ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

1. Общие вопросы

Сельское хозяйство является крупным потребителем тепловой энергии. Ориентировочная потребность сельского хозяйства в тепловой энергии для стационарных процессов, включая коммунально-бытовые нужды сельских потребителей, составляет около 1200 ТВт-ч.

Тепловая энергия в больших количествах расходуется на отопление жилых, общественных и производственных зданий, горячее водоснабжение, создание необходимого микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях и в культивационных сооружениях защищенного грунта, на сушку и дезинсекцию сельскохозяйственных продуктов, получение пара для различных технологических процессов. Тепло для этих потребителей в настоящее время получается, в основном, при сжигании твердого и жидкого топлива в автономных тепловых установках.

Важным является вопрос выбора источников для. удовлетворения потребности сельского хозяйства в тепловой энергии.

Исследования показали, что для каждой зоны России могут быть рекомендованы определенные, наиболее экономичные виды топлива.

Вопрос выбора системы теплоснабжения различных сельскохозяйственных объектов также имеет очень большое значение и должен решаться с учетом концентрации тепловых нагрузок па данном объекте. При малой плотности тепловых нагрузок применяется преимущественно децентрализованное теплоснабжение от местных котельных. Для сельскохозяйственных поселков городского типа, животноводческих комплексов и теплично-парниковых комбинатов наиболее целесообразно централизованное теплоснабжение от котельных, работающих на соответствующем топливе.

Ущерб от каждого недоданного гигаджоуля тепла, может привести к отрицательным последствиям. Таким образом, совершенствование теплоснабжения сельскохозяйственного производства, электрификация тепловых процессов - огромный резерв повышения продуктивности сельскохозяйственного производства и снижения себестоимости продукции.

Необходимо изучить технические преимущества электронагревательных установок перед огневыми, основными из которых являются простота конструкции, удобство эксплуатации и большие возможности для полной автоматизации процесса нагрева. Очень важным моментом является и то, что установки, аккумулирующие тепло, повышают эффективность капиталовложений в сельскую электрификацию благодаря тому, что они могут включаться в часы провалов в графиках нагрузок и тем самым повышать коэффициенты использования сельских трансформаторных подстанций и сетей. В результате этого возможно будет удовлетворить тепловые нужды многих хозяйств без существенной реконструкции линий электропередач.

Изучая основы теории электрического нагрева, необходимо знать, что все материалы по их электрическим свойствам разделяются на два больших класса:

- Проводники;

- Диэлектрики.

Промежуточное положение занимают полупроводники.

Электрический нагрев происходит в электромагнитном поле в результате поглощения веществом электромагнитной энергии, которая втекает в тело в виде потока вектора Пойнтинга через замкнутую поверхность, ограничивающую этот объем.

Баланс энергии в единицу времени в объеме нагреваемого тела определяется теоремой Умова-Пойнтинга.

При изучении электрического нагрева проводников надо помнить, что глубина проникновения тока в металл пропорциональна его удельному сопротивлению и обратно пропорциональна частоте тока и магнитной проницаемости. Явление неравномерности распределения тока по сечению проводника, вызванного затуханием электромагнитной волны, носит название поверхностного эффекта.

Классификация электронагревательных установок может производиться по способу преобразования электрической энергии в тепловую, по принципу действия, роду используемого электрического тока, назначению и исполнению. По первому признаку электротермические установки делятся на установки электронагрева:

- методом сопротивления;

- электродуговые;

- индукционные;

- диэлектрические;

- электронные;

- световые.

Более подробная классификация элект­ронагревательных установок приведена в Л-1.

Следует знать, что в технике электронагрева приняты следующие термины:

- электрический нагреватель - тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую;

- электронагревательная установка (ЭНУ) - агрегат или оборудование, включающие электрические нагреватели, рабочую камеру и другие элементы, связанные в единый конструктивный комплекс и предназначенные для совершения определенного технологического процесса.

В общую задачу расчета электронагревательных установок входит определение оптимальных значений тепловых и электрических параметров, обеспечивающих наилучшие технологические, эксплуатационные и экономические показатели. При конструктивном расчете определяются тепловые и электрические параметры, по которым можно изготовить устройство.

Целью проверочного расчета является определение возможности использования данного устройства в конкретных условиях эксплуатации.

Полный расчет электрических нагревателей и установок включает в себя тепловой, электрический, механический и гидравлический расчеты. В данном курсе рассматриваются только тепловой и электрический расчеты.

Контрольные вопросы:

1 В чем заключаются особенности теплофикации сельского хозяйства по сравнению с промышленностью?

2. Перечислите тепловые производственные процессы сельского хозяйства, в которых применение электроэнергии наиболее рентабельно и перспективно.

3. Укажите особенности и преимущества электронагревательных установок перед огневыми.

4. Каким образом использование электроэнергии в тепловых процессах способствует осуществлению комплексной электрификации сельскохозяйственного производства?

5. Назовите основные способы превращения электрической энергии в тепловую и объясните их физическую сущность.