Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Болотов А. В., Шепель Г. А.
Электротехнологические установки

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий»

МОСКВА
«ВЫСШАЯ ШКОЛА»
1988

Рецензенты: кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» Московского энергетического института (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В. В. Шевченко; д-р техн. наук, проф. А. В. Донской (научный руководитель отраслевой лаборатории электротехнологических установок МЭТП при ЛПИ им. М. И. Калинина)

Болотов А. В., Шепель Г. А. Электротехнологические установки: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение пром. предприятий». - Москва: Высшая школа, 1988.

В книге рассмотрены физические основа процессов, элементы инженерного расчета параметров, примеры аппаратурного оформления; приведены необходимые сведения по эксплуатации электротехнологических установок; описаны технологические процессы переработки и обработки материалов, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии непосредственно в зоне воздействия на вещество или в самом веществе.

© Издательство «Высшая школа», 1988

Содержание книги
Электротехнологические установки

Предисловие
Введение

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И УСТАНОВКИ

Глава 1. Физико-технические основы электротермии
§ 1.1. Электротермические установки и области их применения
§ 1.2. Теплопередача в электротермических установках
§ 1.3. Материалы, применяемые в электропечестроении

Глава 2. Установки нагрева сопротивлением
§ 2.1. Физическая сущность электрического сопротивления
§ 2.2. Нагревательные элементы
§ 2.3. Установки электроотопления и электрообогрев
§ 2.4. Электрические печи сопротивления
§ 2.5. Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления
§ 2.6. Нагрев сопротивлением жидких сред
§ 2.7. Электрошлаковые установки

Глава 3. Установки контактной сварки
§ 3.1. Физические основы электрической контактной сварки и ее разновидности
§ 3.2. Стыковая сварка
§ 3.3. Точечная сварка
§ 3.4. Шовная сварка
§ 3.5. Электрооборудование установок контактной сварки

Глава 4. Установки индукционного и диэлектрического нагрева
§ 4.1. Физико-технические основы индукционного нагрева
§ 4.2. Индукционные плавильные установки
§ 4.3. Индукционные нагревательные установки
§ 4.4. Физические основы диэлектрического нагрева
§ 4.5. Установки диэлектрического нагрева
§ 4.6. Источники питания установок индукционного и диэлектрического нагрева

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. УСТАНОВКИ ДУГОВОГО НАГРЕВА

Глава 5. Основы теории и свойства дугового разряда
§ 5.1. Ионизация газов. Понятие плазмы
§ 5.2. Структура электродугового разряда
§ 5.3. Характеристика приэлектродных областей и протекающих в них процессов
§ 5.4. Основные закономерности электродугового столба
§ 5.5. Особенности дуги переменного тока
§ 5.6. Устойчивость и регулирование параметров электрической дуги

Глава 6. Электродуговые и рудно-термические печи
§ 6.1. Классификация дуговых печей
§ 6.2. Дуговые печи прямого действия
§ 6.3. Электрооборудование дуговых печных установок
§ 6.4. Рабочие режимы и характеристики электродуговых печей
§ 6.5. Магнитное перемешивание металла в дуговых стале плавильных печах
§ 6.6. Дуговые сталеплавильные печи в системе электроснабжения
§ 6.7. Энергетический баланс дуговой сталеплавильной печи
§ 6.8. Рудно-термические печи

Глава 7. Вакуумные дуговые печи
§ 7.1. Области применения и устройство вакуумных дуговых печей
§ 7.2. Особенности дугового разряда в вакуумной дуговой печи
§ 7.3. Электрооборудование вакуумных дуговых печей

Глава 8. Плазменные технологические процессы и установки
§ 8.1. Устройства для получения низкотемпературной плазмы и области их применения
§ 8.2. Энергетические характеристики плазмотронов и источники питания
§ 8.3. Плазменные плавильные установки
§ 8.4. Установки плазменной резки и сварки металлов
§ 8.5. Установки плазменного нанесения покрытий

Глава 9. Установки дуговой электрической сварки
§ 9.1. Физико-технические основы дуговой сварки
§ 9.2. Источники питания дуговой сварки
§ 9.3. Ручная дуговая сварка
§ 9.4. Установки механизированной и автоматической сварки

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. УСТАНОВКИ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОГО НАГРЕВА

Глава 10. Установки электронно-лучевого нагрева
§ 10.1. Физико-технические основы электронно-лучевого нагрева
§ 10.2. Конструкции электронно-лучевых установок
§ 10.3. Технологическое применение электронно-лучевого нагрева

Глава 11. Оптические квантовые генераторы (лазеры)
§ 11.1. Основные принципы работы лазеров
§ 11.2. Типы оптических квантовых генераторов
§ 11.3. Основы технологии светолучевой обработки

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Глава 12. Электролизные установки
§ 12.1. Основы электрохимической обработки
§ 12.2. Электролиз растворов и расплавов
§ 12.3. Электрооборудование электролизных производств
§ 12.4. Применение электрохимической обработки материалов в машиностроении
§ 12.5. Источники питания установок электрохимической обработки

Глава 13. Элсктроэрозионная обработка металлов
§ 13.1. Общая характеристика и физические основы процесса
§ 13.2. Параметры импульсных разрядов
§ 13.3. Генераторы импульсов
§ 13.4. Разновидности электроэрозионной обработки и элементы ее оборудования
§ 13.5. Электроконтактная обработка

Глава 14. Электрохимико-механическая обработка в электролитах
§ 14.1. Анодно-абразивная обработка
§ 14.2. Анодно-механическая обработка
§ 14.3. Характеристика операций электрохимической обработки
§ 14.4. Оборудование электрохимико-механической обработки

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И УСТАНОВКИ

Глава 15. Установки магнитоимпульсной обработки металлов
§ 15.1. Физико-технические основы
§ 15.2. Элементы оборудования установок магнитоимпульсной обработки
§ 15.3. Характеристика операций магнитоимпульсной обработки
§ 15.4 Электромагнитные насосы

Глава 16. Электрогидравлическая обработка материалов
§ 16.1. Физические основы электрогидравлического эффекта
§ 16.2. Технологическое использование высоковольтного электрического разряда в жидкости

Глава 17. Ультразвуковые электротехнологические установки
§ 17.1. Физическая сущность ультразвуковой обработки
§ 17.2. Элементы оборудования ультразвуковых установок
§ 17.3. Технологическое использование ультразвуковых колебаний

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Глава 18. Основы электронно-ионной технологии
§ 18.1. Характеристика электронно-ионных процессов
§ 18.2. Заряд частицы в электрическом поле
§ 18.3. Движение заряженной частицы в электрическом поле
§ 18.4. Осаждение в электрическом поле

Глава 19. Электростатические промышленные установки
§ 19.1. Принцип действия и устройство электрофильтров
§ 19.2. Источники питания электрофильтров и регулирование их параметров
§ 19.3. Электростатические технологические процессы и их оборудование

Заключение
Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ

Намеченный XXVII съездом КПСС интенсивный путь развития народного хозяйства СССР, путь революционных перемен в экономике открывает широкие возможности для научно-технического прогресса, перевода всех отраслей на прогрессивную технологию. Запланированное повышение производительности труда, фондоотдачи предусматривает разработку новых технологических процессов и установок с высокой степенью электрификации. Наращивание производства электроэнергии, требования сокращения вредных выбросов в окружающую среду и снижения доли топлива в нагревательных процессах предопределяют бурное развитие электротехнологии, как науки о технологических возможностях электричества. Практическим результатом развития этой науки является создание большого количества электротехнологических установок, применяемых в металлургии, химии, машиностроении и других отраслях народного хозяйства и обеспечивающих эффективное участие электрической энергии в преобразовании веществ.

«Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года», план социалистической интеграции в научно-техническом прогрессе стран-членов СЭВ выдвинули такие приоритетные направления электрификации как применение низкотемпературной плазмы, электронно-ионной, импульсной и лазерной техники. Успешное решение этих задач позволит создать новое поколение высокопроизводительных экологически чистых установок и производств.

В реализации этих грандиозных планов особая роль отводится подготовке высококвалифицированных инженеров-электриков, обладающих современным научным мышлением, эрудицией и фундаментальным знанием технологических процессов, совершающихся в электрических и магнитных полях при прохождении электрического тока.

Специфическое электрооборудование электротехнологических установок органически связано с технологическим процессом и может правильно создаваться и эксплуатироваться только при глубоком понимании основ технологии. С этим расчетом и составлен настоящий учебник.

Книга предназначена для подготовки инженеров-электриков по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий» и соответствует программе дисциплины «Электротехнологические установки», утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР.

Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность коллективу кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Московского энергетического института (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В. В. Шевченко) и д-ру техн. наук, проф. А. В. Донскому (Ленинградский политехнический институт) за ценные замечания и советы, высказанные при рецензировании рукописи.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Установки, в которых происходит превращение электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологических процессов, называют электротехнологическими. Эти установки имеют довольно сложное оборудование, включающее в себя рабочий орган — плазмотрон, плазменный реактор, электронную пушку, электродные системы дуговых и ионных агрегатов, специфические источники питания, автоматически поддерживающие заданный режим работы или управляемые с помощью микропроцессорной техники. В состав вспомогательного оборудования входят системы обеспечения водой, газом, создания и поддержания вакуума и др. Правильные монтаж, наладка и эксплуатация оборудования без знания выполняемого им технологического процесса затруднительны.

Производственная деятельность человека и его быт стремительно насыщаются электротехнологическими установками. Это обусловлено не только ростом потребности в них, но и в немалой степени сокращением природных запасов и повышением стоимости углеводородного топлива, необходимостью принятия кардинальных мер по охране окружающей среды, созданию безотходных технологий. Развитие электротехнологических процессов обеспечивается развивающейся энергетикой страны, строительством новых атомных и тепловых электростанций, сооружением мощных линий электропередач.

Совершенствование электротехнологии повлекло за собой создание материалов, обладающих новыми свойствами: более высокими прочностью, термостойкостью, устойчивостью к агрессивному действию химических реакций, и имеющих высокие электроизоляционные свойства и низкую теплопроводность. Были получены высококачественные проводниковые и полупроводниковые материалы и изделия из не использовавшегося ранее сырья или отходов производств, работающих по старой технологии. Современные успехи большинства отраслей промышленности и науки достигнуты благодаря применению электротехнологических процессов.

Наиболее впечатляющие результаты применения электротехнологических процессов получены в микроэлектронике. Радиотехнические устройства, ЭВМ, управляющие комплексы содержат сотни тысяч, а порой десятки миллионов элементов, объединенных в системы сотнями тысяч соединений.

Если бы эти системы монтировались из компонентов, выпускаемых по технологии, которая была 30—40 лет тому назад, то масса таких устройств достигла десятков тонн, объем—десятков кубометров, потребляемая мощность — сотен киловатт.

В настоящее время благодаря освоению процессов плазменного нанесения покрытий и пленок, ионно-лучевого легирования, плазменного травления, лазерной сварки, фотолитографии, а также благодаря применению новых материалов, полученных также в электротехнологических установках, созданы принципиально новые устройства микроэлектроники. Разработаны качественно новые принципы конструирования и изготовления электронных микросхем, при которых ее активные, пассивные и соединительные элементы образуются в микрообъемах полупроводникового кристалла или на поверхности диэлектрической подложки в едином технологическом процессе.

Входящие в микросхему элементы (транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы и др.) не имеют внешних выводов, а вся микросхема имеет общую герметизацию, защиту от механических повреждений, влияний окружающей среды и входит в состав комплексов. Поэтому стали привычными миниатюрные наручные часы, многофункциональные, снабженные микрокалькулятором, микротелевизором; малогабаритные цветные телевизоры и ЭВМ, обладающие огромным быстродействием и памятью.

Благодаря внедрению контактной сварки достигнут высокий уровень механизации сборочных работ в автомобильной промышленности и авиастроении, обеспечивающий высокую скорость изготовления транспортных средств.

В получении высококачественных металлов исключительно важна роль злектрошлакового переплава.

Электротехнологические процессы, особенно их новые разновидности, имеют весьма короткий срок перехода из стен лаборатории в науку, технику, быт и производство. Это относится к тем процессам, которые не могут быть выполнены без электроэнергии, либо к тем, в которых использование электроэнергии дает несоизмеримые преимущества. Развитие физики и электротехники позволило создать и предложить производству технологические процессы, в которых используются свойства самих обрабатываемых веществ и материалов, обнаруживающиеся в электрических и магнитных полях. Например, на основе явлений поляризации диэлектриков, электромагнитной индукции разработаны такие прогрессивные электротехнологические процессы, как высокочастотная сушка сыпучих и пористых неэлектропроводных материалов, индукционный нагрев и плавка металлов, превратившиеся в настоящее время в базовые технологические процессы.

Как известно, вещество может находиться в четырех агрегатных состояниях — твердом, жидком, газообразном и плазменном.

Твердое состояние — проводники, полупроводники и диэлектрики, металлы и неметаллы, кристаллические и аморфные вещества.

Жидкое состояние — проводники (расплавы металлов, солей, щелочей, оксидов), диэлектрики (минеральные и органические), особая разновидность — жидкие кристаллы.

Газообразное состояние — сложные активные вещества, которые в совокупности с обычными могут составлять системы, где происходит образование других соединении — целевых продуктов, в дальнейшем выделяемых методом конденсации.

Плазменное состояние — электропроводная среда, позволяющая проводить обменные реакции и транспортные процессы на ионном уровне, быть источником лучистой энергии и средством нагрева веществ.

Электрическое и магнитное поля могут быть постоянными или быстроменяющимися во времени и в пространстве, иметь широкий диапазон изменения напряженности. Посредством электрических и магнитных полей с веществом, находящимся в каждом из агрегатных состояний, можно совершать бесчисленное множество операций— изменение температуры, формы, структуры, состава, свойств в разных направлениях и т. д. В огромный перечень электротехнологических установок индивидуального изготовления или серийного производства введена некоторая систематизация.

Их группируют по результирующему действию электрического тока и магнитного поля, проявляющемуся в различных условиях.

1. Установки, основанные на тепловом действии тока. К ним относят бытовые нагревательные приборы, печи сопротивления прямого и косвенного действия, установки для нагрева жидкостей и газов — электрические котлы разных типов и калориферы, а также электродные ванны, где нагревательным элементом служит расплав щелочи или оксидов.

Установки электрошлакового переплава металлов и электрошлаковой сварки используют явление выделения тепловой энергии преимущественно в шлаке, заполняющем пространство между электродами.

В установках контактной сварки электрическая энергия преобразуется в тепловую в переходном сопротивлении в точке контакта двух деталей. Процесс происходит только при импульсном протекании тока, что определяет особенности электроснабжения и схемы сварочных машин.

В установках индукционного нагрева используется преобразование энергии переменного тока промышленной или повышенной частоты в энергию переменного магнитного поля, которая преобразуется вновь в электрическую, а затем в тепловую в нагреваемом теле. Этот способ применим для нагрева проводящих тел.

Для нагрева диэлектриков применяются установки, использующие высокочастотное электрическое поле, где преобразование электрической энергии в тепловую идет через процессы поляризации веществ.

Установки, принцип действия которых основан на нагреве электрической дугой, включают в себя электродуговые и рудно-термические печи для выплавки металлов, огнеупоров, получения фосфора и других материалов, а также вакуумно-дуговые печи для переплава и рафинирования металла. Сюда же относятся установки плазменной и плазмодуговой обработки металлов и неметаллических материалов, которыми производят переплав металлов, нанесение защитных покрытий, наплавку и другие операции.

В электродуговых сварочных установках выделение мощности в основном происходит в опорных пятнах электрической дуги, однако и столб ее играет существенную роль в протекании сварочного процесса.

Возможность получения высококонцентрированных потоков тепловой энергии реализована в электронно-лучевых и лазерных установках.

В установках электроэрозионной обработки тепловая энергия выделяется в канале разряда в жидкости при импульсном протекании тока большой силы.

2. Установки, основанные на электрохимическом действии тока. К ним относят электролизные ванны, заполняемые растворами или расплавами, установки для нанесения защитных и декоративных покрытий, а также установки для изготовления изделий методом гальванопластики, установки электрохимико-механической обработки изделий в электролитах.

3. Электромеханические установки, где прохождение импульсного тока вызывает возникновение механических усилий в обрабатываемом материале.

Особый класс составляют установки ультразвукового воздействия, осуществляющие технологический процесс путем создания в веществе механических колебаний высокой частоты, получаемых от ультразвуковых генераторов.

4. Электрокинетические установки, принцип действия которых основан на преобразовании энергии электрического поля в энергию движущихся частиц. К ним относят установки электронно-ионной технологии — электрофильтры, установки по разделению сыпучих материалов и эмульсий, очистке сточных вод, электроокраске.

Приведенное разделение в большой степени условное, поскольку многие технологические процессы могут обеспечиваться (или сопровождаться) несколькими способами преобразования энергии (например, при химических процессах в низкотемпературной плазме, плазменном нанесении покрытий, электрогидравлическом эффекте, магнитоимпульсной обработке металлов, электролизе расплавов), расширяя возможности электротехнологических процессов.

Скачать книгу "Электротехнологические установки". Москва, издательство "Высшая школа", 1988

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru