Главная » Литература » Электротехника » Зимин - Электрооборудование промышленных предприятий и установок (1981)
Зимин - Электрооборудование промышленных предприятий и установок (1981)
ПРЕДИСЛОВИЕ
В предлагаемой книге рассмотрены основное электрооборудование, вопросы автоматизации, электрические схемы электротермических и электросварочных установок, подъемно-транспортных машин и механизмов, металлообрабатывающих станков и машин, насосов, компрессоров, вентиляторов и некоторых других установок, получивших распространение на промышленных предприятиях электромашиностроения. Книга написана в соответствии с программой предмета «Электрооборудование промышленных предприятий и установок отрасли» для учащихся средних специальных учебных заведений.
В книгу не вошел материал только по разделу программы «Электрическое освещение», по которому есть отдельное учебное пособие. По сравнению с первым изданием, выпущенным в
Изложение базируется на знании читателями предметов «Теоретические основы электротехники», «Электрические машины и трансформаторы», «Основы промышленной электроники», «Основы автоматики и вычислительной техники», «Электрический привод» и «Основы технологии отрасли».
ВВЕДЕНИЕ
Электрификация народного хозяйства СССР является основой строительства экономики коммунистического общества и развития производительных сил страны. Электрификация обеспечивает выполнение задачи широкой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, что позволяет усилить темпы роста производительности общественного труда, улучшить качество продукции и облегчить условия труда. На базе использования электроэнергии ведется техническое перевооружение промышленности, внедрение новых технологических процессов и осуществление коренных преобразований в организации производства и управлении им. Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т. е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройств, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов.
Электромашиностроение — одна из ведущих отраслей машиностроительной промышленности. Процесс изготовления электрической машины складывается из операций, в которых используется разнообразное технологическое оборудование. При этом основная часть современных электрических машин изготовляется .методами поточно-массового производства. Специфика электромашиностроения заключается главным образом в наличии таких процессов, как изготовление и укладка обмоток электрических машин, для чего применяется нестандартизованное оборудование, изготовляемое обычно самими электромашиностроительными заводами*
В преобладающей же своей части технологическое оборудование и электрооборудование электромашиностроительных заводов типичны для машиностроения в целом. Электромашиностроение характерно многообразием технологических процессов, использующих электроэнергию: литейное производство, сварка, обработка металлов и материалов давлением и резанием, термообработка и т. д. Предприятия электромашиностроения широко оснащены электрифицированными подъемно-транспортными механизмами, насосными, компрессорными и вентиляторными установками. Автоматизация затрагивает не только отдельные агрегаты и вспомогательные механизмы, но во все большей степени целые комплексы их, образующие полностью автоматизированные поточные линии и цехи.
Первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный электропривод и средства электрического управления. Развитие электропривода идет по пути упрощения механических передач и приближения электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а также возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов. Широко внедряются комплектные тиристорные преобразовательные устройства. Применение тиристорных преобразователей не только позволило создать высокоэкономичные регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыло большие возможности для использования частотного регулирования двигателей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и надежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Все большее распространение получают новейшие средства электрической автоматизации технологических установок, машин и механизмов на базе полупроводниковой техники, высокочувствительной контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры, бесконтактных датчиков и логических элементов. Расширяется область применения программного управления технологическими объектами с записью программы на бумажной или магнитной ленте. Для управления технологическими процессами все чаще используются электронные вычислительные машины. В современных условиях эксплуатация электрооборудования требует глубоких и разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизации существующего электрифицированного технологического агрегата, механизма или устройства решаются совместными усилиями технологов, механиков и электриков. Требования к электрооборудованию вытекают из технологических данных и условий. Электрооборудование нельзя рассматривать в отрыве от конструктивных и технологических особенностей электрифицируемого объекта, и наоборот.
Поэтому специалисты в области электрооборудования промышленных предприятий должны быть хорошо знакомы как с электрической частью, так и с основами технологических процессов и конструкциями установок электронагрева и электросварки, металлообрабатывающих станков и машин, подъемно-транспортных механизмов и т. д.
Электрооборудование промышленных предприятий и установок проектируется, монтируется и эксплуатируется в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими руководящими документами.
Глава первая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
1-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
Электронагрев широко применяется на предприятиях электромашиностроения при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой давлением, термической обработки деталей и узлов электрических машин, сушки изоляционных материалов и т. д.
Электротермической установкой (ЭТУ) называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке. Электротермическое оборудование весьма разнообразно по принципу действия, конструкции и назначению. В наиболее общей форме все электрические печи и электротермические устройства можно разделить по назначению на плавильные печи для выплавки или перегрева расплавленных металлов и сплавов и термические (нагревательные) печи и устройства для термообработки изделий из металла, нагрева материалов под пластическую деформацию, сушки изделий и т. д.
По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают, в частности, печи и устройства сопротивления, дуговые печи, индукционные печи и устройства.
В 'электропечах и электротермических устройствах сопротивления используется выделение тепла электрическим током при прохождении его через твердые и жидкие тела. Электропечи этого вида преимущественно выполняются как печи косвенного нагрева. Превращение электроэнергии в тепло в них происходит в твердых нагревательных элементах, от которых тепло путем излучения, конвекции и теплопроводности передается нагреваемому телу, либо в жидком теплоносителе— расплавленной соли, в которую погружается нагреваемое тело, и тепло передается ему путем конвекции и теплопроводности. Печи сопротивления — самый распространенный и многообразный вид электропечей.
Плавильные печи сопротивления применяют преимущественно при производстве литья из легкоплавких металлов и сплавов. Термические печи используются для термообработки металлов и сушки материалов и изделий. Электротермические устройства сопротивления работают по принципу прямого нагрева: подлежащее нагреву тело непосредственно служит проводником тела и в нем выделяется тепло. Работа плавильных дуговых электропечей основана на выделении тепла в дуговом разряде. В электрической дуге концентрируется большая мощность и развивается температура свыше 3500° С. В дуговых печах косвенного нагрева дуга горит между электродами, а тепло передается расплавляемому телу в основном излучением. Печи такого рода используют при производстве фасонного литья из цветных металлов, их сплавов и чугуна. В дуговых печах прямого нагрева одним из электродов служит само расплавляемое тело. Эти печи предназначены для выплавки стали, тугоплавких металлов и сплавов. В дуговых печах прямого нагрева, в частности, выплавляют большую часть стали для фасонного литья. В индукционных печах и устройствах тепло в электропроводном нагреваемом теле выделяется токами, индуктированными в нем переменным электромагнитным полем. Таким образом, здесь осуществляется прямой нагрев. Индукционную печь или устройство можно рассматривать как своего рода трансформатор, в котором первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику переменного тока, а вторичной обмоткой служит само нагреваемое тело. Индукционные плавильные печи применяют при производстве литья, в том числе фасонного, из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. Нагревательные индукционные печи используют для нагрева заготовок под пластическую деформацию и для проведения разного рода термообработки. Индукционные термические устройства применяют для поверхностной закалки и других специализированных операций скольких цифр и вспомогательных букв. Первая основная, буква указывает на способ нагрева, например: Д — дуговой, И — индукционный, С —сопротивлением. У плавильных печей вторая основная буква обозначения определяет основной металл, для плавки которого предназначена печь: алюминий его сплавы; М — медь и ее сплавы (кроме латуни), латунь; О — олово, свинец, С — сталь и жаропрочные* сплавы; Ч — чугун и др. Третья основная буква характеризует важнейший конструктивный признак плавильной печи, например, для дуговых печей: П — с поворотным сводом; Б — барабанная; для индукционных печей: К — канальная, Т — тигельная; для печей сопротивления: Т — тигельная, К — камерная, Б — барабанная. Может добавляться и четвертая (вспомогательная) буква, например буква М, для обозначения миксера. Цифра после буквенного обозначения для большинства плавильных печей означает емкость печи в тоннах.
У термических печей сопротивления вторая основная буква характеризует основной конструктивный признак: А — карусельная; Б — барабанная; В — ванная; Д — с выдвижным подом; К — конвейерная; Н — камерная; Р — рольганговая; Т — толкательная; Ш — шахтная и др. Третья основная буква для этих печей показывает .характер среды в печном пространстве: А — азотирующая; 3 — защитная; О — окислительная (воздух); С — соль, селитра; Ц— цементационная и т. д. После букв следуют размеры рабочего пространства в дециметрах. У всех печей через дробь указывается максимальная температура в сотнях градусов Цельсия (°С). Для агрегатов из нескольких печей обозначение агрегата соответствует обозначению первой печи с добавлением буквы А, знаменатель соответствует температуре последней печи агрегата. К обозначениям
печей с камерами охлаждения добавляется буква X и цифра, определяющая длину камеры в дециметрах.
Электротермические установки, как правило, питаются переменным током (кроме установок вакуумных Дуговых печей, для которых необходим постоянный ток). В отношении обеспечения надежности электроснабжения ЭТУ согласно ПУЭ преимущественно принадлежат к злектроприемникам 2-й или 3-й категории,
К комплектующему электрооборудованию ЭТУ относятся: печные трансформаторы и автотрансформаторы; преобразовательные агрегаты (для установок печей и электротермических устройств, в которых преобразование электрической энергии в тепловую происходит при частоте, отличной от 50 Гц); коммутационные и защитные аппараты на вводе ЭТУ; токопроводы ЭТУ—силовые электрические цепи, соединяющие печи (электротермические устройства) с другим электрооборудованием; автоматические регуляторы теплового режима печи (устройства); электроприводы вспомогательных механизмов ЭТУ; щиты, пульты и станции управления. Ниже кратко рассмотрены основные виды ЭТУ (подробнее см. [2, 12, 13, 15, 18—20, 32]).
1-2. УСТАНОВКИ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Конструктивное исполнение печей сопротивления. На конструкцию печей сопротивления существенно влияют характер работы и особенности загрузки и выгрузки нагреваемых материалов, а также температурные условия, наличие или отсутствие искусственной атмосферы в рабочем пространстве печи. По способу загрузки и характеру работы во времени различают печи периодического (садочные) и непрерывного (методические) действия. В печи периодического действия после загрузки нагреваемое тело не изменяет своего положения в течение всего времени тепловой обработки, т. е. до момента выгрузки. В печи непрерывного действия нагреваемые изделия загружаются с одного конца печи, постепенно перемещаются по ее длине, прогреваясь до заданной температуры, и выдаются с другого конца печи. Такие печи используются, в частности, в автоматических технологических линиях.
На рис. 1-1 схематично показаны некоторые основные типы конструкций термических печей сопротивления: садочных и методических. Камерная печь (рис.. 1-1, а) среди печей периодического действия является простейшей и в то же время универсальной. Ее корпус 2 прямоугольной формы выполнен в виде камеры с огнеупорной и теплозащитной футеровкой, помещенной в металлический кожух. Печь загружается и выгружается через отверстие в передней стенке, закрываемое дверцей /. Малые печи для удобства загрузки устанавливаются на ножках, большие печи непосредственно на полу. Нагревательные элементы 3 располагаются в поду и на боковых стенках печи, реже на ее своде (у очень крупных печей и на задней стенке печи и на дверце). Подовые нагревательные элементы перекрываются жароупорными плитами, на которых укладываются изделия. Дверцы печей обычно выполняются подъемными, у малых печей — с ручным или ножным приводом, у более крупных —с электроприводом.
Шахтная печь (рис. 1-1,6) представляет собой круглую, квадратную или прямоугольную шахту. Корпус печи 2 заглублен в землю и перекрывается сверху крышкой 4 с затвором и электроприводом. Нагревательные элементы 3 подвешиваются на боковых стенках печи. В таких печах производится термообработка, например, длинных валов. Некоторые шахтные печи имеют две—три тепловые зоны для обеспечения равномерности нагрева изделий большой длины. В колпаковой печи (рис. 1-1, в) съемный корпус 2 (колпак) цилиндрической или прямоугольной формы с нагревательными элементами 3 на боковых стенках и жароупорный муфель 5 устанавливаются краном. Загрузка помещается также при помощи крана на стенд— под 6 печи (при поднятых колпаке и муфеле). Питание нагревательных элементов осуществляется при помощи гибких кабелей и электрических соединителей (штепсельных разъемов). Обычно одним колпаком обслуживаются несколько стендов. По окончании нагрева колпак отключается и краном переносится на соседний стенд, где уже установлена очередная загрузка. Остывание загрузки происходит под муфелем. Печь с выдвижным подом (рис. 1-
Они применяются, в частности, для нагрева под закалку и отпуск инструментов. Печи непрерывного действия характерны наличием транспортирующего механизма, который может быть выполнен различными способами. В толкательной печи (рис. 1-1, е), которая имеет длинную прямоугольную камеру 2 с нагревателями 3, изделия на поддонах 12 или без них периодически проталкиваются по направляющим или роликам пода печи с помощью находящегося перед загрузочной дверцей / механизма толкателя с электро- или гидроприводом. На время проталкивания загрузочная / и разгрузочная дверцы печи открываются. Достоинства толкательной печи в первую очередь определяются надежностью работы, поскольку механизм толкателя находится вне печи, а также возможностью обработки изделий большой массы.
Конвейерная печь (рис. 1-1, ж) представляет собой длинную камеру 2 с нагревателями 3 и дверцами и 1 Транспортирующий механизм печи — цепной конвейер 13, бесконечное полотно которого состоит из плетеной металлической сетки или цепных звеньев. Конвейерная цепь натянута между ведущим и ведомым барабанами и приводится в движение электроприводом через передаточный механизм и ведущий барабан. Барабаны могут располагаться внутри печи или вне ее. В первом случае меньше потери тепла, во втором повышается надежность работы печи, упрощается ее загрузка и выгрузка. Барабанная печь (рис. 1-1, з) имеет в камере 2 с нагревателями 3 жароупорный барабан (муфель) 14 с архимедовой спиралью. При вращении барабана с помощью электропривода изделия перекатываются в барабане, постепенно перемещаясь от загрузочного устройства 15 к месту разгрузки. Такие печи применяются, например, для закалки мелких деталей, не имеющих острых кромок. Тогда из разгрузочного конца барабана детали поступают в закалочный бак 16.
...