Файл: Кудрявцев И.Ф. Полупроводниковые пленочные электронагреватели в сельском хозяйстве.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.07.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
Коэффициент теплопередачи от нагревателя к молоку
|
|
|
_J |
|_ |
К |
_ i _ |
Jh_ |
см2 |
град' |
|
|
|
|
|
|
|
а м |
|
Хи |
%0 |
|
|
|
|
|
где |
а м |
— |
коэффициент |
теплоотдачи |
от стенки |
кор |
||||||
h„ и Хн |
|
пуса к молоку, Вт/см2 град; |
|
|
||||||||
— толщина |
и |
коэффициент |
теплопроводно |
|||||||||
|
|
|
сти |
|
стеклоэмалевой |
изоляции, |
см и |
|||||
hc |
и Хс |
|
Вт/см2 град; |
|
|
|
|
|
|
|||
— толщина |
и |
коэффициент |
теплопроводно |
|||||||||
|
|
|
сти корпуса, Вт и Вт/см град. |
|
|
|||||||
Принимаем следующие значения: |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
а м |
= |
0,98Вт/см2 |
• град, |
|
|
|
|||
|
hc |
= |
1 мм, |
Хс = |
0,15Вт/см-град; |
|
|
|
||||
|
hn |
= |
0,5 |
мм, Л,,, = |
0,8- Ю - 2 |
Вт/см-град |
|
|
||||
Получим i<=0,126 Вт/см2 -град. |
|
|
|
|
|
|||||||
Пастеризаторы |
|
ОПМ-0,6 |
производительностью |
|||||||||
1000 л/ч имеют |
площадь |
обогревательного |
корпуса, |
|||||||||
равную |
0,6 |
м2 . Результаты |
расчета |
основных |
парамет |
ров пленочного нагревателя представлены в виде гра- • фиков зависимости мощности, удельной мощности, тем пературы стенки и пленочного нагревателя от началь ной температуры молока при номинальной производи тельности (рис. 23).
Из графиков видно, что максимальная температура стенки при любой начальной температуре молока не
превышает 105°С, |
что допустимо |
по |
условию отсут |
|
ствия пригорания |
молока. |
|
|
|
На изменение |
температуры пленочного |
нагревателя |
||
значительное влияние оказывают |
толщина |
н теплопро |
||
водность стеклоэмалевой изоляции. |
При |
низкой на |
чальной температуре молока следует применять стеклоэмалевую изоляцию с повышенными электроизоля ционными свойствами. При. питании пастеризатора от сети 380/220 В зоны использования рассмотренных в работе стеклоэмалей показаны пунктирными линиями
(рис. 23). |
Например, использование стеклоэмали мар |
ки 127 АН |
БССР допустимо при начальной темпера- |
84
р- |
Р, |
t, |
Wu, |
Омсн кВт |
°С |
|
|
0,7 |
140 |
220 |
/4 |
0,6 |
•120-•200 |
12 |
0,5- 100wo
0,4- 80 rn-
0,3 ВО 140
0,2 40 120
0,1 20 100-
\ ? 7 ЛНЬССР
|
Р |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
^ |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
тпанобая |
|
1-1 |
|
|
|
_ L |
ledon |
. |
|
|
|
tcmax |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
50 |
|
|
10 |
20 |
30 |
40 |
80 tH,°C |
Рис. 23. Зависимости мощности, удельной мощности, температуры стенки корпуса и пленочного нагревателя от начальной температу ры молока в пастеризаторе.
туре |
молока не |
ниже |
12°С, |
а |
стеклоэмали |
титановая |
Т-1 |
белая —• не |
ниже |
69°С. |
В |
первом случае |
нагрева |
тельную пленку по условию допустимой удельной мощ ности следует выполнить на основе окиси олова, а во
втором |
•— использовать |
ферросилициевую пленку. |
. Из |
технологических |
соображений пленку лучше |
всего наносить на корпус пастеризатора в виде коль цевых полос (рис. 24), производя деление каждой по лосы контактными электродами на три равные части, соединенные в треугольник. Зависимость удельного со
противления |
пленки от начальной температуры молока |
||
представлена |
на рис. 23. |
|
|
Например, |
произведем |
расчет |
пастеризатора |
ОПМ-0,6 с пленочным обогревом, встраиваемого в тех нологическую линию первичной обработки молока. На линии установлен регенератор тепла, в котором моло ко, поступающее в пастеризатор, предварительно подо гревается пастеризованным молоком до 60°С.
85
Рис. 24. Пленочный электропастеризатор на базе парового пастери затора ОПМ-6:
/ — нагревательный |
корпус; |
2 — пленочный |
нагреватель; |
3 —- колодка |
вы- |
|
|
I |
|
водов. |
|
|
|
Из |
рис. 23 |
видно, |
что при температуре |
молока |
tn — |
|
= 60°С |
мощность пастеризатора |
должна |
быть 30 |
кВт, |
При этой мощности удельная мощность пленочного на гревателя составляет 4,6 Вт/см2 . Максимальная тем пература нагревательной стенки пастеризатора дости
гает 4 = 80°С, |
а максимальная 'температура пленочно |
го нагревателя |
ta т а х = 126°С. |
Принимаем питание пастеризатора от электросети 380/220 В. Для изоляции пленочного нагревателя не обходимо принять стеклоэмаль 127 АН БССР. Удель ное сопротивление пленки составляет 0,25 Ом • см.
Ферросилициевую пленку принимаем с содержа^ нием кремния, равным 40%. Величина добавки ферро-
86
буют особых мер по обеспечению техники электробез опасности. Это связано с тем, что пленочный нагрева тельный элемент сопротивления, распределенный по по верхности изолированного металлического корпуса, в отличие от других электронагревателей является свое образным плоским конденсатором, имеющим повышен
ную |
емкость |
относительно корпуса и, |
следовательно, |
||
определенный емкостный ток. |
|
|
|||
При эксплуатации пленочного нагревателя характер |
|||||
ным |
является |
случай, |
когда |
имеется |
электрическая |
связь |
сети питающего |
напряжения с корпусом нагрева |
|||
теля |
(сеть с глухо заземленной |
нейтралью). В этом слу |
чае корпус соединен- с одним из проводов питающей се
ти |
(нулевым проводом). |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Исследованиями |
установлено, что |
удельная |
емкость |
|||||||
на |
1 см2 |
площади |
нагревателя |
колеблется |
в |
пределах |
|||||
от 6 до 23 пф, |
в зависимости |
от |
состава |
и |
толщины |
||||||
эмалевого |
покрытия. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Полный ток утечки нагревателя на корпус опреде |
||||||||||
ляется по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
/ у = |
К |
V |
/2 *2 |
x |
J - |
A |
, |
|
(1.5) |
|
|
|
13-10" |
1 |
4р |
а |
|
|
; |
||
где |
|
U — |
напряжение питания, В; |
|
|
|
|||||
|
|
f — |
частота, |
Гц; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F — площадь нагревателя, см2 ; |
|
|
|||||||
|
К, е, р — |
толщина, |
относительная |
диэлектриче |
|||||||
|
|
|
ская проницаемость и удельное сопро |
||||||||
|
|
|
тивление эмалевого покрытия, см, Ом-см |
||||||||
|
|
|
и безразмерная |
величина. |
|
|
|||||
|
Анализ |
формулы |
(1.5) показывает, |
что |
емкостный |
ток утечки пленочного нагревателя при задацной часто те пропорционален диэлектрической проницаемости стеклоэмалевого покрытия, напряжению питания, пло щади пленки и обратно пропорционален толщине по крытия. Кроме того, из формулы (1.5) следует, что внутренняя схема соединения участков пленки не влияет на величину емкостного тока утечки. Этот ток опреде ляется общей площадью нагревателя.
Расчетные и экспериментальные значения тока утеч ки на корпус различаются не более чем на 7%. Следует отметить, что при качественной изоляции полный ток утечки практически является емкостным, поэтому рас-
88
led
1i
1
1
яг'
IT
if |
|
|
|
F,m2 |
• |
o,i |
1 |
m |
mo |
Рис. 26. Зависимость емкостного тока утечки |
на корпус от |
площа |
||
ди пленочного |
нагревателя |
при различных |
напряжениях |
питания. |
чет тока утечки следует производить по формуле для емкостного тока
/ 5у ~ / е = |
3,6-101%,, |
А. |
(2.5) |
|
|
f e |
U F |
|
|
На рис. 26 представлены |
зависимости |
емкостного |
||
тока от площади F пленочного нагревателя при различ |
||||
ном напряжении питания |
нагревателя. |
|
|
Для человека практически безопасным является ток, не превышающий 50—80 мкА, который протекает, на пример, через изоляцию пленочного нагревателя пло щадью около 0,05 м2 при сетевом напряжении 220 В. Однако бывают установки с большей площадью пле ночного нагревателя, такие, как напольные обогревате ли для молодняка птицы или поросят [22], которые мож но подключать к сети 220 В (Э111-71-52) [31].
Для безопасной эксплуатации таких обогревателей [31] необходимо надежно заземлять корпуса (Э11-13-6), принять меры от обрыва.цепи заземления и быстродей-
89
ствующую защиту, работающую на отключение обогре вателя при коротком замыкании на корпус (Э11-13-8).
' Для защиты от короткого замыкания на корпус мож
но использовать защитные |
аппараты, включаемые в |
|
цепь питания обогревателя |
(предохранитель |
или авто |
матические выключатели). |
Однако более |
надежным |
следует считать защитное отключение обогревателя, осу ществляемое от реле максимального тока, катушка ко торого включается последовательно в заземляющую цепь корпуса установки (Э11-13-10). Тогда при корот ком замыкании пленочного нагревателя на корпус реле максимального тока отключает установки от питающей сети при незначительном пробое изоляции.
. |
Установка |
/ р |
реле |
максимального тока |
выбирается |
||
из |
условия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/Р |
= К31с |
А, |
(3.5) |
|
где / < з — коэффициент |
запаса, |
равный 1,2—1,3. |
|||||
|
Емкостный |
ток |
/ с |
можно |
определить |
по формуле |
|
(2.5) или по графику (рис. 26). |
|
|
|
||||
|
Защитные |
аппараты |
должны |
соответствовать усло |
вию, чтобы время срабатывания их не превышало 0,2 с. Для контроля исправного действия автомата защитного отключения должна быть предусмотрена контрольная кнопка (Э11-13-10) [31].
Надежным средством контроля состояния изоляции и защиты людей от поражения при прикосновении к токоведущим частям является реле утечки типа РУД-01 (реле утечки, дифференциальное на ток 10 мА). Оно устанавливается на вводном щите и срабатывает при минимальном токе утечки 10 мА. Время отключения составляет не более 0,05 с.
Для защиты людей и животных от поражения элек трическим током при трехфазных несимметричных, двух фазных и однофазных замыканиях на корпус, в том числе прямого однофазного касания токоведущих частей, разработано защитно-отключающее устройство ЗОУП-25 на ток нагрузки до 25А. Устройство ЗОУП-25 состоит из магнитного пускателя ПМЕ-236 со встроенными кноп ками управления и блока чувствительной защиты. Все устройство смонтировано в корпусе пускателя ПМЕ-236.
Защита надежно работает |
при |
однофазном-замыкании |
на землю 0,01 А и более. |
Время |
срабатывания защиты |
не более 0,05 с. |
|
|
90