Электротехнологические установки и системы
Перечислите наиболее широко применяемые линейные и пространственные полимеры, и укажите их особенности.
2. На какие классы нагревостойкости подразделяются электроизоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении?
3. Какую роль играют волокнистые материалы в электрической изоляции?
4. Какие преимущества обеспечивает применение электроизоляционной керамики и стекол?
5. Перечислите области применения пленочных и слюдяных электроизоляционных материалов?
6. Для каких целей в электротехнике используется резина?
7. На какие основные классы делятся кабельные резины?
Установки, в которых происходит превращение электрической энергии в другие виды с одновременным осуществлением технологических процессов, в результате которых происходит изменение вещества, называют электротехнологическими.
Следует отметить, что в электротехнологических процессах используются свойства самих обрабатываемых веществ и материалов: электропроводность, магнитная проницаемость, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность, теплоемкость, скрытая теплота плавления или парообразование, теплосодержание, энтальпия.
Применение электротехнологий позволяет с веществом, находящимся в каждом из агрегатных состояний (показано на нижеприведенной блок-схеме, рисунок 3.1), посредством постоянных и переменных (различной частоты) токов, постоянных и переменных электрических и магнитных полей (с широким диапазоном напряженностей) совершать бесчисленное множество операций, а именно: изменение температуры, формы, структуры, состава, изменение свойств в разных направлениях и т. д.
Рисунок 3.1 Блок-схема. Агрегатные состояния вещества
Электротехнологические установки условно можно подразделить на установки общепромышленного и специального назначения.
Основные группы электротехнологических установок общепромышленного назначения представлены на блок-схеме (рисунок 3.2)
Рисунок 3.2 Блок-схема. Основные группы электротехнологических установок общепромышленного назначения
Электротермические установки применяются в промышленности для термообработки металлов под пластическую деформацию, закалку, плавления, нагрева диэлектриков; в сельском хозяйстве для обогрева помещений различного технологического назначения; в быту (бытовые нагревательные приборы).
Один из вариантов электротермических установок - индукционная тигельная печь. На рисунке 3.3 представлена схема печи.
Индукционная тигельная печь широко применяется для плавки как цветных, так и черных металлов. Емкость печи может варьироваться от десятков граммов до десятков тонн.
Электрохимические установки применяются в промышленности при электролизе расплавов и растворов, для нанесения защитных и декоративных покрытий, элекро-химико-механической обработки изделий в электролитах.
В качестве примера на рисунке 3.4 представлена схема электролизной установки.
Явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит тока, а также процессы окисления и восстановления на электродах, сопровождающиеся приобретением или потерей частицами вещества электронов, называется электролизом.
В промышленности электролиз применяется в основном для анодного растворения металла и его катодного осаждения из растворов и расплавов.
Рисунок 3.3. Схема индукционной тигельной печи: 1 - каркас; 2 - подовая плита; 3- водоохлаждаемый индуктор; 4- изоляционный слой; 5 - тигель; 6- асбоцементная плита; 7- сливной носок; 8 - воротник; 9- гибкийтокоподвод; 10-опрные брусья |
Рисунок 3.4. Схема электролизной установки и распределение потенциала между электродами: 1- электролит; 2 - электроды; 3- источник питания; 4-проводящие шины |
Электромеханические установкиприменяются в промышленности для ультразвукового воздействия на обрабатываемый материал, магнито-импульсной обработки металлов.
Одним из примеров электромеханической установки является установка ультразвуковой очистки. Принципиальная схема представлена на рисунке 3.5.
Одним из типичных применений ультразвука в машиностроении является очистка поверхности изделий, загрязненных жировыми или мазутными пленками, покрытых осадками из продуктов сгорания топлива, ржавчиной, окалиной, оксидными пленками. Такого рода очистка выполняется обычно с помощью моющих средств, растворителей в барабанах, а также с помощью щеток. При использовании ультразвуковых колебаний очистка в ряде случаев может дать хорошие результаты при использовании воды; когда же очистка осуществляется с помощью растворителей, она ускоряется в десятки раз, причем качество ее (степень очистки поверхности) намного улучшается. Особенно эффективной оказывается ультразвуковая очистка деталей сложной конфигурации с полостями и, в частности, труб, так как механическая очистка таких деталей (например, щетками) затруднительна.
На рисунке 3.5 подвергаемую очистке деталь помещают в ванну, в которой возникают ультразвуковые колебания.
Рисунок 3.5 Принципиальная схема ультразвуковой очистки: 1 - генератор ультразвуковых колебаний; 2 - ванна, 3 - жидкость (растворитель); 4 - подвеска; 5 - очищаемая деталь |
Рисунок 3.6 Установка для электроэрозионной обработки: а - принципиальная схема; б - полная схема 1 - собственно станок; 2 - рабочая ванна; 3- стол для установки электрода-изделия; 4- электрод-изделие; 5 - регулятор подачи; 6 - источник питания (генератор импульсов); 7 - система снабжения диэлектрической жидкостью; 8 –электрод-инструмент |
Генератор колебаний может находиться под дном ванны, как показано на рисунке (в этом случае колебания передаются жидкости через дно), или в жидкости. Очистка может осуществляться как на частотах 400 - 800 кГц при применении пьезоэлектрического преобразователя, так и на более низких частотах (20 - 30кГн) при использовании магнитострикционных преобразователей.
Электрокинетические установки применяются для разделения сыпучих материалов и эмульсий, очистки сточных вод, электроокраски, электроэрозионной обработки металлов.
Как пример на рисунке 3.6 показана установка для электроэрозионной обработки металлов.
Для обработки металлов с высокими механическими свойствами применяется метод размерной обработки при непосредственном использовании теплового эффекта электрической энергии - электроэрозионная обработка. Она основана на эффекте расплавления и испарения микропорций материала под тепловым воздействием импульсов электрической энергии, которая выделяется в канале электроискрового заряда между поверхностью обрабатываемой детали и электродом-инструментом, погруженным в жидкую непроводящую среду.
Следующие друг за другом импульсные разряды определенной длительности и формы производят выплавление и испарение микропорций металла. Электроэрозионный способ позволяет обрабатывать токопроводящие материалы любой механической прочности, вязкости, хрупкости, получать детали сложных форм и осуществлять операции, не выполняемые другими методами. При его использовании значительно снижается трудоемкость по сравнению с обработкой резанием, возможно осуществление механизации и автоматизации с целью глубокого регулирования параметров процесса.
Приведенное разделение в большой степени условное, поскольку многие технологические процессы могут обеспечиваться (или сопровождаться) несколькими способами преобразования энергии, расширяя возможности электротехнологических процессов, например элекроэрозионная, магнитоимпульсная обработки металлов, электровзрывная обработка материалов и т.д.
Электротермические установки. Одной из наиболее распространенных групп электротехнологических установок общепромышленного назначения является группа электротермических установок.
Электронагрев (электротермия) объединяет разнообразные технологические процессы тепловой обработки с использованием электроэнергии в качестве основного энергоносителя.
Применение электрической энергии для нагрева имеет ряд достоинств
- существенное снижение загрязнения окружающей среды;
- получение строго заданных значений температур, в том числе и превосходящих уровни, достигаемые при сжигании любых видов топлива;
- создание сосредоточенных интенсивных тепловых потоков;
- достижение заданных полей температур в нагреваемом пространстве;
- строгий контроль и точное регулирование длительности выделения энергии;
- гибкость в управлении потоками энергии;
- возможность нагрева материалов изделий в газовых средах любого химического состава и вакууме;
- выделение тепловой энергии непосредственно в нагреваемом веществе.
Использование электронагрева вместо пламенного в некоторых технологических процессах позволяет получить большую экономию топлива и сократить количество обслуживающего персонала. Внедрение электротермии также обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, что в конечном результате приводит к повышению экономической эффективности.