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 1968 г. под названием «Электрооборудование  промышленных предприятий и установок в машиностроении»,  материал книги переработан и обновлен с учетом  последних достижений и тенденций развития в области  электрооборудования и автоматизации промышленного производства.

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. 1-1, г) является  разновидностью камерной печи. Ее применяют для  термообработки и отжига очень крупных изделий. Здесь камера 2 не имеет дна и стоит на колоннах, а выдвижной под 7 смонтирован на тележке с электроприводом катков или с лебедкой. Для загрузки и разгрузки открывается  дверца / и тележка выезжает из-под камеры. Расположение нагревательных элементов такое же, как и в обычной камерной печи. Соляная электродная ванна (рис. 1-1,0)  представляет собой металлическую или керамическую ванну 5,  наполненную солью 10, в которую опущены электронагреватели (электроды) П. Часть ванны, в которого  находятся электронагреватели, отделена от рабочей части  перегородкой. Ванна помещена в корпус 2 и прикрыта сверху зонтом 9. Для пуска ванны (разогрева соли)  используется специальный погружной электронагреватель. Соляные ванны обеспечивают быстрый и равномерный разогрев изделий, помещаемых в расплавленную соль.

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.

...


Архивариус Бизнес-планы Типовые серии Норм. документы Литература Технол. карты Программы Серии в DWG, XLS