Техническое описание электротермического оборудования

Электротермическое оборудование (ЭТО) — это комплекс технологического оборудования и устройств, предназначенных для преобразования электрической энергии в тепловую и ее использования в технологических процессах производства и переработки сельскохозяйственной продукции, отопления производственных и жилых помещений, в процессах ремонта и восстановления техники и т.д.

Способы электронагрева подразделяют на прямые и косвенные. При прямом электронагреве теплота выделяется в нагрузке, включенной в электрическую цепь, при косвенном — в специальном преобразователе — электрическом нагревателе и передается нагрузке теплообменом. Смешанный электронагрев сочетает два и более вида электронагрева.

Основную массу ЭТО составляют установки сопротивления, предназначенные для нагрева воды, воздуха, а также установки инфракрасного нагрева. Элементные непроточные и проточные водонагреватели, оснащенные трубчатыми электронагревателями (ТЭНами), применяют при невысоких расходах горячей воды. Они имеют небольшую мощность, просты по устройству, достаточно электробезопасны, поэтому могут обслуживаться неквалифицированным персоналом. Непроточные (емкостные, или аккумуляционные) водонагреватели используют в открытых системах водоразбора при неравномерном графике потребления горячей воды. Проточные (быстродействующие) элементные водонагреватели применяют в системах поения животных, приготовления кормов, для обогрева небольших помещений и др.

Электродные водонагреватели имеют сравнительно большую мощность и предназначены для работы в замкнутых системах, так как при открытом водоразборе электроды быстро выходят из строя. Электродные водогрейные котлы могут быть низко- и высоковольтными (на 6 и 10 кВ), имеют большую мощность (до 10 МВт) и позволяют получать большое количество горячей воды высоких параметров.

Паровые электродные котлы используют для получения пара — более универсального и транспортабельного энергоносителя, обладающего высокой энтальпией. Электродные водонагреватели и котлы представляют более высокую по сравнению с элементными степень электроопасности.

Электронагрев воздуха осуществляют с помощью электрических калориферов, конвекторов, радиаторов, печей и других

Рис. 1. Типовая конструкция трубчатого нагревателя: 1 — вывод; 2 — изолятор; 3 — герметик; 4 — наполнитель (периклаз); 5 — контактный стержень; 6 — нихромовая нагревательная спираль; 7 — металлическая оболочка
устройств.

Трубчатые электронагреватели (ТЭН) по исполнению являются герметическими, по рабочей температуре — низко-и среднетемпературными. Устройство типового ТЭНа приведено на рис.8.1. Он состоит из тонкостенной (0,8...1,2 мм) металлической трубки 7, в которой размещена спираль 6,
концы спирали соединяют с контактным стержнем 5, наружные концы 1 которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть нержавеющая сталь 12х18Н10Т, медь, латунь или углеродистая сталь марок Ст20 и Ст10. Спираль изолируется от трубки наполнителем 4, в качестве которого применяется периклаз (кристаллическая окись магния), кварцевый песок или электрокорунд. Контактные стержни 5 изолируют от трубки изолятором 2, торцы герметизируют влагозащищающим кремнийорганическим лаком 3.
Достоинством ТЭНов является их универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их используют при нагреве как твердых, так и газообразных и жидких сред при давлении до 9,8хЮ5 Па. Рабочая температура поверхности ТЭНов может достигать 800 °С, что позволяет использовать их не только в установках конвективного и кондуктивного нагрева, но и в качестве излучателей. Срок службы ТЭНов достигает 10 тыс. часов.

ТЭНы изготовляют в соответствии с ГОСТ 13268-88 единичной мощностью в пределах от 100 до 25000 Вт, развернутой длиной от 250 до 6300 мм, наружным диаметром трубки 6,5; 8,0; 8,5; 9,5; 10,0; 13; 16 мм, номинальным напряжением 12; 24; 36; 42; 48; 60; 127; 220 и 380 В, климатического исполнения УХЛ4 или УХЛЗ по ГОСТ 15150-69. Структура условного обозначения ТЭНа: ТЭН — 1 2 3/ 4 5 6 7, где 1 — развернутая длина ТЭНа по оболочке, (рис. 1); 2 — обозначение длины контактного стержня в заделке (А = 40, В = 65, С = 100, D = 125, Е= 460, F = 250, G = 400, Н - 630 мм); 3 — номинальный диаметр трубки, мм; 4 — номинальная мощность, кВт; 5 — обозначение нагреваемой среды и материала трубки (Р — вода, S, Т, О, R, N, К — воздух, газы и смеси газов); 6 — номинальное напряжение, В; 7 — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69.

К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую стоимость и металлоемкость, невысокий срок службы, при перегорании спирали невозможен ремонт.

Элементные водонагреватели предназначены для нагрева воды в системах локального горячего водоснабжения различных сельскохозяйственных объектов, предприятий бытового и коммунального назначения.

Водонагреватели классифицируют: по технологическому назначению — водонагреватели, пароводонагреватели, автопоилки; по характеру работы — аккумуляционные и проточные.

Аккумуляционные водонагреватели применяют в системах отопления и подогрева воды в технологических процессах, для удовлетворения санитарных и бытовых нужд. Проточные водонагреватели используют в системах аккумуляции горячей воды в теплоизолированных емкостях, в качестве резервных при недостаточной подаче горячей воды от основных источников, для отопления.

Элементные водонагреватели относят к установкам косвенного электронагрева сопротивлением. Электрическая энергия преобразуется в теплоту в нагревательном элементе и от него передается конвекцией и теплопроводностью к воде.

Аккумуляционные водонагреватели САОС, САЗС, ЭВ-150. Представляют собой металлический теплоизолированный резервуар, внутри которого установлены один или два (объем резервуара 800 и более л) нагревательных блока. Они имеют следующие условные обозначения: С — нагрев сопротивлением; А — аккумуляционная; О — открытая; 3 — закрытая; С — система; Э — электрический; В — водонагреватель; 150 — вместимость резервуара, л. Предназначены для нагрева и хранения горячей воды. В водонагревателях САОС и ЭВ-150 горячую воду вытесняют через верхний патрубок подачей холодной воды из водопровода. В САЗС горячую воду перекачивают насосом по замкнутой системе поения или отопления. Потери воды восполняют из водопровода за счет естественного притока через обратный клапан. Максимальная температура воды 90 °С. Избыточное давление воды 0,4 МПа. Коэффициент полезного действия 90%.

Температуру воды в резервуарах САЗС (рис. 2) и САОС поддерживают с помощью терморегулятора. Предназначен для нагрева воды в потоке. Скорость естественного охлаждения воды 1...20 °С/ч. При отклонении температуры от заданной на шкале терморегулятор включает или выключает электромагнитный пус-

Рис. 2. Водонагреватель САЗС-40/90-И1: 1 — датчик температуры
воды в системе водоснабжения; 2 — вставка изолирующая;
3 — термометр; 4 — кожух; 5 — термоконтакт аварийной защиты;
6 — резервуар; 7 — ящик управления; 8 — теплоизоляция; 9 — датчик
температуры воды в водонагревателе; 10 — блок нагревательный;
11 — вентиль; 12 — клапан обратный; 13 — клапан избыточного
давления; 14 — пробка слива; 15 — агрегат электронасосный

катель и блок нагревателей При температуре воды 95 °С замыкается аварийный терморегулятор и термореле выключает водонагреватель. Температуру воды в системе горячего водоснабжения поддерживают посредством терморегулятора ВКЗ, первичный преобразователь которого установлен на трубопроводе системы. При понижении температуры терморегулятор включает насос, который перекачивает остывшую воду через водонагреватель. Ручной или автоматический режим работы насоса задают выключателем.

В водонагревателе ЭВ-150 (рис. 3) температуру воды регулируют с помощью манометрического термометра. Максимальная температура воды 86 °С, избыточное давление 0,2 МПа.

Проточный элементный водонагреватель ЭВ-Ф-15 состоит из водонагревателя (рис.8.4) и шкафа управления (рис.8.5). Температуру воды регулируют подачей и контролируют по термометру. При 75...80 °С термореле контактом SK (рис.8.5) включает водонагреватель от сети. В автоматическом режиме работы водонагреватель включается через 15...45 с после включения SA и замыкания контакта SK. Выдержку обеспечивает реле времени

Рис. 3. Водонагреватель ЭВ-150: 1 — теплоизоляция; 2 — резервуар; 3 — кожух; 4 — блок нагревателей;
5 — изолирующая вставка;
6 — вентиль впускной; 7 — клапан
обратный; 8 — кран сливной;
9 — капилляр термометра
манометрического; 10 — датчик
температуры; 11 — клапан
избыточного давления;
12 — термометр манометрический;
13 — щит управления

Рис. 4. Водонагреватель
ЭВ-Ф-15: 1 — крышка;
2 — кожух; 3 — корпус;
4 — трубчатые нагреватели;
5 — клапан обратный;
6 — клапан избыточного
давления; 7 — термореле;
8 — термометр

КТ1. При замкнутом контакте SK конденсатор С2 заряжается от выпрямителя VD2...VD5 через SK и R1. При достижении напря-ясения на С2 определенной величины транзистор VT открывается И включает тиристор VS1, который закорачивает цепь постоянного тока выпрямителя и тем самым обеспечивает питание катушки Пускателя КМ на переменном токе. Выдержка времени снижает частоту включений пускателя и подгорание контакта термореле.
Проточный индукционный водонагреватель 084ПВ-1 представляет собой трехфазный понижающий трансформатор. Первичная обмотка выполнена медным проводом, вторичная изготовлена из стальной трубы диаметром 20 мм и электрически замкнута накоротко. Токи, достигающие тысяч ампер, нагревают вторичную обмотку, которая отдает теплоту воде, протекающей внутри нее. Температуру воды регулируют подачей. Электрическая схема содержит защиту от перегрева воды (термометр манометрический) и понижающего трансформатора (устройство УВТЗ-1).
Электродные водонагреватели предназначены для нагрева воды в централизованных системах горячего водоснабжения технологических процессов, отопления и вентиляции различных сельскохозяйственных объектов.

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема ЭВ-Ф-15

Рис. 6. Электродный водонагреватель ЭПЗ-100ИЗ: 1 — перемычки токопроводящие; 2 — электроды регулирующие; 3 — электроды фазные; 4 — изоляция электрическая; 5 — корпус; 6 — кожух;
7 — токоподвод к электродам;
8 -— электроприводной механизм;
9 — вентиль выпуска воздуха;
10 — дренаж из зоны вала; 11, 13 — защитный и регулирующий
термодатчики; 12, 17 — патрубки;
14 — вал; 15 — изоляционные пластины;
16 — траверса; 18 — пробка слива

Водонагреватели классифицируют: по рабочему напряжению — низковольтные (0,4 кВ), высоковольтные (6 и 10 кВ); по исполнению электродов — пластинчатые, кольцевые, цилиндрические; по способу регулирования мощности — изменением активной поверхности рабочих электродов, изменением активной поверхности регулирующего электрода, изменением межэлектродного расстояния; по виду привода, регулятора мощности — ручной, электрический. Электродные водонагреватели называют иногда электродными водогрейными котлами.
Электродный водонагреватель типа ЭПЗ (рис. 6) имеет два исполнения, отличающиеся приводом механизма регулирования мощности (И2 — ручной, ИЗ — электрический привод). Конструктивная схема электродов зависит от мощности водонагревателя. Вода заполняет пространство, образованное фазными 3 и регулирующими 2 электродами. Ток протекает от электродов одной фазы через воду по регулирующему металлическому электроду, еще раз через воду и к электродам другой фазы.

Рис. 7. Электродный водогрейный
котел КЭВ-0,4: 1 — корпус;
2 —- пластины диэлектрические;
3 — опоры; 4 — фазные электроды;
5 — перемычки; 6 — пробка слива;
7 — узел токоподвода;
8, 9 — входное и выходное
отверстия для воды; 10 — патрубок
для выпуска воздуха;
11 — механизм перемещения
диэлектрических пластин;
А — высота; Б — ширина;
Д — внутренний диаметр котла

Мощность водонагревателя регулируют изменением площади активной поверхности регулирующих электродов 2 вращением их электроприводным исполнительным механизмом 8 вокруг вала 14. При изменении угла поворота а от О до 60° мощность возрастает от 25 до 100%.

Принцип регулирования состоит в изменении температуры воды (горячей воды, воздуха в помещении или наружного), ее сравнении в терморегуляторе ЭРТ-4 с заданной и воздействии контактами терморегулятора на исполнительный механизм, который поворачивает регулирующие электроды и тем самым изменяет мощность водонагревателя.

Электродный водогрейный котел КЭВ-0,4 (рис. 7) на номинальное напряжение 0,4 кВ изготовляют с пластинчатыми электродами. Он предназначен для нагрева воды с удельным сопротивлением выше 10 Омм. Число электродов зависит от мощности котла и равно Зге + 1, где п — целое число. Мощность регулируют от 25 до 100% от номинальной измене-
нием активной высоты электродов за счет перемещения в межэлектродном пространстве регулирующих пластин, выполненных из диэлектрика. Мощность КЭВ-9/0,4 не регулируется. Привод регулятора мощности может быть ручным или электрическим.

Электрическая схема управления котлами КЭВ-0,4 обеспечивает: включение котла в течение суток по заданной программе; автоматическое поддержание температуры воды на входе и выходе котла и в отапливаемом помещении; защиту от аварийных режимов.