалов в качестве неметаллической засыпки для теплоизоляции вакуумных печей
сопротивления
Выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
4.1. Разработка критерия оценки экономической эффективности вакуумной печи сопротивления
4.2. Разработка программного пакета для теплового расчета вакуумной печи сопротивления с экранной и комбинированной теплоизоляцией
4.3. Рекомендации по выполнению экранной теплоизоляции с неметаллической засыпкой
4.4. Рекомендации по реализации систем управления вакуумными печами
сопротивления
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Страница |
ВВЕДЕНИЕ
Современное развитие науки и техники в основополагающих отраслях промышленности, а также исследования в этих областях требуют создания надежных и экологически чистых вакуумных электропечей сопротивления (ВПС) [17,19].
Принято считать классической [57,59] классификацию электрических печей сопротивления (ЭПС) по температуре на низко- (до 600-400 °С), средне- (700-4300 °С) и высокотемпературные (свыше 1300 °С) печи. Первая граница обуславливается преобладанием передачи тепла от нагревателя к садке посредством конвекции, вторая - ограничением температуры применения сплавов сопротивления (фехрали и нихромы) в качестве нагревателей. В связи с тем, что вакуум - это атмосфера с пониженным давлением, передача тепла конвекцией в нем отсутствует. Поэтому первая граница разделения ВПС по температуре связана с предельной температурой применения никельсодержащих сплавов в вакууме. Вторая граница разделения ВПС с экранной теплоизоляцией чисто условна и отделяет установки с нагревательными элементами, выполненными из молибдена и вольфрама. Конструктивно средне- и высокотемпературные печи с экранной теплоизоляцией схожи и, как правило, рассматриваются совместно.
Учитывая все вышесказанное ВПС можно классифицировать по температуре применения на:
- низкотемпературные печи (до 1150 °С);
- среднетемпературные печи (1150-4600 °С);
- высокотемпературные печи (свыше 1600 °С).
Вакуумные печи обладают существенными преимуществами [19,21,22]. В них обеспечиваются:
- сохранение исходной поверхности изделий;
- снижение тепловых потерь в 2 -2,5 раза по сравнению с нагревом в среде эндогаза и в 3-3,5 раза - в водороде;
Страница |
2.2. Разработка уточненной модели вакуумной печи сопротивления с экранной теплоизоляцией
Как объект управления, элемент печи сопротивления может быть графически представлен в виде звена рис.2.3, на которое поступает управляющее воздействие - вводимая мощность Р; (для нагревателя печи) или температура 0г_х (для загрузки и теплоизоляции), интегральное возмущающее воздействие АР или АО, изменяющее управляющее воздействие. Выходной величиной является температура 0/ [50].
р, вы Щр) в,
АР' Ав
Рис. 2.3. Структурная схема элемент печи сопротивления, как объекта управления
При разработке модели элемента печи сопротивления, как объекта управления, вводят следующие допущения:
- пренебрегают неоднородностью элементов печи, т.е. используют усредненные теплотехнические параметры;
- считают нагреватель, футеровку и изделие теплотехнически тонким телом.
Эти допущения являются довольно грубыми, однако, позволяют получить модели элементов печи в форме, удобной для дальнейшего исследования системы регулирования температуры.
Запишем уравнение энергетического баланса:
С1Щ ~Ж + а*0гРг = р*± ЛР'
где сI - усредненный коэффициент теплоемкости элемента печи;
тг - масса элемента печи;
Страница |