Elektrotehnika_i_elektronika_2008

Глава 5•

ЭЛEКTPOTEXHOЛOГИИ И ЭЛEKTPOOБOPYДOBAHИE

f

5.1.. Электротехнолопщ в стРоительстве

Электротехнологнн — это процессы получения веществ, материaлов, изделий или изменения их свойств, основанные на возника-

ющих при использовании электроэнергии явлениях:

--преобразования электрической энергии в тепловую (электротермия, электросварка);

— переноса вещества электрическим током (электрохимия);

--воздействии электрических или электромагнитньх полей на

объект технологической обработки (электроокрашивание,

электрофильтрация, электроэрозионные методы обработки материалов);

—облучение материалов пoтоками заряженных частиц, электро-

магнитная обработка х идкостей, металлов, бетонов и др.

5.1,1. Электротермия

Электротермия — это электpотеxнологии, использующие процес-

сы преобразования электрической. энергии в тепловую. .

В 18о2 г. В. В. Петров открытием электрической дуги показал

дорогу практического использования элекгротермии для нагрева и плавки металла, a также электроосвещения.

Сегодня электротермические установки находят широкое применение в электротехнической, металлургической, химической, пище-

вой промышленности, машиностроении, сельском хозяйстве, стро-

ительстве и стройиндустрии, a также в быту.

Это обусловлено значительными преимуществами элекгронагрева по сравнению c нагревами другими способами:

—легкостью управления и регулирования процесса электрона-

грева, возможностью концентрации значительной электричес-

кой мощности в небольших объемах или на малых поверхно-

заданной прочности. В зимних условиях при возведении монолитных конструкций методы электротермообработки предотвращают преждевременное замерзание бетона . и при этом обеспечивают его интенсивное твердение ирн ртрицате'льной температуре.

При бетонировании в летнее время в .районах c сухим и жарким

климатом электротермообработка позволяет сократить время ухода

за бетоном и -исключить преждевременное его обезвоживание, ко-

торое имеет место при изотовлении конструкдий без термообработ-

ки.

Применение методов электротермообработки бетона при изготовлении изделий в заводских условиях и на полигонах позволяет сокpатить время вьУдерх ки их в формах, снизить стоимость прогре-- ва, повысить культуру производства, автоматизировать производствеиные процессы, повысить производительность.

Электротермообработка бетона объединяет группу методов, ос-

нованныx на использовании . теплоты, получаемой от преобразования электрической энергии в тепловyю: Это может происходить или

. непосредственно в бетоне, когда электрический ток пропускают через него, или в различных электронагревательных устройствах, от которых подводится теплота к бетону.

Разнообразие методов электротермообработки позволяет в каж-

дом конкретном случае выбирать наиболее эффективные из них:

3) обогрев различными нагревательными устройствами.

При электродном прогреве (прямом разогреве) электрический ток пропускают через бетонную смесь, которая представляет собой элек тропроводящую массу, обладающую малой теплопроводностью.

Сопротивление бетонной массы, (смеси) междy электродами определяется известным выражением ..

R --—р1 s

где .p -- удельное сопротивление. смеси; 1 расстояние между элек- . тродами; s — площадь электpода. ..

Удельное сопротивлеиие бетонной смeси непостоянно и .лежит в

пределах 300-3800 Ом•см в зависимости от марки цемента и состав - ляюцдих бетонной. смеси. Максимам ьная температура прогрева ограничивается предельно допустимой для определенной марки бетона (обычно это 50-90°C). Электропрогрев. обеспечивает возможность

легкого прогpаммировaния изменения температуры за счет изменения подводимого напряжения, предотвращая повреждения структу-

ры 'бетона. ,

При электродном .прогреве электроды могут размещаться .вертикaльно, в толще бетона или периферийно. Частным случаем пери-

ферийного расположения электродов является кассетный метод,

когда часть формы выполняет роль электродов л4нoropaзoвoго использования.

Элeктpoды быIвают стержневые, cтpyнныe (внгренние электроды), пластинчатые, пoлocoвыe и нашивные (рис. 5.1 . Материалом для ' них' служит кровельная сталь, a также пpyтки диаьетром 5-12 мм.

Рис. 5.1. Стержневые (a), пластинчатые (б) и струнн^Уе (в) электроды.

и их расположениe в бетоне

сварочные, тpансформаторы, включенные трехфа ными группами, и тpехфазные типа СТЭ, ТБ-20,ТМ-75-б мощност ю от 9 до 75 кВА.

Необходимо учитывать, что сварочныe тpансф рматоры рассчитаны на повторно-кратковременный режим работ т и их непрерыв-

прогpева бетона. Измерение температуры бетона при электропро-

ности, прогреваемой конструкции (т. e. отношения площади изделия к его объему), температуры прогрева, температур т наружного воздуха, начальной температуры бетона, конструкц и опалубки, эф-

565 Глава 5. Электротехнологии ц электрооборудование ,

фективности уплотнения бётона и, особенно, от скорости разогре-

мощности P для электропрогрева бетона производят по формулам

W= vo; Р= рУ,.

где 0) — удельный расход электроэнергии, квт•ч/мз У —. объeм бето-

на, м3, p — удельная мощность, расходуемая на 1 м' бетона, кВт/м3.

Примерные сведения о расходе электроэнергии при прогреве бетона различными способами приведены в° справочниках.

. При индукционном прогреве изделие помещaют в переменное маг-

нитное поле, образованное электрической обмоткой, и нагревают вихревыми токами, возникающими ' в арматуре. Этот метод прйме-

няют при прoгpеве сборных конструкций: колонн, балок, рам, стволов, труб, т. е. высокоармироваяных изделий. .

При обработке различными электронагревателями(в том числе

источниками инфракрасного излучения) применяют трубчатые на-

гpеватели (ТЭН), а также лампы накаливания.

Электpонагpев бетонной смеси, когда смесь.в подогретом состоянии укладывается в формы, получил название горячего формования.

Друiим примером стpоительной элёктротермии является элект - ропрогрев кирпичной. кладки, который позволяет получить требуемую прочность кладки в зимних условиях до ее oттaивания и уменьшить

еедеформацию во время сушки в летних условиях.

Вкачестве нагревательныас элементов служат электроды c утеп-

лением изделия переносными деревянными или фанерными экранами, которые экономят до 40-50 % энергии.

Прогрев кладки до требуемой прочности осуществляется при

напряжении 220-380 B и имеет; в зависимости от вида цемента й

температуры прогpева, различную длительность. Так, для растворов

на портландцементе при температуре прогрева 30°C длительность

термообработки составляет 19 ч, a при температуре 40°C — 8 ч.

Средняя мощность потребления энергии (кВт/м 3) и расход энергии (кВт•ч/м3) для прогрев зависят от модуля поверхности охлаждения: для столбов, простенков и перемычек c модулем 4--9 при

t -= 25°C соответственно 1;8-3 и 4о-10 ; а дня сводов двойной кривизны 10 и 1б5.

5.1.3.. Элeктpooтгaивaниe. зaмеpзшero грунта

Элeктpooтraивaниe может пpoизвoдйтьcя методами нeпocpeдcтвeннom (например, c помощью элeктpoдoв) и косвенного нагре

в виде стальных стержней-ва.Приэлектродномметодеэлектроды . или тpyб забивают в грунт через равные расстояния. При глубине

промерзания до . Т м электроды забивают до незамерзшего грунта, который и обеспечивает начальную электропровoдность (мерзлый

грунт не проводит электрический ток) . , При больших глубинах промерзания электрод забивают посте-

пенно, а начальную электpопроводность обеспечи ает слой опилок, смоченных раствором поваренной соли (рис. 5.2).

Электроды присоединяются к трехфазной сети переменного тока

B качестве источника тока применяют сварочные трансформаторы

типа СТЭ разных мощностей c первичным напряжением 380/220 B и

пределами регулирования тока .150-500 А, при вторичном напряжении холостого хода 60 B, что удовлетворяет требованиям электро-

безопасности. .

B справочниках приведены рекомендуемые предельные токи ра-

зогрева при оттаивании труб различного диаметра. для отгаивания большого диаметра можно использовать сварочные трансформаторы на токи 1000-2000 A, а- также регулируемые трансфоpматоры мощностью 50 кВА, используемые при тепловой обработке бетон-

ных изделий. ,

B случае применения керамических или асбестовых труб, залив-

ки стыков металлических трубопроводов непроводящим ток мате- риалом прибегают к косвенномy методу oтогpева, связанному c на-

гревом грунта (см. ранее). . .

Oтметим, что этот метод характеризуется значительными затра-

тами энергии и времени.

5. i.5. Сушка, пPопитка и склеНванйе д Ревесинъг

для сушки древесины на заводах стройиндустрии использyются электроустановки, основным элементом кпторых являются генераторы высокой частоты ГВЧ. Вырабатываемое ими напряжение частотой 5--300 МГц подается на электроды обкладки конденсатора, являющиеся частью высокочастотного контура.

—. сетчатые вертикальные, между которыми помещаются штабе ли;

— дренажные, обшитые хлопчатобумажной тканью, в которой собирается влага древесины при сушке твердых пород.

Они размещаются в сушильных камерах, оборудованных систе-

мой приточно-вытяжной вентиляции. Так как нагреваемый материал является диэлектриком (в нашем случае — дерево, a также может

быть картон, пряжа й др.), диэлектрический нагрев происходит за счет наведения токов смещения и токов проводимости.

Мощность ГВЧ находится в пределах 10--100 кВт. Среднемесяч - нaя производительность установок для сушки древесины от началь-

ной влажности в 50 % до конечной влажности в 12 % составляет 40-

400.м3 при толщине пиломатериалов 25 -100 мм. -

Установки диэлектрического нагрева используются для тепловой обработки полупроводников и диэлектриков (сушки волокнистых материалов, лакокрасочных поверхностей, пайки и сварки пласти-