Belyaev_M_I_Teplovoe_oborudovanie_OP

http://mppnik.ru

дополнительные устройства для утилизации теплоты уходящих газов.

Наиболее полно иллюстрируют первое направление теплогенерирующие устройства (топки) газовых и твердотопливных котлов и кипятильников, газовых плит.

Второе направление, связанное с интенсификацией теплообмена в газоходах за счет увеличения теплоотдачи от движущихся продуктов сгорания, заключается в установке различных турбулизаторов в газоходах, что нашло применение в газовых кипятильниках, водонагревателях (выносных).

Третье направление — это установка дополнительных устройств для утилизации теплоты отходящих газов, что используется в газовых и твердотопливных плитах.

Для жидкотопливных, твердотопливных, газовых теплогенерирующих устройств следующей конструктивной задачей является решение по непрерывному отводу продуктов сгорания и поступлению новых порций воздуха. Достигается это путем создания тяги, обеспечивающей определенное разрежение в топке и газоходах. Тяга может быть создана за счет разрежения, образуемого в топке благодаря разности плотностей продуктов сгорания и окружающего воздуха

(ес-

Рис. 6.16. Схема устройства газохода и естественной тяги: а — устройство газохода и схема тяги:

1 — вытяжная труба; 2 — шибер; 3 — топка; б — схема тяго-прерывателя: I — избыточная тяга; II — нормальная тяга; III — опрокидывание тяги (тяга отсутствует). Стрелками указано направление движения продуктов сгорания и воздуха

тественная тяга), либо за счет работы тягодутьевых устройств.

Схема естественной тяги приведена на рис. 6.16, а. Продукты сгорания, образующиеся в топке, уходят по вытяжной трубе, а для регулирования сечения трубы смонтирован шибер.

Снижение температуры продуктов сгорания уменьшает естественную тягу, а понижение температуры наружного воздуха увеличивает ее.

Температура уходящих продуктов сгорания должна быть не ниже температуры конденсации содержащихся в них паров влаги, так как это приводит к осаждению влаги на стенках газоходов и дымовой трубы и вызывает их постепенное разрушение, а в холодное время года — образование ледяных колец и пробок.

Иногда в помещении, где установлен тепловой аппарат, при усиленной вентиляции, сквозняках, ветровом подпоре у дымовой трубы наблюдается некоторое понижение давления. В результате тяга исчезает, а поток наружного воздуха через дымоход устремляется в топку. Такое явление, называемое обратной тягой или опрокидыванием тяги, может нарушить процесс горения и привести к проникновению несгоревшего горючего газа из камеры сгорания в помещение.

http://mppnik.ru

В процессе эксплуатации аппаратов возможно также повышение тяги, которое вызывает усиленный подсос воздуха в камеру сгорания, что, в свою очередь, увеличивает потери теплоты с уходящими продуктами сгорания и может вызвать отрыв пламени у горелок и форсунок.

Для того чтобы предотвратить обратную тягу или подсос избыточного воздуха, применяют прерыватель тяги (рис. 6.16, б).

Дымоходы выполняются из красного кирпича, огнестойких блоков, асбоцементных и гончарных труб; они должны располагаться во внутренних стенах здания, быть доступными на всем протяжении для чистки.

Согласно требованиям СНиП и Госгортехнадзора, тепловые аппараты предприятий общественного питания присоединяют как к обособленному, так и к общему дымоходу. В последнем случае отвод продуктов сгорания от нескольких аппаратов осуществляется на разных уровнях, на расстоянии не менее 0,5 м один от другого. В случае ввода продуктов сгорания в дымоход от двух аппаратов на одном уровне в дымоходе делают рассечки на высоту 0,5...0,7 м.

При движении продуктов сгорания встречаются различные сопротивления, на преодоление которых затрачивается определенная часть статического напора, создаваемого разностью масс столбов наружного воздуха и продуктов сгорания. При проектировании и изготовлении теплогенерирующих устройств и аппаратов следует, по возможности, сводить к минимуму эти сопротивления и, следовательно, затраты напора на их преодоление.

Правильный выбор формы и размеров топки, газоходов, дымовой трубы обеспечивает экономичную работу аппарата.

Разрежение, которое создается дымовой трубой высотой Н (расстояние от оси горизонтального газохода до верхней кромки трубы), определяют по формуле

где ∆Pn — потери давления на покрытие сопротивлений газоходов и дымовой трубы; g — ускорение силы тяжести, м/с2;

ρв = В0 (273/Тв) и ρr = r0 (273/Тr) — соответственно плотность воздуха и газа, кг/м3; В0 и r0 — плотность воздуха и газа при нормальных условиях, кг/м3; Тв и Тr — температура окружающего воздуха и средняя температура продуктов сгорания в дымовой трубе, К.

Можно принять В0 r0 1,28 кг/м3, тогда

∆P = Hg ∙ 1,28-273(1/Тв,— 1/Тг) - ∆Pn.

Потери давления составят

температура продуктов сгорания в дымовой трубе (определяют исходя из следующих значений падения температуры газов на 1 м высоты трубы: для кирпичных труб ∆t = 1...1, 5 К/м, для металлических нефутерованных труб ∆t = 3...4 К/м), К; λ, — коэффициент трения топочных газов о стенки газохода (для труб, покрытых сажей, в упрощенных расчетах принимают λ, = 0,07. ..0,1); Н — высота газового тракта (высота столба горячих продуктов сгорания), м;

H = h1,+h2,

где h1 — расстояние от основания дымовой трубы до конька крыши здания, м; h2 = l,5...2 м (на эту величину труба должна быть выше конька крыши для предотвращения опрокидывания тяги при большой скорости ветра) ; Dв — внутренний диаметр трубы, который определяют по формуле

http://mppnik.ru

где К — коэффициент, принимаемый при тепловой мощности аппаратов до 30 ∙103 Вт равным 2, более 10∙103 Вт — равным 3; Q — суммарная тепловая мощность аппаратов, присоединяемых к дымовой трубе, Вт.

Там, где невозможно обеспечить работу аппаратов на естественной тяге или где дымоходы, работающие на естественной тяге, получаются громоздкими, для удаления продуктов сгорания применяются дымососы. При этом к каналам, из которых требуется удалять газы, подключается всасывающий патрубок вентилятора-дымососа.

Периодически, в зависимости от вида и сорта топлива, дымоходы очищают от сажи. Техническое состояние дымохода проверяют 2 раза в год и оформляют соответствующим

актом.

6.4. ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ

Основными элементами электротепловых аппаратов являются электронагреватели, преобразующие электрическую энергию в тепловую. При этом используется свойство проводников нагреваться при прохождении через них электрического тока.

Классификация электронагревателей. Электронагреватели можно разделить на три группы (рис. 6.17): преобразующие электрическую, энергию в тепловую, преобразующие электрическую энергию в электромагнитные колебания, которые непосредственно в пищевых продуктах превращаются в тепловую (СВЧ- и ИК-нагрев), и электронагреватели, преобразующие электрическую энергию в электромагнитные колебания металлических поверхностей (индукционный нагрев).

По в и д у п р о в о д н и к а электронагреватели подразделяются на проводники с металлическим сопротивлением, с неметаллическим сопротивлением и жидкостные.

Кпроводникам с неметаллическим сопротивлением относятся уголь, графит, карборунд и др.

Кжидкостным проводникам относятся электролиты (водный раствор соды), в том числе вода (практически не применяется в настоящее время).

Электронагреватели с металлическим сопротивлением по конструктивному оформлению делятся на открытые, закрытые (с доступом воздуха) и герметически закрытые (без доступа воздуха).

Деление электронагревателей на три группы условное и зависит от среды, в которую они помещены. Так, электронагреватели с металлическим сопротивление

http://mppnik.ru

Рис. 6.17. Классификация теплогенерирующих устройств, преобразующих электрическую энергию в тепловую

при работе в воздушной среде излучают электромагнитные колебания и поэтому одновременно являются и ИК-генераторами. В жидкой среде и при контактном нагреве теплота в основном передается конвекцией и теплопроводностью, поэтому в данном случае электронагреватели с металлическим сопротивлением относятся к первой группе.

Электронагреватели с металлическим сопротивлением. В электротепловых аппаратах,

используемых на предприятиях общественного питания, наибольшее распространение получили электронагреватели с металлическим сопротивлением.

Электронагреватели с металлическим сопротивлением должны обладать большим удельным сопротивлением (более 10-6 Ом∙м), быть термостойкими, т. е. не окисляться при высоких температурах, жаропрочными (не изменять механических свойств при t = 1000...1200 °С), иметь низкий коэффициент удлинения. Для изготовления электрических проводников используют сплавы никеля с жаропрочными присадками: хромоникелевые (нихром), железохромоникелевые (фехраль, хромаль). Продолжительность работы при высоких температурах должна быть более

10000 ч (табл. 6.3).

Для безопасности работы и увеличения срока службы спирали укладывают в изоляционный материал, обладающий высоким электрическим сопротивлением, хорошей теплопроводностью и незначительной влагопоглощающей способностью. В качестве электроизоляционных материалов используются специальные материалы: периклаз (окись магния с температурой плавления

http://mppnik.ru

1700°С и измельченная в шаровых мельницах) , шамот (прокаленная и измельченная огнеупорная глина), кардиерит (керамика), фарфор, слюда, кварцевый песок и др. (табл. 6.4).

Открытые нагревательные элементы (рис. 6.18, а, б) представляют собой спираль, помещенную в керамические бусы, или подвешенную на фарфоровых изоляторах, или уложенную в пазы керамических панелей. Передача теплоты в них осуществляется преимущественно излучением (распространены в тепловых аппаратах незначительно).

Достоинствами нагревателей являются: простота

ТАБЛИЦ А 6.4

Техническая характеристика изоляционных материалов, применяемых при производстве электронагревателей

изготовления, удобство замены спирали; хорошие условия теплопередачи. К недостаткам относятся: меньший срок службы по сравнению с закрытыми и герметически закрытыми нагревателями, так как они не защищены от механических повреждений и от коррозийного воздействия влажного атмосферного воздуха и агрессивных жидких сред; повышенная электро- и пожароопасность.

З а к р ы т ы е н а г р е в а т е л ь н ы е э л е м е н т ы представляют собой спираль, запрессованную в электроизоляционную, хорошо проводящую теплоту массу и помещенную в корпус, который предохраняет ее от механических повреждений, но не защищает от доступа воздуха.

Принципиальная схема устройства закрытого электронагревателя показана на рис. 6.18, в. Электронагреватели закрытого типа нашли широкое применение в конфорках электроплит, электросковородах. Конструкция электронагревателя закрытого типа на примере конфорки электроплиты приведена на рис. 6.18, г. Корпус конфорки выполняется из чугуна и представляет собой плиту, верхняя часть которой тщательно обрабатывается для обеспечения хорошего прилегания наплитной посуды. В нижней части плиты имеются пазы-канавки, в которые укладывается электроизоляционная масса, а затем электронагревательная спираль. Температура нагрева электронагревателя зависит от толщины слоя, коэффициента теплопроводности электроизоляционного материала и степени его уплотнения. Поэтому после укладки спирали электроизоляционная масса уплотняется. Снизу конфорка закрывается экранирующим стальным листом и кожухом. С внутренней стороны кожуха прокладыва-

http://mppnik.ru

Рис. 6.18. Типы электронагревательных элементов:

а — открытые электронагревательные элементы: 1 — спираль; 2 — бусы; 3 — фарфоровые изоляторы, панели; б, в — закрытые электронагревательные элементы (конфорки): 1— корпус; 2 — стенки пазов; 3—пазы-канавки; 4

—спираль; 5 — теплоизолирующий кожух; 6

—листовой асбест; 7 — фольга; 8 — воздушная прослойка; 9 — экранирующий лист; 10 — изоляционная масса

ется слой тепловой изоляции из фольги и листового асбеста. Между стальным листом и слоем тепловой изоляции образуется воздушная прослойка, которая также выполняет роль теплоизоляции. Такая конструкция уменьшает потери теплоты при нагревании конфорки и предохраняет спираль от механических повреждений. Концы спиралей выводятся через клеммную колодку на зажимы для присоединения к электрической сети. Клеммная колодка закрывается защитным козырьком, предохраняющим клеммы от попадания жидкости.

Вкачестве изоляционного материала в конфорках обычно используется периклаз (окись магния) и шамотная глина. Нагревательная спираль изготавливается из нихрома марки Х20Н80 или фехрали марки Х23Ю5.

Вконфорках обычно помещается спираль, состоящая из четырех секций, соединенных попарно. Это позволяет осуществлять трехступенчатое регулирование мощности (сильный, средний, слабый нагрев) в соотношении 4:2:1. Регулирование мощности осуществляется четырехпозиционным трехступенчатым пакетным переключателем ТПКП-4.

Количество теплоты, выделяющееся при прохождении электрического тока через проводники, определяется по формуле

http://mppnik.ru

Так как напряжение в сети практически всегда остается постоянным, изменить количество выделяемой теплоты можно, изменяя сопротивление проводников. При сильном нагреве две попарно соединенные секции нагревателей подключаются параллельно и полное сопротивление равно

где R — сопротивление одной секции, Ом.

При среднем нагреве включается только одна секция.

При слабом нагреве обе секции включаются последовательно ив этом случае Rcлa6 = 2R. Таким образом, мощность на различных ступенях будет равна

Передача теплоты в закрытых электронагревательных элементах осуществляется в основном теплопроводностью, за исключением трубчатых излучателей, в которых теплота передается излучением.

В зависимости от технологического процесса и температуры на поверхности конфорок они выпускаются нескольких типов: с максимальной рабочей температурой на поверхности 450 °С — для ведения основных процессов варки и жарки в наплитной посуде, с максимальной рабочей температурой на поверхности 300 °С — для жарки изделий непосредственно на поверхности конфорки и с максимальной рабочей температурой на поверхности 250 °С — для поддержания в горячем состоянии готовой кулинарной продукции.

Кдостоинствам закрытых нагревательных элементов относятся их более высокие надежность

идолговечность по сравнению с открытыми нагревательными элементами. Недостатком являются чувствительность к длительным перегревам, поэтому их нельзя эксплуатировать без наплитной посуды. При нарушении этого требования на поверхности появляются трещины, что приводит к неравномерности температурного поля на поверхности конфорки, ухудшению процесса теплопередачи и перегоранию спирали. К недостаткам также следует отнести и то, что спираль соприкасается с воздухом и быстро окисляется.

Герметически закрытые трубчатые электронагреватели (тэн, рэн) получили наиболее широкое применение в тепловых аппаратах, используемых на предприятиях общественного питания.

Типы герметичных электронагревательных элементов приведены на рис. 6.19, а, б, в. Трубчатый электронагреватель (тэн) представляет собой цельнотянутую трубку,

выполненную из углеродистой или нержавеющей стали, внутри которой расположена запрессованная в периклаз нихромовая спираль (рис. 6.19,6). Концы спирали соединяются со стальными контактными стержнями, свободные концы которых выводятся наружу и присоединяются к электросети. Стержни с помощью фарфоровых изоляторов изолируются от трубки. Перед установкой изоляторов

http://mppnik.ru

Рис. 6.19. Типы электронагревательных элементов:

а — кварцевый излучатель: 1 — наружный ввод; 2 — ребристый шов; 3 — кварцевые держатели; 4 — среднее фольговое звено; 5 — внутренний ввод электродов; 6 — вольфрамовая спираль; 7 — поддержка; 8 — кварцевая трубка; 9 — цоколь; б— герметически закрытый трубчатый электронагреватель: 1 — спираль; 2 — стенка трубки; 3 — контактный стержень; 4 — корпус; 5 — штуцер; 6 — электроизоляция; 7 — герметик; 8 — гайка; 9 — шайба; в — конфигурация тэнов

концы трубки заливают термостойким лаком (герметиком) дли защиты периклаза от влаги.

Для увеличения поверхности теплообмена иногда трубку тэна оребряют, и такой ребристый электронагреватель носит название рэн.

Тэны изготавливают различной длины, диаметров и конфигурации (рис. 6.19, в).

Технология изготовления тэнов. Технология изготовления тэнов включает ряд последовательных операций (рис. 6.20).

Трубки для изготовления тэнов нарезают, обрабатывают их внутреннюю поверхность, затем трубки располагают в вертикальном положении. Внутри трубки натягивается нихромовая спираль, причем нижняя часть спирали плотно навита на конец контактного стержня, который закрепляется в нижнем конце трубки с помощью резиновой трубки, а верхняя часть спирали натягивается по длине трубки. Верхний контактный стержень, на нижний конец которого плотно навита верхняя часть спирали, присоединен своим верхним концом к натяжному стержню с помощью специальной муфточки. В зазоре между спиралью и внутренней поверхностью трубки

http://mppnik.ru

пропускается направляющая трубка с хвостовой частью, центрующая расположение спирали внутри трубки элемента. Трубка с натяжной спиралью засыпается электроизоляционным материалом. По мере засыпки хвостовую часть направляющей трубки постепенно поднимают вверх. Во время засыпки считается законченным, и трубчатый элемент в на вибрационном станке для лучшего заполнения свободного пространства внутри трубки электроизоляционным материалом. После заполнения электроизоляционным материалом трубки по всей ее длине хвостовая часть направляющей трубки полностью выходит из верхнего конца засыпаемой трубки и конец трубки плотно закрывается резиновой пробкой. Процесс засыпки считается законченным, и трубчатый элемент в таком виде подвергается обсадке на протяжке на меньший диаметр. Например, если диаметр трубки до отсадки был равен 14 мм, то после обсадки наружный диаметр уменьшается до 11,8 мм. В результате отсадки или протяжки тэна электроизоляционный материал, находящийся внутри трубки, затвердевает и спираль настолько плотно запрессовывается в наполнителе, что после этого трубке можно придать любую форму.

Рис. 6.20. Технологическая схема изготовления тэнов

Изгиб трубки осуществляют по шаблону, при этом тэн выдерживает удары молотком, не ухудшая своих электрических свойств. Сечение тэнов может быть овальным, что достигается путем протяжки трубки через матрицу с отверстиями овального сечения. Тэны по сравнению с открытыми и закрытыми электронагревателями обладают рядом преимуществ: являются более компактными, имеют большой срок службы и большую механическую прочность, характеризуются удобством монтажа и эксплуатации. К недостаткам тэнов следует отнести сложность изготовления и ремонтонепригодность.

Тэны должны использоваться только в той среде, для которой они предназначены.

http://mppnik.ru

Температура поверхности трубки тэна зависит от удельной мощности на поверхности и условий теплоотдачи к нагреваемой среде (табл. 6.5).

Всоответствии с ГОСТом на тэны срок их службы должен составлять от 6000 до 10 000 ч, однако на практике срок их службы колеблется в более значительных пределах. Это свидетельствует о том, что в существующих конструкциях тэнов, технологии их изготовления, реальных условиях эксплуатации имеются факторы, существенно влияющие на срок службы тэнов. К таким факторам относятся следующие: неравномерная плотность периклаза в различных частях тэна (на изгибах и у контактных стержней), неравномерность шага намотки спирали, смещение спирали относительно оси трубки, контактирование витков спирали и тэнов сложной конфигурации, образование накипи на поверхности тэнов, коррозия оболочки тэнов.

Взависимости от условий теплообмена между поверхностью тэна и окружающей средой их выпускают в следующих исполнениях: воздушные — для подогрева воздуха в тепловых, жарочных, пекарных шкафах и аппаратах с принудительной циркуляцией воздуха; водяные — для нагревания воды в пищеварочных котлах, автоклавах, пароварочных аппаратах, кипятильниках, водонагревателях; масляные — для нагревания масла и пищевых жиров в жаровнях и фритюрницах. Выпускают также тэны для заливки в металлические отливки (конфорки, утюги, вафельницы).

Тэны, выпускаемые для тепловых аппаратов предприятий общественного питания, в основном рассчитаны на напряжение 220 В. Они выпускаются мощностью от 0,2 до 4 кВт. Устанавливаются тэны в аппаратах индивидуально или блоками.

Одной из разновидностей трубчатых нагревательных элементов являются сэны — силитовые электронагреватели (рис. 6.21,а,б). Они изготавливаются из полупроводниковых материалов, обладающих повышенным удельным сопротивлением. Силит представляет собой спек карбида кремния с добавлением кри-