Сущность электролизного технологического процесса (рис.), заключается в том, что при протекании электрического постоянного тока через электролитическую ванну может иметь место одно из явлений:
Либо происходит осаждение частиц вещества из электролита на электродах ванны (электроэкстракция)
Либо имеет место перенос вещества с одного электрода на другой через электролит (электролитическое рафинирование)
ЗАКЛАДКА
В качестве электролита используется растворы солей, кислот и оснований как правило в воде.
В электролите имеет место ионная проводимость. При подаче напряжения на электроды ионы движутся к электродам, нейтрализуются и оседают на них. При этом имеет место либо электроэкстракция либо электролитическое рафинирование.
Основное значение имеет при выборе понятие нормального потенциала.
Если электрод изготовлен из такого же металла как электролит, то при некотором потенциале между электродом и электролитом нет ни первого, ни второго процесса. Такой потенциал называется нормальный.
Если на электроды подать более отрицательный потенциал, то начинается электроэкстракция.
Если более положительный, то электролитическое рафинирование.
Электролиз применяют для получения или очистки металлов.
В количественном отношении электролизный процесс описывается тем же самым законом Фарадея.
U эл =E р +E п +U э +U с
E р - напряжение разложения
E п – сумма анодного и катодного ПН
U э – падение напряжения на электролите
U с – падение напряжения на шинах контактов электродов
U э =I∙R вн
U э =I∙(R ш +R к +R э)
P эл =I∙(E p +E п +U э +U с)
τ – время технологического процесса
E p – полезная работа
Эффективность электролизного процесса описывается массой вещества.
Сырьем для получения Znслужит цинковая обманкаZnS. Этот минерал сначала подвергают окислению, обжигу, а затем подвергают выщелачиванию.
ZnSO 4 +H 2 O(5÷6%) Проводимость у такого раствора невысока, поэтому добавляют к этому раствору 10÷12%H 2 SO 4
Электролитическая ванна выполнена из дерева или бетона и изолирована от земли.
Электролизный процесс проводится при t= 35÷40 0 C
j= 400÷600 А/м 2
На катоде появляется ПН – 1,1 В (нормальный потенциал -0,76 В)
Возникает электроэкстракция – осаждение Znна катоде.
1/g э = 3500 кВт∙ч/т
τ = 40÷50 часов
После этого Znсдирают с катода и переплавляют.
Получение Al
В качестве электролита используются не раствор, а расплав. В качестве сырья используется глинозем Al 2 O 3
t пл = 2050 0 С
Расплав этого материала имеет низкую проводимость. Поэтому в качестве электролита используют глинозем и криолит Na 3 AlF 6
t пл = 950 0 С
Ванны и электроды изготавливают из угля или графита.
I= 200÷250 кА
j= 7÷10 кА/м 2
1/g э = 14000÷16000 кВт∙ч/т
Гальванотехника
Это электротехнологический процесс осаждения металла на поверхность как металла, так и не металлических изделий с помощью электролиза.
Толщина покрытия не превышает десятков мкм.
Различают 2 разновидности:
гальваностедия
гальванопластика
Гальваностедия – омеднение, золочение, золочение, хромирование, никелирование…
Перед обработкой поверхность тщательно очищают, затем осуществляют травление кислотой H 2 SO 4 ,HCl. В качестве электролита используется раствор соли наносимого металла. Иногда добавляют кислоты и щелочи для повышения проводимости. Анод изготавливается из наносимого металла, изделие является катодом.
Происходит перенос металла с анода на катод, обработка происходит при небольших плотностях тока, не больше десятков А/м 2 .
Гальванопластика – получение точных копий с изделий.
Электродинамический эффект и электрический ветер
При воздействии ЭП на газовые и жидкие среды наблюдается их движение. Оно обусловлено передачей кинетической энергии при соударении ионов среды с нейтральными молекулами.
Это явление получило название электрический ветер для газовых сред.
Электрический ветер всегда направлен от электрода с меньшим радиусом кривизны.
Сила воздействия на электрический разряд оценивается просто:
F=E∙ρρ– плотность заряда
Установлены некоторые закономерности электрического ветра:
Импульсные установки
1.Установки электроэрозионной обработки.
2.Установки электрогидравлической обработки.
3.Установки электроимпульсной сварки.
4.Устновки магнитоимпульсной обработки металла.
5.Установки импульсной электрохимической обработки.
1.Установк электроэрозионной обработки.
Работа этих устройств основана на явлении электроэрозии,т.е разрушение обрабатываемого материала(Ме) под действием импульсов тока, протекающего между электродом обрабатываемой поверхностью, как правило в диэлектрической среде.
При протекании импульсов тока в искровом канале происходит превращение электроэнергии в тепло в искровом канале между электродам и поверхностью. Происходит нагрев, и его удаление.
Основные параметры обработки:
Частота следования импульсов от сотен до сотен тысяч Гц,
Амплитуда тока от долей до тысяч А,
Длительность импульсов от долей до нескольких тысяч секунд.
Изменением этих параметров устанавливается необходимый режим обработки. Схема1.
1-вертикальная стойка станка
2-рабочая ванна
3-стол для установки рабочей ванны, которая обеспечивает перемещение рабочей ванны по двум координатам в горизонтальной плоскости.
4-обратываемое электрод-изделие, располагающееся внутри рабочей ванны и перемещающейся вместе с ней.
5-устройство для вертикального перемещения.
6-источник высокого импульсного напряжения (периодическое, не ниже 1кВ).
7-система снабжения рабочей диэлектрической жидкостью(обычно трансформаторное масло). Система включает в себя насосы, фильтры, системы возврата жидкости, охладители.
8-электрод-инструмент, изготавливается из более тугоплавкого материала, чем электрод-изделие (вольфрам, графит).
Работа установки
Электрод-инструмент (8) подводится к поверхности изделия (4) и включается источник напряжения (6).
Т.е. к промежутку между электродом-инструментом (8), изделием (4) прикладываются импульсы высокого напряжения и в этом промежутке возникают электроискровые разряды. Эти каналы являются очень концентрированными преобразователями электрической энергии в тепловую с объемной плотностью 10^12 Дж/м3.
При этом плотность мощности 1-10^7 Вт/см2. Выделившаяся тепловая энергия приводит к нагреву, расплавлению, испарению металла изделия и его удаление с помощью рабочей жидкости. При этом многократные электрические разряды проходят послойно всю обрабатываемую поверхность. В итоге в изделии образуются углубления, которые копируют форму электрода.
В качестве источников питания используются импульсные источники питания на основе емкостных накопителей энергии.
Схема 2 .
Питание происходит от сети 220В с помощью трансформатора тока. Повышенное напряжение выпрямляется с помощью выпрямителя VD, выпрямленное напряжение используется для периодической загрузки батареи конденсатораCб. После зарядки этой емкости образуется разрядный контур, содержащий индуктивностьLpи рабочий искровой промежуток. Емкость разряжается, в разрядном контуре протекает токLp. После этого тиристорVDзапирается и процесс зарядки емкости Сб повторяется. Управление режимом обработки (шероховатость, производительность) производится путем измения мощности и частоты следования импульсов токаip.
Такие установки имеют высокую производительность и высокое качество обработки. При некоторых видах обработки такие установки незаменимы.
Недостаток: наблюдается износ электрода-инструмента.
Установки электрогидравлической обработки
Такие установки основаны на применении электрогидравлического эффекта.
Электрогидравлический эффект заключается в преобразовании электроэнергии, запасённой в ёмкостном накопителе в механическую энергию ударной волны при помощи мощного искрового разряда, который создаётся в жидкой среде (чаще воде).
Электрическая схема практически такая же как в предыдущем случае. Отличие в длине разрядного промежутка (она больше).
Параметры технологического процесса:
1)
- крутизна нарастающего тока;
2)
до 250 кА;
3)
до 100 МВт;
4)
до
Дж.
При таких параметрах искровой канал имеет характер взрыва.
Температура канала
К; Давление
МПа.
Давление передаётся жидкости.
Области применения:
а) выбивка формовочных стержней в отливках сложной формы;
б) очистка литья и различных поверхностей от окалины;
в)дробление, измельчение различных материалов;
г) утилизация железобетонных изделий.
Установки импульсной сварки
Предназначены для получения неразъёмных сварных металлических соединений путём сжатия места соединения и нагревания его до температуры плавления путём пропускания импульсного тока.
Схема процесса такая же как и в предыдущем случае. Отличие только в нагрузке. Детали практически не нагреваются.
Преимущество – локализация термического воздействия, исключается разрушение мелких сварных деталей.
Устройства магнитно-импульсной обработки
Эти установки основаны на преобразовании ЭЭ в энергию импульсного МП, затем происходит взаимодействие импульсных полей, создаваемых инструментом – индуктором, с наведённым им Эл. Током в заготовке.
В результате энергия МП превращается в механическую энергию, которая необходимым образом деформирует заготовку.
ЗУ – зарядное устройство;
- батарея индуктивностей (создаёт импульс
нужной формы);
ИН – инструмент индуктор;
З – заготовка.
Многоконтурные и одноконтурные установки
Многоконтурная установка содержит один или несколько инструментов – индукторов, выполненных в виде соленоидов.
МП соленоида, создаваемое током
наводит в заготовке ток
.
Токи взаимодействуют и обеспечивают
механические усилия и деформацию
заготовки.
- собственная индуктивность ИИ;
- активное сопротивление ИИ;
- активное сопротивление
;
- коэффициент взаимоиндукции;
- индуктивность и активное сопротивление
заготовки.
В схеме прот. ПП, он определяется методом ТОЭ. Технология операции по такой схеме используется в 3 варианте:
2) раздача (индукция внутри заготовки);
3) листовая формовка (деформируется плоская заготовка).
Одноконтурная схема:
В этом случае разрядный ток протекает непосредственно через заготовку. Заготовка – часть ИИ.
разветвляется на
и
.
Взаимодействие токов приводит к
деформации заготовки, и она приобретает
форму, показанную пунктиром.
Преимущества:
Недостатки:
Материал должен иметь высокую электропроводность;
Необходимость установки проводящих прокладок при образовании материалов, плохо проводящих эл. ток;
Трудности обработки поверхностей, имеющих разрыв для эл. тока;
Трудности с обработкой массивных заготовок.
Установки импульсной электрохимической обработки. Это рассмотренные выше электрохимические технологические процессы, в которых вместо постоянного напряжения применяется импульсное.
Электролизер– это специальное устройство, которое предназначено для разделения компонентов соединения или раствора с помощью электрического тока. Данные приборы широко используются в промышленности, к примеру, для получения активных металлических компонентов из руды, очищения металлов, нанесения на изделия металлических покрытий. Для быта они используются редко, но также встречаются. В частности для домашнего использования предлагаются устройства, которые позволяют определить загрязненность воды или получить так называемую «живую» воду.
Основа работы устройства принцип электролиза, первооткрывателем которого считается известный зарубежный ученый Фарадей. Однако первый электролизер воды за 30 лет до Фарадея создал русский ученый по фамилии Петров. Он на практике доказал, что вода может обогащаться в катодном или анодном состоянии. Несмотря на эту несправедливость, его труды не пропали даром и послужили развитию технологий. На данный момент изобретены и с успехом используются многочисленные виды устройств, которые работают по принципу электролиза.
Что это
Электролизерработает благодаря внешнему источнику питания, который подает электрический ток. Упрощенно агрегат выполнен в виде корпуса, в который вмонтировано два или несколько электродов. Внутри корпуса находится электролит. При подаче электрического тока происходит разложение раствора на требуемые составляющие. Положительно заряженные ионы одного вещества направляются к отрицательно заряженному электроду и наоборот.
Основной характеристикой подобных агрегатов является производительность. То есть это количество раствора или вещества, которое установка может перерабатывать за определенный период времени. Данный параметр указывается в наименовании модели. Однако на него также могут влиять и иные показатели: сила тока, напряжение, вид электролита и так далее.
Виды и типы
По конструкции анода и расположению токопровода электролизер может быть трех видов, это агрегаты с:
- Прессованными обожженными анодами.
- Непрерывным самообжигающимся анодом, а также боковым токопроводом.
- Непрерывным самообжигающимся анодом, а также верхним токопроводом.
Электролизер, используемый для растворов, по конструктивным особенностям можно условно разделить на:
- Сухие.
- Проточные.
- Мембранные.
- Диафрагменные.
Устройство
Конструкции агрегатов могут быть различными, но все они работают на принципе электролиза.
Устройство в большинстве случаев состоит из следующих элементов:
- Электропроводящий корпус.
- Катод.
- Анод.
- Патрубки, предназначенные для ввода электролита, а также вывода веществ, полученных в ходе реакции.
Электроды выполняются герметичными. Обычно они представлены в виде цилиндров, которые сообщаются с внешней средой с помощью патрубков. Электроды изготавливаются из специальных токопроводящих материалов. На катоде осаждается металл или к нему направляют ионы отделенного газа (при расщеплении воды).
В цветной промышленности часто применяют специализированные агрегаты для электролиза. Это более сложные установки, которые имеют свои особенности. Так электролизер для выделения магния и хлора требует ванну, выполненную из стенок торцевого и продольного вида. Она обкладывается с помощью огнеупорных кирпичей и иных материалов, а также делится с помощью перегородки на отделение для электролиза и ячейку, в которой собираются конечные продукты.
Конструктивные особенности каждого вида подобного оборудования позволяют решать лишь конкретные задачи, которые связаны с обеспечением качества выделяющихся веществ, скоростью происходящей реакции, энергоемкостью установки и так далее.
Принцип действия
В электролизных устройствах электрический ток проводят лишь ионные соединения. Поэтому при опускании электродов в электролит и включении электрического тока, в нем начинает течь ионный ток. Положительные частицы в виде катионов направляются к катоду, к примеру, это водород и различные металлы. Анионы, то есть отрицательно заряженные ионы текут к аноду (кислород, хлор).
При подходе к аноду анионы лишаются своего заряда и становятся нейтральными частицами. В результате они оседают на электроде. У катода происходят похожие реакции: катионы забирают у электрода электроны, что приводит к их нейтрализации. В результате катионы оседают на электроде. К примеру, при расщеплении воды образуется водород, которые поднимается наверх в виде пузырьков. Чтобы собрать этот газ над катодом сооружаются специальные патрубки. Через них водород поступает в необходимую емкость, после чего его можно будет использовать по назначению.
Принцип действия в конструкциях разных устройств в целом схож, но в ряде случаев могут быть и свои особенности. Так в мембранных агрегатах используется твердый электролит в виде мембраны, которая имеет полимерную основу. Главная особенность подобных приборов кроется в двойном назначении мембраны. Эта прослойка может переносить протоны и ионы, в том числе разделять электроды и конечные продукты электролиза.
Диафрагменные устройства применяются в случаях, когда нельзя допустить диффузию конечных продуктов электролизного процесса. С этой целью применяют пористую диафрагму, которая выполнена из стекла, асбеста или керамики. В ряде случаев в качестве подобной диафрагмы могут применяться полимерные волокна либо стеклянная вата.
Применение
Электролизершироко применяется в различных отраслях промышленности. Но, несмотря на простую конструкцию, оно имеет различные варианты исполнения и функции. Данное оборудование применяется для:
- Добычи цветных металлов (магний, алюминий).
- Получения химических элементов (разложение воды на кислород и водород, получение хлора).
- Очистки сточных вод (обессоливание, обеззараживание, дезинфекция от ионов металлов).
- Обработки различных продуктов (деминерализация молока, посол мяса, электроактивация пищевых жидкостей, извлечение нитратов и нитритов из овощных продуктов, извлечения белка из водорослей, грибов и рыбных отходов).
В медицине установки используются в интенсивной терапии для детоксикации организма человека, то есть для создания растворов гипохлорита натрия высокой чистоты. Для этого используется устройство проточного вида с электродами из титана.
Электролизные и электродиализные установки нашли широкое применение для решения экологических проблем и опреснения воды. Но эти агрегаты в виду их недостатков используются редко: это сложность конструкции и их эксплуатации, необходимость трехфазного тока и требования периодической замены электродов из-за их растворения.
Подобные установки находят применение и в быту, к примеру, для получения «живой» воды, а также ее очистки. В будущем возможно создание миниатюрных установок, которые будут использоваться в автомобилях для безопасного получения водорода из воды. Водород станет источником энергии, а машину можно будет заправлять обычной водой.
это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает только под действием электричества. В для получения водорода и кислорода проводят электролиз воды. Для протекания реакции необходимо поместить в электролит два электрода, подключенных к источнику питания постоянного тока:- Анод - электрод к которому подключен положительный проводник;
- Катод - электрод к которому подключен отрицательный проводник.
Под действием электрического тока вода разделяется на составляющие ее молекулы: водород и кислород. Отрицательно заряженный катод притягивает катионы водорода а положительно заряженный анод - анионы ОН - .
Деминерализованная вода, используемая в промышленных электролизных установках сама по себе является слабым электролитом, поэтому в нее добавляют сильные электролиты для увеличения проводимости электрического тока. Зачастую выбирают электролиты с меньшим катионным потенциалом, чтобы исключить конкуренцию с катионами водорода: KOH или NaOH. Электрохимическая реакция протекающая на электродах выглядит следующим образом:
- Реакция на аноде: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e − - выделение кислорода;
- Реакция на катоде: 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − - выделение водорода.
Далее, чтобы получить чистый водород и кислород, требуется разделить газы образующиеся на электродах, и для этого применяют разделительные ионно-обменные мембраны (см. рисунок). Количество получаемого водорода в два раза больше получаемого кислорода и поэтому давление в водородной полости поднимается в два раза быстрее. Для уравнивания давления в полостях применяют уравнивающую давление мембрану на выходе из электролизера, которая предотвращает передавливание водорода в полость кислорода через каналы предназначенные для циркуляции электролита.
Данный метод является наиболее применяемым методом в промышленности и позволяет получать газообразный водород с КПД от 50 до 70% производительностью до 500 м 3 /час при удельных энергозатратах 4,5-5,5 Н 2 м 3 /кВт-ч.
ЭЛЕКТРОЛИЗ НА ТПЭ
В настоящий момент к наиболее эффективным методом разделения можно отнести электролиз с применением твердо-полимерных электролитов на основе перфторированной ионно обменной мембраны.Данный тип электролизеров позволяет получать водород с КПД до 90% и является наиболее экологичным. Электролизеры с ТПЭ дороже щелочных в 6-7 раз и поэтому пока не получили свое распространение в промышленности.
Компания «Первый инженер» предлагает оборудование для производства водорода методом электролиза воды в щелочном растворе (30% гидроксид калия) – электролизные установки (промышленные генераторы водорода).
Электролиз – это самый простой и доступный способ получения водорода из существующих.
Преимущества производства водорода методом электролиза:
- экологическая чистота;
- широкий диапазон производительности установок (1÷500 Нм 3 /ч и более);
- высокая чистота производимого водорода (до 99,9999%);
- наличие ценного побочного продукта – кислорода.
Электролиз – самый распространенный и эффективный промышленный способ получения водорода. Данный метод позволяет производить водород с полезным использованием затрачиваемой электрической энергии примерно 70%.
Процесс электролиза протекает внутри гальванического элемента (камеры), разделённой на положительную и отрицательную стороны, где электрический ток протекает между металлическими электродами через проводящий жидкий электролит (водный раствор щёлочи). Положительный электрод называется анодом, а отрицательный – катодом.
Простой гальванический элемент
Половины элемента разделены смоченной мембраной, которая позволяет электрическому току течь (посредством электролита), но предотвращает перенос выделяющихся газов из одной стороны в другую.
Когда подается напряжение постоянного тока, ток протекает через жидкость, контактирующую с электродами, в результате чего происходит выделение газов:
- реакция на катоде: 2ОН – → 0,5О 2 + Н 2 О + 2е –
- реакция на аноде: 2Н 2 О + 2е – → Н 2 + 2ОН –
- суммарная реакция: Н 2 О → Н 2 + 0,5О 2 .
Внутри гальванического элемента расходуется только вода. Электролит добавляется для минимизации электрического сопротивления и для содействия реакции посредством обеспечения избытка гидроксильных ионов (см. реакцию выше), но не расходуется в процессе.
Количество газа, выделяемого на каждом электроде, находится в прямой зависимости от количества постоянного тока, протекающего через элемент. Особенность процесса щелочного электролиза – возможность работы в широких пределах нагрузки (начиная с 10% от номинальной мощности). Энергозатраты при щелочном электролизе – 4,5÷5,5 кВт на 1 Нм 3 производимого водорода.
Преимущества электролизных установок компании «Первый инженер»:
- возможность изготовления автономной установки по производству газов (в контейнерном исполнении);
- комплектация оборудования в соответствии с требованиями клиента;
- полное сопровождение проекта, включая взаимодействие с государственными контролирующими органами (при необходимости);
- поставка установок в полной заводской готовности с прохождением первичных испытаний на заводе-изготовителе;
- полная автоматизация работы оборудования и отсутствие необходимости в постоянном контроле со стороны обслуживающего персонала.
Срок изготовления
Электрооборудование металлорежущих станков отличается разнообразием, сложностью и высоким уровнем автоматизации. Наиболее массовым видом металлорежущего оборудования является сравнительно небольшое число типов станков общепромышленного назначения, повсеместно распространенных на предприятиях самого различного профиля. К ним относятся универсальные станки широкого назначения для точения, сверления, нарезания резьбы и т. д.
Электрооборудование таких станков обычно однотипно и определяется использованием простых электроприводов ограниченной мощности. В системах управления широко применяют серийную электроаппаратуру (магнитные и тиристорные пускатели, автоматические выключатели, разнообразные реле и т. п.).
В качестве примера рассмотрим основные части и электрическую схему универсального токарно-винторезного станка 1К62 (рис. 143).
Рис. 143. Общий вид (а) и схема управления (б) токарно-винторезного станка 1К62:
1 - передняя бабка; 2 - шпиндель; 3 - суппорт; 4 - задняя бабка; 5 - шит управления; 6 - ходовой винт; 7 - вал; 8 - коробка подачи; 9 - станина
Привод шпинделя 2, ходовых винта 6 и вала 7 осуществляется через коробку скоростей, расположенную в передней бабке 1, и коробку подач 8 от главного электродвигателя М 1, скрытого внутри станины 9. Мощность Ml составляет 10 кВт. Кроме главного двигателя станок оборудован электродвигателем М4 (электродвигатель быстрых ходов установочных перемещений суппорта 3), электродвигателем насоса охлаждения М2 и электродвигателем привода гидросистемы М3, подключаемым с помощью штепсельного разъема ШР. Двигатель М3 используют тогда, когда на станке применяется гидрокопировальное устройство. Задняя бабка 4 станка служит для установки второго поддерживающего центра (при обработке в центрах) или режущего инструмента для обработки отверстий (сверла, метчика, развертки). Резцы устанавливают в головке суппорта, сообщающего им продольную и поперечную подачу.
Напряжение на станок подается включением пакетного выключателя Q1. Питание цепи управления осуществляется через разделительный трансформатор Т с вторичным напряжением 110 В.
Двигатель М1 запускается кнопкой SВП, с нажатием которой включается контактор КМ. Одновременно с Ml запускается двигатель М2 (двигатель насоса охлаждения) при включенном пакетном выключателе Q2 и М3 (двигатель гидросистемы) при включенном штепсельном разъеме ШР.
Работа двигателя Ml на холостом ходу ограничивается выдержкой времени реле КТ. Обмотка реле КТ включается переключателем SO, замыкающим контакты при остановке шпинделя. Если пауза в работе превышает 3 - 8 мин, то контакт реле КТ размыкается и на контактор КМ питание не подается, и двигатель Ml останавливается, ограничивая тем самым работу холостого хода, уменьшая потери электроэнергии.
Работа двигателя М4 зависит от перемещения суппорта, который нажимает на переключатель SAB, через контакт замыкает цепь катушки контактора КМБ и включает двигатель. Возврат рукоятки суппорта в среднее положение приводит к отключению двигателя М4.
Трансформатор Т обеспечивает освещение станка напряжением 36В. Защита от коротких замыканий осуществляется предохранителями F1 - F5, а от перегрузок - тепловым реле KST1, KST2 и KST5. Двигатель М4 работает кратковременно и в защите от перегрузок не нуждается.
Электрооборудование сварочных установок
Среди большого разнообразия сварочных электроустановок широкое общепромышленное применение получили установки электродуговой сварки.
Наиболее простыми являются сварочные установки (посты) для ручной дуговой сварки . Основу электрооборудования такого сварочного поста составляет источник сварочного тока. В качестве источников применяют специальные сварочные трансформаторы, выпрямители и электромашинные преобразователи переменного тока в постоянный. Кроме источника тока в состав сварочного поста входят распределительный щит, соединительные гибкие провода и электрододержатель.
Сварочные трансформаторы по конструктивным и электромагнитным схемам подразделяют на трансформаторы: с отдельным дросселем, с совмещенным дросселем, с подвижными обмотками, с магнитным шунтом и с подмагничиванием постоянным током. Дроссели, магнитные шунты, подвижные обмотки или подмагничивание постоянным током используют в этих трансформаторах для регулировки сварочного тока.
Рис. 144. Сварочный трансформатор с подвижными катушками
Наиболее часто применяют трансформаторы с подвижными обмотками, как наиболее простые и надежные (рис. 144). Сердечник такого трансформатора - стержневого типа, шихтованный. Первичная и вторичная обмотки - слоевые, с развитой поверхностью охлаждения. Каждая обмотка состоит из двух катушек, которые могут соединяться последовательно и параллельно. На магнитопроводе 1 расположены неподвижная первичная 4 и подвижная вторичная 3 обмотки, которые ходовым винтом с помощью рукоятки регулирования тока 2 перемешаются вдоль магнитопровода, изменяя магнитный поток рассеяния, а следовательно, сварочный ток. Для повышения коэффициента мощности служит конденсатор 5.
Рис. 145. Сварочный выпрямитель:
а - внешний вид; б - электрическая схема.
Сварочные выпрямители (рис. 145) применяют при сварке на постоянном токе, представляющем более широкие технологические возможности, чем переменный ток. Основными составными частями выпрямителей являются трехфазный трансформатор, состоящий из неподвижных 3 и подвижных 2 катушек с регулировкой напряжения и блок ВБ полупроводниковых вентилей 1, собранных по схеме трехфазного моста. Сварочный ток изменяется рукояткой 5. Для охлаждения сварочною агрегата используют электровентилятор 4.
Все более широкое распространение получает полуавтоматическая сварка в среде защитных газов и под флюсом. При полyaвтоматической сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сварки. Одним из наиболее простых по конструкции и управлению является шланговый полуавтомат ПШ для сварки под флюсом (рис. 146).
Рис. 146. Электрическая схема шагового сварочного полуавтомата ПШ
В электроприводе подающего механизма использован асинхронный электродвигатель М с короткозамкнутым ротором. Двигатель через редуктор (на схеме не показан) связан с ведущим роликом ВР механизма подачи сварочной проволоки СП. Питание двигателя осуществляется от двух однофазных трансформаторов Т1 и Т2, понижающих напряжение до безопасного значения (42 В). Реверс двигателя для установочных ходов механизма подачи осуществляется с помощью переключателя ПР. Ступенчатая регулировка скорости подачи проволоки производится изменением передаточного отношения редуктора механизма.
Для управления полуавтоматом используется однокнопочный пост SB, смонтированный на рукоятке горелки. При нажатии SB срабатывает промежуточное реле Р, которое включает двигатель подачи М и силовой контактор КМ. Во время работы полуавтомата кнопка SB, не имеющая самоблокирования, должна быть нажата. При отпускании SB сварочный трансформатор отключается. Общий выключатель и аппараты на схеме не показаны.
При сварочных работах выполняют ряд условий по соблюдению правил охраны труда и техники безопасной работы. Если электросварочные работы проводят внутри помещений, то они должны быть хорошо вентилируемые. Электросварщик должен работать в специальной одежде (брезентовом костюме, рукавицах, ботинках), для защиты глаз и лица использовать щиток-шлем или маску с защитными стеклами.
Сварочный агрегат и его аппаратуру осматривают и чистят не реже одного раза в месяц. Ремонт сварочного оборудования выполняют в соответствии с графиком, утвержденным главным энергетиком предприятия.
При текущих ремонтах установки измеряют сопротивление изоляции электрических цепей, а после капитального ремонта изоляцию испытывают на электрическую прочность.
Электролизные установки
Электролиз - это электрохимический процесс окисления-восстановления на погруженных в электролит электродах при прохождении через него электрического тока. Электролиз осуществляют в специальных аппаратах-электролизерах.
Электролизер представляет собой сосуд или систему сосудов, наполненных электролитом с размещенными в нем электродами - катодом и анодом, -соединенными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока. Процесс электрохимического окисления происходит на аноде, а восстановление - на катоде. Аноды изготовляют из графита, углеграфитового материала, окислов некоторых металлов, свинца и его сплавов, а катоды - из стали.
Современные крупные электролизные установки имеют нагрузку до 500 кА. В промышленности с помощью электрохимических процессов в электролизных установках получают простые и сложные вещества. Электролиз является основным методом промышленного получения алюминия, едкого натра, хлора и др. Путем электролиза воды получают кислород и водород. Электролиз применяют также для обработки поверхностей гальванопокрытиями (катодные процессы), полировки, травления, анодирования (анодные процессы) металлических изделий.
Металлопокрытие проводят в гальванических ваннах при напряжении 3,5 - 24 В и токах до 500 А. Электропитание ванн осуществляют от общих магистралей преобразователей, а регулирование напряжения и тока - с помощью реостатов. Если от одного генератора питается несколько ванн, то их включают параллельно с установкой реостата у каждой ванны. Шинопровод выполняют, как правило, из алюминиевых шин со сварными контактными соединениями, имеющими меньшее переходное сопротивление, чем болтовые соединения контактов.
Обслуживание электролизных установок заключается в организации периодических осмотров, измерений сопротивления изоляции всех частей установки и проведении ремонтов в соответствии с графиками ППРЭО.
Внешний осмотр установок дежурный электромонтер проводит ежесменно. При осмотре обращается внимание на температуру контактных соединений, состояние шинопроводов, отсутствие замыканий в цепи анодов и катодов, состояние поверхности изоляции шинопроводов (изоляторов, прокладок, клиц и т. д.), наличие и исправность защитных приспособлений. Кроме того измеряют потенциал на концах линий электролизных ванн по отношению к земле.
Сопротивления изоляции всех частей установки измеряют не реже одного раза в три месяца.
Капитальный ремонт всех токопроводящих элементов электролизных установок проводят не реже одного раза в год, а для тех участков, которые находятся в зоне высоких температур или подвергаются коррозии, механическим воздействиям, периодичность может быть уменьшена и устанавливается местной инструкцией.
Электротермические установки
Электрические печи служат для нагревания, расплавления или обработки металлов за счет теплового эффекта электрических явлений. По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают печи дуговые, индукционные и сопротивления.
В состав электропечной установки входят электрическая печь, электропечной трансформатор, выпрямитель, генератор повышенной частоты; коммутационное оборудование (выключатель, разъединитель и т. д.) и вспомогательное оборудование (дроссели, конденсаторы, анодные выпрямители и др.). Электрические печи являются энергоемкими установками.
Дуговые электропечи применяют для плавки стали, чугуна, меди и других металлов. Мощность этих печей достигает 80000 кВт. Участок электросети от трансформатора до электродов печи состоит из шин, гибких соединений и токопровода. В этой сети ток достигает несколько десятков тысяч ампер.
Индукционные однофазные печи (рис. 147) работают при различных частотах тока (50-75 000 Гц). Нагрев происходит за счет токов, индуктируемых в металле.
Рис. 147. Схема установки индукционного нагрева:
1 - источник питания; 2 - конденсатор; 3 - индуктор; 4 - нагреваемое тело; 5 - тигель.
Индукционные печи нормальной частоты представляют собой трансформатор, в котором роль вторичной обмотки выполняет металлическая ванна в виде замкнутого кольца. Мощность этих печей достигает 17000 кВт.
Широкое применение имеют установки индукционного нагрева для сушки электрических машин, аппаратов, подогрева жидкостей в трубопроводах и т. д. Печи, работающие с частотой 2500 - 8000 Гц, используются для закалки металлов.
Осмотр электропечных установок производят ежедневно. Во время осмотров удаляют пыль, грязь, проверяют состояние контактов электроде держателей, шинопроводов, кабелей, проводов, смазку механизмов. Особое внимание обращают на работу и состояние блокировочных устройств: нарушение их работы может привести к нарушению технологии, поломке оборудования и к несчастным случаям. Периодически в дуговых печах очищают окалину с контактных поверхностей электрододержателей, из трансформаторов печных установок отбирают для анализа пробы масла.
При осмотре печей сопротивления обращают внимание на работу нагревательных элементов. Работа печей с неисправными нагревательными элементами, с нагревателями, установленными на другие марки сплава; отключенными элементами; неравномерной нагрузкой по фазам на печах с керамическими нагревателями не допускается. Каждая установка электрической печи сопротивления должна иметь инструкцию по обслуживанию. Весь обслуживающий персонал проходит специальное обучение по эксплуатации этих печей и соблюдению правил охраны труда.
Ремонты электропечных установок проводят в соответствии с графиком, установленным главным энергетиком предприятия.
Аккумуляторные батареи
Основными частями кислотного аккумулятора являются бак с электролитом и свинцовые пластины, изолированные друг от друга сепараторами. В качестве положительных используют свинцовые пластины с большим числом ребер, увеличивающих рабочую поверхность, а в качестве отрицательных - пластины коробчатой формы. Электролит представляет собой смесь серной кислоты с дистиллированной водой. Для пополнения в аккумуляторах электрической энергии служат зарядные и подзарядные устройства.
Как правило, аккумуляторные батареи эксплуатируются и режиме постоянного подзаряда. В этом случае заряженную батарею включают на шины параллельно с постоянно работающим зарядным устройством. Метод постоянного подзаряда повышает надежность работы электроустановки, обеспечивает резерв в случае выхода из строя зарядного устройства. Аккумуляторную батарею поддерживают в полностью заряженном состоянии. Уровень напряжения на каждом элементе должен быть 2,1 -2,2 В. Плотность электролита поддерживают на уровне 1,24.
Щелочные аккумуляторы подразделяются на кадмиево-никелевые и железо-никелевые. Баки изготовляют из никелированного железа. Электролит составляют в стальной или эмалированной посуде и заменяют ежегодно. Для этого аккумуляторы разряжают до напряжения 1 В, сливают электролит, промывают дистиллированной водой и сразу заливают свежим электролитом. Через 2 ч проверяют плотность электролита и доводят до нормы (при t = 20 °С она должна быть равна 1.19-1,21) и включают на зарядку. В начале зарядки напряжение аккумулятора резко повышается с 1 В до 1,6 В, потом медленно возрастает до 1,75 В. Окончанием заряда является установившееся напряжение в течение 20 - 30 мин (у железо-никелевых - 1,8-1,9 В и у кадмиево-никелевых 1,75-1,85 В).
При обслуживании аккумуляторных установок строго соблюдают правила эксплуатации по обеспечению исправной и безаварийной работы и безопасному ее обслуживанию. В помещении аккумуляторных батарей поддерживают чистоту и следят за работой приточно-вытяжной вентиляции. Вентиляция должна быть включена во все время зарядки батареи и 1,5 - 2 ч после ее окончания.
В этих помещениях запрещено устанавливать предохранители, штепсельные розетки, автоматы, люминесцентные лампы, выключатели, у которых может образоваться искра.
Осмотр батарей проводят в следующие сроки: дежурный электромонтер - ежедневно, мастер - два раза в месяц, специалист-аккумуляторщик - по графику.
Все металлические части в помещении батареи окрашивают кислотоупорной краской. Покрашенные и непокрашенные шины аккумуляторных батарей смазывают вазелином.
При работах с кислотой или щелочью обязательно следует надевать костюм из грубой шерсти, защитные очки, резиновые перчатки, брюки костюма заправлять поверх голенищ резиновых сапог. Переносить бутыли с кислотой или щелочью необходимо вдвоем на специальных носилках, в которых бутыль закреплена. Во время составления раствора кислоту следует лить тонкой струей в сосуд с дистиллированной водой (а не наоборот!). Пораженные кислотой участки кожи промывают струей холодной воды и нейтрализуют 5 %-ным раствором соды, а при ожоге щелочью - промывают струей воды и нейтрализуют раствором борной кислоты.
