Tài liệu CHƯƠNG 7. NUNG NÓNG TRỰC TIẾP pdf

CHƯƠNG 7. NUNG NÓNG TRỰC TIẾP §1. Nung nóng trực tiếp và ứng dụng 1. Nung nóng trực tiếp: được thực hiện khi cho dòng điện trực tiếp đi qua v ật được nung nóng. Xét nguyên lý làm vi ệc của phương pháp nung nóng trực tiếp: Ở hình 1 thực hiện nung nóng trực tiếp chi tiết máy có dạng trụ U 1 2 3 1 2 3 4 Hình 1. 1. Đầu kẹp 2. Chi tiết máy có dạng trụ 3.Máy biến áp có cấp điều chỉnh điện áp T ừ máy biến áp với áp vào là U, hạ điện áp xuống cấp trực tiếp vào chi ti ết máy thông qua đầu kẹp 1, chi tiết được nung nóng bằng dòng điện qua nó theo 2 Q I R   , do điện trở của chi tiết nhỏ nên dòng qua chi tiết cần rất lớn để đủ năng lượng nung nóng chi tiết, đầu tiếp xúc thường bằng đồng nguyên chất để giảm điện trở tiếp xúc. Có thể dùng dòng xoay chiều và một chiều. Thực tế chỉ dùng dòng xoay chiều bởi dòng điện cần để nung nóng có th ể đạt hàng trăm hàng nghìn ampe. Nguồn áp đưa vào chi tiết nhỏ từ vài vôn t ới 12 – 24 V. Một trong những khó khăn của phương pháp này là việc đư a dòng điện vào chi tiết phải qua đầu kẹp 1 ở hình 1. Điện trở tiếp xúc th ường lớn và có khi bằng hoặc lớn hơn điện trở chi tiết. Đó là nhược điểm lớn của phương pháp này. Do điện trở tiếp xúc lớn so với điện trở chi tiết do đó sự phân bố nhiệt không đều trên chi tiết theo độ dài. Để giảm điện trở tiếp xúc thường dùng thiết bị thuỷ lực khí nén để giảm nhiệt độ tiếp xúc dùng n ước để làm mát. 2. Lĩnh ứng dụng Những ứng dụng chính của phương pháp này là: - Nung tr ực tiếp các chi tiết kim loại có hình dạng không phức tạp ví dụ ống, tr ục, lò xo…. - Hàn các chi ti ết bằng phương pháp nung nóng trực tiếp còn gọi là phương pháp ti ếp xúc. - Nung nóng ch ảy khi cần khôi phục các chi tiết kim loại bị ăn mòn - Nung nóng các ống kim loại để nung nóng chất lỏng, hoặc để làm tan băng. 3. Ưu nhược của phương pháp nung tôi trực tiếp: + )Ưu điểm: - Ph ương pháp này có tốc độ nung nóng cao (từ 10 – 40 0 C /s). Do đó cho phép nung tôi được chi tiết có chất lượng cao hơn trong lò điện trở. - Ph ương pháp này đa năng hơn so với phương pháp cảm ứng vì ở phương pháp c ảm ứng mỗi lần vật nung có hình dạng khác là phải thay đổi cuộn cảm ứng cho hợp với vật nung. - So v ới nung trong lò điện trở, thì độ cháy sém, độ bị oxy hoá giảm 9 -10 l ần. - Cho phép c ải thiện điều kiện làm việc. + ) Nh ược điểm: - Ch ỉ nung nóng được chi tiết có hình dạng đơn giản - Dòng điện nung nóng lớn gây khó khăn cho bộ nguồn - Điện trở tiếp xúc giữa các chi tiết và đầu kẹp lớn - Mỗi lần nung là phải cặp gá chi tiết. § 2. Tính toán theo phương pháp nung nóng trực tiếp Ở đây đưa ra trường hợp tính toán nung nóng chi tiết máy bằng phương pháp trực tiếp để trình bày ứng dụng của phương pháp này: Ví dụ : Hãy nung nóng chi tiết máy là trục máy có khối lượng m, tỷ nhiệt c t ừ nhiệt độ t 0 lên nhiệt độ t trong thời gian  . Tính chọn máy biến áp, điện áp đặt lên chi tiết. Th ứ tự tính toán như sau: 1. Tính công su ất hữu ích P h 0 . .( ) h m C t t P    (1) 2. Tính th ời gian nung nóng  Dùng công thức :   0 . .m C t t P      (2 ) Trong đó: m - khối lượng riêng của vật nung tính cho một đơn vị dài kg/m P - công suất riêng tính cho đơn vị dài vật nung, giá trị này được cho theo kinh nghiệm và có giá trị trong khoảng chọn, đối với thép hợp kim là W (160 250) K P m    C- tỷ nhiệt của vật nung Ks/kg 0 C t- nhi ệt độ nung nóng của vật, 0 C t 0 - nhiệt độ đầu của vật nung , 0 C  - thời gian nung nóng, s 3. Ch ọn máy biến áp nung nóng Máy bi ến áp nung nóng cấp điện áp cho vật nung làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại, đặc trưng bằng hệ số tiếp điện: TĐ % ( ho ặc kí hiệu TĐ): lv lv §%= .100 n T     (3) lv  - thời gian làm việc n  - thời gian nghỉ ứng thời gian thay vật nung nóng mới Hoặc có thể tính lv lv §= n T     Máy biến áp có công suất tính theo biểu thức: § tt S S T (4) Trong đó: S tt – công suất tính toán của máy biến áp S – công su ất biểu kiến của máy biến áp S được tính theo: . os z h K P S c    (5) P h – công suất hữu ích tính theo (1) K z - hệ số dự phòng, thường chọn trong khoảng K z = 1,10 – 1,15 , osc   - hiệu suất và hệ số công suất của phương pháp nung nóng tr ực tiếp. Giá trị , osc   được tính theo quan hệ với tỷ số 2 l d đã được lập sẵn theo kinh nghi ệm bằng đồ thị hình 1 cos cos 2 l/d 44.4 50 40 30 20 10 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Hình 1 Tỷ số 2 l d trong đó l chiều dài của vật nung nóng có đơn vị tính là cm, d- đường kính của vật nung nóng, cm 4. Tính điện áp U cấp vật nung nóng Áp U tính theo bi ểu thức: 2 h tt t P U P R    (6) V ới : . t t l R S   P h – công suất hữu ích tính theo (1)  - hiệu suất tính trên hình 1. Điện trở suất của thép hợp kim vật nung nóng tính theo:   2 20 1 . . t          (7) V ới 0 20 tb t    t tb - nhiệt độ trung bình; 0 2 tb t t t   t- nhiệt độ nung nóng chi tiết, 0 C t 0 - nhiệt độ đầu của vật , 0 C V ới vật nung là thép hợp kim, hệ số ,   có giá trị: 0 1 6 0 2 0,0055 , 9.10C C        6 2 20 (1 0,0055 9.10 ) t         từ (6) có . h t P R U   (8) Điện áp U thường có giá trị U = (1 -12 )V , dòng điện có thể đạt tới hàng vạn ampe. V ới dòng điện nung nóng lớn như vậy gây khó khăn trong lắp đặt cuộn thứ cấp máy biến áp và chọn lựa các thiết bị đóng cắt và bảo vệ. § 3. Ví dụ tính toán Tính chọn máy biến áp cấp cho thiết bị nung nóng trực tiếp vật nung là chi ti ết máy thép hợp kim có 4 20 0,135.10 m     . Nhiệt độ đầu là 20 0 C nung nóng đến 700 0 C, chiều dài vật nung 0,4 m, đường kính d = 30 mm. Hệ số tiếp điện của máy biến chọn TĐ = 0,25. Tính toán: theo th ứ tự đã trình bày ở trên tính như sau: 1. Tính th ời gian nung nóng    2 1 . .m C t t P      2 , . . 4 m d m m l D l     D – trọng lượng riêng của vật nung; D = 7,8 kg/dm 3 l = 0,4 m = 4 dm, d = 30 mm = 0,3 dm. 2,2 0,55 / 5,5 / 4 m kg dm kg m   Chọn 0 200 / 0,48 / P KW m C Ks kg C    5,5 .0, 48.(700 20) 8,97 9 200 s s      2. Tính công suất hữu ích P h     2 1 2,2.0,48. 700 20 79,78 W 9 h mC t t P K       3. Công suất tính toán của máy biến áp S tt . os z h tt K P S c    trong đó . h tt z P P K   K z - hệ số dự phòng, K z = 1,1 – 1,15  - hiệu suất P tt – công suất tác dụng tính toán osc  - hệ số công suất , osc   xác định trên đồ thị hình 1 2 2 , cos l l f f d d                 Với 2 2 4 44,4 0,3 l d   Từ đồ thị hình 1 tìm được 0,82, os =0,84c    Có 1,15.79,78 139 W 0,82.0,84 tt S K  Với hệ số tiếp điện TĐ = 0,25 ( §=0,25) 139. 0,25 69,5 tt T S KVA  4. Tính điện trở vật nung R t t t l R S   Với thép hợp kim có tính tới hiệu ứng bề mặt, với hệ số hiệu ứng bề mặt k m t m t l R k S       6 2 20 0 6 2 20 4 1 0,0055 9.10 . 20 700 20 340 2 1 0,0055.340 9.10 .340 0,528.10 t t t C cm                        Tính hệ số k m : với thép hợp kim trong ví dụ trên chọn 100   . Tính được độ thẩm sâu của dòng điện vào bề mặt nung tôi là: 4 3 2 0,528.10 5030. 5030. 0,52 . 100.50 30.10 1,44 1 4 4.0,52.10 t a a Z cm f d a Z             từ đây có biểu thức tính k m : 1 3 1,72 4 64 m k a a     Điện trở vật nung là: 4 3 2 40 1,72.0,528.10 . 0,514.10 .3 4 t R       5. Tính điện áp U đặt lên vật nung 3 . 79,78.0,514.10 7 0,82 h t P R U V      6. Dòng điện làm việc đi qua máy biến áp và vật nung 3 7 13618 0,514.10 t U I A R     Vậy công suất của máy biến cần thiết kế là 69,5KVA, với dòng điện thứ cấp rất lớn 13618 A. 7. Tính điện áp không tải U 0 0 U U U   Áp tổn thất U tính được theo :   . tx t U I R R   R tx – là điện trở tiếp xúc giữa vật nung nóng và đầu kẹp R t – là điện trở của vật nung Theo kinh nghi ệm với dòng điện 13618 A áp U tính: 0,1 0,1.7 0,7U U V    Vậy U 0 = 7 + 0,7 = 7,7 V . CHƯƠNG 7. NUNG NÓNG TRỰC TIẾP §1. Nung nóng trực tiếp và ứng dụng 1. Nung nóng trực tiếp: được thực hiện khi cho dòng điện trực tiếp đi qua v ật được nung. tiếp đi qua v ật được nung nóng. Xét nguyên lý làm vi ệc của phương pháp nung nóng trực tiếp: Ở hình 1 thực hiện nung nóng trực tiếp chi tiết máy có dạng