Tài liệu CHƯƠNG 7. NUNG NÓNG TRỰC TIẾP pdf

Nung nóng trực tiếp: được thực hiện khi cho dòng điện trực tiếp đi qua vật được nung nóng.. Chi tiết máy có dạng trụ 3.Máy biến áp có cấp điều chỉnh điện áp Từ máy biến áp với áp vào l

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

vật được nung nóng

Xét nguyên lý làm việc 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

Từ máy biến áp với áp vào là U, hạ điện áp xuống cấp trực tiếp vào chi tiết máy thông qua đầu kẹp 1, chi tiết được nung nóng bằng dòng điện qua nó theo Q I R 2  , 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 thể đạt hàng trăm hàng nghìn ampe Nguồn áp đưa vào chi tiết nhỏ từ vài vôn tới 12 – 24 V Một trong những khó khăn của phương pháp này là việc đưa dòng điện vào chi tiết phải qua đầu kẹp 1 ở hình 1 Điện trở tiếp xúc thường 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 nước để làm mát

2 Lĩnh ứng dụng

Những ứng dụng chính của phương pháp này là:

- Nung trực tiếp các chi tiết kim loại có hình dạng không phức tạp ví dụ ống, trục, lò xo…

- Hàn các chi tiết bằng phương pháp nung nóng trực tiếp còn gọi là phương pháp tiếp xúc

- Nung nóng chảy 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:

- Phương pháp này có tốc độ nung nóng cao (từ 10 – 40 0C /s) Do đó cho phép nung tôi được chi tiết có chất lượng cao hơn trong lò điện trở

- Phương pháp này đa năng hơn so với phương pháp cảm ứng vì ở phương pháp cảm ứng mỗi lần vật nung có hình dạng khác là phải thay đổi cuộn cảm ứng cho hợp với vật nung

- So với nung trong lò điện trở, thì độ cháy sém, độ bị oxy hoá giảm 9 -10 lần

- Cho phép cải thiện điều kiện làm việc

+ ) Nhược điểm:

- Chỉ 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

từ nhiệt độ t0 lên nhiệt độ t trong thời gian  Tính chọn máy biến áp, điện

áp đặt lên chi tiết

Thứ tự tính toán như sau:

1 Tính công suất hữu ích Ph

.( 0)

h

m C t t P





 (1)

2 Tính thời gian nung nóng 

Dùng công thức : m C t t . 0

P

 (2 ) Trong đó:

 - khối lượng riêng của vật nung tính cho một đơn vị dài kg/mm

 - công suất riêng tính cho đơn vị dài vật nung, giá trị này đượcP

cho theo kinh nghiệm và có giá trị trong khoảng chọn, đối với thép hợp kim

là (160 250)KW

P

m

C- tỷ nhiệt của vật nung Ks/kg 0C

t- nhiệt độ nung nóng của vật, 0C

t0- nhiệt độ đầu của vật nung , 0C

 - thời gian nung nóng, s

3 Chọn máy biến áp nung nóng

Máy biến 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 %

( hoặc kí hiệu TĐ):

lv

lv

n

  (3)  - thời gian làm việclv

 - thời gian nghỉ ứng thời gian thay vật nung nóng mớin

Hoặc có thể tính lv

lv

§=

n

  Máy biến áp có công suất tính theo biểu thức:

S tt S T§ (4)

Trong đó:

Stt– công suất tính toán của máy biến áp

S – công suất biểu kiến của máy biến áp

S được tính theo:

os

z h

K P S

c

 (5)

Ph– công suất hữu ích tính theo (1)

Kz - hệ số dự phòng, thường chọn trong khoảng Kz = 1,10 – 1,15 , osc  - hiệu suất và hệ số công suất của phương pháp nung nóng trực tiếp

Giá trị, osc  được tính theo quan hệ với tỷ số l2

d đã được lập sẵn theo

kinh nghiệm 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 l2

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 biểu thức:

2

h tt

t

P

R



  (6)

Với : t t.l

R

S





Ph– 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)

Với   t tb 200

ttb- nhiệt độ trung bình; 0

2

tb

t t

t- nhiệt độ nung nóng chi tiết, 0C

t0- nhiệt độ đầu của vật , 0C

Với vật nung là thép hợp kim, hệ số ,  có giá trị:

0,0055 C , 9.10 C

6 2

20(1 0,0055 9.10 )

t

từ (6) có P R h. t

U



 (8) Điện áp U thường có giá trị U = (1 -12 )V , dòng điện có thể đạt tới hàng vạn ampe

Với 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 tiết máy thép hợp kim có 4

20 0,135.10 m

    Nhiệt độ đầu là 20 0C nung nóng đến 700 0C, 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 thứ tự đã trình bày ở trên tính như sau:

1 Tính thời gian nung nóng 

m C t . 2 t1

P



2

4

l



D – trọng lượng riêng của vật nung; D = 7,8 kg/dm3

l = 0,4 m = 4 dm, d = 30 mm = 0,3 dm

2,2 0,55 / 5,5 /

4

0,48 /

 



5,5.0,48.(700 20) 8,97 9

2 Tính công suất hữu ích Ph

 2 1 2,2.0,48 700 20 

79,78 W 9

h



3 Công suất tính toán của máy biến áp Stt

os

z h tt

K P S

c

 trong đó h

P





Kz- hệ số dự phòng, Kz = 1,1 – 1,15

 - hiệu suất

Ptt– công suất tác dụng tính toán

cos - hệ số công suất

, os c  xác định trên đồ thị hình 1

l2 , cos l2

      

Với 2 42 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

Với hệ số tiếp điện TĐ = 0,25

S tt T( §=0,25) 139 0,25 69,5 KVA

4 Tính điện trở vật nung Rt

t t l

R

S



 Với thép hợp kim có tính tới hiệu ứng bề mặt, với hệ số hiệu ứng bề mặt km

t m t l

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 km : 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

30.10

1,44 1

4 4.0,52.10

t a

a

f d

a

Z











từ đây có biểu thức tính km:

1 3 1,72

m

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





6 Dòng điện làm việc đi qua máy biến áp và vật nung

7 3 13618

0,514.10

t

U

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 U0

U0   U U

Áp tổn thất  tính được theo : U  U I R. tx R t

Rtx– là điện trở tiếp xúc giữa vật nung nóng và đầu kẹp

Rt– là điện trở của vật nung

Theo kinh nghiệm với dòng điện 13618 A áp  tính:U

 U 0,1U 0,1.7 0,7 V

Vậy U0 = 7 + 0,7 = 7,7 V