Šķidrās vides elektrodu sildīšana

Metode elektroda sildīšanai, ko izmanto vadu sildīšanai II mil: ūdens, piens, augļu un ogu sulas, augsne, betons utt. Elektrodu apkure ir plaši izplatīta elektrodu katlos, karstā ūdens un tvaika katlos, kā arī šķidro un mitro barotņu pasterizācijas un sterilizācijas procesos, barības termiskajā apstrādē.

Materiālu novieto starp elektrodiem un silda ar elektrisko strāvu, kas iet caur materiālu no viena elektroda uz otru. Elektrodu apkure tiek uzskatīta par tiešu sildīšanu — materiāls kalpo kā vide, kurā elektroenerģiju pārvērš siltumā.

Elektrodu apkure ir vienkāršākais un ekonomiskākais materiālu sildīšanas veids; tam nav nepieciešami īpaši barošanas avoti vai sildītāji, kas izgatavoti no dārgiem sakausējumiem.

Elektrodi piegādā strāvu sildāmajai videi, un paši tie praktiski netiek uzkarsēti ar strāvu. Elektrodi ir izgatavoti no materiāliem bez deficīta, visbiežāk no metāliem, taču tie var būt arī nemetāliski (grafīts, ogleklis). Lai izvairītos no elektrolīzes, izmantojiet tikai maiņstrāva.

Mitru materiālu vadītspēju nosaka ūdens saturs, tāpēc turpmāk elektrodu sildīšana tiks aplūkota galvenokārt ūdens sildīšanai, bet dotās atkarības ir piemērojamas arī citu mitru vielu sildīšanai.

Sildīšana elektrolītā

Mašīnbūvē un remonta ražošanā izmanto sildīšanu elektrolītā... Metāla izstrādājumu (detaļu) ievieto elektrolīta vannā (5-10% šķīdums Na2CO3 un citi) un pieslēdz līdzstrāvas avota negatīvajam polam. Elektrolīzes rezultātā pie katoda izdalās ūdeņradis, bet pie anoda - skābeklis. Ūdeņraža burbuļu slānis, kas pārklāj daļu, ir augsta strāvas pretestība. Lielākā daļa siltuma tiek izvadīta tajā, sildot daļu. Pie anoda, kura virsmas laukums ir daudz lielāks, strāvas blīvums ir zems. Noteiktos apstākļos detaļu silda elektriskās izlādes, kas rodas ūdeņraža slānī. Gāzes slānis vienlaikus kalpo kā siltumizolācija, neļaujot detaļas elektrolītam atdzist.

Sildīšanas priekšrocība elektrolītā ir ievērojams enerģijas blīvums (līdz 1 kW / cm2), kas nodrošina augstu sildīšanas ātrumu. Tomēr tas tiek panākts, palielinot enerģijas patēriņu.

Vadu elektriskā pretestība II milj

Vadītāji II tipa sauc par elektrolītiem... Tajos ietilpst skābju, bāzu, sāļu ūdens šķīdumi, kā arī dažādi šķidri un mitrumu saturoši materiāli (piens, mitrā barība, augsne).

Ir pieejams destilēts ūdens elektriskā pretestība apmēram 104 omi x m un praktiski nevada elektrību, un ķīmiski tīrs ūdens ir labs dielektriķis. "Parastajā" ūdenī ir izšķīduši sāļi un citi ķīmiski savienojumi, kuru molekulas ūdenī sadalās jonos, radot jonu (elektrolītu) vadītspēju.Ūdens īpatnējā elektriskā pretestība ir atkarīga no sāļu koncentrācijas, un to var aptuveni noteikt pēc empīriskās formulas

p20 = 8 x 10/C,

kur p20 — ūdens īpatnējā pretestība 200 C temperatūrā, Ohm x m, C — kopējā sāļu koncentrācija, mg/g

Atmosfēras ūdens satur ne vairāk kā 50 mg/l izšķīdušo sāļu, upju ūdens — 500 — 600 mg/l, gruntsūdeņi — no 100 mg/l līdz vairākiem gramiem litrā. Visizplatītākās ūdens efektīvās elektriskās pretestības p20 vērtības ir diapazonā no 10 līdz 30 omi x m.

II tipa vadītāju elektriskā pretestība būtiski atkarīga no temperatūras. Tai palielinoties, palielinās sāls molekulu disociācijas pakāpe jonos un to kustīgums, kā rezultātā palielinās vadītspēja un samazinās pretestība. Jebkurai temperatūrai T pirms ievērojamas iztvaikošanas sākuma ūdens īpatnējo elektrisko vadītspēju Ohm x m -1 nosaka lineārā atkarība

yt = y20 [1 + a (t-20)],

kur y20 — ūdens īpatnējā vadītspēja 20 o C temperatūrā, a — temperatūras vadītspējas koeficients, kas vienāds ar 0,025 — 0,035 o° C-1.

Inženiertehniskajos aprēķinos viņi parasti izmanto pretestību, nevis vadītspēju.

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

un tā vienkāršotā atkarība p (t), ņemot a = 0,025 o° C-1.

Tad ūdensizturību nosaka pēc formulas

pt = 40 p20 / (t +20)

Temperatūras diapazonā 20 - 100 OS ūdens pretestība palielinās 3 - 5 reizes, tajā pašā laikā mainās tīkla patērētā jauda.Tas ir viens no būtiskākajiem elektrodu sildīšanas trūkumiem, kas noved pie barošanas vadu šķērsgriezuma pārvērtēšanas un apgrūtina elektrodu apkures iekārtu aprēķinu.

Ūdens īpatnējā pretestība pakļaujas atkarībai (1) tikai pirms manāmas iztvaikošanas sākuma, kuras intensitāte ir atkarīga no spiediena un strāvas blīvuma elektrodos. Tvaiks nav strāvas vadītājs, tāpēc iztvaikošanas laikā palielinās ūdens pretestība. Aprēķinos tas tiek ņemts vērā ar koeficientu bv atkarībā no spiediena un strāvas blīvuma:

darbvirsmas pcm = strv b = pv a e k J

kur darbvirsma m — maisījuma īpatnējā pretestība ūdens — tvaiks, strc — ūdens īpatnējā pretestība bez manāmas iztvaikošanas, a — konstante, kas vienāda ar 0,925 ūdenim, k — vērtība atkarībā no spiediena katlā (var ņemt k = 1,5 ), J — strāvas blīvums uz elektrodiem, A / cm2.

Normālā spiedienā iztvaikošanas efekts ir efektīvs temperatūrā virs 75 °C. Tvaika katliem koeficients b sasniedz vērtību 1,5.

Elektrodu sistēmas un to parametri

Elektrodu sistēma — elektrodu komplekts, kas noteiktā veidā savienots savā starpā un ar elektroapgādes tīklu, kas paredzēts apsildāmās vides strāvas padevei.

Elektrodu sistēmu parametri ir: fāžu skaits, forma, izmērs, elektrodu skaits un materiāls, attālums starp tiem, elektriskā ķēde savienojumi («zvaigzne», «delta», jaukts savienojums utt.).

Aprēķinot elektrodu sistēmas, tiek noteikti to ģeometriskie parametri, kas nodrošina dotās jaudas izdalīšanos apsildāmā vidē un izslēdz nenormālu režīmu iespējamību.

Trīsfāzu elektrodu sistēmas piegāde zvaigznes savienojumā:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Trīsfāzu elektrodu sistēmas piegāde ar trīsstūra savienojumu:

P = 3U2l / Re

Pie noteikta sprieguma Ul jaudas elektrodu sistēmu P nosaka fāzes pretestība Rf, kas ir sildīšanas korpusa pretestība, kas noslēgta starp elektrodiem, kas veido fāzi. Korpusa forma un izmērs ir atkarīgs no formas, izmēra un attāluma starp elektrodiem. Vienkāršākā elektrodu sistēma ar plakaniem elektrodiem katram b, augstums h un attālums starp tiem:

Rf = pl / S = pl / (bh)

kur, l, b, h — plaknes-paralēlas sistēmas ģeometriskie parametri.

Sarežģītām sistēmām Re atkarība no ģeometriskiem parametriem nešķiet tik viegli izsakāma. Vispārīgā gadījumā to var attēlot kā Rf = s x ρ, kur c ir koeficients, ko nosaka elektrodu sistēmas ģeometriskie parametri (var noteikt no atsauces grāmatām).

Elektrodu izmērus, lai nodrošinātu nepieciešamo vērtību Rf, var aprēķināt, ja ir zināms elektriskā lauka starp elektrodiem analītiskais apraksts, kā arī atkarība p no faktoriem, kas to nosaka (temperatūra, spiediens utt.).

Elektrodu sistēmas ģeometriskais koeficients ir atrodams kā k = Re h / ρ

Jebkuras trīsfāzu elektrodu sistēmas jaudu var attēlot kā P = 3U2h / (ρ k)

Turklāt ir svarīgi nodrošināt elektrodu sistēmas uzticamību, izslēgt izstrādājuma bojājumus un elektriskus bojājumus starp elektrodiem. Šie nosacījumi tiek izpildīti, ierobežojot lauka intensitāti starpelektrodu telpā, strāvas blīvumu uz elektrodiem un pareizi izvēloties elektrodu materiālu.

Pieļaujamo elektriskā lauka stiprumu starpelektrodu telpā ierobežo prasība novērst elektrisko pārrāvumu starp elektrodiem un traucēt iekārtu darbību. Pieļaujamais spriegums Eadd laukus izvēlas pēc dielektriskās stiprības Epr lauki izvēlas pēc materiāla dielektriskās stiprības Epr, ņemot vērā drošības koeficientu: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edona vērtība nosaka attālumu starp elektrodiem:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

kur Jadd — pieļaujamais strāvas blīvums uz elektrodiem, ρt ir ūdens pretestība darba temperatūrā.

Saskaņā ar elektrodu ūdens sildītāju projektēšanas un darbības pieredzi Edona vērtība tiek ņemta diapazonā (125 ... 250) x 102 W / m, minimālā vērtība atbilst ūdens pretestībai 20 ° C temperatūrā. О. Pie mazāk nekā 20 omi x m, maksimālā ir ūdens pretestība 20 OC temperatūrā vairāk nekā 100 omi x m.

Pieļaujamais strāvas blīvums ir ierobežots, jo var tikt piesārņota apsildāmā vide ar kaitīgiem elektrolīzes produktiem pie elektrodiem un ūdens sadalīšanās ūdeņradī un skābeklī, kas maisījumā veido sprādzienbīstamu gāzi.

Pieļaujamo strāvas blīvumu nosaka pēc formulas:

Jadd = Edop / ρT,

kur ρt ir ūdens pretestība gala temperatūrā.

Maksimālais strāvas blīvums:

Jmax = kn AzT/C,

kur kn = 1,1 ... 1,4 — koeficients, ņemot vērā strāvas blīvuma nelīdzenumus uz elektroda virsmas, Azt ir no elektroda plūstošās darba strāvas stiprums gala temperatūrā, C ir laukums elektroda aktīvā virsma.

Visos gadījumos ir jāievēro šāds nosacījums:

ДжаNS pievienot

Elektrodu materiāliem jābūt elektroķīmiski neitrāliem (inertiem) attiecībā pret apsildāmo vidi. Ir nepieņemami izgatavot elektrodus no alumīnija vai cinkota tērauda. Vislabākie elektrodu materiāli ir titāns, nerūsējošais tērauds, elektriskais grafīts, grafitizētie tēraudi. Sildot ūdeni tehnoloģiskām vajadzībām, izmanto parasto (melno) oglekļa tēraudu. Šāds ūdens nav piemērots dzeršanai.

Elektrodu sistēmas jaudas regulēšana iespējama, mainot U un R vērtības... Visbiežāk, regulējot elektrodu sistēmu jaudu, tiek mainīts elektrodu darba augstums (aktīvā laukums elektrodu virsmu), ieviešot starp elektrodiem dielektriskos ekrānus vai mainot elektrodu sistēmas ģeometrisko koeficientu (nosaka atsauces grāmatās atkarībā no elektrodu sistēmu diagrammām).