Расчёт и конструирование оборудования для тепловой обработки (стр. 1 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5
 просмотров

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э.БАУМАНА

Факультет МТ

Кафедра МТ8

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

ТЕМА:

Лабораторная высокотемпературная вакуумная печь сопротивления

Студент: ______________() Группа_МТ8-82_

Руководитель проекта: ___________________()

2008 г.

Содержание

Техническое задание

Введение

1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки

1.1 Теплотехнические характеристики садки

1.2 Определение тепловой массивности садки

1.2.1 Определение S

1.2.2 Определение α

1.3 Определение критерия Био

2.Расчёт времени нагрева садки

2.1 Расчёт времени τ1

2.2 Расчёт времени τ2 по графикам Будрина

3.Определение продолжительности цикла работы печи

4.Определение производительности печи

5.Определение основных размеров нагревательной камеры

6. Расчёт теплового баланса

6.1 Потери тепла на нагрев садки

6.2 Потери тепла на нагрев тары и атмосферы печи

6.3 Расчёт потерь через огнеупорный слой

6.4 Расчёт потерь через теплоизоляционный слой

6.5 Расчёт Qкл

6.6 Расчёт Qакк

6.7 Расчёт Qткз

6.8 Расчёт Qотв

6.9 Расчёт Qнеуч

6.10 Окончательный расчёт теплового баланса

6.11 Определение КПД печи

6.12 Определение удельного расхода энергии

7. Определение мощности печи

8. Определение удельного расхода энергии

9.Расчёт и размещение нагревателей

10.Расчет механизма подъёма

11.Определение ориентировочной стоимости нагревательной камеры

12. Составление таблицы ТЭП печи

13. Список литературы

Техническое задание

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=0,5.

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 диаметром 2см.

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.

1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки

1.1 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= аме,

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:

Тп=1250+273=1523 К,

T1=20+273=293 К,

T2=1200+273=1473 К,

l1=52 Вт/мК, с1=268 Дж/кг*К

l2=76 Вт/мК, с2=324 Дж/кг*К

Средняя температура периода нагрева:

, Тср=610+273=883К.

Òåïëîïðîâîäíîñòü ìàòåðèàëà ïðè ñðåäíåé òåìïåðàòóðå:

;

Òåïëîåìêîñòü ìàòåðèàëà ïðè ñðåäíåé òåìïåðàòóðå:

ρме= 8570 кг/м3.

Пересчёт параметров с учётом коэффициента заполнения садки:

λс= 64.0,5 = 32 (Вт/м.К)

ρс= 8570.0,5= 4285 (кг/м3)

сс=сср=296 (Дж/кг.К)

Определение коэффициента температуропроводности ас:

ас=32/296.4285 =25.10-6 м2/с.К.

1.2 Определение тепловой массивности садки

При определении ТМС используем критерий Био:

Bi = α.S /λс

Для этого требуется рассчитать коэффициент теплоотдачи α и уточнить величину S (наименьшее расстояние между самой горячей и самой холодной точками).

1.2.1 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*π*D3/4, => D=H=3√(4m/πρ)=0,09м.

Из анализа габаритов садки следует, что характеристический размер будет равен половине толщины садки S=0,045м.

1.2.2Определение 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)

спр=εпр.с0

с0=5,67 Вт/м2К4 - излучательная способность АЧТ

ε1– степень черноты материала садки (ε=0,8)

ε2– степень черноты материала печи (ε=0,9)

- тепловоспринимающая поверхность садки; - печи; принимаем = 0,5,

εпр=0,77

спр=0,77.5,67=4,37 Вт/м2*К4

Находим αизл для температурначала и конца нагрева садки:

α1=

α2=

αср.= (α1 + α2) / 2 =(191 +588)/2=390 (Вт/м2*К)

1.3 Определение критерия Био:

Bi =390.0,045/32=0,548 >0,5 => садка массивная.

2. Расчёт времени нагрева садки

2.1 Расчёт времени τ1

Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ

На этапе нагрева печи при постоянной мощности (τ1)рекомендуется принять:

Tп =0,85.Тз=0,85. 1523 =1295K

T пов = 0,5.Тз=0,5.1523=761,5K

Тепловой поток q= αср*( Tп - T пов )=390*(,5)=208065 Вт/м2

Температура, до которой нагревается поверхность садки за время :

, t’’пов=990-273=717°С,

τ '=0,3S2/ ас =0,3.0,0452/ 25.10-6= 24,3 с

Для ∞ цилиндра Δt= qR/2λс = 108208.0,045/2.32 = 76 К,

t’пов=1,3*Δt=1,3*76=98,8°С,

t’ц=0,5*Δt=0,5*76=38°С;

Т’’пов> Δt => полученные результаты можно использовать.

Относительная температура нагрева

U=q/ сс*ρс*S=208065/296*4285*0,045=3,645,

τ ''=( t’’пов - t’пов)/ U=(717-98,8)/3,645=169,6 с,

τ 1= τ '+ τ ''=24,3+169,6=193,9с=3,23 мин.

2.2.Расчёт τ2 по графикам Будрина

U =

U – 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)

U=()/() = 0,094

Определяем критерий Био для нужного интервала температур:

αср.= (α717 + α1200) / 2 =(362 +588)/2=475 (Вт/м2.К)

Bi = αср .S/λс= 475.0,045/32 =0,67

Рис.2 График Будрина.

Из графика получаем значение критерия Фурье F0=4,5 ,

с=6,075мин.

Время нагрева садки:

с=9,3мин=0,155ч.

3.Определение продолжительности цикла работы печи

τцикла = τнагрева + τвыдержки + τохлаждения + τвспомогательное

τнагрева=0,155 ч,

τвыдержки=2 ч,

τохлаждения=(1200-20)/7=169мин=2,81 ч,

τвспомогательное=0,25 ч.

τцикла=0,155+2+2,81+0,255,2 ч

4. Определение производительности печи

Зная массу садки и общее время цикла, можем найти производительность печи:

g =mc/ τцикла = 5/5,20,96 кг/ч.

5. Определение основных размеров нагревательной камеры

Учитывая коэффициент заполнения К=0,5 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.

6. Расчёт теплового баланса

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.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5



Подпишитесь на рассылку:

Оборудование


Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства