Расчет и конструирование высокотемпературной вакуумной печи сопротивления

Nagrevatel.cdw

Удельное сопротивление
МГТУ им. Н.Э.Баумана

mehanizm podema.cdw

Передача винт - гайка
Датчики начала и конца подъема
Момент на ременной передаче
МГТУ им. Н.Э.Баумана

SEV.pdf

Министерство высшего и среднего специального образования Российской Федерации
Московский ордена Ленина ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Э. БАУМАНА
ФАКУЛЬТЕТ МТ (Машиностроительные технологии)
КАФЕДРА МТ-8 (Материаловедение)
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:
Реновация высокотемпературной вакуумной печи сопротивления
Руководитель проекта
Краткое описание печи.
Разрабатываемая печь - электрическая печь сопротивления СЭВ- 62.1281250
Служит для спекания порошковых Cu-Ni-образцов. Данная печь является лабораторной.
Габариты: 300×344×580 мм. Максимальная температура печи: 12500С. Данная печь имеет
двухслойную футеровку которая состоит из огнеупорного и теплоизоляционного слоя.
Материал огнеупорного слоя: шамот ультралегковес. Материал теплоизоляционного слоя:
откачиваемый воздух. Нагреватели печи сделаны в виде свернутой в спираль проволоки
из Х20Н80. Форма спиральной проволоки позволяет наиболее удобно разместить её на
внутренней цилиндрической поверхности футеровки. Нагреватели защищены от
возможного окисления кварцевым стеклом. Снаружи печь покрыта кожухом из
алюминиевого сплава. Зазор между кожухом и литым основанием загерметизирован.
Воздух из печи отсасывается насосом рассчитанным на 40 мм ртутного столба. Подача
образца в рабочее пространство печи осуществляется при помощи элеватора. Элементы
привода: электродвигатель КД – 6-4-УХЛ4 ременная передача передача винт-гайка
скольжения. Цифровая система контроля обеспечивает управление параметрами
технологического процесса. На передней панели печи находятся: клавиатура и дисплей.
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1. Теплотехнические характеристики садки.
2. Определение тепловой массивности садки.
3. Определение критерия Био.
Расчет времени нагрева садки.
Определение продолжительности цикла печи.
Определение основных размеров печи.
1. Расчёт боковых поверхностей кладки.
2. Расчет футеровки свода.
3. Расчет футеровки пода.
4. Расчет футеровки загрузочного отверстия
Расчет теплового баланса.
4. Расчет неучтенных потерь
5.Определение КПД печи
6. Расчет мощности печи
Расчет и размещение нагревателей.
Расчет механизма подъема.
Определение ориентировочной стоимости печи.
Составление таблицы ТЭП печи.
1. Теплотехнические характеристики садки:
Материал порошок из Cu-Ni
-коэффициент теплопроводности Втм^3
-коэффициент заполнения садки кгм^3
Пересчет параметров с учетом коэффициента заполнения садки к:
Определение коэффициента температуропроводности ac м^2c*К:
2. Определение тепловой массивности садки:
-излучательная способность АЧТ
-степень черноты материала
-приведенный коэффициент(излучательная
способность материала)
Температуры печи начала и конца нагрева садки К:
Определяем αизл для температур начала и конца нагрева садки Втм^2*К:
α изл1200 = 434.6846
Определяем αизлср для температур начала и конца нагрева садки Втм^2*К:
3. Определение критерия Био:
-характеристический размер м
-критерий Био меньше 0.25 следовательно
теплотехнически тонкое тело
-площадь поверхности садки м^3
Температуры нагрева садки К:
Определение теплового потока:
Определение температур в печи К:
Определение времени нагрева садки:
Определение продолжительности цикла печи:
ц := нагр + выд + охл + всп
Определение основных размеров печи
Основные размеры печи получаем экспериментально снимая размеры с
Диаметр внутреннего пространства- 128 мм
1. Расчёт боковых поверхностей кладки
-толщина слоя из шамота ультралегковеса
-толщина воздушного слоя
-радиус внутренней поверхности футеровки
-высота внутренней поверхности футеровки
-высота внешней поверхности слоя шамота ультралегковеса
-высота сектора всей сферической поверхности
-высота части сектора всей сферической поверхности
Fнар := 2 a + 1 + 2 h1 + 2 R ( H1 H2 )
Коэффициенты теплопроводности воздуха:
Коэффициент теплоотдачи шамота ультралегковесаВТ(м^2*С):
λ шул := 1.363 [ 0.08 + 0.00014 ( 1240 145) ]
Расчет тепловых сопротивлений:
Проверки слева и справа :
t'1 := tвн Qклбок R1
t'3 := tвн Qклбок ( R 1 + R2 + R 3)
t''1 := tнар + Qклбок ( R 4 + R3 + R2)
t''2 := tнар + Qклбок ( R 4 + R3)
t'2 := tвн Qклбок R 1 + R2
t''3 := tнар + Qклбок R4
Δ 2 := t2 max( t'2 t''2)
Δ 3 := t3 max( t'3 t''3)
Δ 1 := t1 max t'1 t''1
2. Расчет футеровки свода:
-внутренний радиус слоя из шамота ультралегковеса
-внешний радиус слоя из шамота ультралегковеса
-радиус сферической части футеровки
-высота сферической части футеровки
Коэффициент теплоотдачи шамота ультралегковесаВТ(м^2*К):
λ шул := 1.363 [ 0.08 + 0.00014 ( 1240 350) ]
t'1 := tвн Qклсвод R1
t'3 := tвн Qклсвод ( R 1 + R 2 + R3)
t''1 := tнар + Qклсвод ( R 4 + R3 + R 2)
t''2 := tнар + Qклсвод ( R 4 + R3)
t'2 := tвн Qклсвод R 1 + R 2
t''3 := tнар + Qклсвод R4
3. Расчет футеровки пода:
-толщина слоя из шамота ультралегковеса:
λ шул := 1.363 [ 0.08 + 0.00014 ( 1240 405) ]
t'1 := tвн Qклпод R1
t'2 := tвн Qклпод R1 + R2
t''1 := tнар + Qклпод R3 + R2
t''2 := tнар + Qклпод R 3
4. Расчет футеровки загрузочного отверстия:
λ шул := 1.363 [ 0.08 + 0.00014 ( 1240 485) ]
t'1 := tвн Qклотв R1
t'2 := tвн Qклотв R 1 + R 2
t''2 := tнар + Qклотв ( R 3)
t''1 := tнар + Qклотв R 3 + R 2
Qкл := Qклбок + Qклпод + Qклсвод + Qклотв
Qпол := g cспл tкон tн
Расчет массы футеровки :
2.1. Расчет массы боковых стеноккг:
2.2. Расчет массы подакг:
Vпод := 1 + a1 1 a 1
2.3.Расчет массы футеровки сводакг:
Мсвод := Vсвод ρ шул
2.4. Расчет массы футеровки отверстиякг:
2.5. Общая масса футеровкикг:
Mфут := Мотв + Мпод + Мбок + Мсвод
C := 0.21 + 0.000055 tвн tнаруж
Qакк := C Mфут tвн tнаруж
-теплоемкость слоя из шамота ультралегковеса
-для муллито-коррундовой трубки (90%Al2O3)
Температуры слоев где происходит ТКЗ:
Qткз := Qткз1отв + 2Qткз2отв
4. Расчет неучтенных потерь Qнп :
Для периодических печей:
Qнп := 0.15 Qткз + Qакк + Qпол + Qкл
5.Определение КПД печи:
Qрасх := Qткз + Qакк + Qпол + Qкл + Qнп
-удельный расход энергии
6. Расчет мощности печи:
-учитывает возможные колебания в сети
-учитывает процесс старения печи во время работы
Pпол := k1 Qпол + Qвсп
Pxx := k2 Qрасх Qпол Qвсп
Расчет и размещение нагревателей:
Форма нагревателя: спиральный проволочныйт.к форма печи циллиндрическая его
разместить проще всего.Размещается в пазах в футеровке.
Площадь поверхности садки в зоне воспринимающей
-для нихромовых нагревателей
-для хромоникелевого порошка
-удельное сопротивлениеОм*мм^2м
W := Wид α эф α г α с α р
Принимаем в соответствии со стандартоммм:
Сопротивление одного нагревателяОм:
Длина одного нагревателям:
Проверка по температуре:
Площадь поверхности одного нагревателя м^2:
T'нагрTн следовательно условие выполняется
Назначаем шаг витка нагревателя: t>2*d t=1.6мм
Расчет выводов нагревателей.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя входящего во
внутреннее пространство печи должна быть не менее 50 мм. Аналогично для
вывода в окружающее пространство.С учетом этого: l=0.05+7.2752+0.05=7.2852 м.
Расчет механизма подъёма.
Расчет веса поднимаемой конструкции:
Масса стержня и пода:
Плотность садки CuNi
Общий вес груза к подъему – m=2.8282 кг.
Проверка передачи винт – гайка.
Примем винт М5 d2=4.57 мм.
Проверка Передачи винтгайка на самоторможение.
Плотность шамота ультралегковеса
000214м масса футеровки
Проверка винта на устойчивость.
Проверка на устойчивость необходима.
т=360 МПа (Сталь 45); сж=120 МПа. φ=024 при λ≥160 φ сж=38.4 МПа по сжатию проходит.
Критическая сила при проверке на устойчивость:
Запас по устойчивости:
Расчет требуемой грузоподъемности механизма подъема.
f=0.12 (коэффициент трения стал по стали)
М= Fтр*d2=28.3*0.00457=0.129 Нм
036 Нм Требуемая момент
Двигатель КД – 64УХЛ4 1400 обмин 6Вт 1кгсм=10Н0.01м=10 Нм.
Двигатель недогружен по моменту в
I) (*)Материалы и узлы:
Алюминиевое основание
ШЛ-04 №5 ультралегковес 6 кирпичей
муллитокремнеземистые
(ТУ 14-8-447-83) МКР
Двигатель КД – 6-4-УХЛ4
Набор резиновых прокладок
II) (**)Зарплата основных рабочих:
Часа 2 – 4 печки в день
III) Заводская себестоимость
Зарплата основных рабочих
Размеры рабочего пространства
Максимальная температура
Температура выдачи металла
Время разогрева печи
Время нагрева выдержки и охлаждения
Производительность печи
Установленная мощность
Распределение мощности по зонам
Удельный расход энергии
Мощность холостого хода
В. Г.Сорокин М.А. Гервасьев. Стали и сплавы. Марочник.
А. А. Скворцов А.Д. Акименко М.Я. Кузелев. Нагревательные устройства.
Издательство «Высшая школа». Москва 1965.
С. Л. Рустем. Оборудование и проектирование термических цехов. Государственное
научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Москва 1962.
Б.Н. Арзамасов Методика расчёта печей Учебное пособие МГТУ 1973
М.П.Александров Д.Н.Решетов. Подъёмно-транспортные машины. Атлас конструкций.
Машиностроение 1987.
Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Высшая школа

Obshii vid.cdw

МГТУ им. Н.Э.Баумана

ФорумовскаяРПЗ.doc

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
Лабораторная высокотемпературная вакуумная печь сопротивления
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
1 Теплотехнические характеристики садки
2 Определение тепловой массивности садки
3 Определение критерия Био
Расчёт времени нагрева садки
2 Расчёт времени 2 по графикам Будрина
Определение продолжительности цикла работы печи
Определение производительности печи
Определение основных размеров нагревательной камеры
Расчёт теплового баланса
1 Потери тепла на нагрев садки
2 Потери тепла на нагрев тары и атмосферы печи
3 Расчёт потерь через огнеупорный слой
4 Расчёт потерь через теплоизоляционный слой
10 Окончательный расчёт теплового баланса
11 Определение КПД печи
12 Определение удельного расхода энергии
Определение мощности печи
Определение удельного расхода энергии
Расчёт и размещение нагревателей
Расчет механизма подъёма
Определение ориентировочной стоимости нагревательной камеры
Составление таблицы ТЭП печи
В данном курсовом проекте требуется спроектировать лабораторную
высокотемпературную вакуумную печь сопротивления для отжига.
Материал садки – ниобий Тпл=2468°С.
Максимальная масса садки 5 кг.
Коэффициент заполнения садки К=05.
Максимальная температура печи 1250 °С.
Давление в нагревательной камере Рраб=2*10-5Па.
Вакуум создаётся при помощи диффузионного насоса.
Огнеупорный материал - шамот ультралегковес.
Теплоизолирующий материал – вакуум и экраны.
Нагреватель - свернутая в спираль проволока из Х20Н80 защищённая от
возможного окисления кварцевым стеклом.
Форма камеры – цилиндрическая.
На боковой поверхности камеры расположен глазок из кварцевого стекла
Для загрузки и выгрузки садки предусмотрено отверстие которое
закрывается крышкой.
Крышка открывается с помощью механизма подъёма.
Для контроля рабочей температуры используются термопары.
Управление технологическими параметрами ведется при помощи цифровой
системы контроля посредством клавиатуры и дисплея.
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности
1 Теплотехнические характеристики садки:
- коэффициент теплопроводности λме для реальной садки λс = λме(К
- коэффициент теплоёмкости сме для реальной садки сс= сме
- плотность ρме для реальной садки ρс = ρме(К
- коэффициент температуропроводности аме= λме сме(ρме для реальной ас=
где К - коэффициент заполнения садки
Теплотехнические характеристики определяем по справочным материалам.
Определение исходных данных для заданной температуры нагрева произведено
методом линейной интерполяции:
Температуры печи начала и конца нагрева садки:
(1=52 ВтмК с1=268 Джкг*К
(2=76 ВтмК с2=324 Джкг*К
Средняя температура периода нагрева:
[pic] Тср=610+273=883К.
Пересчёт параметров с учётом коэффициента заполнения садки:
λс= 64(05 = 32 (Втм(К)
ρс= 8570(05= 4285 (кгм3)
Определение коэффициента температуропроводности ас:
ас=32296(4285 =25(10-6 м2с(К.
При определении ТМС используем критерий Био:
Для этого требуется рассчитать коэффициент теплоотдачи α и уточнить
величину S (наименьшее расстояние между самой горячей и самой холодной
2.1 Определение характеристического размера садки
Отжигу подвергается садка цилиндрической формы у которой диаметр равен
высоте. Зная максимальную массу садки и плотность материала можем
рассчитать габариты детали.
m=ρ**D34 => D=H=3√(4mρ)=009м.
Из анализа габаритов садки следует что характеристический размер будет
равен половине толщины садки S=0045м.
2.2Определение коэффициента теплоотдачи
В данном проекте требуется разработать вакуумную печь то есть при расчёте
α будем учитывать только составляющую излучения (αизл).
Коэффициент теплоотдачи αизл определяем по закону Стефана – Больцмана:
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
с0=567 Втм2К4 - излучательная способность АЧТ
– степень черноты материала садки (=08)
– степень черноты материала печи (=09)
[p [p принимаем [pic]
спр=077(567=437 Втм2*К4
Находим αизл для температурначала и конца нагрева садки:
αср.= (α1 + α2) 2 =(191 +588)2=390 (Втм2*К)
3 Определение критерия Био:
Bi =390(004532=0548 >05 => садка массивная.
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (1)рекомендуется принять:
Tп =085(Тз=085( 1523 =1295K
T пов = 05(Тз=05(1523=7615K
Тепловой поток q= αср*( Tп - T пов )=390*(1295-7615)=208065 Втм2
Температура до которой нагревается поверхность садки за время [pic]:
[pic] t’’пов=990-273=717°С
'=03S2 ас =03(00452 25(10-6= 243 с
Для цилиндра Δt= qR2λс = 108208(00452(32 = 76 К
t’пов=13*Δt=13*76=988°С
t’ц=05*Δt=05*76=38°С;
Т’’пов> Δt => полученные результаты можно использовать.
Относительная температура нагрева
(=q сс*ρс*S=208065296*4285*0045=3645
''=( t’’пов- t’пов) (=(717-988)3645=1696 с
= '+ ''=243+1696=1939с=323 мин.
2.Расчёт 2 по графикам Будрина
( – температурный критерий
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=1250 °С)
tнач – начальная температура центра пластины (tнач= t’’пов=717°С)
tц – требуемая температура центра садки (tц=1200°С)
(=(1250-1200)(1250-717) = 0094
Определяем критерий Био для нужного интервала температур:
αср.= (α717 + α1200) 2 =(362 +588)2=475 (Втм2(К)
Bi = αср (Sλс= 475(004532 =067
Рис.2 График Будрина.
Из графика получаем значение критерия Фурье F0=45
Время нагрева садки:
цикла = нагрева + выдержки + охлаждения + вспомогательное
охлаждения=(1200-20)7=169мин=281 ч
вспомогательное=025 ч.
цикла=0155+2+281+025[pic]52 ч
Зная массу садки и общее время цикла можем найти производительность печи:
g =mc цикла = 552[pic]096 кгч.
Учитывая коэффициент заполнения К=05 и габариты садки назначаем размеры
рабочего пространства:
диаметр рабочего пространства D=dc+2*15=90+30=120мм
высота рабочего пространства H=hc+20=90+20=110мм.
Уравнение теплового баланса:
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qотв+Qктз+ Qнеуч
Qрасх –всё тепло потребляемое печью.
Qпол - тепло идущее на нагрев садки.
Qвсп- потери тепла идущие на нагрев тары и атмосферы печи.
Qкл - тепло пропускаемое кладкой.
Qакк- тепло аккумулируемое всеми составляющими печи.
Qотв- потери тепла через отверстия.
Qткз- тепло отводимое через источники теплового короткого замыкания.
Qнеуч – неучтённые потери.
Qподв- энергия потребляемая из сети.
1 Рассчитываем потери тепла на нагрев садки Qпол
Qпол =mсc(tкон-tн) нагрева= 5(296((1200-20)0155=103(107Джч=28645 Вт
2 Потери на нагрев тары и атмосферы печи Qвсп
Qвсп= Qтары + Qатм=01 Qпол+vг cг (tкон-tнач г).
В нагревательной камере вакуум поэтому вторая составляющая очень мала;
3 Расчёт потери тепла через огнеупорный слой
3.1 Расчет теплового потока через боковые стенки
Назначим минимальную ширину огнеупорного слоя (=0027м по условию материал
этого слоя – шамот-ультралегковес. Стенки печи цилиндрические.
Из-за кварцевого стекла защищающего нагреватели Dвн=012+2(0009=0138 м
Dнар= Dвн+2(=0138+2(0027=0192 м
Fвн=((Dвн (hвн =((0138(011=0048 м2
Fнар= (( Dнар(( hвн+2(()=((0192( (011+2(0027)=0099 м2
Площадь смотрового отверстия Fотв =(( D2отв4=((00224=00003 м2 мала
поэтому её не учитываем.
Fнар Fвн =0099 0048=2062 поэтому Fср=√(Fвн(Fнар )=0069 м2.
Назначаем температуры:
на внутренней поверхности шамота t1=1200°C
на внешней поверхности шамота t2=1020°C
Определяем коэффициент теплоотдачи шамота-ультралегковеса :
λшул=1363((008+000014(1110)=0321 [pic].
αвн.= α1200 =588 (Втм2*К)
Расчет термических сопротивлений:
R1=1 αвн( Fвн= 1588(0048=0035 КВт
R2=( λшул ( Fср=00270321(0069=1216 КВт
R3=1 αнар( Fнар=1464(0099=0022 КВт
Qклбок=( t1- t2)ΣR=(1200-1020)1273=1414 Вт.
Поскольку при выборе граничных температур очень велика вероятность
ошибки необходима проверка правильности назначенных температур.
t1’= t1- Qклбок R1=1200-1414(0035=119499°C
t2’= t1- Qклбок (R1+ R2)=1200-1414((0035+1216)=102308°C
t1’’= t2+ Qклбок (R3+ R2)=1020+1414((0 022+1216)= 119499°C
t2’’= t2+ Qклбок R3=1020+1414(0 022=102308°C
Разница между минимальным и максимальным значениями должна быть:
Δ t1=501°C Δ t2=308°C => назначенные температуры подходят.
3.2 Расчет теплового потока через крышку
Назначим ширину огнеупорного слоя (=0027м материал слоя – шамот-
ультралегковес. Форма крышки круглая.
Fвн=((D2вн4=((013824 =0015 м2
Fнар= (( (Dвн+2(()24=(( (0138+2(0027) 24=0029м2
Fнар Fвн =0029 0015=1932 поэтому Fср=(Fвн+Fнар )2=0022м2.
αвн.= α1200 =588 (Втм2*К) αнар= α1020=464 (Втм2*К).
R1=1 αвн( Fвн= 1588(0015=0113 КВт
R2=( λшул ( Fср=00270321(0022=3824 КВт
R3=1 αнар( Fнар=1464(0029=0074 КВт
Qклсвод=( t1- t2)ΣR=(1200-1020)4012=449 Вт.
t1’= t1- Qклсвод R1=1200-837(0055=119497°C
t2’= t1- Qклсвод (R1+ R2)=1200-837((0055+2054)=102333°C
t1’’= t2+ Qклсвод (R3+ R2)=1020+837((0042+2054)= 119497°C
t2’’= t2+ Qклсвод R3=1020+837(0042 =102333°C
Δ t1=503°C Δ t2=333°C => назначенные температуры подходят.
3.3 Расчет теплового потока через под
Строение пода аналогично строению крышки поэтому Qклпод=Qклсвод=449 Вт.
3.4 Суммарные потери тепла через огнеупорный слой
QшΣ= Qклбок+ Qклсвод+ Qклпод=1414+449+449=2312 Вт.
4 Расчёт потери тепла через теплоизоляционный слой
4.1 Расчёт теплового потока через боковые стенки
Площадь смотрового отверстия:
Габариты и площадь боковой наружной поверхности шамота:
Потери тепла через боковые экраны:
4.2 Расчёт теплового потока через крышку
4.3 Расчёт теплового потока через под
Строение пода аналогично строению крышки поэтому
4.4 Суммарные потери тепла через экранную теплоизоляцию
Qкл= QшΣ+ QэΣ =3212+377393=409513 Вт.
Рассчитываем тепло затрачиваемое на нагрев теплоизоляции Qтеплоиз.
ρш-у=400 кгм3 - плотность шамота-ультралегковеса.
Объём шамота Vш=((Fсрб+2(Fсркр)=0027((0069+2(0022)=3051(10-3 м3.
Масса шамота Мш= ρш-у (Vш=400(3051(10-3=122 кг.
ρэ=1800 кгм3 - плотность материала экранной теплоизоляции его объём
масса Мэ= ρэ (Vэ= 1800(058(10-3= 1044 кг.
C := 0.21+ 0.000055(tвн tнаруж)2 – теплоёмкость слоя из шамота-
с=024 ДжкгК Qшул=с(Мш((tвн-tнар)=024(122( (1200-1020)=483 Дж.
Удельная теплоёмкость экранного материала – углеграфиового композита
Qэ=с(Мэ((tвн-tнар)=16745(1044( (1020-60)=168(106Дж=4662 Вт
Qтеплоиз= Qшул+ Qэ=483+4662=5145 Вт.
Рассчитываем тепло расходуемое на нагрев кожуха Qкожух.
Кожух изготовлен из стали 12Х18Н10Т.
ρ=7145 кгм3 - плотность кожуха
к=8·10-3 м – толщина кожуха
dк=dвн+2 к=024+2·8·10-3 =0256 м2
V=· dк·к·hк+2··dк24·к = · dк·к(hк+
dк2)=·0256·0008·(02+0.2562)=211·10-3 м3.
Масса кожуха М=V·ρ=211·10-3·7145=1508 кг.
Теплоемкость кожуха ск=483 Джкг°С.
Qкожух.=М·ск·( tвн-tнар)=1508·483·(60-20)=291346 Дж=8093 Вт.
Qакк= Qтеплоиз+ Qкожух=5145+8093=59543 Вт
Средний диаметр тепловых замыканий
λ := 0.64 -для муллито-коррундовой трубки (90%Al2O3)
Температуры слоев где происходит ТКЗ:
Qткз1отв =Fλ(tвн tокр1)L1
Qткз2отв =Fλ(tвн tокр2)L2
Qткз := Qткз1отв + 2Qткз2отв
8 Расчёт потерь тепла через глазок Qотв
9 Расчёт тепла на неучтенные потери Qнеуч
Для печей периодического действия
Qнеуч=010 015(Qпол +Qкл +Qакк +Qткз+Qотв)
Qнеуч =012(28645+409513+59543+4122+165)=012(75979=91175 Вт
Qрасх=Qпол+Qвсп +Qкл+Qакк+ Qткз+ Qотв+Qнеуч
Qрасх=28645+0+409513+59543+4122+165+91175= 850965 Вт
Уравнение теплового баланса
Qподв=1016Qрасх=1016(850965= 86458 Вт
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qрасх-Qпол-Qвсп)
к1- учитывает колебания напряжения в сети (11-13) к1=12
к2- учитывает потери на «старение» печи (12-14) к2=13
Руст=12(28645+0)+13(850965 -28645-0)=10776 Вт 11 кВт
Pхх=Pуст-Qпол=10776-28645=79115 Вт
А= Руст ((нагрева+выд)mс=10776(21555=4644 Вт(чкг=46 кВт(чкг
Нагреватель спиральный проволочный его проще всего разместить в печи
цилиндрической формы. Расположен в пазах футеровки.
Руст25 кВт =>питание однофазное.
Площадь поверхности садки в зоне воспринимающей излучение
Fизд=d24+hd Fизд = 0.0318 м2
Tн := 1350+ 273=1623 К
Tc := 1240+ 273=1513 К
нагр := 0.8 -для нихромовых нагревателей
изд := 0.8 -для ниобия
γ := 1.24 -удельное сопротивление Ом(мм2м
Площадь поверхности занятой нагревателем:
Fст= DН=(0138(011 =00477 м2
Wид = 7 Втсм2 (по рис.4 из методических указаний)
α эф := 0.32 – коэффициент эффективности спиралевидной системы
α г := 18 – коэффициент шага нагревателя (td=45)
(по рис.6 из методических указаний)
α с := 12 – коэффициент зависящий от приведённого коэффициента
лучеиспускания (по рис.9 из методических указаний)
α р := 092 – коэффициент зависящий от площадей испускающих и
принимающих тепло (по рис.10 из методических указаний) FиздFст=067
W := Wидα эфαгαсαр W = 45 Втсм2=45*104 Втм2
Принимаем в соответствии со стандартом:
Сопротивление нагревателя Ом:
Длина нагревателя м:
Проверка по удельной мощности
Проверка по температуре:
Площадь поверхности одного нагревателя м2:
Fнагр =dl1000 Fнагр = 0.0136
Tнагр = 1514 К TнагрTн следовательно условие выполняется.
Назначаем шаг витка нагревателя: t=45*d t=4мм.
Расчет выводов нагревателей.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя входящего во
внутреннее пространство печи должна быть не менее 50 мм. Аналогично для
вывода в окружающее пространство. С учетом этого: Lвыв=ltD=003м.
L=L0- Lвыв=17м n=LD=170146=37.
Расчёт механизма подъёма
Мкр=ρшVш+ρэVэ+ρкVк=400(594(10-4+1800(11(10-4+7145(412(10-4=338 кг.
Смета стоимости основных материалов готовых узлов и деталей
№ Наименование Количество Цена Сумма
Шамот-ультралегковес 15 кг 200 рубкг 300
Углеграфитовый композит
кг 14000 рубкг 14000
Керамические изделия 05 кг 100 рубкг 50
Сталь 12Х18Н10Т 15 кг 150 рубкг 2250
Резина вакуумная 03 кг 333 рубкг 100
Термопара (кабель) 2 м 700 рубм 1400
Нагреватель Х20Н80 6м 100 рубм 600
Кварцевое стекло 1шт. 100 рубшт 100
Электроника 1 комплект 3000 рубкомпл. 3000
Насос 1шт. 2000 рубшт 2000
Смета расходов на основную зарплату основным рабочим
№ по Специальность рабочего РазрОбъем Расценка Зарплата руб
пор яд работы рубчас
Сварщик 5 8 200 1600
приспособлениям 5 6 200 1200
Слесарь-сборщик 6 18 200 3600
Вакуумщик 5 18 200 3600
по наладке 4 6 200 1200
Смета заводской себестоимости печи
№ Статья расходов Сумма руб
Стоимость основных материалов и готовых узлов 23700
Зарплата основных рабочих 11200
Цеховые расходы 35840
Заводские расходы 8960
Заводская себестоимость: 79700
Плановая себестоимость: Спл=1.03·Сзавод=82091 руб
Плановая цена: Цплан=1.03·Спл=84554 руб =3382
№ Название параметра Единицы Значение
Назначение печи – Отжиг
Размеры рабочего пространства мм 110×120
Габаритные размеры печи мм 200×256
Стоимость печи рублей 79750
Максимальная температура °С 1250
Температура выдачи металла °С 20
Время нагрева выдержки и охлажденияч 52
Производительность печи кгч 096
Установленная мощность кВт 108
Удельный расход энергии кВт(чкг 46
В. Г.Сорокин М.А. Гервасьев. Стали и сплавы. Марочник.
С. Л. Рустем. Оборудование и проектирование термических цехов.
Государственное научно-техническое издательство машиностроительной
литературы. Москва 1962.
Б.Н. Арзамасов Методика расчёта печей Учебное пособие МГТУ 1973.
А.П. Альтгаузен Электротермическое оборудование: Справочник