книги из ГПНТБ / Кудрявцев И.Ф. Полупроводниковые пленочные электронагреватели в сельском хозяйстве

20

где fl = lgA, b = 0,434В.

Преобразование показывает, что зависимость лога­ рифма удельного объемного сопротивления р от темпе­ ратуры Т в прямоугольных координатах lgp, Т - 1 опи­ сывается уравнением прямой, положение которой опре­ деляется составом стекла.

Экспоненциальная зависимость (10.1) показывает, что электропроводность стекол быстро возрастает с уве­ личением температуры.

Для пленочных нагревателей, работающих от сети

сквозной .электропроводностью диэлектрика в постоян­

22

Активная электропроводность всегда больше сквозной электропроводности v. Общее активное сопро­ тивление изоляции зависит от конструктивных размеров пленочного нагревателя, толщины и состава стеклоэмалевого покрытия. Значительная площадь токопроводящей пленки и малая толщина изоляции обуславливают наличие определенной емкости, а значит, и некоторого емкостного тока утечки на корпус нагревателя.

Диэлектрическая проницаемость е стеклоэмалевой изоляции пленочного нагревателя не является величи­ ной постоянной. Она изменяется в зависимости от тем­ пературы, а также под влиянием приэлектродных явле­ ний у поверхностного слоя нагревательная пленка-стек- лоэмаль. Приэлектродные явления объясняются тем, что при низких частотах за один полупериод успевает обра­ зоваться слой, обедненный переносчиками электричества и, следовательно, обладающий более высоким сопротив­ лением, чем основное стекло. В результате этого обра­ зовывается емкость, включенная последовательно с ос­ новной емкостью стекла, величина которой может дости­ гать больших значений.

Существенное влияние на диэлектрические свойства стеклоэмалевой изоляции оказывает также технология эмалирования. В отличие от стекла мельничные и дру­ гие тугоплавкие добавки, условия обжига, качество ме­ талла приводят к тому, что полученный стекловидный

-слой состоит из расплавленных частиц эмали, обволаки­ вающих неуспевшие прореагировать с ними частицы до­ бавок и пузырьков, выделившихся при плавлении газов. Условия охлаждения обожженной эмали определяют степень ее кристаллизации. -

Основные диэлектрические свойства стеклоэмалевой изоляции пленочного электронагревателя определяют состав стеклоэмали, состав пленки и технологию эмали­ рования. Определение этих свойств теоретическим пу­ тем затруднительно и требует экспериментального иссле­ дования.

. По электрическим свойствам почти все стекла делят на четыре группы: щелочные, бесщелочные, полупровод­ никовые и стекла с электронной проводимостью [25]. Для изоляции пленочных электронагревателей сущест­ венное значение имеют стеклоэмали, относящиеся к пер­ вым двум группам стекол.

23

р

332

Исследования показали, что стеклоэмали имеют зна­ чительную температурную зависимость р(Т) . При этом для эмалей, содержащих щелочь, абсолютное значение р зависит от количества и соотношения щелочных окис­ лов в составе при почти равной скорости изменения

25

Т а б л п ц а 7. Коэффициенты а и b стеклоэмалей

сопротивления с температурой. При увеличении щелоч­ ных окислов в составе удельное сопротивление умень­ шается, однако при совместном содержании различных щелочных окислов в эмали 127 наблюдается полище­ лочной эффект увеличения сопротивления. Максималь­ ное значение удельного сопротивления при минималь­ ной скорости его изменения с температурой имеет бес­ щелочная эмаль 332.

На рис. 6 представлены зависимости е (t) при часто­

1115 те'{1.4 <? Т-1

75- 1,2

Рис. 6. Зависимости диэлектрической проницаемости s и тангенса угла диэлектрических потерь tga (пунктирные кривые) стеклоэма­ лей от температуры.

26

щелочных окислов (кислотоупорная синяя 105), а ми­ нимальная — у бесщелочной эмали 332.

вышенных температурах диэлектрические потери обу­ словлены преимущественно потерями сквозной электро­ проводности. Поэтому расчет электрического сопротив­

диэлектрической проницаемости стеклоэмали от темпе­ ратуры необходима для расчета электрической емкости пленочного нагревателя.

I I , Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Е П Р И Е М Ы И З Г О Т О В Л Е Н И Я П Л Е Н О Ч Н Ы Х

НА Г Р Е В А Т Е Л Е Й

1.Изготовление и эмалирование корпуса

Качественное изготовление и внедрение пленочных нагревателей в сельском хозяйстве возможно при на­ ладке серийного производства. Из-за сложности изго­

и выборе материала корпуса следует учитывать техно­ логию изготовления при серийном производстве.

Основные требования, предъявляемые к эмалирован-

27

Лучшей технологией считается изготовление корпуса нагревателя из тонколистовой стали методом холодной штамповки с последующим эмалированием всего кор­ пуса. Она применяется при серийном производстве эма­ лированной посуды, газовых плит, внутренних ванн хо­ лодильников, химической аппаратуры и других эмалиро­ ванных изделий.

Схема технологического процесса изготовления эма­ лированного корпуса нагревателя приведена на рис. 7. Примерно по таким схемам работают цехи заводов по

Рис. 7. Схема технологического процесса изготовления эмалирован­ ного корпуса пленочного нагревателя.

28

изготавливается за одну операцию или несколько опе­ раций штамповки. Способность стали к вытяжке зави­ сит от пластичности, а это достигается высокой сте­ пенью чистоты металла. Содержание неметаллических и газовых включений в .стали должно быть минималь­ ным, а содержание углерода, серы, фосфора и раство­ ренных газов — низким. В листах стали не должно быть расслоений, пузырей, плен, а на их поверхности — царапин, трещин, раковин, вкатанной окалины. Сталь должна обладать равномерной, мелкозернистой струк­ турой. Следует иметь в виду, что изменение состава и свойств стали происходит как при прокате и термооб­ работке листа, так и в процессе изготовления корпуса: При этом неизбежны процессы окисления и обезуглеро­ живания поверхности стали.

Особенности протекания процесса эмалирования на стальной поверхности и тяжелые условия работы стеклоэмалевой изоляции пленочного нагревателя предъяв­ ляют к стал1Г дополнительные требования в части обе­ спечения высокой сплошности эмалевого покрытия.

Сплошность эмалевого покрытия достигается при хо­ рошем смачивании расплавленной эмалью стальной по­ верхности. Это достигается термической обработкой де­ тали для получения на поверхности стали окислов же­ леза определенного-состава и толщины.

Большое содержание углерода и газов в стали, вы­ деляясь из металла во время обжига эмалевого покры­ тия и после охлаждения эмалированного корпуса, на­ рушает сплошность покрытия, вызывает образование пузырей, пор и сколов.

Условиям пригодности стали к глубокой вытяжке и возможности получения качественного эмалевого-покры­ тия удовлетворяет обычная малоуглеродистая сталь. Хо­ рошие результаты дает применение холоднокатанной качественной конструкционной стали марок 08кп и Юкп ГОСТа 914—56, химический состав по ГОСТу 1050—60.

Лучшими по конфигурации и качеству эмалевого покрытия считаются цельноштампованные корпуса. Кор-

29

пус должен иметь плавные переходы. Кривизна поверх­ ности корпуса сложной конфигурации должна иметь как можно больший радиус закругления. Жесткость и меха­ ническая прочность корпуса достигается за счет нане­ сения зыгов и закатки бортов, которые следует по воз­ можности предусматривать в конфигурации нагрева­ теля. •

В большинстве случаев создания электронагрева­ тельных установок с пленочными нагревателями доста­ точная механическая прочность корпуса обеспечивается при толщине металла 0,4—0,8 мм. Нагреватели полу­ чаются легкими, расход металла уменьшается, улуч­ шается качество эмалевого покрытия.

Дополнительную арматуру к корпусу приваривают на точечных и шовных электросварочных машинах до эмалирования. В ряде случаев в конструкции следует предусматривать технологические ушки с отверстиями

Качественное эмалирование корпуса возможно при размерах, не превышающих 100—150 см. В противном случае при температуре обжига 800—900°С тяжелая конструкция корпуса и неравномерность температурного поля в печи приводят к деформации корпуса и непри­ годности его для последующего изготовления пленочного нагревателя.

Процессы штамповки, травления, мойки, нейтрализа­ ции, сушки металлических изделий перед эмалирова­ нием, а также способы изготовления шихты и шликеров эмали, нанесение и обжиг эмалевого покрытия здесь не рассматриваются, так как они освещены в специальной литературе [4]. Также не рассматриваются подробно свойства эмалей, по которым имеется соответствующая литература [2, 4, 8, 9, 12] или рекомендации заводов-из­ готовителей.

Чтобы покрытие было прочным, необходимо приме­ нять эмали с различными коэффицентами термического расширения (низкими для внутренней поверхности, сред­ ними для наружной и высокими для борта — ранта).

Следует учитывать, что эмаль лучше работает на сжатие, чем на растяжение, поэтому для эмалирован-

30