Основные задачи дисциплины «Промышленные электротехнологические установки»

Предметом изучения являются электротехнологические установки и электротехнологические процессы, осуществляемые с помощью этих установок, особое внимание уделено влиянию их на электрическую сеть.

Целью дисциплины является подготовка инженеров-электриков в соответствии с Государственным профессиональным образовательным стандартом, формирование знаний по физическим основам, принципам действия, схемным и конструкторским решениям и управлению работой

основных типов электротехнологических установок: электротермии, электрической сварки, электролиза, электрофизической и электрохимической обработки материалов, ультразвуковой, электронно-ионной технологии.

Задачи дисциплины: овладение теорией и практикой технологических процессов, овладение знаниями в области конструкции и принципа действия электротехнологических установок, овладение навыками электротехнических расчетов, методами измерения и контроля параметров процессов, навыками анализа показаний измерительных приборов и систем и т.п.

Материал дисциплины базируется на курсах «Физика», «Химия», «Теоретические основы электротехники», «Промышленная электроника», «Электрические машины» и используется в курсах «Электроснабжение промышленных предприятий», «Типовой электропривод», при выполнении курсовых и дипломных проектов и в практической деятельности инженера-электрика.

Содержание дисциплины. Электротехнологические процессы (электротехнология) широко применяются в народном хозяйстве и в промышленности. Электротехнология использует электрическую энергию непосредственно для технологической обработки различных изделий.

Появление в промышленности ряда новых материалов, разработанных Появление в промышленности ряда новых материалов, разработанных конструкций машин, оборудования, деталей и узлов, появление новых требований в технологии производства различных машин и и оборудования вызвало затруднение в использовании традиционных технологий. Электротехнолологические методы обработки различных изделий во многих случаях по технико-экономическим показателям превосходят многие физические и химические традиционные методы обработки материалов.

Электротехнолологические установки в общем виде – это преобразователи электроэнергии в другие виды энергии, и , именно в процессе преобразования или в результате преобразования осуществляются технологические операции. Причем, на основе различных преобразований электроэнергии созданы и создаются новые технологи. В настоящее время сильно расширилась область применения электротехнологических процессов, вытеснившие многие технологические процессы с топливным нагревом.

Переход на электротехнологию обеспечивает:

– повышение качества продукции и и производительности труда;

–проведение таких процессов, которые другим путем получить невозможно;

– улучшение санитарных условий труда;

– снижение вредного воздействия на окружающую среду.

Термины «электротехнология», «электротехнологические процессы» весьма широки, по существу они охватывают все виды процессов, которые характеризуются использованием электроэнергии, когда она превращается в тепловую, механическую или химическую виды энергии. Термин «электротехнологические установки» включает агрегаты, в которых осуществляются различные электрофизические и электрохимические процессы, а также вспомогательные электротехнические аппараты и приборы (источники питания, устройства защиты, контроля, управления и др.).

Наряду с широко применяемыми технологическими процессами таким, как электросварка, электроплавка, гальванотехника и электролиз, появились новые электротехнологические способы обработки материалов, при которых эрозия и даление частиц вещества или изменение формы изделия и другие операции происходят под воздействием электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки материала. При этих способах обработки используются тепловое и и химическое действие электрического тока, механичекое действие электрического поля на заряженные чстицы, воздействие электрического искрового разряда, воздействие электрического и электромагнитного поля на обрабатываемую деталь через кавитацию жидкости в ультразвуковых установах.

Некоторые из вновь разработанных технологических процессов являются поистинно прорывом в техническом прогрессе. До некоторого времени практически было невозможно сверление кривых отверстий в металле, сверление круглых, квадратных, прямоугольных, треугольных отверстий в алмазе, стекле, фарфоре, термореактивной пластмассе. Сейчас электротехнология стоит в ряду наиболее передовых способов обработки металлов и токопроводящих материалов.

В курсе данной дисциплины будут рассмотрены следующие основные технологические процессы и методы обработки материалов [1]:

1. Электротермические процессы, в которых используется превращение электрической энергии (ЭЭ) в тепловую для нагрева материалов и изделий в целях изменения их свойств или формы, а также для плавления и испарения.

2. Электросварочные процессы, в которых получаемая из ЭЭ тепловая энергия используется для нагрева тел в целях осуществления неразъемного соединения с обеспечением непосредственной сплошности в месте сварки.

3. Электрохимические процессы и методы обработки и получения материалов, при которых с помощью ЭЭ осуществляются разложение химических соединений и их разделение путем перемещения заряженных частиц (ионов) в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анолная и электрохимическая обработка).

4. Электрофизические методыобработки, при которых для воздействия на материалы используется превращение ЭЭ как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, магнитоимпульсная, электровзрывная технологии).

5. Аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке мелким частицам вещества с целью перемещения их под действием поля в нужном направлении, В соответствии с вышеупомянутыми электротехнологическими процессами и методами обработки материалов в курсе лекций рассматриваются следующие основные виды электротехнологического оборудования:

а) электрические печи и электронагревательные установки;

б) электросварочные установки;

в) установки для размерной электрофизической и электрохимической обработки материалов;

г) установки электроаэрозольной технологии.

Историческая справка [1]

Впервые возможность использования ЭЭ проведения технологических процессов была показана в России в 1803 г. ИВ.В.Петровым, осуществившим с помощью электрической дуги плавление различных материалов и восстановление металлов из иъ окислов.

Однако в 19 веке это открытие применялось лишь в лабораторной практике из-за отсутствия мощных источников электроэнергии. Только в конце века появились первые промышленные электропечи и электролизные установки.

Бурное развитие получила электротехнология в 20 веке. Появились: электрометаллургические процессы, электролиз, электротермическая обработка металлов и изделий.

Многие сделали в этой области как в теории самих процессов, так и в разработке и создании для них электрооборудования отечественные ученые и конструкторы.

Вот их имена.

Ижевский В.П. – создатель «русской электрической печи» для плавки цветных металлов, работы в области металлографии и термообработки.

Лодыгин А.Н. (1847-1923 г.г.) – изобретатель угольной лампы накаливания (1872 г.) , труды в области электрометаллургии. В 1908 г. в журнале «Электричество»Ладыгин А.Н. опубликовал работу по индукционному нагреву металла в тигле без сердечника. Промышленное применение индукционных печей без сердечника началось после разработки источников переменного тока повышенной и высокой частоты.

Славянов Н.Г. (1854-1897 г.г.) – создатель дуговой сварки, разработал сварку металлов металлическим электрододом (1888 г.) с предварительным нагревом изделия. Впервые применил генератор для электросварки. Славянов Н.Г. впервые дал электросварке широкое практическое применение. Он отработал технологический процесс дуговой сварки металлическим электродом, сконструировал и построил сварочные генераторы и вспомогательную аппаратуру. Работы Славянова Н.Г. получили всемирную известность, и в 1893г. он был награжден дипломом и золотой медалью на Всемирной выставке в г. Чикаго. Однако, широкое применение в промышленности в России изобретение Славянова Н.Г. получило только после 1924 г., когда в Ленинграде на заводе «Электрик» началось произодство сварочных машин и аппаратов.

Грамолин А.Ф., Штейнберг С.С. (1872-1940 г.г.) – металлурги, создатели печи для плавки стали с угольными стержневыми нагревателями, труды по обработке и легированию стали (Уральская научная школа).

Тельный С.И. – разработчик теории электрической цепи с дугой переменного тока.

Максименко М.С. – основатель рудной электротермии.

Вологдин В.П. (1881-1953 гг) – создатель индукционной плавки металлов и индукционной поверхностной закалки, высокочастотных генераторов. С помощью в/ч генераторов впервые осуществлена радиосвязь Москва – Нью-Йорк (1925 г.). Разработаны высоковольтные ртутные выпрямители. Создатель института ВНИИТВЧ, который носит его имя (г. Парголово под Петербургом). Пионер высокочастотной техники.

Патон Евгений Оскарович (1870-1953 г.г.) – создатель НИИ сварки (1934 г.). Фундаментальные труды по сварке. Автоматическая сварка под флюсом. В 1943 г. – Герой соц. Труда. Впервые построен цельносварной мост через Днепр в Киеве.

Патон Борис Евгеньевич (род. в 1918 г.), сын Патона Е.О., - создатель электрошлакового переплава. Исследования по электрошлаковой сварке и специальной электрометаллургии. Директор НИИ, дважды Герой соц. Труда.

Неоценимый вклад в развитие электротехнологии внесли отечественные ученые: А.Д. Свенчанский, И.П. Евтюкова, Фомичев Е.П., Болотов А.В., Холопов Ю.В., ЛазаренкоБ.Р., Лазаренко Н.И., Гусев В.А., и др.

Без электротехнологии невозможен технический прогресс. Высококачественные стали, жароупорные металлы и сплавы, полупроволниковые материалы для современной авиационной, ракетной космической техники, для для энергетики – все это достижения электротехнологии.

Однако, электротехнологические процессы являются весьма энергоемкими. Потребление ЭЭ на электротехнологию в настоящее время составляет 30% общего производства ЭЭ. Вместе с тем, наблюдается рост электротехнологии, поскольку эта техника будущего - это особо прочные материалы, жаропрочные изделия, точные высококачественные обработки.

Контрольные вопросы к лекции

1.Назовите основные виды преобразования электрической энергии в другие виды энергии.

2.Какие наиболее выдающиеся достижения в развитии электротехнологических установок в нашей стране Вам известны?

3.Какими основными параметрами характеризуются электротехноло­гические установки?

4.По каким признакам осуществляется классификация электротехнологических установок?

5.Назовите нормативно-технические документы, регламентирующие устройство, параметры и эксплуатацию электротехнологических установок.