2.5.8. Установки диэлектрического нагрева

Установки диэлектрического нагрева используют для прямого нагрева неэлектропроводящих веществ (диэлектриков и полупро­водников) в высокочастотном электрическом поле (см. рис. 2.2, з). Вещество или материал, подлежащие нагреву или сушке (в сельском хозяйстве — это чай, табак, хмель, семена, фрукты, ви­ноград, морковь, деревянные изделия и др.), помещают между ме-

293

таллическими обкладками конденсатора, подключаемого к высо­кочастотному источнику переменного тока с выходной частотой от 2 до 300 МГц.

Плотность мощности, Вт/м³, в нагреваемом диэлектрике

(2.136)

где Ео — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума), рав­ная 8,85- 10~^пФ/м; г_г — относительная диэлектрическая проницаемость материала, е_г=2...8; 1§5 — тангенс угла потерь 5 = 90° — % (р — угол между векторами напряже­ния и тока нагрузки; Е— напряженность электрического поля, В/м; /— частота, Гц.

Мощность, Вт, потребляемая установкой из сети,

(2.137)

где Ф_п — полезный тепловой поток, идущий на нагрев диэлектрика, Вт; % — КПД конденсатора (г|_к = 0,8...0,9); Лэ —КПД колебательного контура (т|_э = 0,65...0,67); Лл — КПД подводящих проводов (т|_л = 0,95...0,99); л_г — КПД генератора частоты Сп_г = 0,65...0,85).

Общий КПД установок Т1_общ = 0,3...0,5.

При выборе частоты электрического поля учитывают парамет­ры нагреваемого материала. Тогда уравнение энергетического ба­ланса диэлектрического нагрева имеет вид

(2.138)

где р—плотность нагреваемого материала, кг/м³; С—теплоемкость материала, Дж/(кг-°С); Т\, 7*2 — начальная и конечная температуры нагрева, °С; I— время нагрева, с.

Из выражения (2.138) минимальная частота, Гц, установки для обеспечения требуемого режима

Из выражения (2.138) могут быть определены также значения Е, Лк . и Т₂, Т_х при остальных известных величинах.

Диэлектрические установки используют для равномерного и быстрого нагрева вещества по всему его объему. Возможен изби­рательный нагрев сыпучего вещества, например семян, заражен­ных насекомыми или бактериями. В этом случае, изменяя частоту, можно провести дезинсекцию семян. В ряде случаев возможно ис­пользование механического воздействия нагрева (изгибы и дефор­мация при сушке древесины и т. п.).

Недостатки установок — низкий КПД и необходимость использования квалифицированного персонала при обслужива­нии и ремонте.

Пример обозначения установки диэлектрического нагрева:

294

ВЧГ-25/40 — высокочастотный генератор мощностью 25 кВт с ра­бочей частотой 40,68 МГц. Шкала мощностей установок: 4; 5; 10; 25; 40; 60; 100; 160 кВт.

Пример 2. Определить мощность, необходимую для нагрева бруска пластмас­сы, в установке диэлектрического нагрева.

Условие. Брусок пластмассы имеет размеры бОхЗООх 100мм (К=О,ОО18м³) и помещен в рабочую камеру диэлектрического нагрева. Относительная диэлектри­ческая проницаемость материала е_г= 4; тангенс угла потерь 1§6 = 0,03; частота ус­тановки /= 40,68 МГц; напряженность электрического поля внутри бруска Е= 0,8 кВ/см. Определить мощность установки:

Решение. Плотность мощности в нагреваемой пластмассе

Мощность, потребляемая установкой из сети,

Пример 3. Определить время нагрева бруска пластмассы в диэлектрической ус­тановке.

Условие. Брусок пластмассы в форме параллелепипеда помещен в рабочую ка­меру для диэлектрического нагрева. Напряженность электрического поля Е= 80 000 В/м; частота установки /= 40,68 МГц = 40,68 ■ 10⁶ Гц; КПД рабочей ка­меры Як = 0,8; относительная диэлектрическая проницаемость материала е_г=4; тангенс угла потерь 1§5 = 0,03; плотность материала р = 2000 кг/м³; теплоемкость материала С=2000Дж/(кг-°С).

Определить, за какое время нагреется брусок от начальной температуры 20 °С до конечной — 100 "С.

Решение. Из выражения (2.138) находим

_{ рС(Г₂-7]) _ 2пеое_г1е5^²/Лк

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите возможные схемы обеспечения микроклимата в животновод­ческих помещениях. 2. Назовите составы комплектов микроклимата I, II, III. 3. Приведите общие сведения об установках «Климат-4» и «Климат-8». 4. Опиши­те энергосберегающее оборудование из полимеров ЭКО. 5. Приведите фукцио-нальную схему утилизатора типа УТ-Ф-12. 6. Расскажите о работе тепловентиля-ционной установки «Агровент». 7. Перечислите основные типы кондиционеров для животноводческих помещений. 8. Приведите типы кондиционеров для жилых и складских помещений. 9. Расскажите о принципе работы кондиционера. 10. Дайте определение теплового насоса. 11. Приведите принципиальную схему компрессионного теплового насоса. 12. Назовите показатель экономичности ра­боты теплового насоса. 13. Приведите основные показатели компрессионных теп­ловых насосов. 14. Приведите примеры термоэлектрических тепловых насосов. 15. Перечислите, где применяют установки электроконтактного нагрева. 16. Как

295

определить действующее значение вторичного напряжения понижающего транс­форматора при электроконтактном нагреве? 17. Как определить требуемую мощ­ность понижающего трансформатора¹? 18. Укажите, где применяют ЭНУ электро­дугового нагрева в сельскохозяйственном производстве. 19. Какие используются конструкции сварочных трансформаторов? 20. Каково назначение осциллятора? 21. Каково назначение сварочного выпрямителя? 22. Как устроен сварочный гене­ратор? Назовите его преимущества и недостатки в сравнении со сварочным транс­форматором. 23. Определите назначение индукционных установок. 24. Охаракте­ризуйте индукционные установки высокой и промышленной частоты. 25. Как определить мощность, подводимую к индуктору? 26. Как определить глубину за­калки при индукционном прогреве изделия? 27. Приведите примеры марок высо­кочастотных индукционных установок. 28. Расскажите о механизме диэлектри­ческого нагрева веществ. 29. Каковы преимущества и недостатки диэлектрическо­го нагрева? 30. Перечислите основные материалы, диэлектрический нагрев и суш­ка которых целесообразны в сельскохозяйственном производстве. 31. Приведите формулу для определения плотности мощности в нагреваемом диэлектрике.

32. Приведите уравнение энергетического баланса при диэлектрическом нагреве.

33. Как определить в общем виде мощность, потребляемую диэлектрической уста­ новкой из сети?