Строительные материалы

Архив рубрики «Прочие статьи»

НАГРЕВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
Метод нагрева металлов в электролите основан на явле. нии нагрева катода (изделия) при пропускании через электролит постоянного тока повышенного напряжения (200—300 В). Анод — ванна из нержавеющей стали. Катод нагревается в результате выделения на нем водорода, который образует вокруг катода газовый слой с высоким омическим сопротивлением, что вызывает выделение большого количества тепла. Это тепло расходуется главным образом на нагрев катода. Непременным условием разогрева катода должна быть разность плотностей тока на аноде и катоде. На аноде она должна быть меньше, чем на катоде.
Скорость и другие характеристики нагрева зависят от состава электролита, температуры ванны, напряжения, плотности. тока и качества поверхности нагреваемой детали —катода.
В электролитах можно осуществлять как сквозной, так и поверхностный нагрев деталей.
Принципиальная схема установки с машинным генератором приведена на рис. 11.12. Характер изменения силы тока в непи при изменении напряжения приведен на рис. 11.13. На кривой рис. 11.13 можно выделить три участка. Первый соответствует обычному электролизу. Зависимость между напряжением и силой тока в этот период подчиняется закону Ома. При дальнейшем увеличении напряжения на катоде интенсивно выделяются пузырьки водорода и электролит контактирует с поверхностью катода только в отдельных местах. При образовании пузырьков и их отрыве между эдектролитом и катодом возникают искровые разряды, приводящие к колебанию тока в цепи (первая фаза нагрева). Выделяющиеся пузырьки водорода создают местные разобщения электролита и катода, поэтому прохождение тока происходит в отдельных местах катода. Это приводит в быстрому нагреву прилегающего к катоду тонкого слоя электролита и образованию паровой оболочки вокруг катода. В этот момент (вторая фаза) сила тока снижается, что сопровождается конденсацией паровой оболочки. Оболочка во второй фазе становится устойчивой.
Электролитические процессы, протекающие при пропускании постоянного тока через электролиты, сопровождаются непрерывным выделением в газовую оболочку ионов водорода и металла, что обусловливает самостоятельную проводимость газовой оболочки.
Ч Электрический ток проходит через нее в виде искровьих разрядов,
что сопровождается резким локальным возрастанием давления
газа и температуры поверхности катода.

Индукционный нагрев стальных заготовок часто используют и для термообработки, например закалки. Закалка проводится с целью повышения твердости поверхностных слоев с сохранением мягкой сердцевины, что достигается при нагреве поверхностных слоев и быстром охлаждении в воздушной, масляной или водяной среде. Характеристики нагрева приведены в табл. 11.2.
Для сокращения расхода электроэнергии можно рекомендовать предварительный подогрев массивных изделий в газовых печах, что будет сопровождаться также увеличением глубины закаленного слоя.
11.8. ЭЛЕКТРОКОНТАКТИ ы й НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ
Помимо индукционного, в кузнечно-прессовых цехах получил распростра нение электроконтактный метод нагрева металлов, имеющий ряд преимуществ перед другими методами, его стоимость на ЗО % ниже стоимости индукционного нагрева вследствие меньшего расхода электроэнергии, составляющего 300—350 кВтч/т. Стоимость оборудования в 1,5 ниже стоимости оборудования для индукционного нагрева.
Этот вид нагрева осуществляется непосредственной передачей тока от питающей сети к заготовке через рабочие контакты нагревательных установок. Практически этот способ нагрева заготовок постоянного, а иногда и переменного сечения может быть использован для всех операций обработки металлов давлением, а также и многих видов термообработки. Существуют установки, в которых нагрев цилиндрических и прямоугольных прутков и полос совме- щается с операциями пластичной деформации: гибкой, осадкой, плющением, отгяжкой, рубкой, навивкой спиральных ПруЖИН. Электроконтактный способ нагрева наиболее целесообразно про-
водить в массовом производстве. К недостаткам этого нагрева относят трудность в достижении равномерного нагрева концов заготовок, зажатых в медные или медно-графитовые контакты, и ограничение размеров заготовок, которое определяется отношением длины заготовки 1 к диаметру ‘1. При 141’ ‚ 1 КПД уменьшается до 50 %. Расход электроэнергии при нагреве коротких заготовок меньше (до 500—600 кВтч/т).
В качестве источников питания могут быть использованы источники постоянного и переменного тока промышленной и повышенной частоты. При нагреве постоянным током улучшается равномерность нагрева, так как ток равномерно распределяется по сечению проводника. Однако его применение ограничено возможностью получения постоянного тока большой силы, что усложняет и удорожает установку. При использовании повышенной или высокой частоты в заготовке индуцируются (наводятся) вихревые токи (токи Фуко), что позволяет осуществить комбинацию электроконтактного нагрева с индукционным. Однако использование токов высокой частоты усложняет и удорожает установку. Поэтому для питания установок чаще всего используют токи промышленной частоты.
190
Схема установки (пО Г. С. Ковреву)
приведена на рис. 11.9.
Заготовка З зажата в контактах
2 и 4, к которым подведено напряжение
от понижающего трансформатора.
Оптический пирометр 1
или другой какой-либо датчик
температуры включен в цепь усилятеля
5 таким образом, что при
увеличении температуры заготовки
напряжение на выходе усилителя
уменьшается. Это сопровождается
уменьшением напряжения на управляющем
электроде тиристора,
который закрывается, разрыва я первичную цепь тра нсформатора. При остывании заготовки усилитель увеличивает напряжение на управляющем электроде, и тиристор открывается. В цепи имеется два тиристора, по одному на каждый полупериод переменного напряжения.
Тиристоры используют и для автоматического регулирования
с изменением величины подводимого к заготовке напряжения.
Однако использование тиристоров в схемах питания электроконтактных установок снижает коэффициент мощности псследних,
а следовательно, и общий КПд.
Предельно допустимые продолжительности натрева т, исключающие перегрев или оплавление, в зависимости от диаметра заготовок :
Для нагрева в установке холодной заготовки массой М до температуры 12 необходимо подвести к ней количество теплоты, Дж
=
здесь с —средняя тегiлоемкость, Дж/(кг.°С); т —термический КПд установки. В соответствии с законом Джоуля—Ленца
= 121?т,
где / —сила тока в цепи, А; 1? —сопротивление материала заготовки, Ом; т —продолжительность нагрева, с.
Приравняв последние две формулы, получим, что
i = ‚7 Мс12/Г?тт1.
Выразим М и Г’ через линейные размеры заготовки:
м = руiiооо = р1/1000;
=
здесь 1 и б — длина и площадь поперечного сечения заготовки, см и сы2 Рп плотность нагреваемого материала, кг/сы’; р — среднее удельное электросопротивлен ие заготовки, Ом. см.
Рис. 11.9. Схема электроконтактной установки с тиристорным управлением

Топливо и его горение
Топливом называют горючие вещества, применяемые для . лучения теплоты при их сжигании. Однако топливом считают ТОЛЬКО те горючие вещества, которые удовлетворяют всем дующим условиям: 1) при сгорании выделяют достаточно большое количество теплоты; 2) не дают продуктов сгорания, губителыiо действующих на окружающий растительный и животный мир; 3) встречаются в больших количествах в природе или легко полу. чаются при переработке других веществ; 4) легко добываются и траiспортируются па большие расстояния; 5) быстро воспла-, меняются.
Топливо, добываемое из недр земли в готовом виде, называют естественным, а получаемое путем переработки горючих веществ и природного топлива — искусственным.
Как естественное, так и искусственное топливо подразделяют на твердое, жидкое п газообразное (табл. 5).
По назначению топливо делят на энергетическое и технологическое. К энергетическому относят все низкосортные топлива,
Таблица 5
)
Бензин, керосиii, тяжелое нефтяное топливо (дизельное топливо, газойль, соляровые масла, моторные топлива). мазут и котельное топливо
Газы: светильный, коксовый, доменный, генераторный, смешанный, газы нефтеперерабатывающих заводов и подземной газифи нации ископаемых
углей ч т. п.
(
торые можно сжнгать ва электростанциях, в производствеюIво(о .ютоныХ и других тепловых установках в натуральном виде или юксле переработки. Это антрацит, некоксующиеся слабоспекающиеся и бурые угли, торф, природный газ, а также продукты
а юiерсработки других топлив. К технологическому топливу относят высокосортное топливо и коксующиеся угли. По методу
1 добычи и потребления различают местное и привозное 10П
-] ливо.
До неданвего времени потребность в топливе наша страна удовлетворяла в основном за счет ископаемых углей. В последнее
1 время в структуре топливного баланса произошли существенные изменения, продиктованные экономическими соображениями. Все большую роль в топливном балансе играют нефть, природный газ.
Составные части топлива. Топливо состоит из органической и минеральной частей.
Орган ическую часть топлива составляют следующие химические
элекiенты: углерод (С); водород (Н2); кислород (02); азот (Ь2)
н сера (5). Топливо может состоять из смеси всех этих элементов
или части их. Так, органвческую массу кокса и древесного угля
в основном составляет углерод; нефти и продуктов ее переработки,
в также газообразных углеводородов — углерод и водород;
различных видов природных твердых топлив — углерод, водород
н кислород.
Наиболее ценные из перечисленных элементов — углерод и водород. Содержание углерода в топливе 50—90% для твердого и 85—87% для жидкого топлива. Он является основным горючим элементом органической части топлива, так как при его сгорании
1 выделяется наибольшее количество теплоты. Большое количество теплоты при сгорании топлива выделяет также водород, но его в топливе содержится значительно меньше (до 6,5% в твердом и до 25% в жидком топливе). Кислорода в жидком топливе содержится до 2%, а в твердом — до 42%. Он не горит, а следовательно, наличие кислорода в топливе нежелательно. То же относится и к азоту, содержание которого в отдельных видах топлива доходит до 3%. Кислород и азот являются внутренним балластом топлива. Сера, содержание которой в топливе достигает иногда 14%, при сгорании выделяет теплоту. Однако наличие ее в топливе нежелательно, так как при ее сгорании образуется сернистый газ и серная кислота, которые вызывают сильную коррозию металлов и губительно действуют на окружающий животный и растительный мир.
Минеральную часть топлива составляют вода и минеральные првмеси, которые являются внешней балластной частью (внешним балластом) топлива.

Газовые законы
Идеальные и реальные газы. Превращение теплоты в механическую работу в тепловых установках происходит при участии рабочего тела, которым является газ или пар. Газы, которые встречаются на практике, называют реальными. Молекулы этих газов имеют конечный объем, между ними существуют силы притяжения, существенно влияющие на их параметры. Молекулы
газа, заключенного в сосуд, находятся в непрерывном хаотическом движении. При этом они сталкиваются друг с другом и со
стенками сосуда. Таким образом, молекулы обладают кинетической энергией хаотического движения. А так как между молекулами существуют силы сцепления, то они обладают еще и определенной потенциальной энергией взаимодействия, которая зависхiт от расстояния между ними. для простоты изучения свойств газообразного рабочего тела введено понятие — идеальный газ.
Идеальным называют воображаемый газ, в котором молекулы рассматриваются как материальные точки (обладающие массой, но не имеющие объема), между которыми отсутствуют силы взаимодействи я.
При больших объемах и малых давлениях, когда расстояние между молекулами во много раз больше собственных размеров молекул, а также при высоких температурах, когда интенсивность хаотического движения молекул велика и поэтому молекулы слабо взаимодействуют между собой, складываются условия, при которых реальный газ можно с некоторым приближением считать идеальным. Это позволяет вести расчеты для реальных газов по уравнениям, выведенным для идеальных газов, что упрощает сами расчеты и понимание сущности процессов, протекающих в газах. В связи с этим изучение термодинамическых свойств идеальных газов имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение.
Основные параметры рабочего тела. Наиболее важными параметрами, хара ктерiiзующями газообразное вещество, являются давление? температура и удельный объем. Эти параметры взавмосвязаны, и знание двух из них позволяет определить третий.
Давление. В результате хаотического движения молекулы газа систематически ударятотся о стенки заключающего их сосуда.
90
Суммарное действi:е всех ударяющихся молекул определяет давУiеНие газа на стенки сосуда. давление газа измеряют такими же приборами и в тех же единицах (Па), что и давление жидкости.
Температура. Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул характеризует температуру газа. Чем витенсiiвней движутся его молекулы, т. е. чем больше кинетическая энергия хаотического движения, тем выше температура. В Международной системе (СИ) в качестве единицы температуры принят кельвин (К). По термодивамической шкале один кельвин равен 1/273,15 части тройной точки воды. Тройной точкой называется температура, при которой все три фазы вещества (твердая, жидкая и газообразная) находятся в равновесии.
допускается к гiрименениiо международная практическая температурная шкала Цельсия с ценой деления 1 °С. Поскольку 1 К на ‘iермодвнамвческой шкале равен 1 °С на шкале Цельсия, то температура, выраженная в кельнвиах, связана с температурой, выраженной в градусах Цельсия, следующей зависимостью:
Т = 273,15 + .
_х_=.i_. (109)
Нами взяты равные объемы газов, поэтому, разделiiв числи‚ель в знаменатель левой части уравнения на объем, получим
гае и р — плотности газов.
Так как удельный объем ‘= 1/р, то в/в = 48 или
= (111)
Удельный оббем. Этот параметр — такой же в измеряется в тех же единицах, что в для жидкости.
Киломоль. Закон Авогадро. В технической термодинамвке часто используют понятие киломоль (кмоль), т. е. количество iющества в килограммах, чiiсленво равное его молекулярной массе. Киломоль вещества с молекулярной массой равен кг, в М кг содержит М/ кмолей.
Закон Авогадро для идеальных газов заключается в следующем: все газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равных объемах одинаковое число молекул. Из этого закона следует, что массы двух равных объемов различных газов с молекулярными массами 1% и равны соответственно М1 = iп1М н М2 = т2М, где т1 в т2 — соответственно масса одной молекулы рассматриваемых газов; М — число молекул во взятом объеме.
Массы молекул дропорциояальны молекулярным массам: т1 =
гii т2 = где г — коэффициент врогiорциональности,
огда М1 = в М2 = гМр..

Основными елементами осевого насоса являются рабочее колесо 1, укрепленное на 1. Вал осевого насоса может быть расположен горизонтально ртякально. Насос оснащен направляющим аппаратом 2, в цилиндрической трубе 3. Направляющий аппарат для выпрямления потока жидкости при выходе ее из колеса. При этом часть кянетической энергии жидкости
преобразовуется в энергию давления. Рабочее колесо имеет лопасти
дошести). Эти лопасти могут быть жестко закреплены на
колеса (жес.тколопастной насос). Лопасти крупных оседела тся поворотными (поворотiiолопастной насос),
г регулировать подачу насоса при постоянной частоте
вала без уменьшения КПд.
насосы могут быть одно- и многоступенчатыми. Они изуются большой подачей, сравнительно малой высотой аия (до З м) и малым напором (до 20 м). КПд осевых насоЕ’ 90%. Такие насосы успешно работают при перекачизагрязненных жидкостей и используются в оросительных си• а также на перекачивающих станциях каналов с принудиподъемо воды.
iневые насосы. Поршневым называют объемный насос,
м рабочие органы, выполненные в виде поршней, совер. прямолинейные возвратно-поступательные движения незаот характера движения ведущего звена.
ТТ!!ТI насосы могут быть одностороннего и двустороннего
•. Поршневым насосом одностороннего действия называют о-поступательньюй насос, у которого жидкость вытесиз замкнутой камеры при движении рабочего органа в одну
Такой насос (рис. 46) состоит из цилиндра 4 с поршием
камеры А, имеющей всасывающююй 5 и нагнетательклапаны. На всасывающем трубопроводе б насоса имеется
устройство, состоящее из сетчатого фяльтра 8 и обратна 7.
п работы поршневого насоса одностороннего действия
я в следующем. При движении поршия вправо в рабоА создается разрежение. Под действием разности давв камере и атмосферного давления жидкость поступает по
у трубопроводу б, поднимает всасывающий клапан 5
абочую камеру. При движении гюоршня влево в ра-
создается избыточное давление, в результате чего
клапан закрываётся, а нагнетательный клапан 2
При этом жидкость из рабочей камеры вытесняется трубопровод 1.
м насосом двустороннего действия называют возюательньюй насос, у которого жидкость вытесняется камеры при движении рабочего органа в обе стороны. насос двустороннего действия (рис. 47) имеет две рамамеры А и Б, в каждой из которых установлены всасываю(1 м 7) и нагнетательные (2 и б) клапаны. При движении поршня в лево в рабочей камере создаётся избыточное давление , в результате чего октрывается.