Program OPNIScz wspomagający projektowanie nagrzewnic indukcyjnych do skrośnego nagrzewania wsadów cylindrycznych

S e ria : HUTNICTWO z. 43 N r k o l . 1156

C z esła w SAJDAK, R om uald KADZIM1ERZ K a te d r a P o d s ta w P ro c e só w M etalu rg icz n y c h W ydział M e ta lu rg ii i In ż y n ie rii M a te ria ło w e j P o lite c h n ik a Ś lą s k a

PROGRAM O P N IS c z WSPOMAGAJĄCY PR O JE K TO W A N IE NAG RZEW NIC IN DUK CYJNYCI DO SK R O ŚN EG O NAGRZEW ANIA WSADÓW C Y L IN D R Y C ZN Y C H

S tre szc ze n ie . W pracy opisano k o n s tr u k c je i podstaw ow e f u n k c j e programu k o m p u te ro w e g o OPNIScz. Program ułatw ia w y zn a czen ie param etrów e le k tr y c z ­ nych, c iep ln y ch i ek sp lo a ta c y jn y c h n a g rzew n ic oraz obliczenia układów chłodzenia, kom pensac j i mocy b ie rn e j i s y m e tr y z a c ji obciążenia. P rzedsta­

wiono w y n ik i p rzy kła d o w yc h obliczeń na g rze w n ic y do wsadów stalow ych.

Summary. The paper describes the co n stru c tio n and the basic fu n c tio n s o f O P N IScz com puter program. T his program fa c ilit a te s the determ ination o f e le c tr ic , heating and e x p lo ita tio n pa ra m eters o f the heaters. I t also m akes the ca lculation o f the cooling sy ste m , th e com pensation o f passive pow er and sym m etriza tio n easier. The r e s u lts o f the ex a m p la ry calcu la tio n s o f the heater f o r ste el charges have been p resented.

P e 3 io M e . B p a ô o T e o n n c a n a KO H CTpyK U H H h ocH O B H bie cfiy h k iik h KOMrib io T ep H O H n p o r p a M H b i OIIHHCm. n p o r p a M M a o ô j i e r M a e T p a c n e T b i 3 ji6 K T p H M e c K H x , T e ru io B b ix h 3 K c n jiy a T a u H 0 H H b ix n a p a M e T p o B H a r p e B a T e j i e S a T a n a te p a c n e T b i c x c T e M b i o x n a * f le H H H , K O M n e n c a u im p eaK T H B H O H MOfflHOCTH H CHM M eTpH pOBaHHH H a r p y 3 K H . IIp e flC T a B n e H b l p e 3 y j i b T a T b i n p H M e p n b ix p a c n e T O B H a r p e B a T e j i n «j i h c T a jib H b tx 3 a rO T O B O K .

1. WSTĘP

P rz y p r o je k to w a n iu i k o n s tru o w a n iu p iec ó w i n a g rz e w n ic in d u k cy jn y ch

• z n a c z n y j e s t u d z ia ł p r ą c o b lic z en io w y c h p r z y w y z n a c z a n iu p a r a m e tr ó w e k s ­ p lo a ta c y jn y c h , e le k try c z n y c h i c ie p ln y c h ty c h u rz ą d z e ń . O sią g n ięc ie z a ło ż e ń tec h n o lo g ic z n y c h p ro c e s u g r z e jn e g o ( r o d z a j n a g r z e w a n ia , w y d a jn o ść ,

I

t e m p e r a t u r a itp .) o r a z m in im a liz a c ja k o s z tó w bud o w y i e k s p lo a ta c ji w y m a g a-

j ą z w y k le a n a liz y w ie lo w a r ia n to w e j, w ie lo k ro tn e g o p o w ta r z a n ia z ło żo n y ch i c za so c h ło n n y c h o b lic z e ń . K o rz y s ta s ię p r z y ty m z lic z n y ch w sp ó łczy n n ik ó w , ta b lic , k a ta lo g ó w firm o w y c h , d an y ch m a te ria ło w y c h i z a le ż n o ś c i e m p iry c z ­ nych.

U ży cie p rz y p r o je k to w a n iu m ik ro k o m p u te ró w z odpo w ied n im o p ro g ra m o w a n ie m z d ec y d o w a n ie u s p r a w n ia i p r z y s p ie s z a o b lic z e n ia . Je d n e z p ie rw s z y c h w k r a ­ j u p ro g ra m ó w u ż y tk o w y ch w s p o m a g a ją c y c h p ro je k to w a n ie p iecó w in d u k cy jn y c h ty g lo w y c h i k a n ało w y c h o r a z n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h o p ra c o w a n o w Z a k ła d z ie E le k tr o te r m ii H u tn ic z e j P o lite c h n ik i Ś lą s k ie j. P ro g ra m y t e p o w s ta ły p rz y w s p ó łp ra c y z P r z e d s ię b io r s tw e m P r o je k to w a n ia i W y p o sażan ia O dlew ni " P ro d - lew ", w k tó ry m s ą s to s o w a n e g łó w n ie p r z y p ro je k to w a n iu p iecó w ty g lo w y c h s ie c io w e j i p o d w y ż sz o n e j c z ę s to tliw o ś c i do to p ie n ia ż e liw a o r a z p iec ó w k a ­ n ało w y ch do p o d g rz e w a n ia i p r z e tr z y m y w a n ia cie k łeg o ż e liw a . K o n s tru k c ję , f u n k c je i w ła s n o ś c i p ro g ra m ó w OPPIT (o b lic z e n ia p a r a m e tr ó w p iec ó w in d u k ­ c y jn y c h ty g lo w y c h ), 0PP1K (o b lic z e n ia p a r a m e tr ó w p iecó w in d u k cy jn y c h k a n ało w y c h ) i OPNISC (o b lic z e n ia p a r a m e tr ó w n a g rz e w n ic in d u k cy jn y c h sk ro ś n y c h ) p rz e d s ta w io n o w p r a c a c h [1-41. Z a w ie r a j ą one blo k i o b lic z eń e le k try c z n y c h , c ie p ln y ch , u k ła d y c h ło d z e n ia w odnego, u k ład ó w k o m p e n s a c ji m ocy b i e r n e j i s y m e tr y z a c ji o b c ią ż e n ia o r a z bloki d an y ch . W p rz y p a d k a c h k o n ie c z n o ś c i p o d e jm o w a n ia d e c y z ji (np. w y b ó r m a te ria łó w , w y m iaró w u k ład u g r z e jn e g o , c z ę s to tliw o ś c i p r ą d u z a s ila ją c e g o itp .) p r o j e k t a n t w sp o m ag an y j e s t n iezb ęd n y m i in f o r m a c ja m i i z a le c e n ia m i.

2. KONSTRUKCJA I FUNKCJE PROGRAMU

P r o g r a m O PN IScz s ta n o w i z m o d y fik o w a n ą i r o z s z e r z o n ą w e r s j ę p ro g ra m u OPNISC [4], Z o s ta ł n a p is a n y w ję z y k u GFA B asic n a k o m p u te r ATARI 1040 ST, u ży w an y p r z e z z le c e n io d a w c ę p r a c y (PPiWO "P ro d le w "), w ra m a c h k t ó r e j p r o g ­ ra m p o w s ta ł [5]. P rz y g o to w a n o ró w n ie ż w e r s j e n a k o m p u te r IBM PC. T e k s t ź ró d ło w y m a o b ję to ś ć p o n a d 2 4 0 kB. P r o g r a m z a w ie r a p o n ad 110 p r o c e d u r ob ­ licz en io w y c h , g r a fic z n y c h , in fo rm a c y jn y c h , o b słu g i i te s tu ją c y c h . P rz e p ły w d an y ch m ięd zy nim i o d b y w a s ię z a p o m o cą p a r a m e tr ó w p ro c e d u r i zm ien n y ch g lo b aln y c h , m a ją c y c h w a r to ś ć w c ały m p ro g ra m ie . Do n a jw a ż n ie js z y c h n a le ż ą p ro c e d u ry :

"M o c_ śred n ia" - w y z n a c z e n ie ś r e d n ie j m ocy w y d z ie lo n e j w e w s a d z ie , n ie z b ę d n e j do o s ią g n ię c ia te m p e r a tu r y k o ń c o w ej w w y m a g a ­ nym c z a s ie ,

"W ym _ciepta" - o b lic z e n ia s t r a t c ie p ln y ch ,

" P a r _ e le k tr " - w y z n a c z e n ie lic z b y z w o jó w w z b u d n ik a, p a r a m e tr ó w s c h e m a tu z a s tę p c z e g o o r a z p o d sta w o w y c h p a r a m e tr ó w e le k try c z n y c h n a g rz e w n ic y ,

"K o m p en sacja" - w y z n a c z e n ie p o je m n o śc i i m ocy b a t e r i i k o m p e n s u ją c y c h m oc b ie rn ą ,

"C hłodzenie" - o b lic z e n ia p a r a m e tr ó w u k ła d u c h ło d z e n ia w odnego.

U p ro s z c z o n y a lg o r y tm p ro g ra m u p o k a za n o n a r y s . l . D z ia ła n ie p ro g ra m u ro z p o c z y n a w c z y ta n ie n ie z b ę d n y c h do o b lic z e ń w a r to ś c i lic z b o w y ch ("T ab ­ lic e "), np. d an y ch m a te ria ło w y c h , w sp ó łc z y n n ik ó w in d u k c y jn o śc i w z a je m n e j w s a d u i w z b u d n ik a , w s p ó łc z y n n ik ó w N ag ao k i itp .

"Opis" z a w ie r a p o d s ta w o w e in f o r m a c je o p rz e z n a c z e n iu i o b słu d z e p r o g ­ ra m u .

W " Z a ło ż e n ia c h w y jśc io w y c h " o k r e ś la s ię w y m ia ry , r o d z a j (w s ad p ełn y lub ru ro w y ), m a t e r i a ł o r a z t e m p e r a t u r ę p o c z ą tk o w ą i k o ń co w ą w sad u . D la w sad ó w alu m in io w y ch , m ie d z ia n y c h , m o się ż n y ch i s ta lo w y c h s t a ł e m a te ria ło w e s ą o b ­ lic z a n e d la p r z y j ę t e j t e m p e r a t u r y k o ń c o w e j, d la in n y ch m a te ria łó w w p ro w a ­ d z a s ię j e z k la w ia tu ry . W p rz y p a d k u s t a l i fe rro m a g n e ty c z n y c h m o żliw o śc i o b lic z e n io w e p r o g r a m u o g ra n ic z o n e s ą do t e m p e r a t u r y k o ń c o w ej w s ad u w y ż s z e j od t e m p e r a t u r y p rz e m ia n y m a g n e ty c z n e j.

O b lic z e n ia m ogą być p ro w a d z o n e w d w ó ch tr y b a c h : - z a d a n a w y d a jn o ś ć (lu b c z a s ) n a g r z e w a n ia ( tr y b "w "),

- z a d a n e p a r a m e t r y ź r ó d ła z a s il a n i a (m oc, c z ę s to tliw o ś ć i n a p ię c ie ) ( tr y b

"z").

Po w y b o rz e je d n e g o z n ic h w p ro w a d z a s ię p a r a m e t r y z a s ila n ia (c z ę s to tliw o ś ć , n a p ię c ie , s p ra w n o ś ć t o r u z a s ila ją c e g o i ź r ó d ła ) . M ożna p rz y ty m s k o r z y s ta ć z z a le c e ń d o ty c z ą c y c h w ła ś c iw e j c z ę s to tliw o ś c i o r a z d an y ch z n am io n o w y ch ź r ó d e ł z a ś ila n ia .

D e cy z ję o r o d z a j u n a g r z e w a n ia - p rz e lo to w y m (posuw ow ym ) n w sad ó w (r y s .2 a ) lub s ta c jo n a r n y m (jed n o c ze sn y m ) p o je d y n c z e g o w s a d u (ry s .2 b ) p o d e jm u je s ię n a p o d s ta w ie p o ró w n a n ia p r z y ję te g o c z a s u n a g r z e w a n ia w sad u , z w y m ag an y m , w y n ik a ją c y m z w y d a jn o ś c i p ro c e s u te c h n o lo g ic z n e g o . P o d s ta w ą do p r z y ję c i a c z a s u n a g r z e w a n ia s ą w a r to ś c i z a le c a n e , w y z n a c z a n e z z a le ż n o ś c i p rz y b liż o n y c h [6,7],

P o d p o w ied zi u ł a t w i a ją ró w n ie ż p r o je k ta n to w i w s tę p n y w y b ó r p o d sta w o w y c h w y m ia ró w w z b u d n ik a , g ru b o ś c i w a r s tw o g n io trw a ły c h i te rm o iz o la c y jn y c h , g ru b o ś c i s z c z e lin y p o w ie tr z n e j i d łu g o śc i u z w o je n ia ("W ym iary w z b u d n ik a").

R y s.l. U p ro s z c z o n y a lg o r y tm p ro g ra m u OPNIScz

J - n a g r z e w a n ie je d n o c z e s n e , K - k o n ty n u a c ja , O - o b lic z a n ie s t r a t c ie p ln y c h , P - n a g rz e w a n ie p rz e lo to w e , PP - p o d p o w ied z, Pw - p o w ró t, W - w y d ru k , Z - z a k ła d a n ie s t r a t c ie p ln y ch

F ig .l. T h e s im p lif ie d a lg o rith m o f OPNIScz p ro g ra m

J - s im u lta n e o u s h e a tin g , K - c o n tin u a tio n , O - c a lc u la tin g th e h e a t lo s s e s , P - c o n s ta n c e h e a tin g , PP - s u g g e s tio n , Pw - r e t u r n , W - p r i n t o u t, Z - a ss u m in g th e h e a t lo sse s

o ) 1 z 4 3 c j

R y s .2. N a g rz e w n ic a in d u k c y jn a p rz e lo to w a (a) i s t a c jo n a r n a (b) o r a z p r z e ­ k r o je p o p rz e c z n e p rz e w o d ó w n a w o jo w y ch (c)

1 - u z w o je n ie w z b u d n ik a, 2 - w sad , 3 - m a te r ia ł o g n io trw a ły , 4 - m a ­ t e r i a ł te rm o iz o la c y jn y , 5 - p ro w a d n ic a w sad u

F ig .2. C o n sta n ce in d u c tio n h e a t e r (a) and s t a ti o n a r y in d u ctio n h e a t e r (and c r o s s s e c tio n o f th e w ind w ir e s (c)

1 - in d u c to r w in d in g , 2 - c h a rg e , 3 - r e f r a c t o r y m a te ria l, 4 - h e a t - in s u la tin g , 5 - c h a r g e g u id e

S t r a t y c ie p ln e u k ład u w z b u d n ik - w s ad ( " S tr a ty c ie p ln e") m ogą być z a k ła d a n e ( tr y b "Z") lub o b lic z a n e ( tr y b "O"). W d ru g im p rz y p a d k u s t r a t y w y z n a c z a n e s ą d la p r z y j ę t e j t e m p e r a tu r y ś r e d n ie j u z w o je n ia w z b u d n ik a o r a z z n a n e j t e m p e r a tu r y k o ń c o w ej i e m is y jn o ś c i w sad u . W yłożenie o g n io trw a łe m oże być u w a rs tw io n e (do 4 w a r s tw ) , o z ró ż n ic o w a n y c h g ru b o ś c ia c h i p r z e - w o d n o ś cia ch c ie p ln y ch . R o d z a j m a te r ia łu j e s t w y b ie ra n y n a p o d s ta w ie in f o r ­ m a c ji w y ś w ie tla n y c h n a e k ra n ie m o n ito ra . W ynikiem o b lic z eń s ą n ie ty lk o s t r a t y i s p ra w n o ś ć c ie p ln a , le c z ró w n ie ż t e m p e r a tu r y ś re d n ie i ro z k ła d te m p e r a t u r w w a r s tw a c h w y ło ż en ia.

P a r a m e tr y e le k try c z n e n a g rz e w n ic y w y z n ac z o n e s ą w t r z e c h e ta p a c h :

- w p ie rw sz y m , n a p o d s ta w ie o b lic z e ń p a r a m e tr ó w e le k try c z n e g o sc h e m a tu z a s tę p c z e g o u k ład u w z b u d n ik - w s a d , p r z y jm u je się lic z b ę z w o jó w u z w o je ­ n ia w zb u d n ik a,

- w d ru g im , po w y b o rz e je d n e g o z c z te r e c h r o d z a jó w p rz e w o d u p ro filo w e g o ( ry s .2 c ) i je g o w y m ia ró w , o b lic z a n e s ą p o d sta w o w e w ie lk o ści e le k try c z n e c h a r a k te r y z u ją c e n a g rz e w n ic ę , m .in . r e z y s t a n c j a , r e a k t a n c j a i im p e d a n c ja z a s tę p c z a , n a tę ż e n ie p rą d u , w sp ó łc z y n n ik m ocy, m oc, sp ra w n o ś ć (p .3 , ta b .4 ) . D obór p rz e w o d u u ł a t w i a ją in f o r m a c je o p ro d u k o w a n y m w k r a ju a s o rty m e n c ie m ie d z ia n y ch p rz ew o d ó w n a w o jo w y c h i ich w y m ia ra c h .

- w tr z e c im , po w p ro w a d z e n iu d an y ch z n am io n o w y ch k o n d e n sa to ró w , w y z n ac z a się p o je m n o ść i m oc b a te r ii k o n d e n s a to ró w o r a z p a r a m e tr y e k s p lo a ta c y jn e n a g rz e w n ic y po k o m p e n s a c ji m ocy b ie r n e j ("K o m p e n sa cja i s y m e try z a c ja " ).

W p rz y p a d k u n a g rz e w n ic z a s ila n y c h p rą d e m o c z ę s to tliw o ś c i s ie c io w e j o b lic z a s ię p o n a d to in d u k cy jn o ść d ła w ik a i p o jem n o ść b a te r ii k o n d e n s a to ­ ró w u k ład u s y m e try z u ją c e g o . D obór k o n d e n s a to ró w u ła tw ia z e s ta w ie n ie ich d an y ch znam io n o w y ch .

O b licz an ie lic z b y z w o jó w w zb u d n ik a , p a r a m e tr ó w sc h e m a tu z a s tę p c z e g o o r a z p a r a m e tr ó w e le k try c z n y c h n a g rz e w n ic y p ro w a d z i s ię ró w n o le g le tr z e m a m eto d am i: t r a n s f o r m a to r a p o w ie trz n e g o , o p o ró w w n ie sio n y ch i o p o ró w m a g n e ­ ty c z n y c h [6 -8 ], w s ta n ie "g o rący m ", tz n . d la te m p e r a tu r y k o ń c o w ej w sad u . Na p o d s ta w ie a n a liz y w yników o b lic z e ń d la k ilk u d z ie s ię c iu w a r ia n tó w w y m ia ­ ró w u k ład u w z b u d n ik - w s a d i w a ru n k ó w z a s ila n ia o r a z p o ró w n a n ia w yników o b lic z en io w y c h i d o św ia d c z a ln y c h d la kilk u r o z w ią z a ń k o n s tru k c y jn y c h n a g ­ rz e w n ic s tw ie rd z o n o , że n a jw ię k s z ą d o k ład n o ść o b lic z e ń u z y s k u je s ię m e to ­ dam i t r a n s f o r m a t o r a p o w ie trz n e g o i o p o ró w m ag n e ty cz n y ch i te w ła ś n ie m e to ­ dy z a le c a się s to s o w a ć .

Po z a k o ń c z e n iu o b lic z e ń w ie lk o ś c i e le k try c z n y c h u z y s k u je s ie d o s tę p do m enu g łó w n eg o p r o g ra m u , z a w ie r a ją c e g o n a s tę p u ją c e o p c je :

A. U kład c h ło d z e n ia B. W ydruki

C. P a r a m e tr y w y jś c io w e D. P a r a m e tr y z a s ila n ia E. W ym iary w z b u d n ik a F. O b licz en ia c ie p ln e G. W stęp n y d o b ó r p rz e w o d u H. N a p ięc ie ź r ó d ła i lic z b a z w o jó w I. D obór p rz ew o d u

J. W yniki o b lic z e ń e le k try c z n y c h K. K o m p e n sa c ja i s y m e tr y z a c ja L. K oniec o b lic z eń

O p cje C - K u m o ż liw ia ją p o w ro ty do bloków p ro g ra m o w y c h w celu zm ian y z a ło ż e ń , sk o ry g o w a n ia w y m ia ró w lu b p a r a m e tr ó w n a g rz e w n ic y . P o w ro ty t e s ą ró w n ie ż m o żliw e po k ażd y m e ta p ie w y k o n y w an ia o b lic z eń .

K o n ty n u a c ją o b lic z e ń j e s t w y z n a c z e n ie p a r a m e tr ó w u k ład u c h ło d z e n ia w o dnego (o p c ja A), p r z y z n a n e j w y d a jn o ś c i pom py w o d n e j lub n iezn an y m n a tę ż e n iu p rz e p ły w u w ody c h ło d z ą c e j ("U kład c h ło d z e n ia w odnego").

O p c ja B o b e jm u je n a s tę p u ją c e w y d ru k i p a r a m e tr ó w n a g rz e w n ic y i w y m ia ró w u k ła d u g rz e jn e g o :

A. P a r a m e tr y e le k try c z n e i e k s p lo a ta c y jn e

B. P a r a m e tr y e k s p lo a ta c y jn e n a g rz e w n ic y po k o m p e n s a c ji C. W ym iary w zb u d n ik a

D. W yniki o b lic z e ń u k ła d u c h ło d z e n ia E. B ila n s m ocy

F. W a rto śc i w s p ó łc z y n n ik ó w w m e to d a c h o b lic z en io w y c h

3. PRZYKŁAD OBLICZENIOWY

W ta b l. 1 - 7 p r z e d s ta w io n o n ie k tó r e w yniki o b lic z e ń p a r a m e tr ó w n a g ­ r z e w n ic y in d u k c y jn e j p r z e z n a c z o n e j do n a g r z e w a n ia w sad ó w sta lo w y c h o ś re d n ic y 150 mm i d łu g o śc i 6 0 0 mm. T e m p e r a tu r a k o ń co w a - 1200°C , c z a s n a g ­ r z e w a n ia ok. 9 4 0 s.

T a b lic a 1

WA R I A N T N I S c - S t / 1 0 0 0 Z A Ł O Ż E N I A WYJ Ś C I OWE R o d z a j i p a r a m e t r y w s a d u W a 1 c o w y p e t ny

S t a l

T e m p e r a t u r a p o c z ą t k o w a T e m p e r a t u r a k o ń c o w a K o n d u k t y w n o ś ć

E n t a l p i a w ł a ś c . I T - T. )

p k

G ę s t o ś ć

Wy m i a r y w s a d u

D ł u g o ś ć S r e d n i c a

T [ ° C ] 2 0. 0

T k [ Cl = 1 2 0 0 . 0 [ M S / m l = 0 . 8 [ k W h / t l = 2 1 2 . 4 [ k g / m 3 1 = 7 8 0 0 . 0

[ m] = 0 . 6 0 0 0 [ ml = 0 . 1 5 0 0

T a b lic a 2

WA R I A N T N I S c - S t / 1 0 0 0 Z A S I L A N I E

i Hz 1= 1 0 0 0 . 0 0 0 [ V ]= 4 5 0 . 0 0 0 C z ę s t o t 1 i w o ś ć

N a p i ę c i e ź r ó d ł a

S p a d e k n a p i ę c i a w t o r z e [7.1= 5 . 0 0 0 S p r a w n o ś ć t o r u z a s i l a j . [7.1= 9 5 . 0 0 0

CZA S I RO D ZA J NAGRZEW ANIA

C z a s w y d a w a n i a w s a d u [ s ] = 9 4 0 . 0 0 0

W y d a j n o ś ć [ s z t / h ] = 3 . 8 3 0

N a g r z e w a n i e : j e d n o c z e s n e

T a b lic a 3

WA R I A N T N I S c - S t / 1 0 0 0 WYMI ARY WZ B U D N I K A

G r u b o ś ć j e d n o s t r o n n a [ ml :

S z c z e l i n y p o w i e t r z n e j = 0 . 0 1 0 0

W a r s t w y o g n i o t r w a ł e j 0 . 0 2 5 0

W a r s t w y t e r m o i z o l a c y j n e j = 0 . 0 0 5 0 I z o l a c j i e l e k t r y c z n e j = 0 . 0 0 3 0 O d l e g ł o ś ć w s a d - w z b u d n i k [ m) = 0 . 0 4 3 0 Ś r e d n i c a w e w n ę t r z n a [ m] = 0 . 2 3 6 0

D ł u g o ś ć w s a d u [ m] = 0 . 6 0 0 0

D ł u g o ś ć w z b u d n i k a [ m] = 0 . 7 4 9 3

T a b lic a 4

W A R I A N T N I S c - S t / 1 0 0 0

WY N I K I O B L I C Z E Ń ELEKTRYCZNYCH METODA

T r . p o w . O p o r . w n . O p o r . m a g . W a r t . ś r .

L i c z b a z w o j ó w w z b . [ - ] 3 3 . 0 0 0 3 3 . 0 0 0 3 3 . 0 0 0 3 3 . 0 0 0 R e z y s t a n c j a « 1 0 _ 3 [ i i ] 4 5 . 1 6 7 51 . 0 9 0 4 2 . 3 4 5 4 6 . 2 0 0

R e a k t a n c j a <>10 3 [ 0 ] 3 3 1 . 5 6 0 3 1 0 . 7 2 4 3 2 0 . 3 0 2 3 2 0 . 8 6 2 I m p e d a n c j a <>10 - 3 [ f i ] 3 3 4 . 6 2 2 3 1 4 . 8 9 6 3 2 3 . 0 8 9 3 2 4 . 17 1

P r ą d w z b u d n i k a [ A ] 1 2 7 7 . 5 6 1 1 3 5 7 . 5 9 2 1 3 2 3 . 1 6 3 13 1 8 . 7 4 8 G ę s t o ś ć p r ą d u [ A / m m ]2 2 8 . 6 5 9 3 0 . 4 5 5 2 9 . 6 8 2 2 9 . 5 8 3

N a p i ę c i e w z b u d n i k a [ V ] 4 2 7 . 5 0 0 4 2 7 . 5 0 0 4 2 7 . 5 0 0 4 2 7 . 5 0 0 W s p ó ł c z y n n i k m o c y [ - ] 0 . 1 3 5 0 . 1 6 2 0 . 131 0 . 1 4 3 M o c u ż y t e c z n a I k W ] 6 6 . 1 1 0 9 3 . 3 0 8 6 7 . 0 0 0 7 5 . 0 2 3 M o c c z y n n a w z b u d n . [ k W] 9 4 . 9 1 7 1 2 2 . 7 7 8 9 5 . 5 7 6 1 0 3 . 9 7 6 M o c b i e r n a [ k v a r ] 5 4 1 . 1 5 9 5 7 2 . 6 8 1 5 6 0 . 7 7 3 5 5 8 . 0 1 0 W y d a j n . n a g r z e w , [ t / h ] 0 . 3 1 1 0 . 4 3 9 0 . 3 15 0 . 3 5 3 W y d a j n . n a g r z e w . [ s z t / h ] 3 . 7 4 6 5 . 3 1 2 3 . 8 14 4 . 2 7 1 S p r a w n o ś ć e l e k t r . [ 7 . ] 81 . 8 6 5 8 5 . 4 4 0 8 2 . 2 3 2 8 3 . 3 0 4

T a b lic a 5

W A R I A N T N I S c - S t / 1 0 0 0

P A R A ME T R Y E L E K T R Y C Z N E 1 E K SP L O A T A C Y JN E

R o d z a j m e t a l u : S t a l

M a s a w s a d u [ t 1 = 0 . 0 8 2 7

T e m p e r a t u r a p o c z ą t k o w a [ ° C ] = 2 0 . 0 T e m p e r a t u r a k o ń c o w a 10 C ) = 1 2 0 0 . 0

C z ę s t o t 1 i v o ś ć [ H z ] = 1 0 0 0 . 0

N a p i ę c i e z a s i l a n i a [ V ] = 4 5 0 . 0 N a p i ę c i e w z b u d n i k a [ V ] = 4 2 7 . 5 Mo c c z y n n a :

- p o b i e r a n a z s i e c i [ kW ] = 1 0 8 . 3 - p o b i e r a n a z e ź r ó d ł a [ k W] = 1 0 2 . 9 - d o p r o w . d o w z b u d n i k a [ kW ] = 9 4 . 7 W s p ó ł c z y n n i k m o c y :

- p r z e d k o m p e n s a c j ą [ - 1 = 0 . 1 3 1 1 - p o k o m p e n s a c j i [ - 1 = 0 . 9 9 2 7 P r ą d w z b . ( n i e s k o m p e n s . ) [ A ] = 1 3 2 3 . 2 P r ą d ź r ó d ł a p o k o m p e n s . [ A ] = 2 3 0 . 4 S p r a w n o ś ć u k ł a d u w z b u d n i k - w s a d :

- e l e k t r y c z n a [ %) = 8 2 . 2

- c i e p l n a [ %] = 8 5 . 2

- c a 1 k o w i t a 17-1 = 7 0 . 1

S p r a w n . c a ł k . u r z ą d z e n i a [7.] = 6 1 . 8 W y d a j n . n a g r z e w a n i a [ t / h 1 = 0 . 3 1 5 4 W y d a j n . n a g r z e w a n i a [ s z t / h ] = 3 . 8 C z a s n a g r z e w a n i a [ s ] = 9 4 3 . 8 Z u ż . e n . e l e k t r y c z n , [ k W h / t ] = 3 4 3 . 4 Z u ż . e n . e l e k t r y c z n . I k W h / s z t 1 = 2 8 . 4

( o b lic z e n ia - m e to d a o p o ró w m ag n e ty c z n y ch )

T a b lic a 6

WA R I A N T N 1 S c - S t / 1 0 0 0

PA RA M ETRY E K S P L O A T A C Y J N E PO K O M PEN SA C JI

W s p ó ł c z . m o c y p o k o m p e n s . ( -

1

= 0 . 9 9 2 7 M o c P p o b i e r a n a z s i e c i [ kW ] = 1 0 8 . 3 M o c P p o b i e r . z e ź r ó d ł a [ k W ] = 1 0 2 . 9 Mo c P d o p r . d o n a g r z e w . [ k W] = 9 8 . 7 M o c Q d o p r . d o n a g r z e w . [ k v a r ] = 1 2 . 5 M o c S d o p r . d o n a g r z e w . [ k VA ] = 9 8 . 6 N a p . n a z a c i s k . w z b u d n i k a [ V] = 4 2 7 . 5 P r ą d p o b i e r a n y z e ź r ó d ł a l A 1 = 2 3 0 . 4 P r ą d b a t . k o n d e n s a t o r ó w [ A ] = 1 2 8 2 . 5

P r ą d w z b u d n i k a ( A ] = 1 3 2 3 . 2

M o c Q b a t e r i i k o n d e n s . ( k v a r ] = 5 4 8 . 3 M-oc Q z n b a t . k o n d e n s . [ M v a r l = 0 . 8 L i c z b a k o n d e n s . w b a t e r i i

1

-

1

= 1 5 . 0

(o b lic z e n ia m e to d ą o p o ró w m a g n e ty c z n y c h )

T a b lic a 7

WA R I A N T NI S c - S t / 1 0 0 0 B I L A N S MOCY

MOC U Ż Y T E C ZN A [ K w ] = 6 7 . 0 0

ST R A T Y MOCY:

- c i e p 1 n e [kW] = 1 1 .5 9 M o c w e w s a d z i e [ k W ] = 7 8 . 5 9

- w u z w o j e n i u [ kW] = 1 6 .9 8 M o c d o w z b u d n i k a [ k W ] = 9 5 . 5 8

- w k o n d e n s a t . [ kWl = 2 .1 9 - w t o r z e z a s i l . [ k W] = 5 .1 5 - w ź r ó d l e z a s . [ kW] = 5 .4 2 MOC P O B . Z S I E C I [ kW ) = 1 0 8 .3 3

(o b lic z e n ia m e to d ą o p o ró w m a g n e ty c z n y ch )

4. PODSUMOWANIE

P ro g ra m OPNIScz w z a s a d n ic z y sp o só b u s p ra w n ia p r a c e o b lic z en io w e p rz y p r o je k to w a n iu n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h do s k ro ś n e g o n a g r z e w a n ia w sad ó w . Do je g o p o d sta w o w y c h z a l e t i w ła s n o ś c i n ale ży :

- w y godne w p ro w a d z a n ie i k o ry g o w a n ie d an y ch , b a rd z o p r o s t a o b słu g a , z a b e z ­ p ie c z e n ia p r z e d w p ro w a d z a n ie m n ie w ła śc iw y c h d a n y ch ,

- lic z n e k o m u n ik a ty i p o d p o w ie d zi u ła t w i a ją c e o b słu g ę p ro g ra m u o r a z p o d e j­

m o w an ie d e c y z ji,

- m o żliw o ść w ie lo k ro tn e g o p o w ta r z a n ia f r a g m e n tó w o b lic z eń p rz y m o d y fik a c ­ j a c h d an y ch w y jśc io w y c h ,

- m o żliw o ść o b lic z a n ia p a r a m e tr ó w e le k try c z n y c h n a g rz e w n ic y ró ż n y m i m e to ­ d am i.

B udow a m o d u ło w a p ro g ra m u p o z w a la p o s z e rz y ć je g o fu n k c je , m .in . o o b li­

c z e n ia p a r a m e tr ó w w z b u d n ik ó w w ie lo w a rs tw o w y c h , w ie lo s e k c y jn y c h , do n a g r z e ­ w a n ia sz y b k ieg o itp .

LITERATURA

[1] S a jd a k Cz. i in n i: W sp o m ag an ie k o m p u te ro w e p ro je k to w a n ia p iecó w ind u k ­ c y jn y c h ty g lo w y ch . M a te ria ły III K o n fe re n c ji "B ad an ia n au k o w e w e le k - tr o te r m ii " , W isła 1988, s. 2 8 -3 9 .

121 S a jd a k Cz. i in n i: P ro g ra m OPPIK - o b lic z a n ie p a r a m e tr ó w p iecó w in d u k ­ c y jn y c h k a n ało w y c h do p o d g rz e w a n ia cie k ły ch m e ta li. M a te ria ły IV K onfe­

r e n c j i "B ad an ia n au k o w e w e le k tr o te r m ii" , W isła 1989, s. 19-29.

[3] S a jd a k Cz. i inni: W sp o m ag an ie k o m p u te ro w e p ro je k to w a n ia p iecó w i n a g ­ rz e w n ic in d u k cy jn y c h . ZN P o l.Ś l., s e r i a H u tn ic tw o n r 36, G liw ice 1992.

14] S a jd a k Cz. i inni: W spom aganie k o m p u te ro w e p ro je k to w a n ia n a g rz e w n ic in d u k c y jn y c h sk ro ś n y c h do w s a d ó w c y lin d ry c z n y c h i p r o s to k ą tn y c h . Ma­

t e r i a ł y IV K o n fe re n c ji "B a d an ia n au k o w e w e le k tro te r m ii" , W isła 1989, s . 3 0 -3 5 .

[51 K a d z im ie rz R. i inni: O p ra co w an ie p r o g ra m u do w y z n a c z a n ia p a r a m e tr ó w n a g rz e w n ic in d u k cy jn y c h do w sad ó w p r o s to k ą tn y c h i c y lin d ry cz n y c h p e łn y c h i ru ro w y c h z m e ta li n ie ż e la z n y c h i s t a l i do n a g r z e w a n ia s t a c j o ­ n a rn e g o i p rz e lo to w e g o . P r a c a N B -192/R M 1/88 I n s ty tu t M e ta lu rg ii, K a to ­ w ic e 1989.

[6] L iw iń sk i W.: N a g rz e w n ic e in d u k c y jn e sk ro ś n e . WNT, W arsz a w a 1968.

[7J S a jd a k Oz., Sam ek E .: N a g rz e w a n ie in d u k cy jn e . P o d s ta w y te o r e ty c z n e i z a s to s o w a n ie . Wyd. Ś lą sk , K a to w ice 1987.

[8] S łu c h o c k ij A .E., R yskin S .E .: In d u k to ry d la indu k cy o n n o g o n a g rie w a . E n ie r g ija , L e n in g ra d 1974.

O P N I S c z PROGRAM AIDING THE D ESIN G OF TROUGH IN DUCTIO N H EATERS FOR THE CYLIN D R IC A L CHARGES

A b s t r a c t

C a lc u la tio n w o rk s h av e a n im p o r ta n t p a r t in in d u c tio n h e a t e r s d esig n e s p e c ia lly w h en d e te rm in in g th e e x p lo ita tio n , e le c t r i c an d h e a t p a r a m e te r s . T he a c h ie v e m e n t o f te c h n ic a l a s s u m p tio n s o f th e h e a tin g p r o c e s s an d th e c o s ts m in im a liz a tio n u s u a lly r e q u ir e m u ltia lte r n a tiv e a n a ly s is . I t is a ls o n e c e s s a r y to u se n u m ero u s ta b le s , c h a r a c t e r i s ti c s , e m p iric a l d e p en d e n ce s e tc .

T he u se o f m ic ro c o m p u te rs w ith a p r o p e r s o f t w a r e s ig n if ic a n tly s h o r te n s th e tim e o f c a lc u la tio n s . One o f th e f i r s t m ic ro c o m p u te rs p r o g r a m s in P o la n d p r e p a r e d f o r c a lc u la tio n o f in d u c tio n h e a t e r s p a r a m e te r s in th e p r o c e s s o f c y lin d r ic a l c h a r g e s th ro u g h h e a tin g h av e b een p r e s e n te d in th e p a p e r. T he p ro g ra m w a s p r e p a r e d in tw o v e rs io n s f o r m ic ro c o m p u te rs : A ta ri 1040 ST (in GFA B asic) an d IBM PC (in P a s c a l). T he p ro g ra m in clu d e s o v e r 110 c a lc u la tio n , g r a p h ic , in f o r m a l an d t e s ti n g p ro c e d u re s .

T h e s im p lifie d a lg o r ith m o f th e p ro g ra m is show n in f i g .l . The c a lc u la tio n s c a n b e lea d in tw o w ays:

- know n p ro d u c tiv ity o r h e a tin g tim e , - know n su p p ly s o u rc e p a r a m e te r s .

T h e p ro g ra m m ak e s i t p o s s ib le to c a lc u la te th e p a r a m e te r s o f c o n s ta n t in d u c tio n h e a t e r s ( f ig .2 a ) a n d s t a ti o n a r y in d u c tio n h e a t e r s (fig .2 b ). It is p o s s ib le to ch o o se one o f th e t h r e e c a lc u la tio n m eth o d s. W hile ta k in g a d e c isio n th e d e s ig n e r is h e lp e d by s u g g e s tio n s d is p la y e d on th e s c r e e n f o r e x a m p le w h en c h o o sin g th e c o n d u c to r ( f ig .2 c ), r e f r a c t o r y m a te r ia ls , in d u c to r d im e n sio n s e tc . T he p ro g ra m in c lu d e s p ro c e d u re s o f e le c t r i c an d h e a t c a lc u la tio n s a n d m ak es i t p o s s ib le to d e sig n w a t e r co o lin g , r e a c tiv e p o w e r c o m p e n sa tio n an d s y m m e tr iz a tio n s y s te m s . When th e m ain p a r t o f th e c a lc u la tio n s is c o m p le te d ("ELECTRIC PARAMETERS CALCULATIONS") i t is p o s s ib le t o com e b ack t o th e p ro g ra m m enu. T h e o p tio n s C-K m ake it

p o s s ib le to c h a n g e th e a s s u m p tio n s o r c o r r e c t th e p a r a m e te r s and d im e n sio n s o f th e h e a te r . T he o p tio n A m ak es i t p o s s ib le to d e te rm in e w a t e r c o o lin g s y s te m s p a r a m e te r s . T he o p tio n B m ak e s i t p o ssib le t o p r i n t ­ o u t th e c a lc u la tio n r e s u lts .

The e x a m p la ry r e s u l ts o f th e in d u c tio n h e a t e r c a lc u la tio n s have been p r e s e n te d in t a b l e s 1-7. T he d e v ic e w a s u se d f o r h e a tin g c y lin d ric a l s te e l c h a r g e s (d ia m e te r - 150 m m, le n g th - 6 0 0 m, f in a l te m p e r a tu r e 1200°C h e a tin g tim e - 9 4 0 s). T he OPNIScz p ro g ra m w ill be c o m p le te d w ith som e new fu n c tio n s f o r e x a m p le c a lc u la tio n s o f m u ltila y e r o r m u ltis e c tio n in d u c to rs p a r a m e te r s .