НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
АЛМАТИНСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Методические указания и задания к расчетно-графической работе
для студентов очного обучения специальности 050718 – Электроэнергетика
(по дисциплине «Электротехнологические установки и системы»)
Алматы 2007
СОСТАВИТЕЛИ: А.В. Болотов, Е.А. Абдрахманов. Методические указания и задания к выполнению расчетно-графической работы для студентов очной формы обучения специальности 050718 – Электроэнергетика (по дисциплине «Электротехнологические установки и системы») – Алматы, АИЭС, 2007. - 12 с.
Данная разработка включает методические указания и задания к расчетно-графической работе, а также список необходимой литературы по дисциплине «Электротехнологические установки и системы» курса «Электромеханика и электротехническое оборудование».
Содержание
Введение
1 Содержание дисциплины
1.1 «Электротехнологические установки и системы»
1.2 Методические указания к изучению теоретических вопросов
2 Методические указания и задания расчетно-графической работы
2.1 Перечень заданий для расчетно-графической работы
Список литературы
Введение
Согласно учебному плану студенты специальности 050718 - Электроэнергетика изучают курс «Электроэнергетика», являющийся профилирующим и на который выделяется 5 кредитов. В курсе «Электроэнергетика» изучаются пять дисциплин: «Электрические станции», «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита и автоматика», «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» и «Электроснабжение». Каждой дисциплине выделяется 45 часов (1 кредит): лекционные занятия 17 часов и 28 часов самостоятельной работы студентов. По данной дисциплине предусмотрена расчетно-графическая работа, состоящая из задания, предполагающего самостоятельное закрепление студентами пройденных разделов дисциплины.
К сдаче экзамена по курсу студенты допускаются после успешного выполнения и защиты расчетно-графической работы.
Цель дисциплины – показать технологические возможности преобразования электрической энергии в другие виды энергии непосредственно в обрабатываемом веществе, находящемся в твердом, жидком, газообразном или плазменном состоянии, а также основанные на этих преобразованиях технологические процессы и установки.
Задачи дисциплины – изучить процессы, протекающие в проводниках, диэлектриках, жидкости, газах и плазме под действием электрических и магнитных полей, изучить технологические установки, реализующие эти процессы для получения материалов с наперед заданными свойствами, обеспечивающие создание современных транспортных средств – автомобилей, самолетов надводного и подводного транспорта, радио – электронной аппаратуры, объектов строительной индустрии.
1 Содержание раздела: «Электротехнологические установки и системы» по направлению «Электромеханика и электротехническое оборудование»
1.1 Электротехнологические установки и системы
1.1.1 Презентация электротехнологии, динамика изменения объектов материальной культуры человечества под воздействием электротехнологии. Структура электротехнологии; решение проблем энергосбережения и экологической безопасности производственных процессов - 1 час.
1.1.2 Резистивный нагрев, нагревательные установки и контактная сварка - 1 час.
Нагрев электропроводных материалов при прохождении тока, механизм и основные закономерности процесса. Материалы с нормированной электропроводностью, нагревательные элементы электротермических установок. Регулирование резистивного нагрева, силовое оборудование. Контактная сварка металлов, энергетические и физические основы, области применения. Структура цикла контактной сварки, применяемое оборудование.
1.1.3 Индукционный нагрев проводников и высокочастотный нагрев диэлектриков - 1 час.
Нагрев проводников в переменном магнитном поле, физические основы процесса, регулирование, применяемые частоты тока, источники питания. Области применения индукционного нагрева металлов в металлургии и машиностроении.
1.1.4 Нагрев диэлектриков в переменном электрическом поле, физические основы и регулирование энергетических параметров процесса.
Области применения высокочастотного нагрева, микроволновые печи, «ожоговое» оружие. Получение плазмы. Источники питания установок индукционного и высокочастотного нагрева – 1час.
1.1.5 Электрическая дуга – энергетическая основа высокотемпературных технологических процессов - 2 часа.
Структура и энергетические характеристики электрической дуги постоянного и переменного тока, зависимость свойств дуги от условий горения, способы управления электрической дугой. Дуговые печи, печи для производства фосфора, карбида кремния, огнеупорных материалов, легирующих добавок для высококачественных сталей. Получение технологической плазмы, плазменные процессы в машиностроении (плазменная резка, напыление, наплавка), металлургии и химии. Энергетическое оборудование электродуговых установок.
1.1.6 Электрическая сварка металлов, новое поколение сварочного оборудования с микропроцессорным управлением - 1 час.
Энергетические основы сварки, виды сварочных процессов; ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка, применяемое оборудование и средства автоматизации. Вспомогательное оборудование сварочных установок.
1.1.7 Установки лазерной, электронно-лучевой и ионной технологии - 2 часа.
Принцип работы и типы лазеров. Применение лазерного излучения при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры, преобразовательной техники, для передачи информации. Лазеры при обработке поверхности металлов в машиностроении. Оборудование лазерных установок.
Физико-технические основы электронно-лучевой технологии, электронные пушки, параметры, оборудование электронно-лучевых установок. Области применения. Ионные технологии, ионное легирование, ионное упрочнение поверхностей энергетического оборудования. Состав установок, источники питания. Электрофильтры, принцип действия и области применения.
1.1.8 Электрохимические процессы при производстве и осаждении металлов- 1час.
Электролиз растворов и расплавов, физические основы и энергетические показатели, выход металлов по току и энергии. Электролиз при получении меди, цинка, алюминия, водорода. Энергетическое оборудование электролизных производств.
1.2 Методические указания к изучению теоретических вопросов
1.2.1 При изучении раздела 1.1.1 обратить внимание на появление и быстрое обновление объектов материальной культуры – компьютеров, средств мобильной связи, телевизоров, автомобилей, новых поколений транспортных средств, диагностических приборов, а также новых материалов, обеспечивающих большую долговечность различных механизмов и устройств, что является следствием широкого использования электротехнологических процессов. Обратить внимание на структуру электротехнологии и разнообразие установок и систем, управляемых с использованием компьютерной техники.
1.2.2 При изучении раздела 1.1.2 обратить внимание на различные формы математического выражения законов Ома и Джоуля – Ленца, уяснить, в чем различие в понятиях «удельная электропроводность» и «удельное сопротивление» проводников, как происходит конструирование резистивных материалов и регулирование нагрева.
Следует уяснить динамику процесса контактной сварки и роль создаваемого давления на электроды.
1.2.3 При изучении раздела 1.1.3 обратить внимание на механизм возникновения тепловой энергии в проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, влияние частоты поля на особенности нагрева, а также на размерность величины мощности, поглощаемой телом при индукционном нагреве.
1.2.4 При изучении раздела 1.1.4 обратить внимание на механизм поглощения диэлектриком энергии высокочастотного электрического поля, размерность, потребляемой энергии, способы регулирования процесса.
1.2.5 При изучении раздела 1.1.5 обратить внимание на распределение мощности в структурных элементах электрической дуги, влияние условий горения на вольт – амперную характеристику дугового разряда, различие использования энергии дуги в дуговых и рудно-термических печах, также в генераторах низкотемпературной плазмы.
1.2.6 При изучении раздела 1.1.6 обратить внимание на энергетический баланс сварочного процесса и роли различных элементов электрической дуги, на то, как формируется напряжение на сварочной дуге и почему источники питания сварочных дуг называются «источниками тока», на перечень операций, подлежащих автоматизации.
1.2.7 При изучении раздела 1.1.7 обратить внимание на плотность энергии, создаваемой лазерным излучением и пучком электронов на обрабатываемой поверхности и методы управления пространственным положением точки нагрева.
Необходимо уяснить энергетические характеристики и способы регулирования электрофильтров.
1.2.8 При изучении раздела 1.1.8 обратить внимание на размерность величин, входящих в формулу закона Фарадея, структуру напряжения на электролизной ванне, энергоемкость процессов получения различных металлов.
2 Методические указания и задания для расчетно-графической работы
При получении темы необходимо тщательно изучить перечень рекомендуемой литературы, выбрать подходящие источники и выполнить задание, наиболее полно раскрывая тему. Объем работы, представляемой на защиту – 8 – 12 стр, включая рисунки, графики, необходимые для раскрытия темы и ссылки на использованные литературные источники. Прямое копирование текста из первоисточников без самостоятельной переработки материала запрещается.
Вариант задания для каждого студента определяется последними двумя цифрами номера его зачетной книжки. Если две последние цифры номера больше чем число заданий (50), то номер задания определяется как разность вычитания цифры 50 из последних двух цифр номера зачетной книжки. Например, число заданий 50, последние две цифры номера зачетной книжки – 57, тогда 57-50 = 7. Ваше задание №7.
2.1 Перечень заданий для расчетно-графической работы
1. Два определения понятия «электротехнология», какие технологические процессы и установки по обработке материалов и получению изделий относятся к электротехнологическим, дать перечень процессов в металлургии, машиностроении, обработке диэлектриков.
2. На каких физических законах и явлениях основано действие электротехнологических установок, привести примеры энергетических преобразований.
3. Принципиальные схемы и применение электротехнологических процессов в металлургии, машиностроении, химии, для обработки материалов, диапазон энергетических параметров.
4. Виды и характеристики огнеупорных и теплоизоляционных материалов, для чего они применяются, структура теплового расчета футеровки печи. Конструктивная схема и энергетические характеристики дуговых сталеплавильных печей и печей косвенного действия.
5. Принципиальная схема и характеристики рудно-термических печей как электрической нагрузки, виды выпускаемой продукции.
6. Структура, свойства и способы регулирования параметров электрической дуги постоянного тока.
7. Особенности электрической дуги переменного тока, сравнение с дугой постоянного тока, меры по обеспечению устойчивости.
8. Технологическая плазма, свойства плазмы различного состава, способы получения.
9. Что такое генератор технологической плазмы, принцип действия ГТП, использующих электродуговой, индукционный и высокочастотный разряды?
10. Плазменные технологические процессы в металлургии, химии и машиностроении, схемы и энергетические характеристики.
11. Технологическая схема и энергетические характеристики плазменной резки металлов, применяемое оборудование.
12. Что такое электродуговая сварка металлов, разделка шва и образование соединений, энергетический баланс процесса?
13. Оборудование, используемое при дуговой сварке металлов, привести примеры.
14. Как подобрать электроды и сварочный ток для сварки металлов разной толщины.
15. Какие операции выполняются сварочными полуавтоматами без участия сварщика, техническая характеристика оборудования?
16. При каком напряжении и токе производится сварка металлов, обоснование параметров сварочной дуги, мероприятия по технике безопасности?
17. Что такое электролиз, в чем сущность закона Фарадея, структура напряжения электролизной ванны?
18. Что имеют общего и чем различаются химические источники ток (батарейка), аккумулятор и электролизная ванна?
19. Энергетические основы электролитического получения металлов.
20. Плотность тока на электродах электролизной ванны, диапазон значений, выход металла по току и энергии.
21. В чем отличия процессов получения меди и алюминия? Описать процессы.
22. Электролиз воды – получение экологически чистого топлива для автомобилей, схема процесса, технико-экономические показатели.
23. Механизм преобразования электрической энергии в тепловую при протекании тока по проводникам, нагревательные элементы печей сопротивления и калориферов, конструкция и области применения ТЭНов.
24. Что характеризуют понятия «сопротивление» и «проводимость», принципы конструирования резистивных и проводниковых материалов?
25. По каким параметрам и как производится регулирование мощности электротермических установок с резистивным нагревом?
26. Энергетические основы контактной сварки металлов.
27. Из каких составляющих образуется цикл контактной сварки, параметры цикла сварки металлов разной толщины?
28. Состав оборудования установок контактной сварки, диапазон применяемых параметров.
29. Физические основы нагрева проводящих материалов в переменном магнитном поле. Преобразования энергии в установках индукционного нагрева.
30. Как регулируется глубина прогрева металла при индукционном нагреве?
31. Применение индукционного нагрева в металлургии и машиностроении, источники питания и состав схем электроснабжения, привести примеры.
32. Физические основы нагрева диэлектриков в переменном электрическом поле. Какими физическими свойствами вещества определяется возможность и эффективность высокочастотного нагрева?
33. Промышленное применение высокочастотного нагрева, технологические схемы.
34. Принцип работы микроволновой печи, устройство и техника безопасности при эксплуатации ВЧ – систем.
35. Принцип действия, типы и технологическое применение оптических квантовых генераторов – лазеров.
36. Принцип работы, области применения и регулирование электрофильтров
37. Электронно-лучевая обработка, устройство и принцип действия электронной пушки.
38. Физические процессы преобразования энергии электронного пучка в веществе.
39. От чего и как зависит «дальнобойность» электронно-лучевых установок?
40. Ионные технологии в производстве изделий радиоэлектроники и средств вычислительной техники, применяемое оборудование.
41. Плазменно-ионное упрочнение поверхностей, технологические приемы и применяемое энергетическое оборудование.
42. В чем состоят достоинства электрического нагрева, какие установки относятся к электротермическим, основанным на тепловом действии протекающего тока, электрического и магнитного полей, привести примеры энергетических преобразований.
43. В чем состоит различие между жаропрочными, жаростойкими, огнеупорными и теплоизоляционными материалами, области применения материалов разных классов?
44. Обеспечение устойчивого горения и регулирование мощности электрической дуги постоянного и переменного тока.
45. Регулирование установок резистивного нагрева – электрических печей, калориферов и утюгов, принципы и технические решения.
46. Энергетические основы контактной сварки, динамика электрических параметров сварочного цикла.
47. Способы зажигания электрической дуги при электросварке, в дуговых и рудно-термических печах и установках плазменной резки металлов, схемы и параметры осцилляторов.
48. Вакуумно-дуговые печи, особенности электрических режимов, роль вакуума при плавке металлов.
49. Плазменные технологии в химии, металлургии и машиностроении, структурные схемы процессов.
Список литературы
1. Болотов А.В. Электротехнологические установки и системы. Конспект лекций.- Алматы: АИЭС,2006.
2. Болотов А.В. Шепель Г.А. Электротехнологические установки: Учебник для ВУЗов, по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий».- Москва: «Высшая школа»,1988.-336 с., ил. ISBN 5- 06 – 001270
3. Болотов А.В. Шепель Г.А. Электротехнологические установки: Учебное пособие для вузов. - Алма-Ата: Мектеп, 1983.-272с., ил.
4. Электротехнологические промышленные установки. Под редакцией А.Д.Свенчанского: Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства».- М.: Энергоиздат,1982.-400с., ил.
5. Прикладная электрохимия. Под редакцией А.П.Томилова: Учебник для студентов вузов.- М.: «Химия», 1984.-520с., ил.
6. Ширшов И. Г., Котиков В.Н. Плазменная резка.-Л.: «Машиностроение»,1987.-192с., ил.
7. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно – ионной технологии: Учебное пособие для вузов.- М.: «Высшая школа»,1988.-255с., ил. ISBN 5-06-001480 – 0
8. Слухоцкий А. Е., Немков В.С., и др. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для ВУЗов.- Л.:Энергоиздат,1981.-328с., ил.
9. Автоматическое управление электротермическими установками. Под редакцией А.Д. Свенчанского: Учебник для ВУЗов. - М. : Энергоатомиздат, 1990.-416с.:ил.
Альберт Васильевич Болотов
Еркеш Абдрахманович Абдрахманов