ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

1. ЕЛЕКТРОТЕРМІЯ

1.3. Електричні водонагрівники та котли

1.3.1. Класифікація водонагрівників

1.3.2. Елементні та електродні водонагрівники

1.3.3. Електричні водогрійні та парові котли

1.3.1. Класифікація водонагрівників

Електричні водонагрівники широко застосовують як пристрої індивідуального користування на об’єктах, де немає централізованого гарячого водопостачання. Електричні водонагрівники відзначаються простотою будови і обслуговування, легкістю автоматизації, постійною готовністю до роботи. Їх встановлюють безпосередньо біля споживачів гарячої води, завдяки чому відпадає необхідність у трубопроводах гарячого водопостачання. В основному їх використовують на тваринницьких та птахівничих фермах, у технологічних процесах автонапування тварин і птиці, приготування кормів, миття посуду та догляду за тваринами

Виготовляються електричні водонагрівники двох типів:

В елементних водонагрівниках теплота виділяється у трубчастих нагрівних елементах (ТЕНах), тобто відбувається побічний нагрів опором. В електродних водонагрівниках за рахунок прямого нагріву опором виділення теплоти відбувається у шарі води між електродами, через який проходить електричний струм.

Трубчасті електронагрівники (ТЕНи)

ТЕНи являють собою, металеву трубку 1, всередині якої у теплопровідному електроізоляційному наповнювачі 2 (периклаз) розміщена ніхромова спіраль 3. Кінці спіралі приварені до вивідних контактних стержнів 4. Після засипання наповнювача трубка обпресовується. Під великим тиском наповнювач перетворюється у твердий монолітний матеріал, що фіксує спіраль та ізолює її від трубки.

Конструкція трубчастого герметичного електронагрівника

Елементні електроводонагрівники залежно від режиму роботи, схеми ввімкнення і конструкції поділяються на:

Проточні електроводонагрівники вмикаються у водопровідну мережу. Проходячи через резервуар, у якому розміщені ТЕНи, вода нагрівається, причому температура води на виході залежить від швидкості її руху та перерізу вихідного отвору. У зв’язку з цим проточні водонагрівники характеризуються невеликими габаритами за великіої продуктивності. Однак вмикаються вони в години споживання навантаження електричних мереж.

Будова проточного водонагрівача:

1 – ТЕН (трубчастий електронагрівник);2 – вимикач; 3 – клеми під’єднання; 4 – роторний компресор;

5 – підвід води; 6 – вихід нагрітої води; 7 – отвори для монтажу пристрою до стіни.

Регулювання потужності в елементних водонагрівниках відбувається шляхом зміни напруги живлення, або еквівалентним опором нагрівальних елементів.

Водонагрівники термосного типу мають великий бак з теплоізоляцією місткістю від 50 до 1600 л. Тому вони можуть вмикатись і акумулювати гарячу воду в години провалу добового графіка навантаження трансформаторної підстанції, що підвищує економічні показники електронагрівання води. Однак завдяки міцній теплоізоляції вони можуть забезпечити цілодобове гаряче водопостачання. Під час вимкнення акумуляційного водонагрівника з електричної мережі температура води знижується повільно, орієнтовно на 1 °С за годину. Система керування акумуляційними електронагрівниками забезпечують автоматичне ввімкнення, вимкнення і регулювання температури води.

Будова водонагрівача термосного типу

1 – теплоізоляція; 2 – бак; 3 – ТЕН; 4 – магнієвий анод; 5 – відбивач; 6 – труба холодної води із

зворотним клапаном; 7 – труба гарячої води; 8 – датчик температури; 9 – корпус.

video

не поддерживается вашим

Навіщо потрібен магнітний анод

Електродні водонагрівники проявляють свої переваги під час підвищення їх потужності. Тому в основному виготовляють їх потужністю понад 25 кВт, та використовують в електрокотельнях під час централізованого постачання споживачів теплотою й гарячою водою.

До переваг електродних водонагрівників порівняно з елементними слід віднести простоту будови, невеликі розміри і металомісткість 1 – 3 кг/кВт у електродних і 10 – 25 кг/кВт – в елементних. Вони не бояться “сухого ходу” (вмикання в електромережу без води), оскільки за відсутності води між електродами потужність із мережі не споживається. Під час електродного нагрівання зменшується забруднення води бактеріями в результаті дії на них електричного струму.

Поряд з цим електродні водонагрівники мають й недоліки. В установках з розчинними електродами (вуглецева сталь) і металевим баком вода забруднюється продуктами електрохімічних реакцій (окиси металу), які в певних концентраціях шкідливі для людей та тварин. Вода не забруднюється під час використання нерозчинних електродів (наприклад, графітових). Електродні водонагрівники відзначаються також підвищеною небезпекою ураження електричним струмом, оскільки вода за певних умов може мати небезпечний потенціал відносно землі.

Недоліком електродних водонагрівників є значне зростання споживаної потужності в процесі нагрівання. Так під час нагрівання води від 10 до 100 °С споживана потужність збільшується в 3 – 4 рази, що може призвести до перевантаження електромережі.

Регулювання потужності електродних водонагрівників здійснюють шляхом проходження ізоляційних вставок між електродами, або зміною кута нахилу електродів.

ІНДУКЦІЙНІ ВОДОНАГРІВАЧІ

Робота ґрунтується на принципі електромагнітної індукції. Такий підхід вважається порівняно новим в області опалення. Якщо говорити про будову, будь-який подібний котел є металевим сердечником, виготовленим у формі лабіринту з дрібних труб. Зверху він накритий індуктором, по якому проходить напруга. Таку конструкцію в якомусь роді можна назвати трансформатором, де котушка відіграє роль первинної обмотки, а сердечник, всередині якого проходить рідина – вторинної.

В результаті під дією електромагнітного поля відбувається нагрівання внутрішніх елементів, які передають тепло рідини для опалювальної системи. При цьому мікровібрації сердечника дозволяють пристрою захиститися від накипу, яка зазвичай виникає в ТЕНових агрегатах.

Однією з основних відмінностей індукційних котлів від інших видів апаратів є можливість застосування будь-якого виду теплоносія, будь це вода, антифриз або відпрацьоване масло. Це можна сміливо назвати одним з основних переваг перед електродними або ТЕНовими нагрівачами, де потрібно підбирати воду.

video

не поддерживается вашим

Будова і принцип роботи індукційного електрокотла

1.3.2. Елементні та електродні водонагрівники

Промисловість випускає серію уніфікованих акумуляційних електроводонагрівників УАП замість старої серії ВЕТ. Водонагрівники місткістю 50 і 100 л випускаються в однофазному виконанні, а місткістю 200, 300, 400, 600, 800 і 1600 л – у трифазному виконанні.

Водонагрівник типу УАП (рис.1.3.1.) має зварний циліндричний резервуар з листової сталі, трубчасті нагрівальні елементи, терморегулятор, термометр, систему подачі води та станцію керування. Живлення водою здійснюється через спеціальний поплавковий клапан, який забезпечує підтримання сталого рівня води в резервуарі. Нагрівні елементи розділені на дві групи, одна з яких міститься у верхній, а друга – в нижній частинах резервуара. За допомогою вимикачів можна ввімкнути кожну групу нагрівників окремо або відразу дві групи, регулюючи таким чином потужність водонагрівника. Задана температура нагрівання води підтримується автоматично. Під час вмикання обох груп водонагрівників відбувається форсоване нагрівання, а під час вмикання лише нижнього нагрівника здійснюється акумуляційний режим. Надійна теплоізоляція дозволяє вмикати водонагрівник вночі, а вдень користуватись теплою водою, бо зниження температури води не перевищує 0,6 – 0,7 °С а годину.

Рис. 1.3.1. Електронагрівник УАП-400/0,9-М1

1 – кран гарячої води; 2 – вентиль холодної води; 3 – зворотний клапан;

4 – трубчасті електронагрівники; 5 – терморегулятор; 6 – резервуар;

7 – шар теплоізоляції; 8 – водозабірна труба; 9 – кожух; 10 – термометр;

11 – кришка контактних з'єднань; 12 – зливний патрубок.

Принципова електрична схема водонагрівача серії УАП-800/09, УАП-1600/09

Водонагрівач може працювати в трьох режимах:

1) форсований нагрів (вкл. SА1 і SА2) - включаються групи нагрівачів "Зона 1" і "Зона 2" загальною потужністю 18 кВт (УАП-800) або 30 кВт (УАП-1600);

2) акумуляційний режим (вкл. SА1) - включається група нагрівачів "Зона 1" потужністю 12 кВт (УАП-800) або 18 кВт (УАП-1600);

3) розігрів 0,25 ємності (вкл. SА2) - включається група нагрівачів "Зона 2" потужністю 6 кВт (УАП-800) або 12 кВт (УАП-1600).

Задана температура нагрівання води підтримується автоматично. При підвищенні температури води розмикаються контакти температурних реле SК1 і SК2. Спрацьовують проміжні реле КV1 і КV2 і розмикають свої контакти в колах живлення електромагнітних пускачів КМ1 і КМ2. Пускачі вимикають нагрівники.

Водонагрівники САОС-400/90, САОС-800/90, САОС-1600/90 мають характеристики, аналогічні характеристикам водонагрівників УАП. На відміну від останніх вони розраховані на роботу під тиском водопровідної мережі (до 0,4 МПа). Наявність вентиля на вихідному патрубку дозволяє здійснювати забирання гарячої води у кількох точках. Новий тип ізоляції на основі пластмас наносять безпосередньо на резервуар (без зовнішнього металевого кожуха).

Водонагрівники серії САОС обладнані клапаном надлишкового тиску для запобігання пошкодженню апарата під час підвищення тиску у водопровідній мережі та двома терморегуляторами. Один терморегулятор підтримує задану температуру води, а другий (аварійний) вимикає водонагрівник з мережі під час перевищення допустимої температури.

Технічні характеристики електроводонагрівників акумуляційного типу

Показники	УАП-400/ 09-М1	УАП-800/ 09-М1	УАП-1600/ 09-М1	САОС- 400/90- И1	САОС- 800/90- И1
Місткість бака, л Потужність, кВт Температура води на виході, °С Час розігріву води до 80 °С, год Надлишковий тиск води, МПа ККД, %	400 12 90 2,9	800 18 90 5	1600 30 90 6	400 12 90 3,3 0,4 96	800 18 90 5,0 0,4 96

Водонагрівники типу САЗС (рис 1.3.2.) призначені для підігрівання води у системах автонапування тварин. Мають додаткову систему замкнутого трубопроводу з циркуляційним насосом. Задана температура води в системі автонапування підтримується двома терморегуляторами. Кожний складається з датчика температури (ртутного контактного термометра) і семістора. Один датчик температури SК1 встановлений у верхній частині баку, а другий SК2 - у самій віддаленій точці водопровідної мережі системи автонапування.

До комплекту САЗС входять контактні термометри з температурою спрацювання 5; 10; 16 і 22°С. У корівнику на водонагрівнику встановлюють контактний термометр з температурою спрацювання 10 °С, а в самій віддаленій точці водопровідної мережі - з температурою спрацювання 5 °С; в родильному відділенні - відповідно 16 °С і 10°С.

Насос забезпечує періодичну циркуляцію води в системі автонапування. Керування роботою насоса може бути ручне і автоматичне, перемикання здійснюється перемикачем SА.

В автоматичному режимі роботою насоса керує терморегулятор, датчик якого SК2 встановлений у найвіддаленішій точці мережі автонапування. При зниженні температури води у цій точці менше температури спрацювання датчика його контакт SК2 розмикається, семістор VS2 відкривається і замикає коло котушки електромагнітного пускача КМ2, який вмикає насос. Вимикається насос при підвищенні температури води у найвіддаленішій точці до температури спрацювання (замикання) датчика SK2.

Інший терморегулятор SK1 працює аналогічно і автоматично підтримує задану температуру води у нагрівнику шляхом вмикання і вимикання нагрівних елементів.

Рис 1.3.2. Елементний водонагрівач типу САЗС

1 – ізолюючі вставки; 2 – шафа керування; 3 - водонагрівач; 4 і 6 – запобіжний і зворотний клапани;

5 – температурне реле; 7 – насос; 8 – електродвигун

Водонагрівачі проточного типу «Дніпро» КЕО

Основні вузли і елементи апарату:

Ø бак – сталева теплоізольована по зовнішній поверхні місткість прямокутної форми зі встановленими блоками ТЕН;

Ø поточний вимикач;

Ø пристрій для магнітної обробки води (ПМВ);

Ø стальні патрубки – (з різьбленням G 1/2) вварені в бак для подачі холодної води і виходу гарячої води;

Ø лицьова панель зі встановленими на ній елементами управління і сигналізації: терморегулятор, термометр, перемикачі режимів роботи.

Для проведення монтажних робіт і візуального огляду, передня панель зроблена знімною.

Принцип роботи. Холодна вода з водопроводу через фільтр, датчик потоку, пристрій для магнітної обробки води (ПМВ) і вхідний патрубок, поступає в бак, нагрівається ТЕНами і через вихідний патрубок, нагріта вода поступає до споживача. Регулювання температури води може проводитися кранами витрати, клавішами режимів нагріву і рукояткою терморегулятора. При нагріві води за межею встановленої, живлення ТЕН автоматично вимикається. Повторне включення відбувається автоматично після зниження температури проточної води.

Оснащення апарату екологічно безпечним пристроєм магнітної обробки води (ПМВ) запобігає утворенню накипу і як наслідок – зменшення енергоспоживання.

Технічні характеристики електроводонагрівників проточного типу

Показники	САЗС - 400 /90-И1	САЗС -800 /90-И1	КЕО 12	КЕО 30
Місткість бака, л Потужність, кВт Температура води на виході, °С Потужність електродвигуна циркуляційного насоса, кВт Надлишковий тиск води, МПа ККД, %	400 12 95 0,37 0,4 96	800 18 95 0,37 0,4 96	9 12 90 0,37 0,35 94	9 30 90 0,37 0,35 94

Електродні водогрійні котли типу ЕПЗ призначені для нагрівання води в системах опалення і гарячого водопостачання. Водонагрівник – це стальний циліндричний бак у металевому корпусі з двома патрубками для підведення і відведення води. Між баком і кожухом прокладено теплоізоляцію. До верхнього патрубка приєднано спеціальний патрубок з двома гніздами для встановлення аварійного та регулювального електроконтактних термометрів. На верхній, герметично закріпленій на корпусі, кришці змонтовано всі елементи електродної системи. Через кришку в ущільнених ізоляторах проходять три струмопроводи фазних електродів з стальних труб. Антиелектроди, виготовлені з труб більшого діаметра, закріплені на кришці так, щоб кожний фазний електрод знаходився концентрично відносно антиелектродів. У зазорі між електродами та антиелектродами розміщені ізоляційні циліндри, закріплені на траверсі, яка під час регулювання потужності переміщується по ходовому гвинту маховика, що обертається. Рух ізоляційних циліндрів у зазорі між фазними електродами і антиелектродами дає змогу регулювати потужність водонагрівника від 10 до 100 %.

Недоліком електродних водонагрівників серії ЕПЗ є невисока надійність в роботі через малу міжелектродну відстань.

Рис. 1.3.3. Електродний нагрівник ЕПЗ-100И2:

1 – скоби; 2 – корпус; 3,13 – кожухи; 4 і 18 – ізоляційні екрани;

5 – регулювальний електрод; 6 – фазні електроди; 7 – кришка: 8 – шкала;

9 – ручка; 10 – ввід струму; 11 – шини; 12 – ізолятор; 14 і 22 – дренажі;

16 і 20 – патрубки; 17 – поворотна вісь; 19 – траверса; 21 – ізолятор дна.

Електродний водогрійний котел ЕПЗ-100И2 (рис. 1.3.3) складається з таких основних вузлів: корпуса 2, електродної групи 5, 6 і кришки 7. Електродна група, змонтована на кришці за допомогою прохідних ізоляторів 12, складається із блоків регулювальних 5 і фазних 6 електродів. Споживана водонагрівником потужність регулюється повертанням у горизонтальній площині електродів на кут від 0 до 60°С. Внутрішня частина корпуса й днище, а також зазори між боковими кромками електродів ізольовані поліпропіленом. На кришці встановлений механізм регулювання потужності з ручкою 9 повертання регулювальних електродів. Струмовводи водонагрівника 10 захищені кожухом 13, на якому закріплена шкала потужності 8.

Крім контактних пристроїв керування водонагрівачами ЕПЗ виготовляються також пульти управління з безконтактним керуванням за допомогою контролерів «Старт-5». Функціональність пультів у цьому випадку повністю відповідає логіці роботи даного контролера.

Принцип роботи контролера полягає в автоматичному підтриманні заданих параметрів температур і захисту від аварійних режимів роботи. Нагрів ввімкнений до тих пір, поки температура води або повітря в опалювальному приміщенні не досягнуть встановленого значення.

Контролер здійснює захист водонагрівача від: аварійно-високої температури (t3); перевантаження по струму; неповнофазного режиму; відсутність потоку води (b2); несправності температурних датчиків (t1, t2, t3).

Контролер показує пофазно напруги у вольтах і струми навантаження в амперах; видає аналоговий і звуковий сигнали про аварійне відключення нагріву і насоса.

Режим блокіровки (b1) призначений для тимчасового блокування роботи водонагрівача і не є аварійним режимом (до цього контакту можуть підключатися двері захисного огородження; пускач насоса, що підключений поза контролером; іншого зовнішнього пристрою).

Пульт управління водонагрівачем ЕПЗ і контролер «Старт-5»

Технічні характеристики електродних водонагрівників ЕПЗ

Показники	ЕПЗ-100 И3	ЕПЗ-250 И3	ЕПЗ-400 И3
Номінальна споживана потужність, кВт	100	250	400
Номінальна температура води, °С:
- на вході	70	70	70
- на виход	95	95	95
Максимальний надлишковий робочий тиск, МПа	0,6	0,6	0,6
Продуктивність за номінальної температури, м^3/год	3,4	8,5	13,6
Межі регулювання потужності, %	20 – 100	20 – 10	20 – 100
Номінальний питомий опір води за температури 20 °С, Ом×м	20	20	20
Питома витрата електроенергії, кВт-год/м^3	29,4	29,4	29,4
Коефіцієнт корисної дії, %	99	99	99

1.3.3. Електричні водогрійні та парові котли

Водонагрівальні і парові електрокотли випускаються електродними. Електродний нагрів забезпечує котлам простоту конструкції і регулювання потужності, високу надійність, строк служби та енергетичні показники.

Водонагрівальні котли за будовою і принципом дії аналогічні електродним водонагрівникам і відрізняються від них міцністю корпусу, тому що працюють під тиском.

Пара широко використовується в сільськогосподарському виробництві для опалення тваринницьких і виробничих приміщень, теплової обробки кормів, пастеризації молока, стерилізації молочної посуди, ґрунту в теплицях тощо.

Особливо важливе значення має запарювання кормів, завдяки якому підвищується їх поїдання і засвоюваність. Крім цього, під час запарювання знешкоджуються шкідливі для організму паразити і грибки, а також насіння бур’янів, чим запобігається повторне забруднення ними полів із гноєм.

У сільському господарстві широко застосовуються електродні водонагрівальні котли типу КЕВ, КЕВЗ, парові котли КЕПР та парогенератори ЕЕП-160И1, ЕЕП-250И1 і ЕЕП-400И1.

На рис 1.3.4. наведено конструктивну схема котла типу КЕВ з пластинчастими електродами. Корпус котла виконаний із стандартної труби і має вхідний і вихідний патрубки. У середині котла на ізоляторах змонтовано електродну систему у вигляді пакета пластинчастих електродів, які утворюють з’єднання «подвійний трикутник». Регулювання потужності досягається введенням між електроди діелектричних пластин. Пластинчасті електроди застосовують під час питомого опору води понад 10 Ом×м, за менших опорів, а також у високовольтних котлах використовують циліндричні електроди.

Рис 1.3.4. Електродний водонагрівальний котел КЕВ 0,4:

1 – корпус; 2 – днище; 3 – струмоведучий стержень; 4 – пластинчасті електроди;

5 – захисні діелектричні пластини; 6 – регулювальні діелектричні пластини.

Технічні характеристики електродних водонагрівників КЕВ

Показник	КЕВ- 40/0,4	КЕВ- 63/0,4	КЕВ- 100/0,4	КЕВ- 160/0,4	КЕВ- 250/0,4
Номінальна споживана потужність, кВт	40	63	100	160	250
Робочий тиск у котла, МПа	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
Температура, води °С: - на вході	75	75	75	75	75
- на виході	95	95	95	95	95
Витрата води через котел, м^3/год	1,4	2,2	3,5	5,5	8,6
Питомий опір води при 20°С, Ом.м	10-170	10-170	10-170	10-170	10-170
Межі регулювання потужності, %	25-100	25-100	25-100	25-100	25-100
Маса, кг	88	124,2	170	170	251

На рис. 1.3.5 зображено електричний паровий котел КЕПР-160/0,4. Електрокотел має внутрішню (парогенерувальну) і зовнішню (витискальну) камери. Електродна система виконана у вигляді пакета плоских пластин, живлення до яких підводиться через прохідні ізолятори.

Рис.1.3.5. Електродний паровий котел КЕПР-160/0,4:

1 – парогенерувальна камера; 2 – витискальна камера; 3 – електродна система; 4 – прохідний ізолятор;

5 – поплавковий регулятор; 6 – регулятор температури пари; 7 – механічний сепаратор пари.

Потужність котла регулюється за тиском пари, який залежать від інтенсивності розбору пари. Якщо тиск пари котла нижчий від допустимого значення, то регулювальний клапан регулятора температури відкритий і вода в обох камерах стоїть на одному рівні, повністю закриваючи електроди. Паровий котел при цьому працює на повну потужність.

Під час зниження інтенсивності розбору пари тиск і температура пари зростають, вода з камери 1 витискається в камеру 2. Оголення електродів призводить до зниження потужності. Аналогічно регулюється потужність парового електрокотла під час зміни питомого опору води.

Вода в паровий котел подається через поплавковий регулятор і попадає спочатку у витискальну камеру. У верхній частині парогенерувального простору розміщений механічний сепаратор пари, який осушує пару за рахунок відділення водяних крапель. Для запобігання утворення накипу в котлах воду попередньо обробляють у магнітному полі.

Електропарогенератор ЕЕП-160И1 складається з електродного парового котла, живильного бака, термічного деаератора, живильного насоса і щита керування. Всі елементи парогенератора, крім щита, змонтовані на загальній рамі. У котлі отримують пар з максимальною температурою 165 ⁰С.

Електрична схема керування роботою забезпечує автоматичне підтримання потужності на одній із чотирьох ступенів – 25, 50, 75 і 100 %. Необхідну ступінь потужності вибирають перемикачем.

Рис.1.3.5. Зовнішній вигляд електропарогенератора

Температуру води для напування тварин приймають у таких межах для:

Ø корів 8 … 12 °С;

Ø телят 14 … 16 °С;

Ø свиней 10 … 16 °С;

Ø поросят 16 … 20 °С.

Температуру гарячої води для виробничих потреб приймають для:

Ø миття молокопроводів, молочної посуди, шлангів 55…65 °С,

Ø підмивання вим’я у корів 37 … 38 °С,

Ø приготування кормів 40 … 65 °С,

Ø опалення допоміжних приміщень 70 … 95 °С.

Питання для самоперевірки

1. Як поділяються електричні водонагрівники і котли за принципом нагрівання і принципом дії?

2. Переваги і недоліки електродних водонагрівачів порівняно з елементними.

3. Типи елементних нагрівників періодичної дії, їх застосування.

4. Типи елементних нагрівників безперервної дії, їх застосування.

5. Будова і принцип дії електричного водонагрівника САОС.

6. Будова і принцип дії електричного водонагрівника САЗС.

7. Будова і принцип дії електродного котла КЕПР.

Попередня тема

На початок

Наступна тема