Дипломная работа
Исследование и разработка составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками
Реферат
Данная исследовательская работа проводилась с целью исследования и разработки составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками. Исследования проводились в лаборатории Камышловского изоляторного завода «Урализолятор».
Работа содержит разделы: аналитический обзор научно-технической литературы, исследовательская часть, экономическая эффективность работы, природопользование и охрана окружающей среды, безопасность и экологичность работы.
Общее количество страниц пояснительной записки 126, число таблиц 28, число рисунков 29, количество библиографических источников 13, количество приложений 1.
Перечень графических листов и демонстрационных плакатов
| №п/п | Наименование документа | Обозначениедокумента | Формат |
| 12345678910 | Изображение изолятора п 1000/110 – 10Графическая зависимость механической прочности на изгиб от %-ного содержания глинозема в массеГрафическая зависимость электрической прочности от %-ного содержания глинозема в массеГрафическая зависимость полной усадкиот %-ного содержания глинозема в массеГрафическая зависимость воздушной усадкиот %-ного содержания глинозема в массеХимический состав сырьяХимический анализ исследуемых массРезультаты испытаний фарфоровой и глиноземистой масс М-0 и М-2Стенд с лабораторными образцамиСравнительная калькуляция себестоимости изделий из масс М-0 и М-2 | Рис.1График1График 2График 3График 4Тб.1Тб.2Тб.3Стенд 1Тб.4 | А2А2А2А2А2А1А1А1А2А1 |
Введение
Данная исследовательская работа заключается в исследовании и разработке составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками.
На Камышловском изоляторном заводе «Урализолятор» выпускается электрофарфор марки 110.1 из тонкодисперсной фарфоровой массы. Данная продукция обладает достаточно высокими электрическими свойствами, но недостаточно высокими механическими. Путем введения в массу компонента глинозема будет достигнута необходимая, для крупногабаритных изделий, в данном случае, для изоляторов П 1000/110 – 10 , механическая прочность.
Электрофарфор занимает одно из главных мест в электротехнической промышленности, так как обладает высокой стойкостью к электрическим искрам, дугам, отсутствием водопоглощения, высокой химической стойкостью, а также стойкостью к тепловому воздействию. Благодаря таким свойствам изоляторы высокого напряжения используются в различных установках.
Электрофарфор относится к электрокерамическим материалам. Это обожженная при высокой температуре (1300 - 1380ºС) керамическая масса, состоящая из смеси полевого шпата, кварца, каолина и глины, характеризующаяся плотной структурой.
В связи с многообразием конструкций изоляторов, для их производства требуются различные исходные керамические массы, различные технологии, режимы и оборудование.
В настоящее время российской промышленностью освоены и выпускаются современные виды электрокерамических изделий, предназначаемые для действующих и вновь строящихся электростанций, линий передачи электроэнергии и электроустановок.
На современном этапе от изоляторной промышленности требуют высококачественные изоляторы на основе применения современных материалов и технологий, разработки и внедрения новейших конструкций изоляторов.
Высоковольтные фарфоровые изоляторы и изоляционные части должны обладать следующими тремя важными свойствами: а) механической прочностью; б) термической устойчивостью; в) электрической прочностью.
Механическая прочность черепка твердого фарфора определяется устойчивостью наименее прочной составной части, а также количеством открытых и закрытых пор. Необходимо отметить, что пористость снижает электрические свойства черепка.
Наиболее слабым компонентом в структуре фарфора является полевошпатовое стекло, которое в сумме со всей стеклофазой составляет 50 – 60% всей массы черепка. Прочность его зависит от содержания Al2O3, SiO2, K2O.
Чтобы увеличить механическую прочность фарфора, необходимо повысить содержание в нем глинистых материалов, поднять температуру обжига и увеличить его продолжительность. При этом можно получить такое содержание стекловато-муллитовой массы с большим содержанием Al2O3 и SiO2, которого будет достаточно для стягивания пор.
Одним из современных материалов для получения изоляторов с высокими физико-механическими и электрическими свойствами, является глинозем специальных керамических марок.
Целью данной исследовательской работы было повышение механических характеристик для изделий высоковольтного фарфора, путем введения в массу компонента глинозема. Было выбрано три состава массы с содержанием глинозема в количестве 15, 25 и 27%, а также, для сравнения, взята масса, используемая на заводе «Урализолятор».
В ходе работы необходимо определить наиболее приемлемый состав глиноземистой массы, исходя из сравнения полученных свойств. Следует также учитывать, что глинозем является достаточно дорогостоящим материалом, и применение его в производстве изоляторов потребует дополнительных расходов.
Но при производстве фарфоровых изоляторов из глиноземистой массы из-за улучшения качества самих изоляторов, становится возможным увеличение объемов продаж и, следовательно, увеличение прибыли.
электротехнический фактор сырьевой изолятор
Аналитический обзор научно-технической литературы
Электротехнический фарфор – один из наиболее широко применяемых керамических материалов для изготовления изоляторов высокого и низкого напряжения.
Несмотря на создание многих других керамических материалов с более высокими механическими и диэлектрическими характеристиками, роль фарфора в ряде отраслей электротехники не только не снизилась, а, наоборот, весьма возросла. Особенно велика роль электротехнического фарфора как материала для производства высоковольтной аппаратуры и изоляторов.
Широкое применение фарфора в качестве электроизолирующего материала объясняется не только его сравнительно высокими диэлектрическими характеристиками. Следует прежде всего указать, что производство фарфора является одним из старейших и поэтому наиболее освоенным керамической промышленностью.
Сырьем для производства фарфора служат природные, достаточно широко распространенные и недорогие материалы: огнеупорные глины и каолины, кварц (кварцевый песок), полевые шпаты и пегматиты.
В отличие от других синтезированных керамических материалов электротехнический фарфор имеет большие технологические преимущества, связанные с особенностями состава шихты и физико-химических процессов, протекающих при обжиге. Высокая пластичность фарфоровых масс позволяет оформлять крупногабаритные изделия, обладающие в необожженном состоянии достаточной механической прочностью для их транспортировки и механической обработки.
Характерной особенностью фарфоровых масс при обжиге являются их широкий интервал спекания и малая чувствительность к изменениям состава массы и колебаниям температуры обжига. Указанные свойства позволяют получать высококачественные изделия в промышленных печах, в которых всегда имеются заметные перепады температур по объему печного пространства. К достоинствам фарфора следует отнести также сравнительно небольшие температуры его обжига, легко достижимые в печах самых различных конструкций.
Из электротехнического фарфора изготовляют высоковольтные изоляторы, используемые для передачи промышленного тока при частоте 50 Гц напряжением выше 1 кВ и низковольтные (установочные), используемые в быту при напряжениях до 500В.
Высоковольтные изоляторы подразделяются на линейные, станционные и аппаратные. Линейные предназначены для электрических линий и крепятся либо подвешиванием (подвесные), либо на штырях или крюках (штыревые). Станционные изоляторы применяются на электростанциях, аппаратные – для изготовления электротехнических устройств (трансформаторов, выключателей, предохранителей, распределителей напряжений и т. п.).
Фарфор имеет сравнительно малую механическую прочность. Предел прочности при изгибе глазурованного фарфора колеблется от 700 до 1000 кгс/см2. Диэлектрические характеристики фарфора также не являются особенно высокими. Электрическая прочность его при частоте 50 Гц составляет 28-35 кВ/мм (действ.); удельное объемное электрическое сопротивление (при 20˚С) равно 7*1012 – 4*1013 Ом*см; тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц равен 0.025 – 0.035. С учетом величины электрической прочности фарфора для повышения передаваемого напряжения на 10 кВ необходимо увеличение толщины фарфорового изолятора примерно на 1 мм.
В связи с резким повышением величины напряжения тока (до 700 кВ и более) применение обычного фарфора связано с соответствующим утяжелением изоляторов за счет увеличения толщины их стенок. Дальнейшее увеличение массы подвесных изоляторов может вызвать превышение прочности фарфора на растяжение. Поэтому возрастающие требования к высоковольтным изоляторам послужили причиной существенного улучшения характеристик обычного фарфора и создания новых специальных видов фарфора.
Физико-химические основы процесса фарфорообразования
При рассмотрении процессов, связанных с формированием фарфора, представляет интерес тройная диаграмма состояния Боуэна и Шерера К2О – Al2O3 – SiO2 (рис. 1). Она показывает температуру тройной эвтектики, при которой начинается остекловывание черепка, путь и последовательность выделения кристаллических фаз. С помощью диаграммы можно произвести теоретические расчеты фазового состава образующегося фарфора и оценить влияние изменения состава массы на ее поведение при нагревании. Так, если к составу Ф (5% K2O, 25% Al2O3 и 70% SiO2) добавлять K2O(полевой шпат), то температура плавления будет снижаться. У составов, находящихся на прямой, растворится весь кварц и израсходуется весь полевой шпат.