Изучение устройства электронагревательных установок и правил их эксплуатации.
Электрический нагрев обладает значительным техническим преимуществом: постоянная готовность к действию электротепловых установок, возможность полной автоматизации процессов нагрева с поддержанием температуры в установленных пределах (в инкубаторах, пастеризаторах и т. п.), малые капитальные затраты, хорошие санитарно-гигиенические условия. В практике применяют различные способы электронагрева: сопротивлением, индукционный, электродуговой, диэлектрический, электронно-лучевой, инфракрасными лучами.
В сельскохозяйственном производстве нашел широкое применение электронагрев сопротивлением. При этом способе используется тепловое действие электрического тока. Проходя по твердым телам (проводникам) или жидким средам, электрический ток нагревает их.
Электронагревательные установки сопротивления бывают прямого и косвенного электронагрева. При прямом электронагреве преобразование электрической энергии в тепловую происходит в результате прохождения электрического тока непосредственно по нагреваемой среде (вода, молоко и другие проводящие среды). При косвенном электронагреве электрический ток проходит по специальному нагревательному элементу, от которого тепло передается нагреваемой среде.
В установках с прямым (электродным) нагревом нагреваемая среда помещается между электродами, которые подключаются к электрической цепи переменного тока. Электрический ток, протекая по среде между электродами, нагревает ее. Установки с прямым нагревом называют электродными нагревателями.
В животноводстве электродные нагреватели применяют в основном для нагрева воды. Электродные водонагреватели просты по конструкции и удобны в эксплуатации. Основной недостаток — значительное увеличение потребляемой мощности от начала нагрева воды до конца (примерно в пять раз при нагреве воды от 10 до 100°С). Это объясняется тем, что с повышением температуры воды уменьшается ее удельное сопротивление. Другим недостатком этих нагревателей является непосредственный контакт между электродами и средой (водой), что повышает опасность поражения электрическим током людей и животных.
В установках с косвенным (элементным) нагревом теплота выделяется при прохождении тока через нагревательные элементы. Установки с косвенным нагревом называют элементными.
Нагревательные элементы изготовляют в форме ленты или проволоки из материала, обладающего следующими физико-техническими свойствами: большим удельным сопротивлением, высокой температурой плавления, малым температурным коэффициентом сопротивления, устойчивостью к окислению.
Для изготовления нагревательных элементов применяют; нихром, фехраль, констант и другие проводниковые материалы.
Нагревательные элементы могут быть открытыми и закрытыми.
Закрытые нагревательные элементы не имеют непосредственного контакта с нагреваемым материалом. В практике' широко применяют трубчатый электрический нагреватель (ТЭН). Он представляет собой металлическую трубку, внутри которой в кварцевом песке или в плавленой окиси магния находится спираль из нихромовой или константановой проволоки. Трубки герметизированы. Срок службы ТЭНов около 10 000 ч.
Рассмотрим устройство и работу некоторых типов электронагревателей.
Водонагреватель-термос - типа ВЭТ предназначен для нагрева воды до заданной температуры (от 8 до 90°С) и сохранения ее в горячем состоянии. Они состоят из стального сварного резервуара вместимостью от 200 до 1600 л, кожуха с крышкой, нагревательного устройства, температурного реле. Между кожухом и резервуаром размещен теплоизоляционный слой 3 из стеклянной или шлаковой ваты. Водонагреватели комплектуются станцией управления с автоматическим выключателем и магнитным пускателем.
А – устройство; б – электрическая схема; в - температурное реле; 1 – кожух; 2 - резервуар; 3 – теплоизоляция; 4,7 – патрубки; 5 – температурное реле; 6 - нагревательное устройство; 8 – кран спускной; 9 – изоляционная вставка; 10 – термометр; 11 – ртутный переключатель; 12 – Г-образный палец; 13 – обойма; 14 - биметаллическая спираль; 15 – валик; 16 – трубка; 17 – противовес; 18 – упор; Г1 - рубильник; Г2,Г3, Г4 – предохранители; К – магнитный пускатель; Т – терморегулятор.
Нагревательное устройство состоит из нескольких трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов) с питанием от сети с напряжением 220 В.
Температурное реле служит для автоматического включения и выключения нагревательного устройства в зависимости от температуры воды. Оно состоит из биметаллической пластинчатой спирали, один конец которой прикреплен к корпусу, а другой соединен с валиком и укрепленным на валике ртутным переключателем. Перед включением водонагреватель заполняют водой; пока она не потечет через разборную трубу. Затем нажимают на пусковую кнопку автомата. Через замкнутые контакты температурного реле включается катушка магнитного пускателя, который, в свою очередь, включает трубчатые электрические нагреватели. По мере нагрева воды спираль закручивается и поворачивает валик с Г-образным пальцем, который наклоняет ртутный переключатель. Когда температура воды достигнет верхнего заданного предела, ртутный переключатель повернется настолько, что ртуть в нем перельется в одну сторону, и цепь катушки магнитного пускателя разомкнется, и, следовательно, отключаются нагревательные элементы. С охлаждением воды охлаждается и температурное реле, которое вновь включит магнитный пускатель и нагревательные элементы.
Необходимую температуру нагрева воды устанавливают по шкале температурного реле. При повороте рычажка по часовой стрелке устанавливаемая температура нагрева увеличивается, при повороте рычажка против часовой стрелки — уменьшается. К водопроводной сети водонагреватель присоединяют через резиновый шланг (изоляционная вставка) 9 длиной не менее 1 м. Резиновый шланг служит для электроизоляции водопровода от водонагревателя. При пуске в эксплуатацию водонагреватель наполняют холодной водой, открыв вентиль на питающем трубопроводе. Как только вода потечет из патрубка горячей воды, закрывают вентиль на питающем трубопроводе и включают нагревательное устройство в сеть.
Горячую воду из резервуара забирают через патрубок, открыв предварительно вентиль на питающем трубопроводе. При открытом вентиле холодная вода из водопровода поступает через патрубок холодной воды в резервуар и вытесняет нагретую воду через патрубок горячей воды. В результате резервуар всегда наполнен водой.
Нагретую воду нельзя разбирать через спускной кран при включенном нагревательном устройстве, так как уровень воды в резервуаре может опуститься ниже нагревательных элементов и последние, нагреваясь без воды, могут выйти из строя. Поэтому включать нагревательное устройство в электросеть можно только при заполненном водой резервуаре.
Водонагреватели типа ВЭТ рассчитаны на питание водой от водопроводной сети давлением не более 300 кПа. Водонагреватель устанавливают на постаменте из кирпича или дерева. Его корпус обязательно заземляется или зануляется. Водонагреватель может питаться от сети переменного тока напряжением 380 или 220 В. Если напряжение сети 380 В, нагревательные элементы соединяют «звездой», при напряжении сети 220 В их соединяют «треугольником». Такую конструкцию имеют электрические водонагреватели-термосы ВЭТ-200, ВЭТ-400, ВЭТ-800, ВЭТ-1600.
Проточные водонагреватели типа ЭВП предназначены для подогрева проточной воды во время ее непосредственного потребления Вода может подогреваться до любой заданной температуры в пределах до 90°С.
Проточный водонагреватель типа ЭВП представляет собой цилиндрический резервуар, закрытый металлическим кожухом, предназначенным для теплоизоляции и ограждения горячей поверхности резервуара от прикосновения. Внутри резервуара вдоль его оси размещены три трубчатых нагревательных элемента, которые могут быть соединены в «звезду» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Сверху на резервуар надета крышка с резиновой прокладкой. В крышке имеется шесть отверстий для вывода концов нагревательных элементов. Водонагреватель присоединяется к водопроводной сети посредством изолирующих резиновых шлангов (вставок) длиной 1 м каждый. Холодная вода из водопровода подается в резервуар через кран 6 и нижний (входной) патрубок, омывает нагревательные элементы, нагревается и выходит из резервуара через верхний патрубок. Температура нагрева зависит от количества воды, протекающей через водонагреватель в единицу времени. Чем больше протечет воды, тем ниже будет ее температура. Поэтому температуру нагреваемой воды регулируют вентилем, уменьшая или увеличивая подачу воды в резервуар.
На верхнем патрубке установлены термометр и предохранительный клапан, который служит для предотвращения возможности взрыва при интенсивном парообразовании (например, в случае прекращения притока воды). Для включения водонагревателя надо открыть вентиль и пустить воду из водопровода в резервуар, а потом включить нагревательные элементы в электрическую сеть.
Схема автоматики водонагревателя ЭВП-2А позволяет осуществлять двухпозиционное регулирование температуры выходной воды. Проточные электроводонагреватели типа ЭВП выпускаются промышленностью в различных модификациях.
Кроме рассмотренных электроводонагревателей, на животноводческих фермах применяются электрические нагреватели УАП-1600/0,2,ЭВ-Ф-15А, УАП-300/0.2-М1, УАП-400/0,9-М1 и др.
Электрокалориферные установки предназначены для нагрева воздуха в системах приточной вентиляции животноводческих, птицеводческих и других сельскохозяйственных помещений. Их можно также использовать для сушки различных материалов, трав, сена, зерна и т. д. Нагрев воздуха в электрокалориферах осуществляется трубчатыми нагревательными элементами, оребренными алюминием. Применяются также открытые нагревательные элементы. Нагревательные элементы установлены в камере нагрева на пути движения воздуха. Количеством нагревательных элементов регулируют мощность (теплопроизводительность) электрокалориферной установки. Температуру нагретого воздуха при постоянном числе элементов можно изменять, варьируя производительность вентилятора.
Наша промышленность выпускает электрокалориферные установки серии СФОА. Эти установки просты по конструкции, компактны, удобны в эксплуатации, могут быть легко автоматизированы.
Электрокалориферная установка (рис. 90) состоит из электрокалорифера, центробежного вентилятора, электродвигателя 6 и шкафа с аппаратурой автоматического управления. Для сельского хозяйства выпускают калориферы мощностью от 5 до 100 кВт на напряжение 380/220 В. Выпускаются электрокалориферы и другого типа (НЭК-В1, 1СФО-18/0.5Т, ЭК, ЭКВидр.).
Электробрудеры Предназначены для местного обогрева цыплят в первый месяц их выращивания при напольном содержании.
Электрический зонтичный брудер БП-1 состоит из пирамидального шестигранного зонта, обогревателя, температурного реле и подвески.
Обогреватель представляет собой усеченный конус, на боковой поверхности которого установлены четыре трубчатых электронагревателя типа ТЭН, соединенных попарно в две группы. Мощность каждого элемента 300 Вт при напряжении 110В. Заданное значение температуры под зонтом поддерживается при помощи терморегулятора, который состоит из мембранного датчика, заполненного эфиром, промежуточного реле, микровыключателя, регулировочного винта с механизмом отключения и тумблера для включения и отключения лампы освещения. Для контроля за работой нагревательных элементов ТЭНов служит сигнальная лампа Я.
При включенном электробрудере ток из сети через контакты температурного реле поступает в катушку промежуточного реле и через его контакты на нагреватели (ТЭН). В случае превышения установленной температуры контакты температурного реле размыкаются и отключаются ТЭНы и сигнальная лампа. При понижении температуры под брудером температурное реле срабатывает и включает нагреватели с сигнальной лампой. Подвешивают брудеры к потолку здания. По мере роста цыплят брудер при помощи лебедочного устройства поднимают. Электробрудер БП-1 потребляет мощность 1,2 кВт и рассчитан на напряжение 220В.
Электрообогреваемые полы получают все более широкое применение на животноводческих и птицеводческих фермах. Они улучшают микроклимат в помещениях и предохраняют животных от простудных заболеваний. Полы нагреваются нагревательными проводами или стальной оцинкованной проволокой. Для этих целей применяются провода марок ПОСХВ и ПОСХП.
При устройстве пола (глинобитного или бетонного) на хороший уплотненный грунт укладывают гидроизоляцию из толя или полиэтиленовой пленки в два слоя. На гидроизоляцию (если пол бетонный), покрытую песком, укладывают тепловую изоляцию. В качестве изоляции применяют пенобетон, пенопласт, керамзит или котельный шлак, который насыпают слоем толщиной до 150 мм. На теплоизоляцию кладут бетон. В слое бетона прокладывают нагревательные провода, сверху которых помещают экранирующую металлическую сетку. Толщина слоя бетона может составлять от 60 до 200 мм в зависимости от механической нагрузки на пол и графика снабжения электроэнергией. При частом отключении энергии толщину полов делают больше, чтобы увеличить их теплоаккумулирующую способность. При бесперебойном снабжении электроэнергией толщину слоя бетона делают не более 60 мм, толщину слоя под нагревательным проводом — около 40 мм. При устройстве глинобитного пола на гидроизоляцию насыпают песок слоем около 100 мм, в котором прокладывают зигзагом нагревательные провода. На песок укладывают экранирующую сетку и затем глиносоломенную смесь или же глинобетон. Экранирующую сетку заземляют или зануляют. Нагревательное устройство пола разбивают на несколько секций с самостоятельным управлением.
В зависимости от возраста животных температуру пола поддерживают в определенных пределах с помощью температурного двухпозиционного датчика или реле.