Электрический расчет и автоматизация электротермической установки (стр. 2 из 4)

Рис.1 - 1 и 2 - контактное устройство; 3 - контактный стержень; 4- нагревательная спираль; 5 - накопитель (периклаз); 6 - оболочка (трубка) ТЭН;

Таблица 2. Основные характеристики ТЭНов.

Условное обозначение нагреваемой среды и нагреваемой оболочки ТЭНа	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Удельная Мощность, Вт/см2 не более	Материал оболочки и температура на оболочке ТЭНа, °C	Ресурс ТЭНов, ч
P	Вода, слабые растворы щелочей и кислот	Нагрев,кипячение	15	Углеродистаясталь	7000
C	Воздух, газы,смеси газов	Нагрев в спокойном воздухе	2.2	Углеродистая сталь до 450 °C	11000
T	то же	то же	5.0	Нержавеющая сталь до 750 °C	11000
O	то же	Нагрев в движущемся воздухе со скоростью не менее 5 м/c	5.5	Углеродистаястальдо 450 °C	11000
K	то же	то же	6.5	Нержавеющая сталь до 750 °C	11000
И	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и др. емкостях	3.0	Углеродистая сталь до 300 °C	7000

В качестве нагревательных сопротивления ПЭН используют металлическую фольгу, уложенную в виде ткани; полупроводниковые и композиционные материалы. Для ПЭН более перспективны композиционные материалы, состоящие из двух и более компонентов. В композиционных ПЭН нагревательные сопротивления изготовляют из графитизированного или металлического материала в виде токопроводящей ткани. Наиболее распространена углеграфитовая ткань УТТ-2 с допустимой температурой на поверхности до 463 К.

Таблица 3. Коэффициент монтажа К_м для электронагревателей сопротивления (в спокойном воздухе).

Конструктивное выполнение нагревателя	Км
Проволока натянутая горизонтально	1
Проволока на огнестойком каркасе	0.7
Проволочная спираль в воздухе	0.8…0.9
Проволочная спираль на огнеупорном держателе	0.6…0.7
Нагревательный элемент между двумя слоями огнеупорной изоляции	0.5…0.6
Нагревательное сопротивление с герметизированным исполнением (достаточно мощным слоем электрической изоляции, например ТЭНы)	0.3…0.4

Таблица 4. Коэффициент среды К_с для различных условий.

Условия работы нагревателя	Кс
В спокойном воздухе	1
В воздушном потоке, скорость которого 1…3…5…10 м/с	1.1…1.8…2.1…3.1
В спокойной воде	2.5
В потоке жидкости	3…3.5

2. Материалы для электрических нагревателей и требования, предъявляемые к ним

Нагревательное сопротивление-резистивное тело, наиболее ответственный элемент электрического нагревателя, от которого зависит надежность и долговечность его работы в заданном технологическом режиме. Поэтому к материалам для нагревательных элементов предьявляются особые требования, основанные на следующих: достаточные жаростойкость и жаропрочность ( не должны окислятся и терять механических свойств при высоких температурах); большое удельное электрическое сопротивление (должны обеспечивать возможность включения на сетевое напряжение при небольшой длинне нагревателя) и малый температурный коэффициент сопротивления ( должны незначительно изменять сопротивление при изменении температуры ); стабильность размеров и электрических свойств .

В зависимости от температурного режима и технологических условий нагреваемой cреды для изготовления электрических нагревателей используют металлические и неметаллические материалы. Для низко- и средне-температурных установок широко применяют специальные сплавы: хромоникелевые и железохромоникелевые. Наиболее распространены нихромы. В низкотемпературных установках ( до 620 К) электрические нагреватели выполняют из дешевого и доступного материала — углеродистой стали. Неметаллические нагреватели используют нагреваватели используют в высокотемпературных установок. В ЭТУ с рабочей температурой до 1570 К применяют стержневые цилиндрические нагреватели из карборунда, а с температурой до 1870 К — из дисилицида молибдена. В высокотемпературных вакуумных печах с температурой нагрева до 3270 К используют графитовые нагреватели в виде стержней, трубок, пластин и другой формы.

Электрические нагреватели из карборунда, дисилицида и графита обладают высоким сопротивлением и переменными температурным коэффициентом сопротивления. Питание на эти нагреватели подается от понижающего трансформаторов с регулируемым вторичным напряжением.

В качестве электроизоляционного наполнителя ТЭНов используется периклаз (плавленый оксид магния, который получают в дуговых электропечах, плавкой магнийсодержащих веществ). К данному наполнителю предъявляются следующие требования:

- низкая удельная электропроводимость;

- высокая электрическая прочность;

- химическая нейтральность;

- достаточно высокий коэффициент теплопроводности;

- низкая влагопоглащаемость;

- достаточная сыпучесть.

В качестве оболочек ТЭНов используют тонкостенные металлические трубы ( латунные, алюминиевые, стальные)

Латунь - до 250 °C;

Алюминий - до 350 °C;

Углеродистая сталь - до 450 °C;

Нержавеющая сталь - до 750 °C;

Основным требованием предъявляемым к оболочке является механическая прочность, для защиты нагревательного элемента от механических повреждений.

Для повышения долговечности нагревателей применяют защитные покрытия (хромникелевые и др.). Такие покрития увеличивают ресурс нагревателей в несколько раз при работе в водных растворах.

Для герметизации ТЭНов прииеняют:

- кремнийорганические лаки и эмали;

- эпоксидные герметики;

- битумную мастику;

- легкоплавкое стекло.

3. Расчеты симметричных и неполнофазных режимов трехфазной ЭТУ (электрокалорифера)

Регулировать мощность электрической нагревательной установки мы будем, изменяя схему включения нагревателей.

Рассчитаем варианты регулирования для электрического калорифера.

U=220 ВP=1000 Втt₀=20 °С t_p=8°С

3.1 Двойной треугольник

Рис. 3. Двойной треугольник.

а) При данной схеме включения каждый нагреватель находится под номинальным напряжением, а значит будет отдавать полную мощность. Так как двойной треугольник содержит шесть нагревательных элементов, то общая мощность равна:

Вт

б) При обрыве линейного провода в точке А (см. рис.3) под напряжением остаются все шесть нагревательных элементов, но четыре из них только под напряжением равным половине номинального. Следовательно, мощность, выделяемая на одном элементе, получается равная:

Вт

Полная мощность тогда получается:

Вт

где n1 - количество нагревателей находящихся не под номинальным напряжением, шт.;

P₁ - мощность, отдаваемая нагревателем, находящимся не под номинальным напряжением, Вт.

в) При обрыве фазы в точках В (см. рис.3) мы получаем, что два нагревателя не включены вообще, а остальные находятся под номинальным напряжением. Следовательно, число нагревателей в работе будет четыре.

Вт

3.2Звезда

Рис.4. Звезда

а) При включении нагревателей по схеме звезда, каждый нагреватель находится под фазным напряжением. Следовательно, нагреватели включены на напряжение равное

. Так как - то если напряжение уменьшить в раз, то, мощность, выделяемая на нагревательном элементе получается меньше в 3 раза. Следовательно, полная мощность, отдаваемая схемой, вычисляется по формуле:

Вт

б) При обрыве линейного или фазного провода в точке А (см. рис.4) в работе оказываются только два нагревателя и включены они на половину линейного напряжения, следовательно, мощность, выделяемая ими, вычисляется так:

Вт

3.3Треугольник

Рис.5. Треугольник

а) При данной схеме включения каждый нагреватель находится под

номинальным напряжением, а значит будет отдавать полную мощность. Данная схема содержит три нагревательных элемента.

Вт

б) При обрыве линейного провода в точке А (см. рис.5) под напряжением остаются все три нагревательных элементов, но два из них только под напряжением равным половине номинального. Следовательно, мощность, выделяемая на одном элементе, получается равная: