Электрические установки нагрева воды
Электродные водонагреватели.В водонагревателях и паровых котлах используются электродные системы с плоскопараллельными, дугообразными и коаксиальными цилиндрическими электродами. При электродном способе нагрева используется только переменный ток (трехфазный или однофазный) во избежание электролиза воды. Трехфазный ток применяется в установках мощностью 25 и более кВт.
На рис. 3.1 показано устройство электродного котла с пластинчатыми электродами. В цилиндрическом корпусе 2 водонагревателя имеются входной патрубок 3, через который поступает холодная вода в водонагреватель, и выходной патрубок 1 для выхода горячей воды. Вода нагревается при прохождении между плоскими электродами, собранными в пакет 6. Электродные пластины изолированы друг от друга фторопластовыми втулками. Напряжение на пластины подается от сети переменного трехфазного тока через три токоведущие шпильки 5, проходящие через изоляторы 4, с помощью которых пластины
изолируются от днища корпуса.
Регулирование мощности, потребляемой водонагревателем с помощью пакета диэлектрических пластин 7, помещенных в верхней части котла. Пакет
диэлектрических пластин перемещается вертикально штурвалом 8. Перемещение пластин 7 происходит в зазорах между электродными пластинами 6.
Рис. 3.1. Устройство электродного котла: 1 – выходной патрубок; 2 – корпус; 3 – входной патрубок; 4 – изолятор; 5 – шпилька; 6 – электродные пластины; 7 – диэлектрические пластины
Электродные электрические установки применяют также для нагрева почвы, бетона на строительных объектах в зимнее время. Нагрев электропроводящей среды, находящейся между электродами происходит в результате прохождения через нее электрического тока, при этом влага, находящаяся в нагреваемой среде, испаряется. При прогреве бетона электроды (стальная проволока или лента) остаются в затвердевшем бетоне, концы их срезаются. Для нагрева почвы применяются переносные электроды.
Электрические элементные водонагреватели. При косвенном нагреве передача тепловой энергии к нагреваемому телу осуществляется путем теплопроводности, конвекции и излучения от специально нагретого устройства (нагревателя) при протекании по нему электрического тока. В качестве греющих элементов используются резистивные сопротивления, выполненные в виде проволочных или ленточных зигзагов или спиралей из материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением, которые крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке.
Различают нагреватели открытого, защищенного и герметического исполнения. В нагревателях открытого исполнения греющий элемент (резистор) размещают непосредственно в нагреваемой среде (воде).
В нагревателях защищенного исполнения греющий элемент размещают в защитном корпусе, предохраняющем его от механических повреждений и изолирующем от нагреваемой среды.
Рис. 3.2. Трубчатый электронагреватель
ТЭН: 1 – металлическая трубка;
2 – спираль; 3 – выводы
Наиболее эффективными являются герметические трубчатые электронагреватели (ТЭН) (рис. 3.2). Они применяются для нагрева воды, воздуха, газов, пищевых жиров, минеральных масел. ТЭН состоит из металлической трубки 1, внутри которой в электроизоляционном наполнителе запрессована нихромовая спираль 2, концы которой приварены к выводам в виде стержней 3. В зависимости от назначения ТЭНа трубка может изготовляться из нержавеющей стали (для нагрева воздуха, воды), меди или латуни (для слабых растворов щелочей и кислот), углеродистой стали (другие случаи).
В качестве наполнителя применяют кристаллическую окись магния. После засыпки наполнителя трубку опрессовывают и придают ей нужную форму. ТЭНы выпускаются мощностью от 100 Вт до 2,5 кВт на напряжение 12–380 В. Наибольшая температура наружной поверхности до 700оС.
На рис. 3.3 показан электрический водонагреватель с использованием
ТЭНов для нагрева воды.
Бак электроводонагревателя (рис. 3.3, а) выполнен в виде цилиндрического резервуара 7, вокруг которого расположен слой теплоизоляции 6, закрытый кожухом 5. В нижней части резервуара закреплены три ТЭНа 9. Сверху резервуар закрыт крышкой 4. Для контроля температуры водонагреватель снабжен термометром 3 и температурным датчиком с температурным реле 8, с помощью которых поддерживается постоянная температура и обеспечивается автоматический режим работы. Подача холодной воды в резервуар осуществляется снизу через приточный патрубок с обратным клапаном 10. Вода нагревается до 90о С и под давлением холодной воды поднимается вверх. Разбор горячей воды из бака осуществляется путем перелива через разборный патрубок 2. При необходимости слива воды из бака открывается сливной кран 11, благодаря чему вода по трубопроводу 12 переливается в водосборник.
Для обеспечения безопасности при возможном взрыве паров воды водонагреватель имеет предохранительный клапан 1.
Рис. 3.3. Водонагреватель: а – общий вид; б – электрическая схема; 1 – предохранительный клапан; 2 – разборный клапан; 3 – термометр; 4 – крышка; 5 – кожух; 6 – теплоизоляция; 7 – резервуар; 8 – термодатчик с температурным реле; 9 – ТЭН; 10 – обратный клапан; 11 – сливной кран; 12 – трубопровод; QF – автоматический выключатель; SK – контакт температурного датчика; KV – реле напряжения; КМ – магнитный пускатель;
ЕК – нагревательные элементы (ТЭНы).
Управление водонагревателем осуществляется аппаратами, смонтированными в станции управления. Схема управления показана на рис. 3.3, б.
Водонагреватель включается в электрическую сеть автоматическим выключателем QF (АЕ2000, ВА50). Через замкнутый контакт SK температурного датчика включается катушка реле KV, включающая своим контактом катушку магнитного пускателя КМ. При этом главные контакты пускателя КМ включают нагревательные элементы ЕК.
При повышении температуры выше 90оС срабатывает температурный датчик, размыкающий контакт SK. Цепь реле KV размыкается и магнитный пускатель отключает ТЭНы. При снижении температуры ниже заданной контакты датчика снова замыкаются и происходит включение нагревательных элементов.