Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
2. В СИСТЕМЕ "ПРОВОЛОКА-ПОКРЫТИЕ" ПРИ ЭМАЛИРОВАНИИ ИЗ РАСПЛАВА 13
2.1. Постановка задачи в приближении термически тонкого тела и ее решение 13
2.2. Анализ температурных полей проводов при постоянных температурах теплоносителя ТГ и стенок электропечи Тс 17
2.3. Численное решение задачи с переменными ТГ и Тс по длине печи 23
2.4. Влияние числа проходов на температуру эмалируемой проволоки 31
2.5. Постановка задачи в системе двух цилиндрических тел 35
2.6. Расчет температурных режимов проводов при постоянных и переменных [р , Тс Сравнение с результатами в приближении термически тонкого тела 38
2.7. Экспериментальная проверка математической модели 49
2.7.1. Влияние скорости эмалирования и степени черноты проволоки на ее температуру 56
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭМАЛЬПЕЧЕЙ 60
3.1. Состояние вопроса. Постановка задачи 60
3.2. Определение Тс по заданной мощности тепловыделений в печах с неподвижным теплоносителем 62
3.3. Определение температуры стенок рабочей камеры эмальпечи. Общий случай 80
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ПРОВОДОВ ПО ЗАДАННОЙ ОПТИМАЛЬНОЙ КРИВОЙ НАГРЕВА 93
4.1. Существующие методы обеспечения оптимальных условий эмалирования
4.2. Воспроизведение оптимальных режимов термообработки проводов 94
4.2.1. Влияние величины оО на температурный режим эмалирования проводов ПО
4.3. Обеспечение оптимальных условий термообработки проводов из решения обратной задачи тепло проводности 121
4.3.1. Влияние коэффициента теплоотдачи с наружной поверхности печи на мощность нагревателей 125
4.3.2. Тепловой расчет печей при постоянных Тг, X и при линейном законе изменения Тг , X Сравнение результатов решения прямой и обратной задач 136
4.4. Экспериментальное исследование теплообмена проволоки в вертикальном канале 144
4.4.1. Экспериментальная установка и методика исследования 144
4.4.2. Обработка экспериментальных данных и оценка погрешностей 150
4.4.3. Сравнение результатов теории и эксперимента 154
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 168
ЛИТЕРАТУРА 170
ПРИЛОЖЕНИЕ I. ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 181
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРОГРАММЫ ДЛЯ ЭВМ 183
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ ПРОВОДОВ ПО ЗАДАННОЙ КРИВОЙ НАГРЕВА 212
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТЫ ВНВДРЕНИЯ 2
Введение к работе
В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I96I-I985 годы и на период до 1990 года предусмотрено расширение производства теплостойких эмальпроводов и микропроводов.
Эмалированные провода - одна из важнейших групп кабельной продукции, обеспечивающая развитие электротехнической, радиотехнической, электронной, авиационной и других отраслей промышленности.
Важным достижением в области технологии изготовления проводов является эмалирование без применения растворителей (из расплавленной смолы или смеси смол) [і].
Обычная технология эмалирования проволоки рассчитана на применение эмаль-лаков, содержащих 60-85$ растворителей. Растворители необходимы только для перевода лака в жидкое состояние и дальнейшего нанесения на проволоку, так как после наложения лаковой пленки они испаряются в печи и разлагаются с помощью каталитических элементов на простейшие составляющие [2] . Применяемые растворители токсичны. Для защиты персонала от растворителей применяются дополнительные меры: удаление их паров с помощью вентиляции, использование катализаторов для вторичного сжигания большей части выделяемых веществ. Все это требует дополнительного оборудования и, как следствие, значительно повышает стоимость конечного продукта.
Использование горячих газов для предварительного нагрева каталитических печей покрывает часть потребности в энергии, но не может компенсировать дополнительные расходы, вызванные использованием растворителей, их хранением и перевозкой [з] . С целью экономии дефицитных растворителей и предотвращения загрязнения окружающей воздушной среды ВШИКП разработана и совместно с заводами "Южкабель" и "Рыбинсккабель" внедрена технология эмалирования проволоки полиэфирной изоляционной смолой без применения растворителей - путем нанесения ее из расплава [4І . Отсутствие растворителей снижает себестоимость проводов и улучшает условия труда [її. Например, при эмалировании прямоугольных проводов использование расплава смолы ТС-І позволяет только на одном эмальагрегате сэкономить в год около 20 тонн растворителей, экономятся средства на транспортные расходы и тару для растворителей, на обслуживание и замену катализаторов[5]. Применение термореактивных смол - один из путей снижения себестоимости изделий, так как в структуре себестоимости кабельной продукции 85$ составляют затраты на материалы, поэтому снижение себестоимости - это, в первую очередь, снижение материалоемкости [б] .
В расплавленном состоянии при 140-180°С, т.е. рабочих температурах наложения, указанные смолы (например, ТС-І, ПЭИ-25) не подвергаются физико-химических изменениям ; в то же время они обладают способностью переходить в неплавкое и нерастворимое состояние при повышенных температурах в печи эмалировочного агрегата и образовывать эмалевую изоляцию на проволоке, обладающую необходимыми механическими и электроизоляционными характеристиками [I, 2, Ч, 7-Ю] .
Метод эмалирования составами без применения растворителей весьма перспективен [її] и может быть использован при производстве эмалированных проводов практически любого класса нагрево-стойкости [2] .
Основными процессами изготовления эмальпроводов с высоко прочной изоляцией являются: наложение смолы с помощью калибров и термообработка проволоки с нанесенной смолой, при которой происходит образование пространственной структуры в эмалевой изоляции [2, 9].
В настоящее время отсутствует методика теплового расчета эмальпечей, которая позволяла бы провести тепловой расчет печи, обеспечивающей процесс термообработки проводов по заданной оптимальной кривой нагрева. Поэтому основной целью данной работы является создание такой инженерной методики. В связи с этим работа направлена на решение следующих задач:
- расчет нестационарного температурного поля системы "проволока-покрытие" при радиационно-конвективном способе подвода энергии, т.е. при известных полях температуры газового теплоносителя и стенки рабочей камеры печи;
- тепловой расчет эмальпечей при известном законе распределения мощностей нагревателей;
- определение температурных полей теплоносителя, стенки рабочей камеры печи, мощности нагревателей по заданной кривой нагрева провода для печей как с проходящей, так и с циркуляционной схемой движения теплоносителя;
- экспериментальная проверка предложенной инженерной методики, позволяющей рассчитать процесс термообработки проводов по заданной кривой нагрева при эмалировании из расплава термореактивных смол.
Автор защищает:
- результаты численного исследования сопряженного теплообмена системы "проволока-покрытие" при радиационно-конвективном способе подвода энергии ;
- инженерную методику теплового расчета процесса термообработки проводов по заданной оптимальной кривой нагрева при эмалировании из расплава термореактивных смол в камерах эмальпечеи как с проходящей, так и с циркуляционной схемой движения теплоносителя ;
- результаты экспериментального исследования теплообмена проволоки в вертикальном канале прямоугольного сечения.
