Vedela keskkonna elektroodide kuumutamine

Juhtmete soojendamiseks kasutatava elektroodi kuumutamise meetod II mil: vesi, piim, puuvilja- ja marjamahlad, muld, betoon jne. Elektroodküte on laialt levinud elektroodkateldes, kuuma vee ja auru boilerites, samuti vedelate ja märgade söötmete pastöriseerimise ja steriliseerimise protsessides, sööda kuumtöötlemises.

Materjal asetatakse elektroodide vahele ja kuumutatakse elektrivooluga, mis läbib materjali ühelt elektroodilt teisele. Elektroodide kuumutamist peetakse otseseks kuumutamiseks - siin toimib materjal keskkonnana, milles elektrienergia muundatakse soojuseks.

Elektroodküte on kõige lihtsam ja ökonoomsem viis materjalide soojendamiseks; see ei vaja spetsiaalseid toiteallikaid ega kallitest sulamitest valmistatud küttekehasid.

Elektroodid annavad kuumutatavale keskkonnale voolu ja neid ennast vool praktiliselt ei soojenda. Elektroodid on valmistatud mittedefitsiitsetest materjalidest, enamasti metallidest, kuid need võivad olla ka mittemetallilised (grafiit, süsinik). Elektrolüüsi vältimiseks kasutage ainult vahelduvvoolu.

Niiskete materjalide juhtivuse määrab veesisaldus, mistõttu edaspidi käsitletakse elektroodidega kuumutamist peamiselt vee soojendamisel, kuid antud sõltuvused kehtivad ka muude märgade ainete kuumutamisel.

Kuumutamine elektrolüüdis

Masinaehituses ja remonditootmises kasutavad nad kuumutamist elektrolüüdis... Metalltoode (detail) asetatakse elektrolüüdivanni (5-10% lahus Na2CO3 jt) ja ühendatakse alalisvooluallika negatiivse poolusega. Elektrolüüsi tulemusena eraldub katoodil vesinik ja anoodil hapnik. Osa kattev vesinikumullide kiht esindab suurt voolutakistust. Suurem osa soojusest eraldub sellesse, kuumutades detaili. Anoodil, mille pindala on palju suurem, on voolutihedus madal. Teatud tingimustel soojendatakse detaili elektrilahendustega, mis tekivad vesinikukihis. Gaasikiht toimib samal ajal soojusisolatsioonina, takistades detaili elektrolüüdi jahtumist.

Elektrolüüdis kuumutamise eeliseks on märkimisväärne energiatihedus (kuni 1 kW / cm2), mis tagab kõrge kuumutuskiiruse. See saavutatakse aga suurenenud energiatarbimisega.

Juhtmete elektritakistus II milj

II tüüpi juhte nimetatakse elektrolüütideks... Nende hulka kuuluvad hapete, aluste, soolade vesilahused, aga ka erinevad vedelad ja niiskust sisaldavad materjalid (piim, märg sööt, muld).

Saadaval on destilleeritud vesi elektritakistus umbes 104 oomi x m ja praktiliselt ei juhi elektrit ning keemiliselt puhas vesi on hea dielektrik. "Tavaline" vesi sisaldab lahustunud sooli ja muid keemilisi ühendeid, mille molekulid dissotsieeruvad vees ioonideks, andes ioonse (elektrolüütide) juhtivuse.Vee eriline elektritakistus sõltub soolade kontsentratsioonist ja seda saab ligikaudselt määrata empiirilise valemiga

p20 = 8 x 10/C,

kus p20 — vee eritakistus temperatuuril 200 C, Ohm x m, C — soolade üldkontsentratsioon, mg/g

Atmosfäärivesi ei sisalda lahustunud sooli üle 50 mg/l, jõevesi — 500 — 600 mg/l, põhjavesi — 100 mg/l kuni mitu grammi liitri kohta. Kõige tavalisemad vee efektiivse elektritakistuse p20 väärtused on vahemikus 10–30 oomi x m.

II tüüpi juhtide elektritakistus sõltub oluliselt temperatuurist. Selle suurenedes suureneb soolamolekulide dissotsiatsiooni aste ioonideks ja nende liikuvus, mille tulemusena suureneb juhtivus ja väheneb takistus. Mis tahes temperatuuril T enne märgatava aurustumise algust määratakse vee erijuhtivus Ohm x m -1 lineaarse sõltuvusega

yt = y20 [1 + a (t-20)],

kus y20 — vee erijuhtivus temperatuuril 20 o C, a — temperatuurijuhtivuse koefitsient 0,025 — 0,035 o C-1.

Tehnilistes arvutustes kasutavad nad tavaliselt pigem takistust kui juhtivust.

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

ja selle lihtsustatud sõltuvus p (t), võttes a = 0,025 o° C-1.

Seejärel määratakse veekindlus valemiga

pt = 40 p20 / (t +20)

Temperatuurivahemikus 20–100 OS suureneb veekindlus 3–5 korda, samal ajal muutub võrgu tarbitav võimsus.See on elektroodide soojendamise üks olulisi puudusi, mis viib toitejuhtmete ristlõike ülehindamiseni ja muudab elektroodide kütteseadmete arvutamise keerulisemaks.

Vee eritakistus allub sõltuvusele (1) alles enne märgatava aurustumise algust, mille intensiivsus sõltub rõhust ja voolutihedusest elektroodides. Aur ei ole voolujuht ja seetõttu suureneb vee takistus aurustumisel. Arvutustes võetakse seda arvesse koefitsiendiga bv sõltuvalt rõhust ja voolutihedusest:

lauaarvuti pcm = strv b = pv a e k J

kus töölaud m — segu eritakistus vesi — aur, strc — vee eritakistus ilma märgatava aurustumiseta, a — vee konstant 0,925, k — väärtus, mis sõltub rõhust boileris (võite võtta k = 1,5 ), J — voolutihedus elektroodidel, A / cm2.

Normaalrõhul on aurustumisefekt efektiivne temperatuuril üle 75 °C. Aurukatelde puhul jõuab koefitsient b väärtuseni 1,5.

Elektroodisüsteemid ja nende parameetrid

Elektroodide süsteem - elektroodide komplekt, mis on teatud viisil üksteisega ja toitevõrguga ühendatud ja mis on ette nähtud kuumutatud keskkonna voolu andmiseks.

Elektroodisüsteemide parameetrid on: faaside arv, kuju, suurus, elektroodide arv ja materjal, nendevaheline kaugus, elektriahel ühendused («täht», «delta», segaühendus jne).

Elektroodisüsteemide arvutamisel määratakse nende geomeetrilised parameetrid, mis tagavad antud võimsuse vabanemise kuumutatud keskkonnas ja välistavad ebanormaalsete režiimide võimaluse.

Kolmefaasilise elektroodisüsteemi varustamine tähtühenduses:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Kolmefaasilise elektroodisüsteemi varustamine kolmnurkse ühendusega:

P = 3U2l / Re

Antud pingel Ul võimsuselektroodisüsteemi P määrab faasitakistus Rf, mis on faasi moodustavate elektroodide vahele suletud küttekeha takistus. Keha kuju ja suurus sõltuvad kujust, suurusest ja elektroodide vahelisest kaugusest. Lihtsaima elektroodisüsteemi puhul, millel on iga b, kõrgus h ja nendevaheline kaugus:

Rf = pl / S = pl / (bh)

kus l, b, h — tasapinnalise paralleelsüsteemi geomeetrilised parameetrid.

Keeruliste süsteemide puhul ei tundu Re sõltuvust geomeetrilistest parameetritest nii lihtne väljendada. Üldjuhul võib seda esitada kujul Rf = s x ρ, kus c on elektroodisüsteemi geomeetriliste parameetritega määratud koefitsient (saab määrata teatmeteostest).

Elektroodide mõõtmed, et tagada vajalik väärtus Rf, saab arvutada, kui on teada elektroodidevahelise elektrivälja analüütiline kirjeldus, samuti sõltuvus p seda määravatest teguritest (temperatuur, rõhk jne).

Elektroodisüsteemi geomeetriline koefitsient leitakse järgmiselt: k = Re h / ρ

Iga kolmefaasilise elektroodisüsteemi võimsust saab esitada kujul P = 3U2h / (ρ k)

Lisaks on oluline tagada elektroodisüsteemi töökindlus, välistada toote kahjustused ja elektroodidevahelised elektrilised rikked. Need tingimused on täidetud, piirates väljatugevust elektroodidevahelises ruumis, voolutihedust elektroodidel ja elektroodi materjali õiget valikut.

Elektrivälja lubatud tugevust elektroodidevahelises ruumis piirab nõue vältida elektroodide vahelist elektrikatkestust ja häirida paigaldiste tööd. Lubatud pinge Eadd väljad valitakse vastavalt dielektrilisele tugevusele Epr väljad valitakse vastavalt materjali dielektrilisele tugevusele Epr, võttes arvesse ohutustegurit: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Edoni väärtus määrab elektroodide vahelise kauguse:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

kus Jadd — lubatud voolutihedus elektroodidel, ρt on vee takistus töötemperatuuril.

Elektroodveesoojendite projekteerimise ja töötamise kogemuse kohaselt võetakse Edoni väärtus vahemikus (125 ... 250) x 102 W / m, minimaalne väärtus vastab vee takistusele temperatuuril 20 О. Alla 20 oomi x m juures on maksimum vee takistus temperatuuril 20 OC üle 100 oomi x m.

Lubatud voolutihedus on piiratud kuumutatud keskkonna saastumise võimaluse tõttu elektroodidel tekkivate kahjulike elektrolüüsi saadustega ning vee lagunemisega vesinikuks ja hapnikuks, mis moodustavad segus plahvatusohtliku gaasi.

Lubatud voolutihedus määratakse järgmise valemiga:

Jadd = Edop / ρT,

kus ρt on veetakistus lõpptemperatuuril.

Maksimaalne voolutihedus:

Jmax = kn AzT / C,

kus, kn = 1,1 ... 1,4 — koefitsient, mis arvestab voolutiheduse ebaühtlust elektroodi pinnal, Azt on elektroodilt tuleva töövoolu tugevus lõpptemperatuuril, C on elektroodi aktiivne pind.

Kõikidel juhtudel peavad olema täidetud järgmised tingimused:

ДжаNS lisab

Elektroodide materjalid peavad olema kuumutatava keskkonna suhtes elektrokeemiliselt neutraalsed (inertsed). Elektroodide valmistamine alumiiniumist või tsingitud terasest on vastuvõetamatu. Parimad elektroodide materjalid on titaan, roostevaba teras, elektrigrafiit, grafiteeritud teras. Tehnoloogiliste vajaduste jaoks vee soojendamisel kasutatakse tavalist (musta) süsinikterast. Selline vesi ei sobi joomiseks.

Elektroodisüsteemi võimsuse reguleerimine võimalik U ja R väärtuste muutmisega... Enamasti kasutatakse elektroodisüsteemide võimsuse reguleerimisel elektroodide töökõrguse (aktiivse ala) muutmist. elektroodide pind) dielektriliste ekraanide sisseviimisega elektroodide vahele või elektroodisüsteemi geomeetrilise koefitsiendi muutmisega (määratakse teatmeteostega sõltuvalt elektroodisüsteemide skeemidest).