Структура электротехнологического процесса

Классификация электротехнологических процессов

Традиционно выделяют пять групп электротехнологических процессов (рис. 1.1).

Электротермия

Электротехнология

  Электромехани-ческие методы

Электросварка

Электро-химические методы

Электро-физические методы

Аэрозольные технолгии

Рис. 1.1. Классификация электротехнологических процессов

В электротермических процессах используется превращение электрической энергии в тепловую для нагрева материала изделий с целью изменения их агрегатного состояния, формы или свойств.

В электросварочных процессах получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для создания неразъемного соединения деталей.

В электрохимических процессах с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка).

Электрофизические методы используют специальные физические эффекты для превращения электрической энергии как в тепловую, так и в механическую (электроэрозионные, ультразвуковые, магнитоимпульсные, электровзрывные, плазменные, электронно-лучевые, лазерные технологии).

В аэрозольных технологиях (электронно-ионных) энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке частицам и для перемещения их в заданном направлении.

Наряду с перечисленными методами в различных отраслях промышленности нашли применение технологические процессы и установки, в которых основные и вспомогательные операции реализуются за счет непосредственного механического (силового) воздействия электрического и магнитного полей на обрабатываемые изделия и материалы. Такие методы и установки можно классифицировать по виду полей, воздействующих на объекты технологической обработки: стационарные, пульсирующие, вращающиеся, бегущие.

Наиболее известны и широко применяемые электротехнологические установки (ЭТУ) используют силовое действие стационарных электрического и магнитного полей. Например, стационарные электрические поля применяются в аэрозольных технологиях (пылегазоочистка, электроокраска, электрография, нанесение порошковых покрытий), в электрических сепараторах для разделения твердых сыпучих смесей, в устройствах водоочистки.

Стационарные магнитные поля используются в магнитных сепараторах

для извлечения ферромагнитных предметов и частиц из сырья и отходов, для разделения минеральных смесей в обогатительном производстве, при водоочистке, а также для захвата или фиксации стальных заготовок и удаления металлоотходов из рабочей зоны при металлообработке.

С использованием пульсирующих магнитных полей работает ряд электродинамических устройств и некоторые виды магнитных или электродинамических сепараторов.

Воздействие импульсных электромагнитных полей применяется в устройствах для магнитоимпульсной обработки материалов давлением и при электродинамической сепарации.

Вращающиеся и бегущие магнитные поля используются в МГД-технологиях, обработке жидких металлов (перемешивание, транспортировка и т.д.), при электродинамической сепарации и водоочистке.

Перечисленные процессы и установки, использующие механическое действие электрического и магнитных полей, нашли достойное применение в самых различных отраслях промышленности (металлургия, металлообработка, машиностроение, горнообогатительное производство, природоохранные технологии).

Отличительной особенностью всех указанных электромеханических технологических устройств является то, что их рабочим телом непосредственно служат обрабатываемые изделия и материалы, т.е. отсутствуют промежуточные электромеханические преобразования энергии. Наличие такого четкого обобщающего признака позволяет классифицировать электромеханические технологические процессы и установки как отдельную группу в ряду других электротехнологических методов и установок. Очевидно, что выделяемая в традиционной классификации группа “аэрозольные технологии” поглощается более широким понятием “электромеханические методы”.

В левой части схемы (рис.1.1.) указаны процессы, основанные на преобразовании электрической энергии в тепловую.

В центре схемы (рис.1.1.) – электрохимические и электрофизические методы, в которых основные процессы под действием электрической энергии происходят на молекулярном уровне.

В правой части схемы (рис. 1.1) – методы, основанные на использовании электромагнитных сил.

Группу технологий, размещенных в центре схемы (рис. 1.1) можно разбить на подгруппы:

· первая подгруппа – методы высокоинтенсивного нагрева (электронно-лучевые, плазменные, лазерные), тяготеющие к электротермии и электросварке.

· вторая подгруппа – ионно-обменные методы (электрохимические технологии).

· третья подгруппа – электроакустические ультразвуковые методы, примыкающие к электромеханическим процессам.

Такая схема приближается к схеме идеальной классификации электротехнологических методов (электротермические, электрохимические,

электромеханические), соответствующие трем видам преобразования энергии: тепловая, химическая, механическая.

Современный электротехнологический процесс характеризуется множеством параметров, определяющих его основные технико-экономические показатели: производительность, качество конечного продукта, удельные затраты энергии и труда, массу и габариты установленного оборудования, себестоимость готовой продукции и многое другое.

Рис. 1.2. Функциональная схема электротехнологического процесса.

При этом определяющие показатели технологического процесса зависят не только от выбранного способа обработки (технологии), но в существенной мере и от параметров, и режимов работы отдельных элементов (блоков технологического оборудования).

Для создания заданного конечного продукта с требуемыми характеристиками необходимо определенным образом преобразовать электроэнергию, получаемую, как правило, от промышленной сети переменного тока.

В зависимости от вида технологического процесса первичная электроэнергия преобразуется в конечном виде в энергию химических связей, механическую энергию, либо во внутреннюю энергию. Нередко процесс преобразования энергии является многократным. Например, при лазерной резке электрическая энергия первоначально превращается в энергию когерентного светового излучения, которая, воздействуя на деталь, разогревает либо испаряет материал детали, совершая тем самым механическую работу. При ионном азотировании на поверхности обрабатываемых деталей образуются химические соединения обрабатывающей газовой среды с материалом деталей при одновременном ускорении диффузионных процессов в обрабатываемом материале. Таким образом, между обрабатываемым изделием и источником электроэнергии, как правило, присутствует определённая среда (газовая, жидкая, световая и т.д.), характеристики которой определяют характеристики нагрузки преобразователя электроэнергии.

Задача преобразователя электрической энергии: согласовать электрические параметры питающей сети с электрическими параметрами среды при обеспечении заданных условий. Качество конечного продукта существенно зависит от свойств среды, которые определяются характеристиками преобразователя электрической энергии и характеристиками дополнительного оборудования (например, откачной системы, характеристиками газовой среды в ионном азотировании).

В современной электротехнологии электроэнергия, получаемая от промышленной сети переменного тока, как правило, должна быть преобразована к виду, удобному для потребления (электрическая энергия постоянного тока с заданными параметрами, импульсная электроэнергия, энергия переменного тока повышенной частоты и т.д.). При этом через преобразователь электроэнергии передаётся основная часть либо вся энергия, потребляемая технологическим процессом, в том числе и вспомогательная энергия, выводимая из технологического контура, например в виде избыточной тепловой энергии, снимаемой с газовой среды в ионном азотировании, лазерных установках и т.д.

Таким образом, преобразователь электрической энергии оказывает

непосредственное влияние на физические характеристики технологического процесса (η, cos φ, гармонический состав потребляемого тока, несимметрию и т.д.). Нередко выходные характеристики преобразователя оказывают непосредственное воздействие на конечный продукт и могут приводить к его необратимым изменениям (браку).

При возникновении дуговых разрядов в камере ионного азотирования необходимо быстрое отключение нагрузки от питающей сети во избежание образования раковин на обрабатываемой поверхности. Скорость отключения энергии, передаваемой в нагрузку при дуговом разряде, непосредственно определяется динамическими и нагрузочными характеристиками преобразователя. В процессе технологической обработки характеристики среды, в которой происходит процесс, непрерывно изменяются самопроизвольно, либо по программе, определяемой видом технологии. Наблюдаются плавные самопроизвольные изменения (деформация ВАХ

среды с ростом температуры, давления и т.д.), либо скачкообразные изменения (переход одного вида разряда в другой при ионном азотировании, образование контактных точек при электроконтактной сварке и т.д.). Таким образом, существует некоторая обратная связь со стороны нагрузки, поэтому выходные характеристики преобразователя должны отвечать требованиям, определяемым не только статическими, но и динамическими параметрами среды (нагрузки преобразователя).

Таким образом, преобразователь электрической энергии является

одним из главных, определяющих звеньев технологической цепи, оказывающих влияние на основные технико-экономические характеристики технологического процесса. Часто не удаётся оптимальным образом организовать электротехнологический процесс, приспосабливая к требованиям технологии известные типы преобразователей. Поэтому актуальна разработка новых видов преобразователей электроэнергии, наилучшим образом отвечающих задачам электротехнологии.

Дата добавления: 2014-10-22