Способы электрического нагрева

Способы электрического нагрева

1. Нагрев сопротивлением – электрический нагрев за счет электрического сопротивления нагревателя или загрузки.

2. Дуговой нагрев – нагрев загрузки электрической дугой.

3. Индукционный нагрев – электрический нагрев, проводящий загрузки индуктивными токами.     Под проводящей нагрузкой применяют материалы имеющие высокую ионную проводимость (сушка электрического двигателя).

4. Динамический нагрев – непроводящей загрузки токами смещения или поляризации, а так же проводящей загрузки второго рода, имеющие ионную проводимость (дерево, СВЧ для прогревания пищи).

5. Электроннолучевой нагрев – нагрев загрузки сфокусированным электронным пучком в вакууме.

6. Лазерный нагрев – нагрев загрузки в результате последовательного преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения, а затем в тепловую.

7. Ионный нагрев – нагрев загрузки потоком ионов образованный электрическим разрядом (в вакууме).

8. Плазменный нагрев – нагрев стабилизированным высокотемпературным ионизированным газом, образующим плазму. Плазменно-дуговой нагрев, когда загрузка нагревается факелом плазмы образованный при продувании газа через дуговой разряд.        Плазменно-индуктивный нагрев, когда для получения плазмы используют высокочастотное электромагнитное поле.

9. Инфракрасный нагрев – электрический нагрев инфракрасным облучением при условии, что излучательные спектральные характеристики излучателя соответствуют поглащательным характеристикам нагрева загрузки.

10. Термоэлектрический нагрев – нагрев сред (вода) теплотой переносимое электрическим током термоэлектрической батареей от источника имеющую температуру более низкую, чем температур потребителя.

Классификация электротермического оборудования по способу нагрева.

1. Электрические печи сопротивлений применяют для нагрева воды, воздуха, почвы, сушки и тепловой обработки сельскохозяйственных материалов и кормов, приготовления пищи, плавки, сварки металлов. Примеры электрических печей – электрические калориферы, котлы, водонагреватели, установки для сушки активно вентилируемого зерна, бытовые электронагревательные приборы.

2. Дуговые электрические печи – применяют для сварки, резки, наплавки металла, металлизации. Сварочные трансформаторы, выпрямители, генераторы.

3. Индукционные электрические печи – применяют для поверхностной закалки металлов, нагрева под термообработку и пластическую деформацию. Косвенный нагрев воды, обогрев трубопроводов, индукционные нагреватели промышленной частоты.

4. Диэлектрические печи – для нагрева диэлектриков и полупроводников. Комбинированный нагрев, ВЧ сушка зерна, стерилизация продуктов, нагрев пищи.                        

Примеры: установки диэлектрического нагрева, пресс порошков, резин, дерева, сушка семян.

5. Электроннолучевые печи – термообработка, плавка, сварка тугоплавких и химически отдельных металлов в вакууме. Пример Электронные, плавильные, сварочные установки.

6. Лазерные печи - резка, сварка, поверхностная закалка, нанесение покрытий предпосевная обработка семян. Пример: лазерные установки, установки лазерной техники машиностроения

7. Ионные электрические печи – химико-термическая обработка металлов. Установки ионно-плазменного азотирования, поверхностного покрытия металла.

8. Плазменные электрические печи – плавка, резка и термообработка металлов и сплавов, дуговые и высокочастотные плазмотроны.

9. Электрические печи инфракрасного нагрева – местный обогрев молодняка животных и птиц, обработка кормов, семян. Установки инфракрасного обогрева животных и птицы, сушка, пастеризаторы молока.

10. Термоэлектрические печи подогрев воздуха, воды, жидких кормов, термоэлектрические тепловые насосы, теплоохладительные установки, термоэлектрические кондиционеры.

 

Классификация электрических установок прямого нагрева.

 

 

 

 

 

 

Электрический нагрев сопротивлением

Общие сведения

Основным элементом ЭТУ является электронагреватель, оборудованный вспомогательными устройствами  для подвода тока, электрической изоляцией, защитой от повреждений и креплениями.

Нагревательный элемент выполняют в виде проволочных спиралей, ленточных зигзагов, стержней трубок, пленок на изоляционной основе и т.д.

Классифицируют нагреватели сопротивления:

1. по исполнению (открытые, закрытые, герметичные)

2. по материалу нагревателя (металлические, полупроводниковые, неметаллические)

3. по конструктивному исполнению (проволочное, ленточное, стержневое)

4. по рабочей температуре.

Недостатки

1. малый срок службы – время за которое сечение нагревательного элемента уменьшается на 20% от первоначального в любом месте

2. невысокая механическая прочность

3. невозможность использования в агрессивных средах

4. повышенная электрическая опасность

Требования к материалам электрического нагревателя

1. Материалы должны быть жаростойкими – не должны окисляться при высоких температурах

2. Жаростойкие – не должны терять прочности при высоких температурах

3. Технологичные – должны легко обрабатываться.

Специфические требования к материалам

1. Удельное электрическое сопротивление нагревательного материала должно быть больше, что позволяет выбрать конструктивные параметры нагревателей для размещения их в ограниченном объеме и включения в сеть не снижая напряжения питания.

2. Температурный коэффициент сопротивления должен быть маленьким, что бы сопротивление холодного и горячего нагревателей и следовательно, мощности сети изменились незначительно.

3. Желательно, что бы коэффициент поверхностного эффекта для материала нагревателя, при переменном токе незначительно отличался от единицы.

4. Материал нагревателя должен противостоять старению.

Электрические нагреватели

ТЭН – трубчатый электрический нагреватель

Основные характеристики тэнов

 

№	Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки тэна	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Удельная мощность Вт/см2 не более	Материал оболочки и температура на оболочке	Ресурс токов (срок службы), ч
1	Р	Вода, слабые растворы щелочи	Нагрев, кипячение	15	Сталь 10-20	7000
					До 450о
2	С	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в спокойном и движущемся воздухе до 1,5 м/с	2,2	Ст 10 Ст 20	11000
					Более 450
3	Т	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в спокойном и движущемся воздухе до 1,5 м/с	5	Нержавеющая сталь 12Х80Н10Т	11000
					Более 450
4	О	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость 6м/с (не менее)	5,5	Ст 10 Ст 20	11000
					До 4500С
5	К	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость 6м/с (не менее)	6,5	12Х80Н10Т	11000
					4500С
6	Н	Воздух, газы, смеси газов	Нагрев в движущемся воздухе со скорость не более 6м/с	5,1	12Х80Н10Т	11000
					4500С
7	И	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и других емкостях	3	Ст 10 Ст 20	7000
					До 3000С

 

Условные обозначение ТЭН

	1		2		3		4		5		6

ТЭН 

 

1. Развернутая длина тэнов, см (25, 12см)

2. Условное обозначение длины контактного стержня (А-40мм; Б-65мм; В –100мм; Г –125мм; Д – 160мм; Е – 250мм; Ж – 400мм; З – 630мм;)

3. Наружный диаметр тэнов, мм

4. Номинальная мощность, кВт

5. Условное обозначение нагреваемой среды и материала оболочки (таблица)

6. Номинальное напряжение, В

 

Конструкция тэнов

1. металлическая трубка

2. нагревательная спираль

3. контактный стержень

4. огнеупорный состав

5. периплаз (кристаллическая окись магния)

6. изоляционная пробка

 

Преимущества

1. Электрическая безопасность

2. Большой срок службы

3. Возможность использования в различных средах

Во всех без исключения случаях применения тэнов необходимо применение дополнительных мер электрической безопасности, защищающий обслуживающий персонал от токов проходящий по контактным стержням.

Элементный нагрев

1. Нагревательным изолированным проводом марки ПОСХП, ПОСХВТ

2. Стальным проводом без изоляции:

а) в асфальтобетонных плитах

б) в асбоцементных, и керамических

в) с экранной сеткой

г) на пониженном напряжении

 

Электрический обогрев зимних теплиц в комбинатах применяют ограниченно ввиду повышенного расхода эл.энергии. Тем, не менее электрические установки применяют там для аварийного обогрева, исключающего недопустимое понижение температуры при нарушении работы котельной или понижении температуры в ряде других причин ниже (допустимой) расчетной.

Комбинированный обогрев весенних теплиц от котельных и электротермических установок позволяет поддерживать оптимальную температуру воздуха и почвы и сокращает экономические затраты (потери).

 

 

Точный расчет

Точный расчет теплового баланса часто затруднителен из-за недостаточности исходных данных, следовательно, в практических расчетах зачастую пользуются приблизительной формулой.

;         или P=k₀A₀(t _вн -t_нар)

А₀ – площадь отепления

t_вн t_нар – температура внутри и снаружи

k₀ – приведенный коэффициент теплоотдачи через остекление который изменяет в зависимости от скорости ветра от 0 до 10м/с - изменяется от 4 до 12 вт/м²с.

R_T- удельное термическое сопротивление остекления м²с/Вт.

А₀ – площадь, определяется конструкцией теплицы

По удельным величинам мощность обогрева определяется: Р =Р₀ А₀.

Р₀ – удельная поверхностная мощность обогрева Вт / м².

В зависимости от климатического района Р₀= 150…200 Вт / м².

Соотношение мощностей почвенного и воздушного обогрева берется по опытным данным.

Например, для парников: 

Р_почвы = (0,5 –0,7) Р_{воздушного обогрева}

для теплиц: 

Р_почвы = (0,3 –0,5) Р_{воздушного обогрева}

Нагревательные элементы почвенного и воздушного обогревов рассчитываются отдельно.

Цель расчета определить диаметр и длину нагревательных элементов.

Исходя из конструкционных соображений обычно первый параметр задают, а другие рассчитывают.

 

Методика расчета

Для почвенного обогрева:

1. определить мощность обогревателя на одну фазу:

Р_{нагревателя}=Р_почвы / m;

m – число фаз

2. Определить фазный ток нагревателя

I_ф= Д_нагр / U_фcos j

cos j=0,9

3. Определить допустимый ток провода при заданной температуре провода и его диаметре.

Температура провода в асфальтобетонных плитах не должна превышать 10^оС, следовательно, нагревательный элемент рассчитывают, используя экспериментальные данные.

 

 

Номограмма диаметров провода в зависимости от температуры стальной оцинкованной проволоки и допустимой токовой нагрузки

 

4. Рассчитывают число параллельных ветвей в фазе

n=I_ф/I_доп

5. Определяем уточненное значение силы тока в ветви

I_д=I_ф/n

6. Возвращаемся к монограмме и уточняем температуру по уточненному току

7. Определяем удельное линейное сопротивление R_l, зная диаметр проволоки и его температуру.

8. Находим фазное активное сопротивление ветви зная r, U, cos j

9. Рассчитываем длину провода (длину ветви), подключаемое на данное сопротивление U (U_ф)

l= Rв/ Rс

10. Находим суммарный расход провода

l _S =nmL

 

Оптимальный микроклимат и длительный период вегетации семян овощных культур создают условие для развития и размножения в почве вредителей и возбудителей болезни. Следовательно, в почву необходимо обеззараживать или заменять, процесс замены требует больших затрат.

Чаще всего прибегают к стерилизации почвы, при этом нагрев почвы до 90-100^оС паром или электрическим током - наиболее эффективные способы борьбы с вредителями.

Преимущество электрического нагрева в том, что почву после стерилизации можно использовать сразу же, а процесс автоматизируется и контролируется.

Для обогрева почвы применяют стерилизаторы с элементными или электродными нагревателями.

Элементный стерилизатор представляет собой ящик в котором установлены пластины из сплава на основе алюминия и на пластина укреплены тэны. Тепловой поток от тэнов передается пластинам, а от низ в почву.

Электродный стабилизатор выполнен из деревянного ящика, вставленны 4 электрода и подключены на 380В.

Для равномерного распределения нагрузки между фазами крайние электроды соединяют между собой проводами, электрический ток проходя через почву нагревает его.

è Система управления.

Как объект автоматизации теплицу характеризуют параметры отопления естественную и принудительную вентиляции температурно-влажностные параметры воздуха и почвы, данные технологического оборудования для посева, приготовления минеральных удобрений.

Внешние факторы: солнечная радиация, скорость и направление ветра, температура воздуха.

 

Движение заряженных частиц.

Скорость движения заряженной частицы зависит от Кулоновской силы, силы тяжести, давления электрического ветра, силы сопротивления среды.

Кулоновская сила.

Еос – напряженность осаждения.

Сила тяжести.

Диаметр частицы d, мкм	100	10	1
Скорость падения V, м/с	0,3	0,003	0,00003

Для меньших частиц скоростью падения пренебрегают

Сила электрического ветра – скорость электрического ветра не более 1 м/с, он обусловлен тем, что заряженная частица двигается, сталкивается и увлекает за собой частицы воздуха, в результате возникает ветер (движение воздуха). Электрический ветер чаще всего не учитывают.

Сила сопротивления среды определяется по закону Стокса (в зависимости от вязкости среды).

Fср.=6π·μ·r·Wg.

Wg – скорость дрейфа частицы (движения её к осадительному электроду);

μ – вязкость воздуха;

r – радиус частицы.

Для частиц р-рами больше длины свободного пробега скорость частицы.

Для более мелких частиц существуют поправки.

Осаждение частицы.

После того как частица осела на электрод идет ее разрядка, зависящая от материала частицы, материала электрода и так далее.

На частицу действует сила кулона, сила молекулярного притяжения, сила индукционного заряда, сила зеркального отображения.

В зависимости от диэлектрических свойств и удельного сопротивления, делят на группы:

а) хорошо проводящая пыль r<104Ом см (плохо улавливается на электроде, так как быстро перезаряжается на электроде и уносится воздушным потоком).

б) Плохо проводящая пыль r=104-1010Ом см. Разряжается медленно, необходимо стряхивать с фильтра.

в) Практически не проводящая пыль r>1010Ом см. Практически не разряжается на электроде, следовательно покрыв тонким слоем электрод остальные частицы к нему не пускает. Поэтому покрыв небольшим слоем электрод остальные частицы уже не пускают (компенсируют заряд электрода). При этом возможно возникновение обратной короны. Такую пыль смачивают (электрод отряхивают очень часто).

 

Удаление пыли

В промышленных условиях пыль из фильтров удаляют:

1. стряхиванием,

2. промывкой водой.

Элементы конструкции электрофильтров (основные элементы):

Корпус;

Узлы подвода и вывода газов;

Коронированные и осадительные электроды;

Системы очистки электродов;

Изоляторные коробки.

В корпусе электроды.

Для лучшей работы нужна равномерность движения газов в электрофильтре.

 

Эффективность (степень) очистки

Эффективность очистки можно определить:

 - для трубчатого фильтра.

Z1 – концентрация пыли на входе;

Z2 – концентрация пыли на выходе;

η=0,8-0,97;

L – длина трубы;

R – радиус трубы;

Ur – скорость воздуха в трубе.

 - для пластинчатого электрофильтра.

Н – расстояние между коронируемым и осадительным электродом.

,

 - удельная площадь осаждения.

Высоковольтные источники питания для установок ЭИТ.

Источник должен обеспечивать:

1. Стабильность напряжения;

2. Плавкость и глубину регулирования выходного напряжения;

3. Высокий КПД;

4. надежность в работе;

5. Компактность;

6. Экономичность;

7. Безопасность в работе.

 

Ультразвуковая технология

Ультразвук – механические колебания среды с частотой 15 кГц-1 ГГц

Слышимый диапазон 16 Гц-20 кГц

Звуковые колебания по синусоиде определяется амплитуда.

Мощность звука Р_змех=2prcfA [Вт]

r - плотность среды

с – скорость распространения звука в среде

f – частота колебаний в Гц

А – амплитуда колебаний

rс – волновое сопротивление.

Величина переносимой ультразвуком энергии – это интенсивность ультразвука.

Физический смысл – это энергия, приходящаяся в единицу времени на единицу площади, перпендикулярен распространению звука, (т.е. мощностью на единицу площади).

 - интенсивность ультразвука.

Энергия звука уменьшается при удалении от источника.

 - закон Гугера – закон поглощения ультразвука.

α – коэффициент поглощения средой 1/м;

х – расстояние от источника;

I₀ – интенсивность у источника.

Звук отражается, преломляется, огибает.

Коэффициент отражения – отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей.

 

 При переходе из среды с большой плотностью в среду с меньшей К₀ приближается к 1.

Ультразвук вызывает ряд эффектов.

 П ервичные – те которые вызывает сам ультразвук.

1. звуковое давление;
2. поглощение ультразвука;
3. явление кавитации - разряжение или образование полостей в жидкой среде, которые закапываются и создают большое давление.

 

Вторичные – механические, биологические, тепловые ХНМ воздействие, обуславливаемые первичным воздействием.

1. УЗ коагуляция – образование более крупных из более мелких;
2. повышение температуры;
3. микро массаж;
4. нагрев живой ткани;
5.  Физико-химическое превращение в живой ткани.

При частоте = 1 МГц можно получить мощность до 10 Вт/см², рядом с источником.

Генерирование ультразвука

Ультразвуковой преобразователь предназначен для преобразования электрической энергии в энергию ультразвука.

Частота тока

Бывают: электромашинные, ламповые, полупроводниковые.

Тиристоры хуже коммутируются – частота сравнительно ниже, но можно получить большие мощности. Тиристоры и лампы коммутируются лучше.

Блок схема преобразователя УЗ

 

 

I. переменным напряжением ультразвуковой частоты

II. усиление электрической энергии ультразвуковой частоты

III. акустический ультразвук

IV. концентратор (Акустический трансформатор).

 

Преобразователь электрического ультразвукового сигнала в акустический

Концентратор (акустический трансформатор)

 

В качестве задающего генератора используют мультивибраторы, например УЗГ 8-01; УГГ-4

Преобразователи:

1 – магнитострикционный преобразователь – стержень на котором на котором намотана катушка при изменении магнитного поля стержень изменяет геометрические размеры, для уменьшения вихревых токов стержень стержень выполняют из пластин. Сила звука до 10 Вт/см². Работает с частотами 200кГц

2 Ферритовые (железные) излучатели Р= до 2 Вт/см². Высокая частота ультразвука.

3 Пьезокерамические – кристаллы кварца вырезанные в определенной области кристаллической решетки. При приложение электрического импульса к граням кристалл меняет геометрические размеры Р=до 3 Вт/см². Частота любая.

4 Концентратор – представляет собой стержень переменного сечения присоединенный к излучателю широким концом.

 

 

Применение ультразвука

1. Обработка металлов (пробивка фасонных отверстий в деталях);
2. ускорение обезжиривания деталей;
3. сушка материалов;
4. стирка ткани;
5. мойка шерсти;
6. пайка и сваривание металла, пластмасс;
7. контроль качества сварных швов;
8. контроль качества автомобильных шин;
9. пастеризация молока и сока;
10. получение эмульсии;
11.  диспергирвование (разбивание) и оакугулеция веществ;
12. ультразвуковая обработка семян;
13. биологическое действие – борьба с насекомыми, отпугивание грызунов.

Пробивка фасонных отверстий в деталях.

 

 

Применение в ремонте деталей (наплавка коленвалов, вибродуговая наплавка).

Биологическое действие УЗ:

УЗ используется при пастеризации молока, соков, предпосевная обработка, лечение животных, отпугивание грызунов.

В ветеринарии мощность 1-2 кВт/м², частотой о т сотен кГц до МГц. Лечат масти у коров. Фонофорез (проникновение лекарств внутрь через поверхности кожи, с помощью УЗ. Лучше электрофореза, т.к. лекарство проникает в клетку ткани, а при электрофорезе – между клеток. УЗ применяется для лечения ран, фурункулеза, опорно-двигательного аппарата (суставы) интенсивность 2-4 Вт/см².

Под воздействием УЗ происходит размягчение тканей и ускоряется рассасывание болезней. Лечение связок, сухожилий, воспаление скелетных мышц (миозит). При лечение катаракты глаз (замутнение зрачка) f=800 кГц, 0,3-0,4 Вт/см² (фонофорез).

Лечение опухолей, мужских болезней.

Использование УЗ для связи и информации используется небольшие источники (пример пьезокерамические преобразователи).

Методы получения информации делят:

1. Методы, основанные на изменении скорости распространения УЗ (в зависимости от плотности среды и наличия в ней примесей).

2. Методы, основанные на отражении УЗ на грани двух сред.

Скорость звука и его поглощение зависит от плоскости среза наличия и инородных включений в ней, от её влажности, температуры. Это используется во влагомерах (сорбционные тигрометры).

Используются свойства материалов изменять свои геометрические растворы под действием влажности.

Например: Пьезокварцевые сероционные q датчики.

Разность потенциалов пропорциональна влажности.

ДОВП-1 марка пьезосодержащих датчиков. Применяется в составе регуляторов влажности. Диапазон регулирования от 0 до 100 %φ, погрешность 5%, инерционность ≈2 мин.

Применение УЗ для определения жирности молока. Чем больше в молоке жировых мариров, тем больше поглощение УЗ.

1. Генератор;

2. Преобразователь УЗ;

3. Приемник УЗ и преобразователь эл.;

4. Усилитель;

5. Индикатор, приборы.

Жирность 2-6 %, погрешность 0,2-0,3 %.

Приборы на основе отражения УЗ.

Определение супоросности свиноматок или стельности коров.

УЗ пускают через тело животного и судят по плотности.

Датчики для измерения быстропеременных давлений.

1 - стальной корпус; 2,4 – пьезокерамические датчики (из титаната бария); 3,5 – стальные электроды.

Под действием F идет сжатие (растение) д-ков ═> разность потенциалов.

С₁+С₂=С₃, R₁=R₂.

4 – измерительный диск, 2 – для настройки.

При настройке SА разомкнут U_вых.=0. Затем SA замыкают и сигнал идет только с датчика 4.

 

Сушка растений.

Импульсный подвод энергии выгоден накапливался долго, выделяется быстро – большой мощностью.

Сушат перед уборкой.

Способы сушки:

1. Солнцем (естественный способ);
2. Активное вентилирование, (траву укладывают на стеллажах и сушат горячим воздухом).
3. Применение носилок – плющилок, (траву – по транспортеру между двумя вальцами и плющат траву, затем досушивают).
4. Обработка электрической искрой. Энергия тратится мало, эффект как от плющилки.

Результаты обработки.

Продолжительность сушки сокращается в 2,2 раза, в 1,4 раза по сравнению с плющением.

Потери снижаются на 12 %, потери протеина снижается в 2,2 раза.

Источник – генератор транспортера – хватает.

Схема установки.

 

 

 

Разрядник – ряд стержневых электродов, расположенных по ширине транспортерной ленты в шахматном порядке в 2 раза.

Параметры U_обраб.=25 кВ;

С=9000 мкФ, электролитическая;

R=26,9 Ом.

Толщина слоя травы – 3 с;

ширина транспортерной ленты – 0,38 м;

скорость – 0,04 м/с;

интенсивность 67 импульсов на 1 кг травы;

длительность импульса – 10^-4 сек.;

расход электрической энергии - 2,56 кВт·ч на 1 тонну;

расход энергии – 0,8 кВт·ч на плющение.

Достаточно девяти импульсов.

Обработка корзин подсолнухов для выравнивания сушки семян.

 

6-7 искр – перебивается сокопоступление в корзину – идет высыхание.

Табак: делают также, по обрабатывают у самой земли – табак сохнет.

Обработка плодов, для увеличения выхода сока – электроглазмолиз. Ток через ткань плодов. Соку больше на 12 %.

Электрогидравлические установки.

В этих установках используются электрогидравлический эффект (ЭГЭ). ЭГЭ – это способ непосредственного преобразования электрической энергии в механическую, при котором в меж электродном промежутке, заполненном не индуктивностью кратковременно выделяется значительная мощность вследствие искрового разряда.

ЗУ – зарядное устройство;

НЭ – накопительный элемент;

Р – разрядник;

ТБ – технологический блок;

К – канал разряда.

Накопленная энергия в батарее конденсаторов большой емкости высокого напряжения через разрядник Р поступает на электроды. Накапливать энергию можно длительно малым током.

Разрядник Р может быть управляемым или неуправляемым. Технологический блок ТБ обязателен для установок, предназначен для обработки материалов или деталей малых размеров.

ТБ применяется при металлообработке, в машиностроении, в горнорудной промышленности (сырье) обработка строительных материалов.

В установках для бурения, разрушения негабаритных пусков горных пород, для эхолокации водоемов, технологический блок отсутствует. Вместо него используется перемещаемая электродная система и погружаемая в водоем или в шнур (отверстие) заполненный водой.

Принцип действия ЭГ установки основан на электрическом пробое жидкости. В момент пробоя в жидкости образуется токопроводящий канал и ток достигает сотен и тысяч ампер. Образуется канал с температурой до 10000⁰.

Так как жидкость плохо сжимается, то разогрев плазмы приводит к повышению давления до сотен и тысяч МПа. Это давление передается во все стороны равномерно.

Электрический пробой зависит от многих факторов.

1. От проводимости жидкости;
2. От температуры.

Поэтому есть несколько подходов к расчету установок. Расчет производят методом последовательных приближений.

При расчете ЭГ установок находят межэлектродное расстояние, мощность разрядной цепи, мощность, потребляемую из сети, емкость накопительного конденсатора, напряжение на конденсаторе, мощность в разрядном промежутке, давление на объем воздействия (которое задают).

Если напряженность электрического поля в промежутке не превышает критического. Е_кр=3,6 МВ/м для воды с j=10^-2 см/м – проводимость.

Если напряженность не достигает заклинание воды. Такой пробой называется тепловым.

При тепловом пробое … с однородным полем и постоянным во времени напряжении можно определить время пробоя.

 - время пробоя.

l – длина межэлектродного пром-ка;

С_в, ρ_в – теплоемкость воды и плотность воды;

σ₀ – удельная проводимость воды при t=0 ⁰C;

α – температурный коэффициент проводимости;

Т₁ – начальная температура;

Т₂ – температура начала преобразования.

Напряжение теплового пробоя.

τ=3·10^-5 сек – постоянная времени.

Наибольшее распространение между электродами, при котором возможен тепловой пробой.

С – емкость конденсатора;

S – площадь электродов, контактирующая с водой;

Е_кр – критическая напряженность поля, все выше для однородных полей.

В ЭГ установках обычно используются неоднородное поле. Время пробоя при этом меньше, а max расстояние между электродами определяется.

 

С – емкость накопительного конденсатора, Ф;

а – const, a=3,6·10⁵, В²·с/м;

в – коэффициент зависящий от напряжения, в=2·10^-4 U₁;

γ – удельная проводимость жидкости, См/м, тоже, что и σ₀;

U₁ – начальное напряжение на конденсаторе;

S – площадь электродов, контактных с ус-тью;

U₀ – критическое напряжение пробоя.

Критическое напряжение пробоя U₀ для электродов в форме гиперболоида.

U_г – гиперболоидная плоскость, ;

r – радиус закругления конца гиперболоида.

Е=3,6·10⁶ В/м, для γ=2,5·10^-2 См/м;

l – расстояние между электродами.

Так как конденсатор разряжается во время пробоя, то напряжение на нем к концу разряда U₂ можно определить из степени заряда, α_з.

Периодичность разряда конденсатора возможна при условии:

R – сопротивление всей разрядной цепи;

L – индуктивность цепи, 0,4-10·10^-6 Гн;

С – емкость цепи (конденсатора).

Сопротивление канала разряда R_к.

для слуги

Max мощность.

 - закон Джоулю-Ленца

Оптимальное расстояние l – при котором развивается max мощность.

Для случая …

Давление на фронте волны на расстоянии х≤2,5 l.

w – энергия, запасения в конденсаторе

Электрогидравлические установки.

Конструктивные решения.

Электрогидравлиескийэффект можно использовать:

1. Для обеззараживания питьевой воды;
2. Для обеззараживания сточной воды;
3. Для дробления горных пород;
4. Дробление минеральных удобрений;
5. Дробление зерна, соломы;
6. Пластическая деформация материалов;
7. Улучшение плодородия почвы;
8. Получение эмульсий.

Обеззараживание питьевой воды.

Ударная волна от ЭГЭ вызывает гибель микроорганизмов. Поэтому на обеззараживание 1 м³ воды расходуется от 0,1-0,2 кВт электроэнергии, что сравнимо с бактерицидной (УФ) установкой.

Получают азот и пропускают его через воду – все там дохнут.

Для обеззараживания сточных вод тратится до 1 кВт∙ч на 1 м³. Дробление валунов, разрушения, измельчения материалов.

Установки: Вулкан, Эгурм.

Вкл-т: генератор с ДВС, генератор импульсов, пневмокомпрессор для изготовления шнура (отверстие в канале), электроды.

Напряжение импульса 6 кВ, энергия 150 кДж, мощность электрической части 10 кВА. Опыт показал, что при дроблении гранит 50-100 мм до растворов до 4 мм, производится 600 кг/ч.

Расход энергии 6-7 кВт∙ч на 1 тонну материала.

При дроблении горных пород многие содержащиеся в них вещества переходят и входят в воду в виде растворов. Это дает возможность обогащать почву, разными удобрениями.

Дробят зерно, минеральные удобрения.

Очистка и мойка шерсти.

Производительность в 2-2,5 раза выше, чем руками, расход моющих средств в 3 раза меньше.

Искра между электродами.

Напряжение ≈50 кВ, емкость 4000 мкФ, энергия ≈4 МДм, производительность 250 кг·ч.

 

Применение магнитного поля.

1. Очистка семян.

Культура гладкая.

Сорняки шероховатые.

Очистка кормов от металлических примесей.

Магнитная обработка воды:

1.1 Уменьшение растворимости газов;

1.2 Изменение скорости растворения неорганических солей;

1.3 Изменение плотности воды на 0,02…0,05%;

1.4 Изменение электрической проводимости уменьшается от 1 до 20%.

Скорость растворения неорганических солей увеличивается с увеличением поля. Для растворения цемента – образуется больше мелких кристалликов в результате возрастает прочность бетона.

 

 

1- Без магнитная обработка воды;

2- Обработка во время растворения;

3- Обработка через 2 часа после растворения.

Обработка гипса, глины.

3СаО·SiO₂+3H₂O=2CaO·SiO₂·2H₂OH·Ca(OH)₂ – реакция затвердевания цемента.

Влияние магнитных полей на живые организмы.

Если снизить магнитное поле в 10-100 раз – тормозят микроорганизмы (в 1 неделю). На 3-ей неделе начисляют будто развиваться – привыкли. Уменьшит магнитное поле в 100 тысяч раз – гибнут.

Мелкие животные мало чувствительны, но снижается ск