Електротехнологічні установки та системи

Класифікація електротехнологій

Електротехнологія обов’язково пов’язана з використанням електроенергії, але саме використання електроенергії не є достатньою ознакою електротехнології. Як приклад, обробка на токарному верстаті (хоча відбувається з використанням електроенергії) – не є електротехнологією. Але, якщо замість різця використати струмінь плазми плазмотрона – будемо мати електротехнологічний процес обробки, наприклад, високотемпературного сплаву високої твердості.

Отже, електротехнологія – сукупність методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми сировини, матеріалу чи напівфабрикату, що грунтується на використанні однієї або декількох форм енергії електромагнітного поля та їх перетворенні, безпосередньо, в робочій області впливу та ціленаправленого змінювання предмету виробництва для одержання (у підсумку) готової продукції. Далі розглянемо структурні особливості електротехнології:

Електротехнологічний комплекс скаладається з:

1) ДЕЕ – джерело електричної енергії, в якості якого може виступати перетворювач будь-якого виду енергії в електричну енергію (автономні джерела електроживлення, вторинні джерела електроживлення, акумуляторні і сонячні батареї, фотоелементи, термопари тощо). Крім цього, ДЕЕ може бути промисловою мережею, енергосистемою, електромережею транспортних засобів і рухомих об’єктів.

2) ПЕЕ – перетворювач електричної енергії, пристрій, що перетворює електричну енергію з одними параметрами в електричну енергію з іншими параметрами (трансформатори, напівпровідникові перетворювачі, високочастотні електричні машини, керовані вентильні перетворювачі з автоматичним регулюванням зовнішньої характеристики тощо), призначений для узгодження параметрів джерела електричної енергії із параметрами електротехнологічного пристрою, а також управління електротехнологічним пристроєм відповідно до сигналів пристрою управління.

3) ЕТП – електротехнологічний пристрій, що перетворює електричну енергію в енергію іншого виду (механічну, теплову, хімічну, гідравлічну, акустичну, світлову), яка називається «технологічною».

4) ПП – перетворювальний пристрій виконує перетворення «технологічної» енергії із одними параметрами в інші (редуктори, мультиплікатори, гідропідсилювачі, пневмопідсилювачі, пристрої каналізації теплової енергії, системи охолодження тощо), призначений для узгодження параметрів електротехнологічного перетворювача енергії із параметрами робочого процесу і управління робочим процесом відповідно до сигналів пристрою управління і регулювання.

5) РМ – робочий механізм. До нього належить частина вищенаведеного електроустаткування, що безпосередньо забезпечує реалізацію необхідних робочих дій у конкретному технологічному процесі (високотемпературні камери для термохімічної обробки виробів із чорних і кольорових металів, вузли, механізми і машини, приведені у рух механічними двигунами).

6) ТО – технологічний об’єкт – це об’єкт, який піддається перетворенням у результаті виконання технологічних операцій, саме для нього створений даний електротехнологічний комплекс.

7) ПУ – пристрій управління. До нього належать інформаційні системи, що забезпечують управління і регулювання параметрів перетворення енергії у ході виконання технологічного процесу.

8) ЕТК – електротехнологічний комплекс, підсистема електротехнологічної системи, що призначений для реалізації певних взаємодій у заданому технологічному процесі.

2. Електротехнологічна система, яка містить розглянутий електротехнологічний комплекс як підсистему, додатково охоплює ДЕЕ – джерело електричної енергії, пристрої подачі та виведення ТО з ЕТК, а також управління ними, підсистему взаємодії ЕТК з оточуючим середовищем, магістралі газо- та водопостачання ЕТК (в разі необхідності). Що стосується ПУР-пристрою управління в схемі рис. 1, то в узагальненому випадку електротехнологічної системи – це, фактично, АСУ ТП, розглянута в попередній лекції.

3. Електротехнологічна установка – термін в даній дисципліні, описує основну сутність технологічного процесу того або іншого електротехнологічного комплексу з конкретизацією його вхідних та вихідних параметрів. «Електротехнологічна система» в даній дисципліні – це поєднання опису технологічного процесу з джерелом електричної енергії, як правило, з високою концентрацією виділення енергії, та його характеристиками.

4. Класифікація електротехнологій з урахуванням різноманітності форм електромагнітної енергії та її перетворень, особливих умов по складу діючих речовин, їх фізичному стану, термічним режимам, супроводжуючим фізичним та хімічним перетворенням налічує декілька сотень різновидів електротехнологій. Нижче наводимо перелік основних видів електротехнологій, що вивчаються студентами спеціалізації «Електротехнологічні пристрої та електротехнологічні комплекси»:

4.1. Електростатична технологія, заснована на впливі електростатичних полів на оброблювані матеріали. Серед сфери застосування цієї технології:

• Електрогазоочищення – виведення з потоків газів твердих або рідких частинок, що містяться в них. Електрофільтри є обов'язковою частиною теплових електростанцій, цементних печей, що обертаються, установок з виробництва сірчаної кислоти та ряду інших подібних виробництв. У зв'язку з цим у всьому світі посилено проводяться наукові дослідження з інтенсифікації електрогазоочищення.
• Електросепарація – розділення різних сумішей матеріалів (наприклад, цінних компонентів руд і порожньої породи), що використовує відмінність умов зарядження, руху та утримання на електродах компонентів, що розрізняються за своїми електричними властивостями, розмірами, густиною, масою, формою та іншими ознаками.
• Електропокриття – нанесення декоративних і захисних покриттів на різні вироби. При цьому для нанесення покриттів можуть використовуватися як рідкі лакофарбові матеріали, так і тверді полімерні порошки. У всіх випадках при цьому має місце суттєве зменшення витрат покривних матеріалів у порівнянні з іншими методами нанесення покриттів і в результаті – істотна економія дороговартісних матеріалів при одночасному поліпшенні якості покриттів.
• Електродрук – отримання багаторазових копій з оригіналу з використанням коронного розряду. Технологічний процес отримання копій включає зарядження пластинки фотопровідника в полі коронного розряду, проявлення її при проекції зображення оригіналу на платівку, напилення порошкового барвника та перенесення барвника на папір (ксерокси, принтери).

4.2. Електророзрядна технологія, що заснована на взаємодії продуктів електричного розряду з оброблюваними матеріалами, використовує різні форми нерівноважної низькотемпературної плазми для інтенсифікації хімічних реакцій, промислової генерації озону, конверсії топкових газів, модифікації поверхні матеріалів з метою набуття їх особливих властивостей, електроерозійної обробки металів.

4.3. Технологія перетворення електроенергії в теплову енергію використовується в електричних нагрівальних елементах промислових електропечей опору та установках прямого нагріву, в дугових електропечах виплавки сталі, рудовідновлювальних печах, вакуумних дугових печах, установках електрошлакового переплаву, установках індукційного та діелектричного нагріву.

4.4. Плазмова технологія використовується в плазмових електротермічних установках, які дозволяють реалізувати малостадійні та високоентальпійні технологічні процеси з широким регулюванням термодинамічного режиму у провідних галузях промисловості: металургії, хімії та машинобудуванні. Плазмове технологічне обладнання відрізняється високою продуктивністю, малими габаритними розмірами та високої якістю обробки матеріалів, що пояснюється високою концентрацією та направленістю перенесення енергії при плазмовому нагріві.

4.5. Технологія перетворення електричної енергії в енергію світла використовується у численних джерелах випромінювання, як видимого, інфрачервоного, так і ультрафіолетового діапазонів. Галузь світлотехніки особливо бурхливо розвивається в останні роки виходячи з рівня зростаючих потреб людства у дизайні світлового середовища.

4.6. Лазерна технологія використовує особливий вид резонансно підсиленого концентрованого монохроматичного випромінювання з концентрацією виділення енергії до 10¹² (і більше) Вт/см², що забезпечує різання, зварювання, руйнування любих матеріалів, практично, на відстанях в десятки метрів та кілометрів від джерела енергії.

4.7. Електронно- та іонно-променева технологія використовує пучки електронів та іонів, прискорених у вакуумі до високих енергій, для проведення особливо високоякісного зварювання відповідальних конструкцій для атомних електростанцій, авіа- та ракетобудування, створення нових видів матеріалів.

4.8. Електрогідравлічна технологія використовує вплив імпульсного високовольтного розряду в рідині (зокрема і у воді) для штампування деталей з важко-деформуючих матеріалів або складною конфігурацією, дроблення крихких матеріалів (будівельних матеріалів, геологічних проб, некондиційного бетону, негабаритів тощо), очищення лиття від формувальної землі, руйнування каменів в нирках людини без хірургічного втручання, активізації нафтових свердловин та ехолокації водойм.

4.9. Магнітно-імпульсна технологія дозволяє досягати безконтактним способом швидкості переміщення металевих предметів до 1000 м/с (електромагнітні гармати), що також відкриває широкі можливості для штампування важкооброблюваних звичайними способами матеріалів, їх зварювання тощо.

4.10. Технології, засновані на використанні особливих властивостей низькотемпературної та високотемпературної надпровідності (високошвидкісний транспорт на магнітній «подушці», накопичувачі енергії для відновлюваної енергетики, магнітні системи Великого адронного коллайдера, надпровідні кабелі для створення глобальної електромережі Землі).

Описи конкретних прикладів використання електротехнологій будуть послідовно подаватись на сайті (стежте за їх появою).