Скачать 236.15 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФМОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140400 Электротехника и энергетика Профиль(и) подготовки: Электротехнологические установки и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ"
Москва - 2010 ^ Целью дисциплины является изучение физических основ нагрева сопротивления, индукционного, дугового и других видов электронагрева; конструкций, методик расчета, способов рациональной эксплуатации электротехнологических установок различных видов и назначения для последующего использования в проектировании и эксплуатации электротехнологического оборудования. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
Задачами дисциплины являются:
^ Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Электротехнологические установки и системы" направления 140400 Электротехника и энергетика. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Теоретические основы электротехники", "Физика", "Электротехнические и конструкционное материаловедение". Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Системы автоматического управления электротехнологическими установками" и "Электрооборудование и электроснабжение электротехнологических установок", а также программ магистерской подготовки. ^ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:
Уметь:
Владеть:
^ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 36 часов.
^ 4.2.1. Лекции: 6 семестр 1. Классификация и области применения электротехнологических установок и систем Применение электронагрева в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве и в быту. Принципы классификации электротехнологических установок. Виды электротехнологических установок по способу преобразования электроэнергии. 2. Материалы для электротехнологических установок Специфика работы конструкционных материалов в электротехнологических установках. Огнеупорные материалы и требования к ним. Основные свойства огнеупоров, используемых в электротехнологических установках. Способы получения легковесных огнеупоров. Волокнистые огнеупорные материалы. Теплоизоляционные материалы и требования к ним. Основные свойства теплоизоляторов, используемых в электротехнологических установках. Жароупорные конструкционные материалы. Жаропрочные и жаростойкие конструкционные стали и сплавы, области их применения. Материалы для нагревательных элементов электропечей сопротивления, требования к ним. Сплавы сопротивления; материалы для нагревателей высокотемпературных печей с воздушной средой (карборунд, дисилицид молибдена, хромит лантана); материалы для нагревателей высокотемпературных вакуумных печей (тугоплавкие металлы, графит, углерод-углеродные композиционные материалы, тугоплавкие карбиды и др.). 3. Электрические печи сопротивления, их классификация и области применения. Теплопередача в электрических печах сопротивления Классификация и области применения электрических печей сопротивления (ЭПС). Печи прямого и косвенного нагрева, периодического и непрерывного действия, нагревательные и плавильные, низко-, средне- и высокотемпературные, с воздушной средой, с контролируемой атмосферой и вакуумные. Теплопередача в ЭПС. Теплопередача теплопроводностью. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Решения дифференциального уравнения теплопроводности для случаев нагрева при постоянной температуре печи и при постоянном тепловом потоке через поверхность изделия. Конвективная теплопередача. Теплопередача излучением. 4. Конструкции электрических печей сопротивления Конструкции среднетемпературных ЭПС периодического и непрерывного действия. Особенности конструкций низотемпературных и высокотемпературных печей. Виды контролируемых атмосфер, печи с контролируемой атмосферой и установки для приготовления контролируемых атмосфер. Правила эксплуатации установок с контролируемыми атмосферами. Вакуумные печи. Принцип действия и конструкции установок инфракрасного нагрева. Плавильные печи, жидкостные ванны, установки для нагрева жидкостей и печи с псевдокипящим слоем. Установки прямого (электроконтактного) нагрева. 5. Расчет электрических печей сопротивления Определение времени нагрева теплотехнически тонких и массивных изделий в печи. Тепловой расчет ЭПС периодического действия. Технологический цикл печи, уравнение энергетического баланса. Определение потребной мощности. Методика расчета тепловых потерь печи, потери через футеровку, открытые проемы и тепловые короткие замыкания. Режим нагрева изделий в ЭПС непрерывного действия. Тепловой расчет ЭПС непрерывного действия. Определение установленной мощности ЭПС периодического и непрерывного действия. Особенности расчета ЭПС с преимущественно конвективной теплопередачей, в т.ч. низкотемпературных ЭПС. Особенности расчета вакуумных печей. Расчет нагревательных элементов ЭПС. Определение удельной поверхностной мощности идеального и реального нагревателей. Определение геометрических размеров нагревателя. Размещение нагревателей в рабочем пространстве печи. Оценка срока службы нагревателей из различных материалов. Особенности расчета нагревателей высокотемпературных и вакуумных печей. 6. Рациональная эксплуатация электропечей сопротивления, пути повышения их энергетической эффективности Энергосбережение в ЭПС. Пути повышения производительности, увеличения КПД, снижения расхода электроэнергии. Рекуперация тепла, механизация и автоматизация печей. ЭПС как потребитель электроэнергии. Организация групповой работы ЭПС с точки зрения выравнивания кривой суммарной потребляемой мощности. Влияние регуляторов ЭПС на питающую сеть. Перспективы совершенствования и применения ЭПС. 7 семестр 7. Физические основы дугового нагрева. Процессы ионизации и эмиссии. Дуговой разряд и его характеристики. Схема замещения системы “источник питания – дуга”. Дуга постоянного тока. Дуга переменного тока. Статические и динамические вольтамперные характеристики дуги. Способы регулирования тока в дуговых установках. 8. Дуговые сталеплавильные печи Конструкции дуговых печей. Печи постоянного и переменного тока. Электрические, энергетические и рабочие характеристики. Конструкции коротких сетей, их схемы. Механизмы перемещения электродов, поворота и наклона печи. Электрические схемы печей. Схемы управления, защиты и сигнализации. 9. Руднотермические печи Назначение и конструкции руднотермических печей (РТП). Технологические процессы в РТП. Электрические, энергетические и рабочие характеристики. Конструкции коротких сетей и их схемы. Электрические схемы печей. Схемы управления, защиты и сигнализации. 10. Специальные виды электронагрева Вакуумные дуговые печи (ВДП). Назначение и конструкция ВДП. Источники питания ВДП. Установки плазменного нагрева. Области применения. Дуговые и струйные плазмотроны – конструкции, режимы работы, электрические схемы. Плавильные плазменные печи. Плазменные установки для сварки, напыления, наплавки и термообработки. Плазменные технологические процессы. Ионно-плазменные установки – назначение, конструкция, технологические процессы, электрические схемы, методы расчета рабочей камеры. Установки электрошлакового переплава – назначение, конструкция, принцип работы, технологические процессы, электрические характеристики и режимы работы, электрические схемы, методика расчета. Электронно-лучевой нагрев. Взаимодействие электронного и фотонного потока с поверхностью обработки. Коэффициенты поглощения и отражения. Тепловые процессы на поверхности изделия при воздействии точечного источника тепловой энергии. Особенности лучевой сварки, резки и термообработки. Электронно-лучевые технологические установки – назначение, конструкция, принцип работы, электрические характеристики, электрические схемы, особенности источников питания. Лазерные технологические установки – назначение, конструкции, принцип работы. Режимы работы. Технологические процессы: термообработка, сварка, резка материала. 8 семестр 11. Классификация, области применения и технико-экономические характеристики установок индукционного и диэлектрического нагрева Классификация, области применения и технико-экономические характеристики установок индукционного и диэлектрического нагрева. Технологические преимущества индукционного и диэлектрического нагрева. Энергетическая эффективность установок индукционного и диэлектрического нагрева. 12. Физические основы индукционного и диэлектрического нагрева Электромагнитное поле, магнитный поток, индукция. Эффекты электромагнитного поля при индукционном нагреве. Глубина проникновения электромагнитной волны. Выделение мощности в нагреваемом изделии. Электрические процессы в системе “индуктор-загрузка”. Энергетические характеристики системы “индуктор-загрузка”. Методы расчета электрических параметров индукционной установки. 13. Индукционные плавильные печи Индукционные плавильные тигельные и канальные печи и миксеры. Принцип действия, основные элементы, технические характеристики. Конструктивное исполнение элементов печей: индуктора, магнитопровода, футеровки, токоподвода, механизмов. Вакуумные печи периодического и полунепрерывного действия. Инженерные методики расчета плавильных печей. Схемы электропитания и планировки размещения оборудования плавильных печей. 14. Индукционные нагревательные установки Индукционные установки для нагрева металлов под обработку давлением, поверхностную закалку, сварку и пайку. Установки для низкотемпературного нагрева ферромагнитной стали. Технологические требования к установкам. Выбор основных параметров: частоты, удельной поверхностной мощности, геометрических размеров индуктора и др. Конструктивное исполнение основных элементов установок: индукторов, футеровок, механизмов и др. Электрооборудование средней и высокой частоты (источники питания, конденсаторы, трансформаторы, контакторы, кабели, измерительные приборы). Особенности расчета индукторов нагревательных установок. Электрические схемы питания на средней и высокой частотах. Экономическая эффективность по сравнению с другими видами нагрева. 15. Высокочастотные установки для нагрева окислов, полупроводников и газов Технологические процессы и требования к установкам. Выбор основных технических параметров: частоты, удельной мощности, геометрических размеров. Стартовый разогрев обрабатываемого продукта. Конструкции индукторов, кристаллизаторов, рабочих камер, механизмов и других элементов. 16. Установки диэлектрического нагрева Технологические процессы сушки, нагрева и сварки пластмасс, склеивания и др. Выбор основных параметров: частоты, удельной объемной мощности, размеров рабочего конденсатора и др. Конструкции установок, рабочих конденсаторов, резонаторов. Применение сверхвысоких частот для диэлектрического нагрева. Принцип действия и конструкция магнетрона. 17. Особенности техники безопасности при работе с установками высокочастотного и СВЧ нагрева. Борьба с электромагнитными помехами Влияние высокочастотного и СВЧ электромагнитного поля на организм человека. Меры защиты от воздействия высоких и сверхвысоких частот. Установка высокочастотного или СВЧ нагрева как источник электромагнитных помех. Снижение уровня помех. ^ 6 семестр Практические занятия учебным планом не предусмотрены. 7 семестр Расчет футеровки и рабочего пространства дуговой сталеплавильной печи. Электрический расчет и выбор электродов дуговой сталеплавильной печи. Расчет рабочего пространства рудовосстановительной печи. Расчет кристаллизатора и рабочего пространства вакуумной дуговой печи. Расчет основных параметров и кристаллизатора электрошлаковой печи. Построение электрических характеристик дуговой печи. 8 семестр Выполнение исследований электрических, энергетических и тепловых характеристик установок индукционного и диэлектрического нагрева с использованием компьютерных программ, в том числе специализированных пакетов прикладных программ, разработанных на кафедре ФЭМАЭК МЭИ. ^ 6 семестр № 1. Исследование процесса нагрева изделий в низкотемпературной электропечи сопротивления. № 2. Исследование процесса нагрева изделий в среднетемпературной электропечи сопротивления. № 3. Пусковые испытания электропечи сопротивления. 7 семестр № 1. Исследование электрических характеристик дуги постоянного тока. № 2. Исследование электрических характеристик однофазной дуги. № 3. Исследование электрического режима трехфазной дуги. № 4. Анализ несимметрии мощности в трехфазной дуговой нагрузке. 8 семестр № 1. Исследование характеристик модели индукционной плавильной печи. № 2. Исследование характеристик индукционной установки для сквозного нагрева. № 3. Исследование процесса диэлектрического нагрева и характеристик высокочастотного генератора. ^ 6 семестр Типовой расчет «Задачи теплопередачи и расчет электропечи сопротивления периодического действия». 7, 8 семестры Расчетные задания учебным планом не предусмотрены. ^ 7 семестр Курсовой проект «Проектирование электрической печи сопротивления непрерывного действия». 8 семестр Курсовой проект «Разработка индукционной плавильной печи». ^ Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видеоматериалов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов. Предусматриваются встречи с ведущими специалистами предприятий, работающих в области проектирования, производства и эксплуатации электротехнологического оборудования (ООО «Фирма «ВакЭТО», ССТ, «Комтерм», «Термокерамика», «Элтертехникс», Тихвинский ферросплавный завод и др.). ^ предусматривают использование программных средств расчета и моделирования электротехнологических процессов и установок. Лабораторные работы предусматривают сочетание экспериментальных исследований на лабораторных электротехнологических установок с математическим моделированием электротехнологических процессов и установок. ^ включает подготовку к тестам и контрольным работам, оформление курсовых проектов, типовых расчетов и отчетов по лабораторным работам и подготовку их к защитам, подготовку к зачету и экзамену. ^ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита типовых расчетов, защита лабораторных работ. Аттестация по дисциплине – экзамен (8 семестр). Отдельно выставляются оценки за два курсовых проекта (7, 8 семестры). Промежуточная аттестация: 6 семестр – дифференцированный зачет, 7 семестр – экзамен. Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка за экзамен. В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр. ^ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература: а) основная литература:
2. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи. Часть 1. Электрические печи сопротивления. – М.: Энергия, 1975. 3. Свенчанский А.Д. и др. Электрические промышленные печи. Часть 2. Дуговые печи и установки спецнагрева. – М.: Энергия, 1981. 4. Krouchinin A.M., Sawicki A. Theory of electrical arc heating. − Czestochova: TU Czestochova, 2003. - 173 c. 5. Погребисский М.Я., Киренская О.К., Батов Н.Г. Теплопередача в электрических печах сопротивления. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 104 с. 6. Погребисский М.Я., Батов Н.Г. Материалы для электрических печей сопротивления. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 92 с. 7. Погребисский М.Я., Батов Н.Г. Расчет электрических печей сопротивления. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. 80 с. 8. Кувалдин А.Б. Теория индукционного и диэлектрического нагрева: Учебное пособие. – М.: Издательство МЭИ, 1999. 80 с. 9. Рубцов В.П., Батов Н.Г. Электротехнологические установки специального назначения: Учебное пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2006. 64 с. б) дополнительная литература: 1. Электротехнический справочник: В 4 т. Т.4. Использование электрической энергии. / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – М.: Издательство МЭИ, 2002. 2. Электротермическое оборудование: Справочник. / Под общ. ред. А.П. Альтгаузена. – М.: Энергия, 1980. 3. Погребисский М.Я., Батов Н.Г., Киренская О.К. Проектирование электропечей сопротивления непрерывного действия: методическое пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 32 с. в) описания лабораторных работ: 1. Ткачев Л.Г., Киренская О.К., Погребисский М.Я. Электрические печи сопротивления. Лабораторные работы № 1−3: Электронное методическое пособие. – МЭИ, 2008. 2. Цишевский В.П. Дуговые печи. Лабораторные работы № 1−4. – М.: Издательство МЭИ, 1989. ^ а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: AutoCAD, MathCad, Matlab & Simulink. www.vniieto.ru; www.nakal.ru; www.vaceto.ru; www.ebner.cc; www.lanterm.ru; www.inductortherm.com; www.comterm.ru; www.stf-ecta.ru; www.consarc.com; www.therm.ru б) другие: видеоматериалы об электротехнологических установках различных видов и назначения, в т.ч. о дуговых печах постоянного тока фирм «Комтерм» и ЭКТА. ^ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и видеоматериалов; класса персональных ЭВМ; учебных лабораторий электрических печей сопротивления, индукционного нагрева, дугового нагрева, оснащенных действующими электротехнологическими установками и средствами автоматизации сбора и обработки экспериментальных данных. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электротехника и энергетика» и профилю «Электротехнологические установки и системы». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛИ: д.т.н. профессор Рубцов В.П. д.т.н., профессор Кувалдин А.Б. к.т.н., доцент Погребисский М.Я. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой ФЭМАЭК д.т.н., профессор Серебрянников С.В. |