Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструкция нагревателей

Электрический нагреватель -- основной элемент электротермической установки, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Конструктивное исполнение электрического нагревателя определяется нагреваемой средой, характером нагрева, мощностью, технологическим назначением и другими условиями.

В зависимости от конструкции и технологического назначения электрические нагреватели выполняют с электрической изоляцией, защитными устройствами, а также с устройством для крепления и подвода электрического тока.

По исполнению различают открытые, защищенные и герметические нагреватели.

В нагревателях открытого исполнения резистивное тело -- нагревательное сопротивление не изолируют от нагреваемой среды, а размещают непосредственно в ней.

Нагреватели из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением изготовляют в виде проволочных или ленточных зигзагов, проволочных спиралей и крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке (электрокалориферы) или в воздушном пространстве (электропечи) электротермических установок.

Достоинство открытых нагревателей-- простота устройства, ремонтоспособность и возможность обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности нагревательного элемента. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий срок службы, невысокую механическую прочность и невозможность использования в агрессивных средах.

В нагревателях защищенного исполнения нагревательные сопротивления, изготовляемые из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, размещают в защитном корпусе, предохраняющем их от механических повреждений и от нагревательной среды.

Наиболее совершенными и универсальными являются герметические трубчатые электронагреватели (ТЭН). Их эффективно используют в электрокалориферах, водонагревателях, электрических печах, теплоаккумулирующих установках, электрокипятильниках, бытовых плитах и др. Промышленность выпускает ТЭН напряжением от 12 до 380 В, мощностью от 100 до 25000 Вт, развернутой длиной от 0.25 до 6.3 м и диаметром трубки от 6 до 16 мм.

ТЭН (рис.1) представляет собой тонкостенную металлическую трубку 6 (оболочку), в которую запрессована спираль из проволоки 4 с большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали приварены к контактным стержням 3, снабженным с внешней стороны контактными устройствами 1,2 для подключения к сети. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем 5 из периклаза (плавленная окись магния), обладающим высокими диэлектрическими свойствами и теплопроводностью. В качестве наполнителя допускается использовать кварцевый песок, электрокорунд и другие материалы. Торцы трубки герметизируют тепловлагостойким составом и изолирующими втулками 7, что исключает доступ воздуха и влаги внутрь ТЭН.

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

Нагревательное 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 предъявляются 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 длине 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 среды 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 нагреватели 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 (хромоникелевые и др.). Такие покрытия увеличивают ресурс нагревателей в несколько раз при работе в водных растворах.

Для герметизации ТЭНов применяют:

- кремнийорганические лаки и эмали;

- эпоксидные герметики;

- битумную мастику;

3. Резистивные кабели

Резистивные кабели делятся на линейные и зональные. В линейных тепло выделяется за счет эффекта Джоуля-Ленца при прохождении тока по нагревательной жиле. Кабель сконструирован таким образом, что в нагревательной жиле происходит полное падение приложенного напряжения, но не происходит перегрева выше допустимого значения. Длина секции может быть до нескольких сотен метров. Кабель такого типа бывает одножильным, двужильным или может иметь несколько нагревательных жил линейной или спиральной формы. Произвольная резка такого кабеля не допускается. электрический нагреватель резистивный

Принцип действия резистивных зональных кабелей такой же, различия имеются в их конструктивном исполнении. В зональном кабеле располагаются две параллельные изолированные токопроводящие жилы. В изоляции токопроводящих жил имеются «окна», смещенные по отношению друг к другу с заданным шагом. Поверх токопроводящих жил накладывают тонкую проволочную спираль из сплава высокого сопротивления. В «окнах» происходит замыкание спирали на жилы, а кабель становится набором резисторов, параллельно подключенных к токопроводящим жилам. Зональный кабель можно разрезать на секции, минимальная длина составляет 1,5 - 2 м, максимальную длину определяют сечением токопроводящих жил и линейной мощностью. Зональные кабели называют

3.1 Резистивные ленты и кабель. Назначение и использование

Резистивный кабель - это кабель с постоянным сопротивлением.

Он представляет собой проводник облаченный в изоляцию. Проводник имеет омическое сопротивление и при подаче на него напряжения, он нагревается.

Резистивные нагревательные ленты и кабель используют при обогреве трубопроводов и резервуаров, разнообразного технологического оборудования, а также кровли и пр. Есть огромное множество задач, где используют резистивные кабели. Особенность резистивных нагревательных кабелей -- постоянное сопротивление.

Основные области использования резистивного кабеля

Теплые полы, дороги, тротуары, стадионы, спортивные площадки, кровли, трубопроводы, резервуары, технологическое оборудование, холодильные камеры, теплицы, сельскохозяйственные помещения.

В большинстве случаев резистивный кабель используют для таяния льда, поэтому лучше всего использовать кабель периодами -- это сэкономит энергию и увеличит срок службы кабеля.

Если кабель используется для обогрева водостоков, водосточных труб и системы водоснабжения, то необходимо следить, чтоб температура обогреваемой поверхности (жидкости в трубе) была ниже температуры поверхности кабеля -- тогда не будет нарушаться теплообмен между кабелем и нагреваемым предметом и тепло будет отводиться от кабеля.

Резистивный нагревательный кабель: особенности эксплуатации

Резистивный нагревательный кабель по сравнению с остальными типами кабеля, имеет более низкую стоимость, что делает его конкурентоспособным для использования в быту. Но следует помнить, что кабель имеет постоянную мощность, поэтому неправильная установка кабеля, может привести к его перегреву.

Низкая стоимость

Простота конструкции:

Резистивный кабель имеет постоянную мощность

Энергопотребление резистивного кабеля постоянно в независимости от наличия снега или льда

При укладке необходимо избегать пересечения кабеля

Возможен перегрев кабеля

При организации кабельного обогрева площадок или системы «тёплый пол» резистивный нагревательный кабель заливают в цементно-песчаную стяжку, которая является естественным отводчиком тепла.

Если кабель используется для обогрева водостоков, водосточных труб и системы водоснабжения, то необходимо следить, чтоб температура обогреваемой поверхности (жидкости в трубе) была ниже температуры поверхности кабеля -- тогда не будет нарушаться теплообмен между кабелем и нагреваемым предметом и тепло будет отводиться от кабеля.

Недостатки резистивного кабеля

Необходимость использования секций строго заданной длины, которые предлагают производители. Боязнь локального перегрева в местах перехлёста и скапливания мусора. При неисправности, замене подлежит вся нагревательная секция целиком, тогда как в саморегулирующемся кабеле можно заменить только небольшой вышедший из строя участок.

4. Нагревательный кабель (греющий кабель)

Нагревательный кабель (греющий кабель)- это проводник высокого сопротивления, нагревающийся при прохождении по нему электрического тока. Является основным элементом систем кабельного обогрева, широко применяемых для решения проблем обогрева в промышленности и быту. Спектр применения нагревательного кабеля - от подогрева полов в жилых помещениях до поддержания температурного режима в трубопроводах неограниченной длины. Нагревательный кабель применяется в виде секций, представляющих собой отрезки, длина которых может составлять от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров.

Это специфический вид кабельных изделий, которые выполняют функцию приемника электроэнергии, а не передающей линии. В основе принципа работы нагревательного кабеля - преобразование электрической энергии в тепло. Преобразование электричества в тепло происходит оптимальным и экономичным способом, без использования топлива или окислителя. Основным параметром нагревательного кабеля является удельное тепловыделение (Вт/м), то есть мощность, выделяемая на единицу длины.

Главный конструктивный элемент кабеля - внутренняя жила, изготовленная из специального сплава с высоким электрическим сопротивлением. Снаружи ее защищает оболочка из полимерного изоляционного материала с экранирующей сеткой из медной проволоки или сплошного алюминиевого экрана. Все это располагается в поливинилхлоридной оболочке, обеспечивающей надежную защиту от внешней среды.

Жилы изготавливают из стали, меди с никелевым покрытием или нихрома. Для изоляции нагревательного элемента используют стекловолокно, кремнийорганическую резину, слюду, фторполимеры, для защитных оплеток - луженую или никелированную медную проволоку, а также нержавеющую стальную проволоку. Наружную оболочку изготавливают из устойчивого к коррозии полимера.

Нагревательные кабели могут иметь одну жилу, две или несколько. Одножильный кабель недорогой по цене и простой по конструкции, но у него есть существенный недостаток - электромагнитное излучение. В двужильном кабеле имеется токопроводящая жила, за счет которой уровень излучения снижается.

4.1 Виды нагревательных кабелей

Нагревательные кабели имеют достаточно развитую номенклатуру и находят применение в самых разнообразных установках и устройствах. По схеме тепловыделения они подразделяются на резистивные, саморегулирующиеся и кабели с минеральной изоляцией.

4.2 Саморегулирующиеся нагревательные кабели

По конструкции саморегулирующиеся нагревательные кабели имеют сходство с резистивными зональными кабелями. В них также имеются две параллельные токопроводящие жилы, но без изолирующего покрытия. Токопроводящие жилы заключаются в полимерную проводящую матрицу, или соединяются посредством спиральных полимерных проводящих нитей. Саморегулирование происходит за счет того, что тепловыделяющий элемент кабеля, изготовленный из полимерного проводящего материала, существенно увеличивает сопротивление в процессе нагревания. Величина ТКр полимера в 12-18 раз больше, чем у проводника из меди.

Тепловыделение кабелей может меняться по длине и зависит от температуры окружающей среды. При ее повышении сопротивление полимера возрастает, а тепловыделение падает. Это и есть эффект саморегулирования, при котором не происходит перегревания и перегорания кабеля. Саморегулирующийся кабель можно нарезать в виде секций длиной от 20 см до нескольких десятков метров.

4.3 Применение нагревательных кабелей

Нагревательные кабели широко применяются в быту и в промышленности. В быту их применяют для обогрева пола, водостоков, водопровода и кровли. В промышленности - для обогрева труб и трубопроводов, резервуаров и емкостей, разогрева продуктов, поддержания технологической температуры, подогрева пола морозильных камер.

ТЕПЛЫЙ ПОЛ

Встроенные кабельные системы «Теплый пол» могут применяться для отопления жилых и производственных помещений. Характеризуются повышенным комфортом, удобной эксплуатацией и значительной экономией электроэнергии, обеспечивают равномерное и оптимальное распределение тепла. Устанавливается в конструкцию любого типа - в бетонные, деревянные и другие виды полов в толщу цементной стяжки, укладываемой под декоративным покрытием пола.

ОБОГРЕВ ВОДОСТОКОВ И КРОВЛИ

Обогрев водостоков при помощи нагревательных кабелей обеспечивает работоспособность системы организованного водостока в течение зимы и межсезонья, помогает решить проблему обледенения крыш, образования сосулек и обеспечивает безопасность прохожих. Кроме того, системы обогрева снижают расходы на ремонт кровли. Для обогрева кровли и водостоков чаще всего применяют саморегулирующиеся греющие кабели, которые монтируются вдоль водосточных труб и путей стока воды, на ендовах, водометах, карнизах и примыканиях.

ОБОГРЕВ ВОДОПРОВОДА

Системы кабельного обогрева широко применяются для защиты трубопроводов от промерзания и повреждения. Их устанавливают снаружи или внутри трубы. Греющий кабель для водопровода подбирают так, чтобы потери тепла трубопровода не превышали выделяемого системой тепла. Кабель укладывается в один или несколько параллельных рядов. Применяется также способ укладки кабеля по спирали. Для крепления используют липкую ленту или стягивающую металлическую сетку. Снаружи трубу с кабелем обматывают фольгой.

ОБОГРЕВ ТРУБ И ТРУБОПРОВОДОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Системы обогрева трубопроводов предохраняют не только от замерзания в них воды, но и от кристаллизации, чрезмерного загустения различных веществ и закупорки труб при перекачке нефтепродуктов, химикатов и других жидкостей. Вследствие промерзания водопроводных труб они лопаются, а трубопроводы, используемые для подачи топлива, закупориваются и выводят из строя оборудование. Для трубопроводов длиной более 150 м и трубопроводов для вязких жидкостей применяются зональные или специальные резистивные греющие кабели постоянной мощности для высоких температур. Системы кабельного обогрева компенсируют теплопотери содержимого трубопроводов и предотвращают выпадение конденсата при прохождении по тубам газообразных продуктов. Система обогрева трубопроводов состоит из нагревательной части, распределительной и информационной сети, а также системы управления.

ОБОГРЕВ РЕЗЕРВУАРОВ И ЕМКОСТЕЙ, РАЗОГРЕВ ПРОДУКТА, ПОДДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Прохождение технологической цепочки в современной промышленности требует определенного температурного режима, который обеспечивает промышленный обогрев емкостей, резервуаров и других объектов. Обогрев резервуаров и емкостей производится для поддержания необходимой температуры их содержимого - нефти, нефтепродуктов, химических веществ, пищевых продуктов и воды. Основными его задачами является технологический обогрев, предотвращение замерзания, компенсация теплопотерь и стартовый разогрев. Для обогрева резервуаров и емкостей могут использоваться все виды кабелей. Система обогрева состоит из нагревательного кабеля и аксессуаров, контрольно-распределительной сети, осуществляющей передачу сигналов и питание, и системы управления.

ПОДОГРЕВ ПОЛА МОРОЗИЛЬНЫХ КАМЕР

Полы в морозильных камерах находятся в постоянном взаимодействии с грунтом, который промерзает и вспучивается. В результате этого разрушается не только пол, но и само сооружение. Во избежание этого, в морозильных камерах устанавливают системы защиты грунта от промерзания. Широкое применение получили системы кабельного обогрева. Нагревательный кабель укладывается между холодной поверхностью и фундаментом. При укладке теплоизоляционных полов греющий кабель прокладывают ниже теплоизолирующего слоя. Система кабельного обогрева морозильных камер надежна, долговечна, безопасна и не требует профилактического ремонта.

Список литературы

1.Электротермическое оборудование с/х производства Л.С. Герасимов

2. Электротехнология В.А. Карасенко

3. http://thermal.kiev.ua/obogrev-v-stroitelstve/nagrevatelniy-kabel.html

4. http://www.sanflorproekt.ru/kabel/rezist/

Размещено на Allbest.ru