Лабораторна робота №1 Дослідження трубчатих електронагрівачів (теНів)

Мета роботи : Вивчення впливу навколишнього середовища на робочі характеристики ТЕНів.

1. Обсяг роботи

   1. Вивчити конструкцію, принцип дії, правила монтажу та експлуатації ТЕНів.

   2. Виміряти геометричні (довжина, діаметр) та електричні (опір спіралі та опір ізоляції) параметри ТЕНа.

   3. Зняти залежність усталеної темератури поверхні ТЕНа від питомої (поверхневої) підведеної потужності при швидкості повітря м/с для п’яти значень підведеної напруги .

   4. Зняти залежність усталеної темератури поверхні ТЕНа від питомої (поверхневої) підведеної потужності при швидкості повітря м/с для п’яти значень підведеної напруги .

2. Короткі теоретичні відомості

Трубчаті электронагрівачі застосовують як комплектуючі вироби у водонагрівачах, калориферах, інфрачервоних опромінювачах, побутових і інших нагрівальних приладах.

ТЕН являє собою металеву трубку, усередині якої в наповнювачі знаходиться ніхромова спіраль. Кінці спіралі приварені до вивідних електродів, призначених для підключення нагрівача до мережі.

Залежно від робочої температури і роду середовища, що нагрівається, трубки електронагрівачів виготовляють з вуглецевої або неіржавіючої сталі. Для збільшення поверхні тепловіддачі і зниження температури поверхні ТЕНів, що встановлюються в опалювальних електрокалориферах, на трубку намотують алюмінієву стрічку, оскільки при температурі поверхні 180°С відбувається суха сублімація пилу і повітря забруднюється продуктами згорання.

Наповнювач повинен володіти високими діелектричними властивостями при робочій температурі спіралі і доброю теплопровідністю для передачі теплоти від спіралі до трубки. Такими властивостями характеризується периклаз (оксид магнію) . При виготовленні ТЕНів після установки спіралі і засипки наповнювача трубку під великим тиском опресовують, внаслідок чого периклаз перетворюється на твердий моноліт і надійно фіксує спіраль усередині трубки. Торці трубки ущільнюють вогнетривким кремнійорганічним герметиком і ізолюючими втулками. Оскільки опресовування трубки і її герметизація можливі тільки в заводських умовах, то при експлуатації доопрацювання ТЕНів (розгинання, вигинання з новим радіусом, приварювання і припаювання кріпильної арматури) забороняється.

Перевага ТЕНів перед нагрівачами відкритого типа заключається в їх універсальності, надійності, довговічності і ударовіброміцності. Оскільки спіраль ізольована від зовнішньої трубки, то ТЕНи можна розміщувати безпосередньо в середовище, що нагрівається (воду, молоко, молочний відвійок і ін.). Завдяки герметизації спіраль значно менше окислюється і термін служби ТЕНів досягає 11000 годин.

ТЕНи виготовляють потужністю від 10 Вт до 25 кВт, завдовжки від 0,25 до 6,3 м, зовнішнім діаметром від 6,5 до 18,5 мм на номінальну напругу 12, 24, 36, 48, 55, 60, 110, 127, 220 і 380 В. Основний параметр, що характеризує працездатність ТЕНів - це питома потужність, яка залежить від умов роботи (середовища) і матеріалу трубки (таблиця 1). Робота ТЕНа допускається тільки в тій середі, для якої він призначений.

Опір ізоляції ТЕНів протягом всього терміну зберігання і експлуатації в холодному і гарячому (при робочій температурі) стані повинен бути не менше 0,5 МОм. Якщо він менше 0,5 МОм, ТЕНи слід просушити при температурі 120...150°С протягом 4...6 годин.

Таблиця 1

Основні характеристики ТЕНів

Умовне позначення середовища, що нагрівається і матеріал оболонки ТЕНа	Середовище, що нагрівається	Характер нагріву	Питома потужність Вт/м2 , не більше	Матеріал оболонки і температура на поверхні ТЕНа, °С	Ресурс ТЕНів, годин
Р	Вода, слабкі розчини лугів	Нагрів, кип’ятіння	15,0	Сталь марок 10;15	7000
С	Повітря, гази та суміші газів	Нагрів у спокійному і рухомому повітрі з швидкістю до 1,5 м/с	2,2	Сталь марок 10 і 20; до 450°С	11000
Т	Теж	Теж	6,5	Сталь марки 12Х18Н10Т; більше 450°С	11000
О	Теж	Нагрів у рухомому повітрі з швидкістю не менше 6 м/с	5,5	Сталь марок 10 і 20; до 450°С	11000
К	Теж	Теж	6,5	Сталь марки 12Х18Н10Т; більше 450°С	11000
Н	Теж	Нагрів у рухомому повітрі з швидкістю менше 6 м/с	5,1	Сталь марки 12Х18Н10Т; більше 450°С	11000
И	Жири, масла	Нагрів в ваннах та інших ємностях	3,0	Сталь марки 10 і 20; до 300°С	7000

3. Схема установки та методика виконання роботи.

На рис. 1 наведено схему для дослідження параметрів ТЕНів. Струм та напруга вимірюються відповідно амперметром та вольтметром змінного струму (електромагнітної, електродинамічної, феродинамічної системи). Опір ізоляції ТЕНа вимірюють мегаомметром, а температуру поверхні ТЕНа – термопарою. ВК з мілівольтметром mV постійного струму, шкала якого проградуйована в градусах.

Структуру, принцип дії, правила монтажу та експлуатації ТЕНів вивчають за допомогою підручників,методичних вказівок до лабораторної роботи, стендам та перерізу трубчатого нагрівача.

Рис. 1 – Схема установки для дослідження ТЕНів.

При дослідженні залежності змінюють питому потужність, регулюючи при цьому за допомогою автотрансформатора напругу, що підводиться до нагрівача (рис. 1) При цьому гранична питома потужність і температура оболонки у воді, рухомому і нерухомому повітрі не повинні перевищувати значень, вказаних в таблиці 1.

Питома потужність ТЕНа, Вт/см²

  де Р - потужність, споживана ТЕНом, Вт; — активна довжина ТЕНа, см; - зовнішній діаметр оболонки ТЕНа, см.

Під час дослідів при кожному значенні струм підтримують постійним до тих пір, поки температура оболонки ТЕНа не досягає сталого значення.

Для дослідження залежностей у потоці повітря (воді) нагрівач встановлюють відповідно у повітропроводі вентилятора (у бачку з водою). Швидкість повітря у повітропроводі вентилятора регулюють заслінкою (шибером) і вимірюють анемометром.

Результати дослідів і розрахунків заносять в таблицю 2.

Таблиця 2

Дослідні та розрахункові дані

Середовище, що нагрівається	U, В	І, А	Р, Вт	, см	, см	, Вт/см2	, ºС

За отриманих даними будують залежність

4. Зміст звіту

Звіт має включати в себе технічні дані ТЕНа, електричну схему лабораторної установки для його дослідження, таблицю дослідних і розрахункових даних, графіки залежностей у різних середовищах. У висновках по роботі необхідно відобразити вплив середовища і питомої потужності на сталу температуру оболонки ТЕНа.