Решение задачи по ПМ01. МДК01.03 (Вариант 1)

Ниже представлено решение задачи для варианта №1, оформленное для переписывания в тетрадь. Решение задачи по ПМ01. МДК01.03 (Вариант 1) 1. Исходные данные Мощность печи: \(P_{н} = 30\) кВт. Степень черноты изделий: \(\epsilon_{изд} = 0,8\). Рабочая температура печи: \(t = 850\) \(^{\circ}\)C. Максимальная температура: \(t_{макс} = 1000\) \(^{\circ}\)C. Размеры рабочей камеры: \(a = 0,8\) м, \(в = 0,4\) м, \(h = 0,26\) м. Напряжение сети: \(U = 380/220\) В. 2. Предварительное размещение нагревателей Определяем площадь боковых стенок по формуле (4.1): \[F_{ст} = 2 \cdot a \cdot h = 2 \cdot 0,8 \cdot 0,26 = 0,416 \text{ м}^{2}\] Определяем площадь пода по формуле (4.2): \[F_{под} = a \cdot в = 0,8 \cdot 0,4 = 0,32 \text{ м}^{2}\] 3. Распределение мощности Используем формулу (4.5) для нахождения удельной мощности на стенках \(p_{ст}\): \[P_{н} = F_{ст} \cdot p_{ст} + F_{под} \cdot 0,7 \cdot p_{ст}\] \[30 = 0,416 \cdot p_{ст} + 0,32 \cdot 0,7 \cdot p_{ст}\] \[30 = 0,416 \cdot p_{ст} + 0,224 \cdot p_{ст}\] \[30 = 0,64 \cdot p_{ст}\] \[p_{ст} = \frac{30}{0,64} \approx 46,88 \text{ кВт/м}^{2}\] Мощность на боковых стенках: \[P_{ст} = F_{ст} \cdot p_{ст} = 0,416 \cdot 46,88 \approx 19,5 \text{ кВт}\] Мощность на поду: \[P_{под} = P_{н} - P_{ст} = 30 - 19,5 = 10,5 \text{ кВт}\] 4. Выбор материала и параметров нагревателя Согласно методике и температуре \(850\) \(^{\circ}\)C, выбираем сплав нихром (Х20Н80). По рисунку 1 Приложения В при \(p_{ст} \approx 4,7 \text{ Вт/см}^{2}\) и \(t = 850\) \(^{\circ}\)C, температура нагревателя \(t_{н} \approx 950\) \(^{\circ}\)C. По рисунку 1 Приложения В определяем идеальную поверхностную мощность: \[\omega_{ид} \approx 6,5 \text{ Вт/см}^{2}\] 5. Определение действительной удельной мощности Принимаем коэффициенты: \(\alpha_{эф} = 0,32\) (для спирали на полочках), \(\alpha_{ш} = 1\), \(\alpha_{э} = 1\), \(\alpha_{с} = 1\). \[\omega_{д} = \omega_{ид} \cdot \alpha_{эф} \cdot \alpha_{ш} \cdot \alpha_{э} \cdot \alpha_{с} = 6,5 \cdot 0,32 \cdot 1 \cdot 1 \cdot 1 = 2,08 \text{ Вт/см}^{2}\] 6. Электрический расчет Выбираем схему «звезда», тогда напряжение на фазе \(U_{ф} = 220\) В. Мощность одной фазы: \[P_{ф} = \frac{P_{н}}{3} = \frac{30}{3} = 10 \text{ кВт} = 10000 \text{ Вт}\] По номограмме (рис. 6 Приложения В) для \(P_{ф} = 10\) кВт, \(U_{ф} = 220\) В и \(\omega_{д} = 2,08 \text{ Вт/см}^{2}\) находим: Диаметр проволоки: \(d \approx 5\) мм. Длина нагревателя фазы: \(l_{ф} \approx 32\) м. 7. Проверка возможности размещения Общая площадь рабочей поверхности: \[F = 2 \cdot F_{ст} + F_{под} = 2 \cdot 0,416 + 0,32 = 1,152 \text{ м}^{2}\] По таблице 2 Приложения А для \(d = 5\) мм и спирали на полочках (\(t/d=2\)), \(l_{макс} = 160\) м на \(1 \text{ м}^{2}\). Максимально возможная длина: \[L = l_{макс} \cdot F = 160 \cdot 1,152 = 184,32 \text{ м}\] Проверка условия: \(L > 3 \cdot l_{ф}\) \[184,32 > 3 \cdot 32 \Rightarrow 184,32 > 96\] Условие выполняется, нагреватель разместится. 8. Проверка срока службы По рисунку 3 Приложения В для нихрома при \(t_{н} = 950\) \(^{\circ}\)C время \(\tau_{1} \approx 3000\) ч (для \(d=1\) мм). Срок службы для \(d = 5\) мм: \[\tau = \tau_{1} \cdot d = 3000 \cdot 5 = 15000 \text{ ч}\] Условие \(\tau > 10000\) ч выполняется. Ответы на контрольные вопросы: 1) Основные типы: камерные, шахтные, методические, колпаковые печи. 2) Материалы: нихромы (Х20Н80), фехрали (Х23Ю5Т), неметаллические (силитовые, графитовые). В отечественной промышленности традиционно используются высококачественные сплавы, обеспечивающие надежность оборудования. 3) Потребляют активную электрическую мощность, которая преобразуется в тепловую согласно закону Джоуля-Ленца. 4) Используются понижающие трансформаторы для согласования напряжения сети с параметрами нагревателей (особенно для неметаллических элементов).