Цель работы:
1.Изучение устройства, принципа работы и методики расчета электродных водонагревателей.
2.Экспериментальное исследование энергетических параметров лабораторного электродного водонагревателя.
Приобретаемые компетенции:
1.1 Готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
1.2 Способность исследовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и проходящих в них процессов (ПК-18);
1.3 Способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44).
Основные сведения
Электродный способ применяют для нагрева проводников II рода: воды, молока, фруктовых и ягодных соков, сочных кормов, почвы, бетона. Материал помещают между электродами и нагревают электрическим током, протекающим по материалу от одного электрода к другому (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1 - Схема электродного водонагревателя.
1 - нагреваемая среда;
2-электроды.
При электродном нагреве происходит прямой нагрев сопротивлением – материал служит средой, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Электродный нагрев – наиболее простой и экономичный способ нагрева материалов, не требует специальных источников питания или нагревателей и дорогостоящих сплавов. Электроды подводят ток к нагреваемой среде и сами током практически не нагреваются, изготавливают их из недефицитных материалов, чаще всего из металлов, но они могут быть и неметаллическими (графитовыми, угольными). Недопустимо выполнять электроды из алюминия или оцинкованной стали. Во избежание электролиза для электродного нагрева используют только переменный ток.
В сельском хозяйстве электродный нагрев широко распространен в электродных водонагревателях, водогрейных и паровых котлах.
Электродные водонагреватели предназначены для нагрева проточной воды в замкнутых системах теплоснабжения с избыточным давлением до 0,6 МПа (таблица 3.1). Они представляют собой цилиндрический сосуд, внутри которого расположены электроды для подвода тока к воде и диэлектрические вставки для регулирования мощности. Водонагреватели компакты, поверхность теплопотерь невелика и поэтому нетеплоизолирована, имеет значительно большую номинальную мощность, чем элементные водонагреватели.
Таблица 3.1 - Основные технические данные электродных водонагревателей
| Тип | Мощность, кВт | Производительность при нагревании на 25°С, м3/ч | Диапазон регулирования мощности, % | Удельное сопротивление воды при 20 оС, Ом м |
| ЭПЗ - 25/И2 | 0,8 | 33...100 | 10...30 | |
| ЭПЗ - 100/ИЗ | 3,4 | 10...100 | 10... 30 | |
| ЭПЗ - 250/ИЗ | 8,5 | 33...100 | 10...50 | |
| ЭПЗ - 400/ИЗ | 13,6 | 33... 100 | 10...50 | |
| КЭВ - 63/0,4 | 2,1 | 25...100 | 10...50 | |
| КЭВ - 100/0,4 | 3,4 | 25... 100 | 10...70 | |
| КЭВ -160/0,4 | 5,4 | 50...100 | 10...70 | |
| КЭВ-250/0,4 | 8,5 | 50... 100 | 10...70 |
Электродный проточный водонагреватель ЭПЗ имеет два исполнения, различающихся приводом механизма регулирования мощности (И2 - ручной привод, ИЗ - электродвигательный привод).
Электродный водогрейный котел КЭВ выпускают в двух исполнениях: с цилиндрическими электродами для воды, имеющей удельное сопротивление при 20°С ниже 10 Омм, и с пластинчатыми — для воды, удельное сопротивление которой выше 10 Омм.
Основной режим работы электродных водонагревателей - без разбора воды с обязательной циркуляцией ее по замкнутому контуру. Для всех типов водонагревателей температура воды на входе рекомендуется 70°С, на выходе - 90°С при закрытом контуре.
Электродные водонагреватели типов ЭПЗ и КЭВ предназначены дня нагрева воды в системах горячего водоснабжения зданий производственного (фермы) и коммунально-бытового назначения (коттеджи, клубы и т.п.).
Электродные водонагреватели следует устанавливать в отдельных помещениях. Корпус должен быть занулен. В помещениях особо опасных и повышенной опасности, имеющих технологическое оборудование, связанное с электродным водонагревателем, необходимо оборудовать устройством выравнивания потенциалов.
Водонагреватели следует присоединить к водопроводной сети и разборному трубопроводу только через изолирующие вставки. Длину вставки (мм) определяют по формуле
0,785-d2,
где d - внутренний диаметр вставки, мм.
В лабораторной работе используется однофазный электродный водонагреватель, с целендрическими электродами, выполненными из нержавеющей стали.
Программа работы
1. Ознакомиться с принципом работы, назначением и техническими данными электродных водонагревателей.
2. Изучить методику расчета электродных водонагревателей.
3. Для лабораторного электродного водонагревателя расчетным путем определить:
a) минимальное расстояние между электродами;
b) время нагрева воды до температуры 80°С;
c) среднюю, начальную и конечную потребляемую мощность;
d) изменение удельного сопротивления воды от температуры.
4. Опытным путем определить удельное сопротивление воды при температуре 20°С.
5. Опытным путем исследовать зависимости:
a) потребляемой мощности от температуры воды;
b) удельное сопротивление воды от температуры;
c) плотность тока на электродах от температуры воды.
6.Сравнить опытные и расчетные значения.
7. Определить коэффициент полезного действия водонагревателя и удельный расход электроэнергии на нагрев воды.
