Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

Особенность нихромов состоит в том, что они не являются магнит­ ными материалами.

Ф е х р а л ь — железохромистоалюминиевый сплав; например, сплав типа Х13А4 содержит 13% хрома, 83% железа и 4% алюминия! Фехраль более дешевый материал, чем нихромы.

Ко н с т а н т а н —■сплав меди, марганца и никеля. В установках

сневысокими температурами нагрева (до 400 °С) используется кон­ стантан, содержащий около 60% меди и 40% никеля.

Всельскохозяйственном производстве в некоторых случаях для изготовления нагревательных элементов применяется стальная оцин­ кованная проволока. Она является дешевым и доступным материалом, хорошо обрабатывается. К недостаткам стальных нагревательных элементов следует отнести низкую жаростойкость (допустимые рабо­ чие температуры не более 300—350 °С), низкое удельное сопротивле­ ние, высокий температурный коэффициент сопротивления. Стальные нагревательные элементы применяются для обогрева почвы и воздуха

впарниках и теплицах, для обогрева полов в животноводческих и птицеводческих помещениях. Технические данные наиболее распро­

рыночная

Нагревательные элементы изготовляются также из полупроводни­ ковых материалов, обладающих повышенным удельным сопротивле­ нием: силита, дисилицида молибдена и др.

В нагревательных элементах, кроме проводниковых материалов, используются и з о л я ц и о н н ы е м а т е р и а л ы , выбор которых столь же важен, как и выбор нагревательного сплава. Помимо обыч­ ных изоляционных свойств, они должны обладать хорошей тепло­ проводностью, чтобы свести к минимуму температурный перепад между нагревательным сопротивлением и рабочей поверхностью элемента. Изоляционные свойства (сопротивление изоляции и диэлектрическая

339

прочность) должны проявляться не только в холодном состоянии, но и при высокой рабочей температуре и в условиях повышенной влажности. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяет

ции при температуре 600 °С составляет не менее 5- ІО7 Ом-см, диэлек­ трическая прочность при тех же условиях — не менее 1,2 кВ/мм. Его высокие изоляционные свойства сохраняются даже при темпера­ туре 1000 °С. Периклаз ни в холодном, ни в горячем состоянии не вступает в соединение с материалами нагревательных сопротивлений, водой или воздухом.

В высокотемпературных нагревателях, предназначенных для элек­ троплит и некоторых радиационных отопительных приборов, в каче­ стве изоляции широко применяются асбест, слюда, фарфор и в каче­ стве заполнителя — кварцевый песок.

Для изоляции открытых нагревательных элементов применяется керамика, служащая одновременно и каркасом для сопротивления.

21.2. УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Способы теплопередачи от нагревательных элементов. Передача тепла от нагревательных элементов к нагреваемым телам или средам осуществляется путем теплопроводности, конвекции, излучения или комбинацией этих способов.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь м е т а л л о в , так же как и элек­ тропроводность, обусловливается свободными электронами. Передача тепла посредством теплопроводности происходит при непосредствен­ ном контакте нагревателя и нагреваемого материала.

В жидких и газообразных средах передача тепла осуществляется в основном путем к о н в е к ц и и , то есть движущимися частицами. Соприкасаясь с нагревателем, частицы получают тепло, переме­

мощью инфракрасных лучей.

Условия теплопередачи в установках косвенного электронагрева играют большую роль и во многом определяют конструктивное испол­ нение нагревательных элементов и их технические данные.

Открытые, закрытые и герметические нагревательные элементы.

Нагревательные элементы отличаются большим разнообразием по конструктивному исполнению. Их устройство определяется условиями работы, назначением, мощностью и другими факторами.

340

к нагреваемым средам осуществляется в основном конвекцией и излу­ чением.

В з а к р ы т о м э л е м е н т е нагревательное сопротивление помещается в защитную оболочку (кожух), которая предохраняет его от механических повреждений и доступа нагреваемого материала, но не препятствует доступу воздуха.

Г е р м е т и ч е с к и й э л е м е н т состоит из нагревательного сопротивления, расположенного внутри массы из электроизоляцион­ ного материала. Такие элементы выполняются как в металлической оболочке, так и без нее. Вследствие того, что к нагревательному сопро­ тивлению нет доступа воздуха, отдача тепла от него к нагреваемому телу или среде обеспечивается в основном посредством теплопровод-

ности. Герметические элементы обладают следующими преимуще­ ствами перед открытыми и закрытыми элементами: нагревательное сопротивление не окисляется и не загрязняется, в результате этого значительно повышается срок службы; хорошие условия теплоотдачи без резких перепадов температуры; нагревательное сопротивление нечувствительно к сотрясениям и защищено от механических повре­ ждений.

Трубчатые нагревательные элементы. Герметические элементы имеют различную конструкцию. Наибольшее применение получили герметические трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Они исполь­ зуются в водонагревателях, парообразователях, калориферах, электрообогреваемых полах, установках лучистого нагрева и т. п.

Трубчатый электронагреватель (ТЭН) состоит из металлической трубки 1 (рис. 159) внутри которой в электроизоляционном напол­ нителе 7 запрессована нихромовая спираль 6. Концы спирали прива­ риваются к выводным контактным стержням 5. В трубчатых нагрева­ телях применяются цельнотянутые трубки с наружным диаметром от

3 4 1

духа используются стальные трубки, а для нагревания воды — трубки из красной меди, латуни или нержавеющей стали Х18Н10Т.

Наполнители трубчатых элементов служат для электрической изоляции спирали от металлической трубки и являются проводниками тепла. В качестве наполнителя применяются электроизоляционные материалы, обладающие достаточной теплопроводностью для передачи тепла от проволочной спирали к внутренним стенкам трубки. К таким материалам относятся кварцевый песок (применяется при рабочей температуре трубки до 450 °С) и периклаз (при температуре выше 450 °С). После засыпки наполнителя трубка опрессовывается. Под большим давлением наполнитель превращается в твердый монолит­

ный материал, надежно фиксирующий и изолирующий спираль внутри трубки.

Опрессованная трубка может быть изогнута для придания нагре­ вателю необходимой формы. В частности, в водонагревателях приме­ няются ТЭНы {/-образной формы (рис. 159). Торцы трубки гермети­ зируются огнеупорным составом и изолирующими пробками 2.

Вследствие герметизации спиралей от доступа воздуха срок службы ТЭНов заводского изготовления составляет более 10 000 ч. Наиболь-

шаяо рабочая температура наружной поверхности ТЭНов около

700 С.

Различными заводами-изготовителями выпускаются трубчатые электронагревательные элементы нескольких типов (ЭТ, ТЭН, НВ, НВП и др.), предназначенные для нагревания воздуха, воды и других жидкостей, пищевых продуктов, металла.

Трубчатые электронагреватели изготовляются на различные мощ­ ности, примерно от 0,1 до 10 кВт в одном элементе, и напряжения 127, 220 и 380 В. Развернутая длина их составляет от 200 до 6000 мм.’ К достоинствам ТЭНов можно отнести их универсальность, надеж­ ность, безопасность обслуживания. В сельском хозяйстве применяют ТЭНы следующих типов: Н В —для нагрева воды, ТЭН-0,1-ь -ь ТЭН-33 — для нагрева воздуха и воды.

Мощность, отдаваемая с единицы поверхности трубки ТЭНа нагре­ ваемой среде, зависит от условий его работы, материалов трубки и наполнителя. В табл. 13 приведены допустимые значения удельной поверхностной мощности АРд для различных условий работы ТЭНов.

Для особо тяжелых условий рекомендуемые мощности следует умень­ шить на 30—40%. у J

Т р у б ч а т ы е э л е к т р о н а г р е в а т е л и д л я к о н ­ к р е т н ы х у с л о в и й р а б о т ы в ы б и р а ю т с я в с л е ­ д у ю щ е м п о р я д к е . По полезному расходу тепла и необходимой мощности Рп определяют расчетную мощность электронагревателя

( 21- 1)

где Tj — к. п. д. установки.

342