И. Б. Дубодел
В. С. Корко

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования,
реализующих образовательные программы среднего специального
образования по специальностям «Эксплуатация энергетического
оборудования в сельском хозяйстве», «Эксплуатация энергетического
оборудования в сельском хозяйстве (педагогическая деятельность)»

Минск
РИПО
2025

УДК 621.3(075.32)
ББК 31.2я723
Д79

А в т о р ы:
доценты кафедры энергетики УО «Белорусский государственный
аграрный технический университет» кандидаты технических наук, доценты
И. Б. Дубодел, В. С. Корко
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия УО «Жировичский государственный
аграрно-технический колледж» (И. П. Добриян);
ассистент кафедры «Электроснабжение» Белорусского национального
технического университета Ю. И. Богданов

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой
ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства
образования Республики Беларусь.

Д79

Дубодел, И. Б.
Электронагревательные установки и электротехнологии : учеб.
пособие / И. Б. Дубодел, В. С. Корко. – Минск : РИПО, 2025. –
181 с. : ил.
ISBN 978-985-895-262-4.
В учебном пособии изложены способы преобразования электрической
энергии в другие виды энергии, рассмотрены электротехнологические процессы, устройство, принцип действия и области применения современного
электротехнологического оборудования, его выбор; особенности электротехнологий на предприятиях агропромышленного комплекса.
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих
образовательные программы среднего специального образования по специальностям «Эксплуатация энергетического оборудования в сельском хозяйстве», «Эксплуатация энергетического оборудования в сельском хозяйстве
(педагогическая деятельность)».
УДК 621.3(075.32)
ББК 31.2я723

ISBN 978-985-895-262-4			© Дубодел И. Б., Корко В. С., 2025
				© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2025

ВВЕДЕНИЕ
Электротехнология – область науки и техники, изучающая
приемы, способы и технические средства выполнения производственных процессов путем непосредственного воздействия на
обрабатываемую среду энергией электромагнитного поля (или с
предварительным преобразованием в другие виды энергии) для
получения технологического эффекта.
При воздействии на предметы труда живой или неживой
природы электрическая энергия оказывает действие: тепловое,
химическое, механическое, биологическое и др. В соответствии
с этим электротехнологическое оборудование разделяют на электротермическое, электрохимическое и электрофизическое.
Работа электротермического или электронагревательного
оборудования основана на преобразовании энергии электрического поля в теплоту.
Основная часть общего энергетического баланса сельскохозяйственного производства приходится на долю тепловой энергии (более 60 %, а в животноводстве – до 90 %). Поэтому рациональное теплоснабжение является важной экономической
задачей, в решении которой необходимо учитывать особенности
сельскохозяйственных предприятий как объектов теплопотреб­
ления, а именно: рассредоточенность потребителей и низкую
плотность тепловых нагрузок. В сельском хозяй­стве в основном
используют небольшие топливные котельные, имеющие следующие недостатки:
••существенные транспортные расходы на доставку топлива,
вывоз золы и шлака;
••потери топлива при транс­портировке и хранении;
••значительные затраты ручного труда на обслуживание маломощных топливных установок (зачастую не поддающихся полной автоматизации);
3

Введение

••низкий коэффициент по­лезного действия (менее 0,3), в том
числе из-за плохих теплораспределительных сетей.
Еще одна особенность сельскохозяйственных потребителей
теплоты – большая неравномерность тепловой нагрузки (коэф­
фициент использования максимума – 0,25...0,65). Это приводит
к перерасходу топлива в периоды провалов тепловой нагрузки.
Объектами сельскохозяйственного производства служат животные, птицы и растения, которые нуждаются в оптимальном
температурно-влажностном режиме и в обеспечении всех требований микроклимата. Отклонение температуры от оптимальной
или необеспечение та­
к их требований, как влажность воздуха,
газовый состав и т. д., отрицательно сказывается на протекании
большинства жизненных процессов.
Указанные особенности сельскохозяйственных предприятий и обусловленные ими трудности теплоснабжения привели
к поискам других источников тепловой энергии, в том числе с
использо­ванием электрической энергии.
При использовании электрической энергии можно:
••автоматизировать технологические процессы, за счет чего
в 1,5...2,5 раза сократить количество персонала, обслуживающего
тепловые установки и сети; на 20...25 % снизить энергозатраты; за
счет более высокой точности поддержания температурно-влажностного режима в помещениях увеличить продуктивность и
сохран­ность животных и птиц, снизить расходы кормов;
••повысить технический уровень производства, произ­
во­
ди­
тель­ность и культуру труда рабочих и персонала;
••увеличить надежность системы теплоснабжения;
••снизить загрязнение окружающей среды и сохранить экологию в конкретном рассматриваемом месте;
••иметь постоянную готовность электронагревательной
установ­к и (ЭНУ) к работе.
При использовании электроэнергии для получения теплоты
не понадобится сооружение котельной, наружных тепловых сетей, складских топливных помещений и газоочистных устройств.
Электротермические процессы и оборудование по основным
областям применения условно можно разделить на три группы.
Основу первой группы составляют процессы и оборудование,
непосредственно связанные с производством, переработкой и
хранением продуктов растениеводства и животноводства.
4

Введение

К этой группе относят:
••установки нагрева воды и получения пара (электрические
водонагреватели, парогенераторы, водогрейные котлы);
••установки для создания микроклимата в производственных помещениях (электрокалориферные установки, отопительные печи, установки местного обогрева и т. п.);
••оборудование хранилищ продуктов растениеводства и животноводства (кондиционеры, обогреватели и т. п.);
••оборудование тепловой обработки сельскохозяйственных
материалов (запарники кормов, сушилки и т. п.).
Все процессы этой группы низкотемпературные (до 150 °С),
используют в основном оборудование специального сельскохозяйственного назначения.
Вторая группа включает процессы и оборудование, связанные с эксплуатацией и ремонтом сельскохозяйственной техники:
••оборудование для электрической сварки;
••высокочастотные установки диэлектрического и индукционного нагрева;
••установки лазерного, плазменного, ионного нагрева и т. п.
Большинство процессов этой группы высокотемпературные
(свыше 200 °С), используют оборудование общепромышленного
назначения.
К третьей группе относят тепловые процессы коммунально-бытовой и социальной сферы сельского населения. Используют большую номенклатуру бытовых электронагревательных
устройств и приборов.
Электрический нагрев применяют во многих процессах сельскохозяйственного производства:
••в овцеводстве – для подогрева воды при поении овец, обсушки новорожденных ягнят, получения горячей воды, расходуемой на технические цели, создания искусственного микроклимата в кошарах и бас­сейнах для купания животных, а также в ряде
других технологи­ческих процессов;
••молочном животноводстве – для электрона­
г рева воды в
моечных помещениях, на доильных площадках, в системах автопоения, душевых установках; запаривания сочных кормов и
картофеля; подготовки концентрированных и силосо­вания грубых кормов; пастеризации молока; обработки молоч­ной посуды,
частей доильной установки и танков, обогрева пола и воздуха
помещений, обсушки животных подогретым возду­хом; подогрева
обрата и молока для выпойки телят;
5

Введение

••птицеводстве – для инкубации, отопления и венти­л яции
птичников, подогрева воды и т. д.;
••растениеводстве открытого грунта – для яровизации картофеля, теплового протравливания семян на се­лекционных станциях, сушки плодов, овощей, хлопка, активного вентилирования
сена с подогревом воздуха;
••растениеводстве защищенного грунта – обогрева воздуха и
грунта в парниках и теплицах при выращи­вании овощей, табака,
сеянцев цветов, черенков плодовых культур, для обеззараживания почвы и т. д.
Электронагрев используют в сельскохозяйственных мастерских, а также в быту сельского населения (для отопления жилых помеще­ний, получения горячей воды, приготовления пищи
и т. д.).
Помимо перечисленных процессов в сельском хозяйстве используют раз­
личные электрофизические и электрохимические
методы, осно­
ванные на электрических и магнитных явлениях.
Это позволяет использовать не только тепловое действие электрического тока, но и другие его технологические свойства: механическое (без ис­пользования электродвигателей); химическое
(получение хими­ческих реагентов и ускорение химических реакций при обработке продуктов и кормов); биологическое (управление поведением жи­
вотных, подавление или стимулирование
жизнедеятельности мик­
рофлоры и микрофауны). Можно говорить также об электролити­ческих процессах, используемых в ремонтном производстве и дру­гих областях.
Благодаря методам электротехнологии в сельскохозяйственном производстве стали возможными многие современные
технологи­ческие процессы. Так, в животноводстве, растениеводстве и птицеводстве ис­пользуют ионизаторы и электрофильтры
воздуха, установки для электрообеззараживания навоза и почвы,
электрические сепара­
торы и электростимуляторы семян и зерна. Применяют различ­ные импульсные генераторы в установках
электроэрозионной и электрохимической обработки металлов,
электрических изго­родях, установках с использованием электрогидравлического удара. Используют установки для ультразвуковой и магнитной об­работки материалов и т. п.

6

РАЗДЕЛ 1.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.1. СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ
Для электрического нагрева различных сред и материалов
используют электротермическое оборудование, включающее
электрические нагреватели и нагревательные установки.
Электрический нагреватель – устройство, преобразующее
электрическую энергию в тепловую.
Электрическая нагревательная установка – устройство, включающее электрические нагреватели, рабочую камеру, в которую
помещают нагреваемый материал и другие элементы, связанные
в единый комплекс, предназначенный для выполнения определенного технологического процесса.
Основной классификационный признак электронагревательных установок – это способ нагрева.
Резистивный нагрев (нагрев сопротивлением) основан на выделении теплоты в твердых или жидких проводниках (средах) за
счет сопротивления при протекании по ним электрического тока.
Электродуговой нагрев – основан на преобразовании электрической энергии в теплоту в дуге, горящей между токоподводящими электродами.
Индукционный нагрев основан на выделении теплоты в металле, расположенном в переменном магнитном поле индуктора, за
счет электромагнитной индукции и протекания вихревых токов.
Диэлектрический нагрев основан на выделении теплоты в
непроводящем материале, расположенном в электрическом поле
7

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

конденсатора, за счет токов электрического смещения при поляризации диэлектриков. Применим также для проводников второго рода с ионным характером проводимости.
Инфракрасный нагрев осуществляют за счет преобразования
электрической энергии в тепловую в излучателе и поглощения
материалом инфракрасного излучения при условии, что излучательные спектральные характеристики излучателя соответствуют
поглощательным характеристикам нагреваемой загрузки.
Термоэлектрический нагрев – нагрев сред теплотой Пельтье,
переносимой электрическим током термоэлектрической батареи
от источника, имеющего температуру более низкую, чем температура потребителя.
Лазерный нагрев обеспечивается в результате последовательного преобразования электрической энергии в энергию сфокусированного лазерного излучения и затем в тепловую в облучаемой
загрузке.
Электронно-лучевой нагрев – нагрев материала сфокусированным электронным лучом в вакууме.
Ионный нагрев осуществляют потоком ионов, образованным
электрическим разрядом в вакууме.
Плазменный нагрев осуществляют стабилизированным высокотемпературным ионизированным газом, образующим плазму.
Последние три высокоэнергетических способа нагрева практически не находят применения в сельскохозяйственном производстве.
Каждый из способов электрического нагрева может быть
прямым или косвенным. При прямом нагреве электрический ток
протекает непосредственно по нагреваемому материалу, при косвенном – электрический ток протекает по электрическому нагревателю, а нагреваемая среда получает теплоту за счет теплопередачи.
В резистивном нагреве выделяют электроконтактный и электродный (прямые) и элементный (косвенный) нагрев. При электроконтактном нагреве электрическая энергия преобразуется в
тепловую в металле, расположенном между токоподводящими
электродами. При электродном нагреве нагреваемым материалом
является проводящая жидкость.
Другими классификационными признаками служат:
••технологическое назначение (водонагреватель, калорифер
и т. п.);
••принцип работы (непрерывный, периодический);
••род тока (переменный, постоянный) и частота (промышленная, средняя, высокая, сверхвысокая);
8

1.1. Способы преобразования электрической энергии в тепловую

••питающее напряжение (низковольтные и высоковольтные
электронагревательные установки);
••рабочая температура (низко-, средне- и высокотемпературные электронагревательные установки);
•• способ теплопередачи от нагревателя к нагреваемой среде и др.
Физическая сущность резистивного нагрева заключается в
том, что при прохождении электрического тока по проводнику в
нем выделяется теплота по закону Джоуля-Ленца:
(1.1)
=
Q I 2R τ,
где Q – количество выделенной теплоты, Дж; I – сила тока, А;
R – сопротивление проводника, Ом; τ – продолжительность нагрева, с.
Мощность, выделяемая в проводнике (P, Вт):
2
=
P I=
R

U2
,
R

(1.2)

где U – напряжение, подводимое к проводнику, В.
Электроконтактный нагрев используют при термической
и механической обработке деталей простой формы (валы, оси,
ленты). Деталь (заготовку) включают в электрическую цепь и
нагревают протекающим по ней электрическим током. Так как
сопро­тивление детали мало, то, согласно уравнению (1.2), для нагрева необходим ток большой силы, который подводят к ней при
помощи массивных медных или бронзовых зажимов (контактов).
Нагревать можно постоянным или переменным током, однако практически применяется только переменный ток, так как
необходи­мые для нагрева токи в сотни и тысячи ампер при напряжении от десятых долей вольт до 24 В могут быть наиболее
просто получены лишь при помощи трансформаторов переменного тока. Трудность подвода тока к детали – один из существенного нагрева. Зажимы должны иметь
ных недостатков контакт­
хороший контакт с деталью. В промышленных установках для
этого применяют пневмо- и гидропри­воды, для снижения температуры в контактах их делают водоохлаждаемыми.
Преимущества электроконтактного нагрева деталей: высокая
скорость нагрева (10...40 °С/с), что позволяет получать структуру металла более высокого качества, чем при нагреве в печах;
значитель­но меньшее (в 9...10 раз) окисление и угар металла и др.
Однако таким способом можно нагревать тела простой формы, и
9

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

для этого требуются специальные нагревательные трансформаторы на большие вторичные токи.
Электроконтактный нагрев применяют также в установках
электроконтактной сварки, наплавки и припекания. Электроконтактную сварку (рис. 1.1) применяют для создания неразъемного
соединения металлических деталей путем прямого электронагрева мест соприкосновения до пластического состояния и механического сдавливания. Переходное сопротивление в месте соприкосновения значительно превышает сопротивление свари­ваемых
деталей. Поэтому сами детали от тока нагреваются очень мало,
тогда как в стыках выделяется большое количество теплоты.
P

U

P
Рис. 1.1. Схема электроконтактного нагрева при сварке:
Р – давление на электроды

Существует три разновидности контактной сварки: стыковая,
точечная и роликовая (шовная). Контактная сварка отличается
высо­кой экономичностью и получила большое распространение
в машино­строении и ремонтном производстве.
Электроконтактную наплавку (приварку) (рис. 1.2) применяют для восстановления изношенных наружных и внутренних
цилиндрических поверхностей. Деталь укрепляют в центрах или
патроне токарного станка и приводят во вращение с небольшой
ско­ростью. Наплавку ведут присадочной проволокой, которая обвивает деталь и приваривается к ней электроконтактным способом. Привари­вают импульсами тока (5–20) ⋅ 103 А и при длительности 0,04...0,08 с. Ток к детали и присадочной проволоке подводят
от вторичной обмот­
ки сварочного трансформатора при помощи
роликов, которые одновременно создают необходимое контактное
давление между деталью и проволокой. Коммутацию осуществляют прерывателем SA в первичной обмотке трансформатора.
10

1.1. Способы преобразования электрической энергии в тепловую

1

2

3

4
P

P

5
SA
U
Рис. 1.2. Схема электроконтактного нагрева при наплавке (приварке):
1, 4 – ролики; 2 – деталь; 3 – проволока; 5 – трансформатор

Электроконтактное припекание (рис. 1.3) применяют для нанесения порошковых покрытий с целью упрочнения деталей с
плоской и цилиндрической поверхностью. Наносимая на поверхность детали порошковая шихта уплотняется катком-электродом
и одновременно нагревается током, протекающим через шихту
между катком-электродом и упрочняемой поверхностью. Высокое качество покрытия достигается при импульсном режиме пропускания тока, осуществляемом прерывателем SA.
2

3

U
1
SA
Рис. 1.3. Схема электроконтактного нагрева при припекании:
1 – деталь; 2 – каток-электрод; 3 – порошковая шихта

Электродный способ применяют для нагрева воды, молока,
фруктовых и ягодных соков, сочных кормов, почвы, бетона и др.
Материал помещают между электродами и нагревают электри­
ческим током, протекающим по материалу от одного электрода
к другому. Как и при электроконтактном нагреве, здесь происходит прямой нагрев, материал служит средой, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. Электродный нагрев –
11

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

наиболее простой и экономичный способ нагрева материалов,
не требует специальных источников питания или нагревателей
из дорогостоящих сплавов. Электроды подводят ток к нагреваемой среде и сами практически не нагреваются. Изготавливаются
из недефи­цитных материалов, чаще всего из металлов, но могут
быть и неметаллическими (графитовыми, угольными). Во избежание электро­лиза для электродного нагрева используют только
переменный ток.
В сельском хозяйстве электродный нагрев широко распространен в электродных водонагревателях, водогрейных и паровых котлах, а также в процессах пастеризации и стерилизации
жидких и влажных сред, тепловой обработки кормов. Проводимость влажных материалов обусловливается содержанием воды,
поэтому в дальнейшем электрод­
ный нагрев рассматривается
главным образом применительно к нагреву воды, но приводимые
зависимости применимы и к нагреву других сред.
Совокупность электродов, опреде­ленным образом связанных
между собой и питающей сетью, предназ­наченных для подвода
тока к нагреваемой среде, образуют электродную систему.
Параметры электродных систем:
••форма электродов (пластинчатые, коаксиально-цилиндрические, стержневые, кольцевые, изогнутые под углом 120° и др.)
(рис. 1.4);
~U

~U

~U

A–A

A

A

а

б

в

Рис. 1.4. Формы электродов:
а – пластинчатые; б – стержневые; в – коаксиально-цилиндрические

••число фаз (одно-, трехфазные);
••количество электродов;
••схема соединений («звезда», «треугольник») (рис. 1.5);
••материал электродов (сталь Х18Н80Т, титан, реже графит,
уголь);
12

1.1. Способы преобразования электрической энергии в тепловую

••геометрический коэффициент электродной системы – характеризует форму электрического поля в межэлектродном пространстве. Определяется исходя из формы электродов, их числа.
L1 L2 L3

N

L1

L3 N

L2
D

d

b
l
á

à

Рис. 1.5. Схемы соединения электродов:
а – «треугольник»; б – «звезда»; b – ширина электрода;
l – расстояние между электродами; D, d – диаметры
наружного и внутреннего электродов

Для плоскопараллельной системы электродов (см. рис. 1.5, а)
фазное сопротивление Rф (Ом) рассчитывают по формуле
R=
ф

ρt l ρt l
=
,
S
bh

(1.3)

где ρt – удельное сопротивление, Ом; l – межэлектродное расстояние, м; S – площадь поперечного сечения проводника, м2;
b – ширина электрода, м; h – высота электрода, м.
l
= K – геометрический коэффициент. Тогда
Обозначим
b
фазное сопротивление будет равно
ρt K
.
(1.4)
h
Поэтому для любой электродной системы геометрический
коэффициент равен
Rф h
(1.5)
K =
.
ρt
Rф =

Для плоскопараллельной системы, состоящей из n электродов, геометрический коэффициент определяют:
K =

l
.
b(n − 1)

(1.6)
13

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Для коаксиально-цилиндрической системы:
1
D
ln ,
(1.7)
2π d
где D – диаметр наружного электрода, м; d – диаметр внутреннего электрода, м.
K =

Расчет электронных систем
Задача расчета состоит в определении геометрических размеров электродной системы, при которых в нагреваемой среде
выделяется требуемая мощность.
Исходные данные: вид нагреваемого материала, масса материала, продолжительность нагрева, температура, тепло- и
электрофизические характеристики материала, допустимые напряженность и плотность тока, материал и конструктивное исполнение электродов и др.
Последовательность расчета: определяют численные значения исходных данных, выбирают тип электродной системы.
Расчетная мощность электродной установки (Р расч):
P=
расч

Pпол mc(t2 − t1 )
=
,
ηт
τηт

(1.8)

где Р пол – полезная мощность, Вт; m – масса материала, кг; с –
удельная теплоемкость материала, Дж/(кг∙°С); t 1, t 2 – начальная
и конечная температура нагрева, °С; τ – продолжительность нагрева, с; ηт – тепловой КПД установки.
Расчет ведут на одну фазу или одну пару электродов. Мощность одной фазы:
P1 =

Pрасч
n

,

(1.9)

где n – число фаз.
Межэлектродное расстояние (м):
U
,
(1.10)
E доп
где U – напряжение, приложенное к электродам, В; Е доп – допустимая напряженность электрического поля между электродами, В/м.
Принимают ширину b (для плоскопараллельной системы)
электрода, стремясь к стандартным размерам листов материала,
из которого изготавливают электроды.
l =

14

1.2. Элементные нагреватели

Геометрический коэффициент электродной системы определяют по формуле (1.6).
Длина электрода (h, м):
t2 + 20
.
(1.11)
t1 + 20
3U τ
Результаты расчета проверяют по мощности и плотности
тока. Мощность установки с расчетными размерами электродов
h=

40ρ20mcK
2

P =n

ln

U 2h
,
ρсрK

(1.12)

40ρ
t + 20
ρср = 20 ln 2
– среднее удельное сопротивление
t2 − t1 t1 + 20
нагреваемого материала, Ом ⋅ м; ρ20 – удельное сопротивление
материала при 20 °С, Ом ⋅ м.
Мощность водонагревателя при расчетных размерах электродов
Р (она же средняя мощность) должна быть равна мощности Ррасч.
Плотность тока на электродах j (А/м2) не должна превышать
допустимую величину jдоп:
где

j =

K нU
K U
или j = н ,
ρt 2l
ρt 2Kb

(1.13)

где K н = 1,1...1,4 – коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения плотности тока по поверхности электрода; ρt2 –
удельное сопротивление воды при конечной температуре t 2, Ом ⋅ м.
1.2. ЭЛЕМЕНТНЫЕ НАГРЕВАТЕЛИ
Элементные нагреватели (электрические нагреватели сопротивления) выполняют из материалов с высоким удельным сопротивлением.
Элементные нагреватели классифицируют:
••по степени защиты нагревательного элемента от внешней
среды: открытые, закрытые, герметичные;
••температуре: низкотемпературные (до 350 °С), среднетемпературные (350...2000 °С), высокотемпературные (более 2000 °С);
••материалу нагревательного элемента: металлические, полупроводниковые, неметаллические;
••форме материала нагревательного элемента: проволочные,
ленточные, стержневые, пленочные, тканевые и др.;
15

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

••конструктивному исполнению нагревателя: трубчатые,
про­тяженные, поверхностно распределенные.
Открытые нагреватели просты по устройству, имеют хорошие условия для теплоотдачи, ремонтоспособны. Недостатками
являются повышенная электрическая опасность и низкий срок
службы. Их применяют в установках с теплоотдачей преимущественно излучением (электрические печи, термоизлучатели).
Закрытые нагреватели – нагревательные элементы размещены в корпусе, предохраняющем от механического воздействия и
нагреваемой среды.
Герметичные нагреватели – нагревательные элементы защищены от воздействий механических, нагреваемой и окружающей
среды (например, воздуха).
Трубчатые нагреватели могут быть закрытыми и герметичными, цилиндрической, прямоугольной и другой формы. В установках низко- и среднетемпературного нагрева наиболее распространены герметичные трубчатые электрические нагреватели
(ТЭНы), используемые для нагрева газов, жидкостей и твердых
тел в различных технологических процессах.
Протяженные нагреватели объединяют собой нагревательные провода, кабели, ленты. Их применяют в низкотемпературных технологических процессах с низкой плотностью тепловых
нагрузок (102...103 Вт/м2), рассредоточенных на значительной
площади, например для электрообогрева почвы в сооружениях
защищенного грунта, полов, дорог, тротуаров, трубопроводов,
технологических емкостей и др.
Поверхностно распределенные нагреватели выполняют из
проволоки, токопроводящих частиц, волокон или пленок, создающих соответственно дисперсные, волокнистые или сложные
композиции на поверхности или в объеме электроизоляционного компонента, который обычно является несущим основанием.
В качестве токопроводящих частиц используют металлы, углерод
и другие материалы. Несущими могут быть ткани, керамика, металлические подложки, пластмассы. Поверхностно распределенные нагреватели бывают гибкие и жесткие. Гибкие можно изогнуть по форме нагреваемой поверхности, жесткие не способны
к изменению своей конфигурации, заданной при изготовлении.
Поверхностно распределенные нагреватели отличаются от других
своей тонкослойностью при достаточно развитой площади поверхности. Их применяют при тепловых нагрузках до 104 Вт/м2.
16

1.2. Элементные нагреватели

Примером служат гибкие электропроводящие ткани, пленочные
резистивные покрытия, стеклопластиковые и полимерные тонкостенные панели.
Материалы для изготовления нагревательных элементов
должны отвечать определенным требованиям и обладать:
••высокой жаростойкостью – устойчивостью к окислению
при высоких температурах. Окисление уменьшает площадь поперечного сечения, увеличивает сопротивление, ускоряет разрушение нагревательного элемента;
••высокой жаропрочностью – способностью материала выдерживать механические нагрузки при высоких температурах;
••высоким удельным электрическим сопротивлением. С увеличением сопротивления уменьшаются габаритные размеры и
расход материалов на изготовление нагревателя;
••малым температурным коэффициентом сопротивления.
Зависимость сопротивления от температуры ведет к изменению
мощности нагревателя, затрудняет расчет и регулирование температуры.
К другим требованиям относят постоянство электрических
свойств и размеров, технологичность при изготовлении нагревателей, химическую нейтральность, приемлемую стоимость.
Нагревательные элементы изготавливают из металлических
(никельхромовые и железохромоалюминиевые сплавы, углеродистые стали), полупроводниковых (карбидкремниевые, дисилицидмолибденовые, хромитлантановые соединения, многокомпонентные сплавы для тонкопленочных нагревателей, содержащие
кремний, железо, хром, алюминий, титан) и неметаллических
(углеродные нити, ленты, ткани) материалов.
Никельхромовые сплавы – нихромы (Х15Н60, Х15Н60-Н,
Х20Н80-Н, NIKROTHAL и др.) в наибольшей степени удовлетворяют требованиям: удельное сопротивление – до 1,3 ⋅ 10–6 Ом ⋅ м,
рабочая температура – до 1250 °С.
Железохромоникелевые сплавы – фехрали (Х15Ю5,
Х23Ю5, Х27Ю5Е, KANTHAL) имеют удельное сопротивление
до 1,5 ⋅ 10–6 Ом ⋅ м, рабочую температуру – до 1400 °С. Фехрали по
сравнению с нихромами обладают более высокими рабочей температурой и удельным сопротивлением, большим в 2...4 раза сроком службы и меньшей в 2...3 раза стоимостью. Однако они более
твердые и хрупкие, магнитны, сильнее коррозируют во влажной
атмосфере при комнатной температуре, их жаростойкость ниже.
17

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Конструкционные стали не получили широкого распространения из-за следующих недостатков. Удельное электрическое
сопротивление конструкционных сталей различных марок при
20 °С колеблется в пределах от 0,103 ⋅ 10–6 до 0,189 ⋅ 10–6 Ом ⋅ м, что
не позволяет рассчитывать стальные нагреватели столь же уверенно, как нагреватели из специальных сплавов, электрические
параметры которых изменяются лишь в пределах 1...2 %. Относительная магнитная проницаемость таких нагревателей варьируется от 3500 до 500, поэтому рассчитывать их надо с учетом поверхностного эффекта. Конструкционные стали имеют высокий
температурный коэффициент сопротивления, поэтому сопротивление нагревателя в холодном состоянии намного меньше, чем
в рабочем, из-за чего неизбежны толчки пусковых токов. Кроме
того, они сильно окисляются при температурах выше 400 °С и
существенно коррозируют при нормальной температуре.
Полупроводниковые керамические материалы на основе
карбида кремния, хромита лантана и дисилицида молибдена используют при температуре в воздухе соответственно до 1400, 1700
и 1850 °С. Они обладают электронным типом проводимости и
свойствами, типичными для полупроводников. Особенностью
этих материалов является значительное снижение электрического сопротивления с изменением температуры.
Неметаллические электронагревательные материалы получают путем пропитки полиакрилонитрильных, углеродистых
и других волокон и нитей водным раствором, например угольно-графитовой пыли, хлористого аммония, хлорида меди или
алюминия и другими, с последующей сушкой и термообработкой
для получения требуемой электрической проводимости. Конструктивно нагревательные материалы выполняют в виде нитей,
лент, тканей. Неметаллические нагревательные провода с нагревательной жилой из углеродного волокнистого материала выпускают с изоляцией из фторопласта и кремнийорганической резины в поливинилхлоридной оболочке. Достоинство этих проводов
состоит в высоком электрическом сопротивлении и стойкости
к окружающей среде. Электрическое сопротивление может быть
120 и 220 Ом ⋅ м, напряжение питания – до 220 В, максимальная
температура оболочки – до 180 °С, оптимальная – до 80 °С.
Основными характеристиками материалов для нагревателей
являются удельное электрическое сопротивление, температурный коэффициент сопротивления (ТКС), максимальная рабочая
температура и др.
18

1.2. Элементные нагреватели

Удельное электрическое сопротивление материала зависит от
его природы и температуры. Математическое выражение зависимости от температуры называют температурной характеристикой
удельного сопротивления, которую для металлических провод­
ников чаще всего записывают в виде:
ρt = ρ20 [1 + α(t − 20)] ,

(1.14)

где ρ20 – удельное сопротивление проводника при 20 °С, Ом ⋅ м;
α – температурный коэффициент сопротивления, °С–1, t – температура, при которой рассчитывают сопротивление, °С.
Удельное сопротивление полупроводниковых и неметаллических нагревательных материалов имеет сложную зависимость
от температуры. На температурный коэффициент сопротивления
влияет природа материала. Максимальная рабочая температура
материала нагревательного элемента принята исходя из скорости
его разрушения, т. е. срока службы и достаточной окупаемости.
Срок службы зависит от вида материала проводника, его массивности, окружающей среды и частоты включений нагревателя.
Трубчатые электрические нагреватели
Трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) предназначены для нагрева газообразных, жидких и твердых сред. Могут
быть с подводом напряжения с одного или двух концов, круглой,
плоской, прямой, U-образной и другой формы, оребренные.
Двухконцевой ТЭН (рис. 1.6) состоит из металлической оболочки (трубки), в которой размещена спираль, соединенная с
контактными стержнями, наружные выводы которых служат для
подключения напряжения. Спираль изолирована от трубки наполнителем. Контактные стержни отделены от оболочки керамическими изоляторами. Место соединения изоляторов с трубкой
и контактными стержнями герметизировано влагозащищающим
термостойким лаком. Оболочку изготавливают из трубки диаметром 6...16 мм с толщиной стенки 0,5...1,0 мм из углеродистой или
нержавеющей стали, меди, латуни. В качестве наполнителя используют электротехнический периклаз (кристаллический оксид
магния), который обладает высокими электрическим сопротивлением и теплопроводностью. Герметиками служат кремнийорганические и другие лаки. Спираль выполняют из нихрома или
фехрали. После заполнения наполнителем трубку опрессовывают. Мощность ТЭНа может быть от нескольких десятков ватт до
12 кВт. Температура поверхности трубки – до 750 °С.
19

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

L
lк

dтр.н

lа

1

2

3

4

5

7

6

Рис. 1.6. Конструкция ТЭНа:
1 – контактное устройство; 2 – изолятор; 3 – герметик;
4 – наполнитель; 5 – контактный стержень; 6 – нагревательная
спираль; 7 – металлическая оболочка; L, lк, lа – длина: развернутая,
активной части, контактного стержня в заделке;
dтр.н – наружный диаметр трубки

Структура условного обозначения ТЭНа приведена на рисунке 1.7, а обозначение характеристики среды и условий эксплуатации ТЭНов – в таблице.
ТЭН 100 А 13/2,0 Р
Развернутая длина тэна, мм
Длина контактного стержня в заделке, мм
А-40; В-65; С-100; D-125; E-160; F-250; G-400; H-360

230

Напряжение
(12...400 В)

Диаметр тэна, мм: 6,7; 7,4; 8,0; 10,0; 13,0; 16,0
Мощность тэна, кВт: 0,2...6,3 и более
Характеристика рабочей среды (см. таблицу)
Рис. 1.7. Структура условного обозначения ТЭНа

Обозначение, характеристика среды и условий эксплуатации ТЭНов
Обозначение
S
С

20

Характеристика среды и условий эксплуатации ТЭНов
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 2,0 Вт/см2; нагрев
в спокойной газовой среде до рабочей температуры на оболочке
ТЭНа – до 450 °С
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 5,5 Вт/см2; нагрев
движущихся газов со скоростью 6 м/с до рабочей температуры на
оболочке ТЭНа – до 450 °С

1.2. Элементные нагреватели

Окончание таблицы
Обозначение
Т

К
J
Р

Z

X
L
Ор

Кр

Ti

W

Характеристика среды и условий эксплуатации ТЭНов
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 5,0 Вт/см2; нагрев
в спокойной газовой среде до рабочей температуры на оболочке
ТЭНа – до 750 °С
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 6,5 Вт/см2; нагрев
движущихся газов со скоростью не менее 6 м/с до рабочей температуры на оболочке ТЭНа – до 750 °С
Вода, слабый раствор кислот (pH = 5…7): удельная мощность – 15,0 Вт/см2;
нагрев, кипячение с температурой на оболочке ТЭНа – до 100 °С
Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH = 5…9): удельная мощность – 15,0 Вт/см2; нагрев, кипячение с температурой на оболочке
ТЭНа – до 100 °С
Жиры, масла: удельная мощность – 3,0 Вт/см2; температура на оболочке ТЭНа обусловлена вязкостью масла; нагрев – в ваннах и других
емкостях
Вода, слабый раствор щелочей и кислот (pH = 5…9): удельная мощность – 9,0 Вт/см2; нагрев, кипячение с температурой на оболочке
ТЭНа – до 100 °С
Литейные формы, пресс-формы: удельная мощность – 5,0 Вт/см2;
нагрев с рабочей температурой на оболочке ТЭНа – до 450 °С
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 11,0 Вт/см2; нагрев
движущихся газов со скоростью 6 м/с до рабочей температуры на
оболочке ТЭНа – до 450 °С
Воздух и другие смеси газов: удельная мощность – 13,0 Вт/см2; нагрев
движущихся газов со скоростью 6 м/с до рабочей температуры на
оболочке ТЭНа – до 450 °С
Вода, раствор щелочей и кислот: удельная мощность – 15,0 Вт/см2; нагрев с температурой на оболочке ТЭНа – до 100 °С (материал оболочки – титан)
Легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.): удельная мощность –
3,5 Вт/см2 ; нагрев и плавление – в ваннах и других емкостях с температурой на оболочке ТЭНа – до 450 °С

Плоские нагреватели прямой, дисковой и кольцевой формы предназначены для нагрева контактным способом корпусов
экструдеров, литьевых форм, топливных фильтров автомобилей,
труб и резервуаров. Некоторые из них, производимые предприятием «Номакон» (г. Минск), показаны на рисунке 1.8.
21

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

а

б

в

Рис. 1.8. Плоские электрические нагреватели:
а – прямой; б – дисковый; в – кольцевой

Нагревательный элемент изготовлен из нихромовой ленты,
намотанной на слюдопласт и изолированной от стального корпуса также слюдопластом.
Протяженные электрические нагреватели
Протяженные нагреватели включают нагревательные провода, кабели и ленты (рис. 1.9). Их используют для создания необходимой температуры на поверхностях с большой площадью.
Удельная поверхностная мощность протяженных нагревательных
устройств составляет от 5 до 500 Вт/м2, температура обогревае­
мой поверхности в большинстве случаев менее 100 °С, хотя в
некоторых технологических процессах она может быть до 200 и
даже до 800 °С.
1

1

6

4

2

2

3

а

1

б

5

7

3

3
в

Рис. 1.9. Нагревательные провод (а), кабель (б), лента (в):
1 – нагревательная жила; 2 – изоляция; 3 – оплетка;
4 – двухслойная изоляция; 5 – броня; 6 – плоская
нагревательная лента; 7 – металлическая оплетка

22

1.2. Элементные нагреватели

Нагревательные провода и кабели классифицируют:
••по конструктивному исполнению нагревательного элемента – жилы: проволочные, спиральные, зональные, саморегулирующиеся;
••количеству жил: одно- и многожильные;
••конструктивному исполнению оболочки: обычные, армированные, бронированные.
Проволочный нагревательный элемент выполняют из стальной
оцинкованной, латунной, медной, сплава высокого сопротивления проволоки.
Спиральный нагревательный элемент представляет собой проволоку из сплава высокого сопротивления, навитую в виде спирали на гибкий термостойкий сердечник из кварцевых нитей или
другого материала.
Зональный нагревательный элемент выполняют в виде спирали из
проволоки, навитой на две изолированные медные жилы, к которым
подключают напряжение питания. Через определенное расстояние
спираль электрически соединена с жилами, т. е. участки спирали
подключены параллельно жилам, подводящим напряжение.
Саморегулирующийся нагревательный элемент представляет
собой две медные токопроводящие жилы, пространство между
которыми заполнено полупроводящей пластмассой (рис. 1.10),
сопротивление которой зависит от температуры. При ее увеличении сопротивление возрастает, мощность тепловыделения снижается и наоборот.
1
2
3
4
5
Рис. 1.10. Устройство саморегулирующегося протяженного нагревателя:
1 – токопроводящие медные жилы сечением 0,5...1,0 мм2;
2 – полупроводящая саморе­гули­рующаяся матрица; 3 – изоляция;
4 – оплетка из медных луженых проволок; 5 – оболочка

23

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Поверхностно распределенные электрические нагреватели
Поверхностно распределенные нагреватели отличаются от трубчатых и протяженных нагревателей малой толщиной и достаточно
большой, по отношению к толщине, площадью теплоотдающей
поверхности. Конструктивно они состоят из тонкослойного нагревательного элемента, расположенного между слоями изоляции.
В качестве материалов, изолирующих нагревательный элемент, используют пленку из полиамида и полиэстера, кремнийорганическую резину (силикон), миканит. Поэтому нагреватели
часто называют силиконовыми, миканитовыми.
Композиционный или тонкопленочный нагреватель на основе
дисперсных токопроводящих частиц – порошков представляет собой токопроводящую пленку толщиной 0,1...0,2 мм, нанесенную на
изолированную металлическую, керамическую или иную основу.
В качестве токопроводящих материалов используют порошки металлов (алюминия, железа, никеля и др.), угольную или
графитовую пыль, которые смешивают с наполнителем – пластификатором и наносят типографическим или лакокрасочным
методом на основу. Нанесенную массу сушат, после чего на токопроводящую поверхность крепят контактные электроды и токопроводящие провода. На конечном этапе изготовления всю
поверхность изолируют диэлектриком. Например, композиционный нагреватель на основе нитрида алюминия, нанесенный
методом фотолитографии на изолированный лист нержавеющей
стали и сверху покрытый изолирующей пленкой, имеет следующие характеристики: толщина нагревателя 0,6...12,5 мм; удельная
поверхностная мощность – 3,5 ⋅ 104...23,2 ⋅ 104 Вт/м2; температура – до 300 °С.
Выбор электрических нагревателей
Трубчатые электрические нагреватели выбирают по мощности, напряжению питания, геометрическим размерам и форме,
виду среды и характеру ее нагрева.
Выбор трубчатых нагревателей состоит из следующих этапов:
••определяют расчетную мощность нагревательного устройства Р расч:
mc(t2 − t1 ) mτc(t2 − t1 )
(1.15)
=
=
Pрасч
,
τηт
ηт
24

1.2. Элементные нагреватели

••принимают напряжение питания на нагревателях (чаще
всего – равное напряжению питания установки);
••исходя из размеров и особенностей рабочей камеры выбирают желательные габариты ТЭНа: развернутую длину активной
части lа, диаметр оболочки dтр, длину контактных стержней в
заделке lк. Не следует забывать о длине контактных стержней в
заделке, которая должна обеспечивать нахождение всей активной
зоны нагревателя в среде, подключения напряжения в месте, отвечающем требованиям безопасности;
••в зависимости от вида нагреваемой среды и требований
температуры выбирают материал оболочки ТЭНа и находят максимальную удельную мощность ϕmax (Вт/м2) (прил. 1);
••рассчитывают максимальную мощность одного ТЭНа (Вт):
P 1 = ϕmaxπdтрlа;
(1.16)
••по мощности Р 1, напряжению питания и среде, учитывая геометрические размеры, выбирают предварительно марку
ТЭНов и их количество (кратно 3):
Pрасч
n=
;
(1.17)
P1
••производят проверочный расчет. Находят фактическую
удельную мощность (Вт/м2):
P
ϕфакт = 1
,
πd тр.факт lа.факт

(1.18)

где dтр.факт, lа.факт – фактические диаметр оболочки и развернутая
длина активной части ТЭНа, м. При этом необходимо соблюдать
условие:
ϕфакт ≤ ϕmax.
(1.19)
Определяют температуру оболочки ТЭНа:
t тр= tс +

ϕфакт

,
(1.20)
α
где tс – температура нагреваемой среды, °С; α – коэффициент
теплоотдачи, Вт/(м2 ⋅ °С).
Температура оболочки ТЭНа не должна превышать допустимую температуру материала оболочки и должна отвечать технологическим требованиям на нагрев.
Нагревательный провод или кабель выбирают по назначению
или преимущественной области использования, по напряжению
25

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

питания и рабочей температуре tраб, которая не должна превышать допустимую температуру tдоп. При этом учитывают особенности окружающей среды (взрывоопасность, коррозионность,
солнечное облучение и др.).
Типовые поверхностно распределенные нагреватели выбирают
по тем же критериям, что и трубчатые или протяженные. Основным критерием оценки правильности выбора нагревателя служит
его удельная поверхностная мощность ϕ1. Во всех случаях она
должна быть не более удельной поверхностной мощности, допустимой для данного нагревателя (ϕmax) и для нагреваемой среды.
Сложность состоит в определении удельной допустимой мощности для нагреваемой среды (ее ориентировочное значение можно принять из приложения 1). Значение удельной поверхностной
мощности нагревателя можно рассчитать исходя из технических
характеристик поверхностно распределенных нагревателей и способа его монтажа на обогреваемой поверхности.
Расчет элементных электрических нагревателей
Задача расчета состоит в определении геометрических размеров нагревательного элемента, при которых его температура
не превышает допустимую, а мощность соответствует расчетной
величине. Расчетными геометрическими размерами чаще всего
являются сечение (диаметр или размеры сторон) и длина проволоки, прутка, ленты, из которых изготавливают нагревательный
элемент; количество витков, зигзагов и их шаг; длина и диаметр
спирали и др.
Исходными данными к расчету служат расчетная мощность,
напряжение питания, условия теплоотдачи, конструктивное исполнение нагревателя, температура нагревательного элемента, поверхности нагревателя и среды, материал нагревательного элемента,
параметры его электро- и теплофизических характеристик и др.
В настоящее время наиболее распространены методы расчета нагревательных элементов по удельной мощности и рабочему
току нагревателя.
Расчет по удельной мощности более сложный, поэтому на
практике чаще используют расчет по рабочему току.
Расчет по рабочему току – это приближенный метод расчета, основанный на экспериментальной зависимости температуры
нагревательного элемента от силы тока и сечения проводника,
полученной для проволоки из нихрома, натянутой в неподвиж26

1.2. Элементные нагреватели

ном воздухе при 20 °С (прил. 2). Отличие реального нагревателя
от экспериментального учитывают коэффициентами монтажа и
среды (прил. 3).
Коэффициент монтажа К м ≤ 1 учитывает ухудшение теплоотдачи от нагревательного элемента и, следовательно, увеличение
его температуры в реальном нагревателе по сравнению с нагревателем в виде горизонтальной проволоки.
Коэффициент среды Кс ≥ 1 учитывает улучшение теплоотдачи в реальном нагревателе по сравнению с теплоотдачей в непо­
движном воздухе.
Расчет по рабочему току может быть выполнен в предлагаемой последовательности.
На основании исходных данных (эскиз нагревателя, его мощность и напряжение, материал, температура, удельное сопротивление материала нагревательного провода и др.) рассчитывают
следующие параметры:
••сила тока в нагревательном элементе (I, А):
P
,
(1.21)
U
где Р – мощность нагревательного элемента, Вт; U – питающее
напряжение, В;
••расчетная температура нагревательного элемента (tрасч, °С):
tрасч = К мКсtнэ.
(1.22)
I =

Значения К м и Кс находят по приложению 3.
Температуру tнэ принимают исходя из условий теплоотдачи от
нагревательного элемента. Для открытых нагревателей рекомендуется tнэ = (0,7...0,9) tдоп, для герметичных – tнэ = (0,4...0,8) tдоп.
По величине I и tрасч (см. прил. 2) находят диаметр проволоки d и рассчитывают ее длину по формуле
l =

πd 2U 2
.
4ρt P

(1.23)

Другие размеры спирали из нихромовой проволоки можно
найти по следующим формулам:
••диаметр спирали:
(1.24)
dсп = (6...10)d;
••расстояние между центрами соседних витков (шаг спирали) или зигзагов:
27

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

h = (2...6)d;
••количество витков спирали:
l

n=

(πdсп )2 + h 2

(1.25)
;

(1.26)

••длина нагревательного элемента:
L = hn.
(1.27)
В промышленных печах диаметр проволоки и толщина ленты, лежащих в пазе, должны быть не менее 3 и 2 мм соответственно, для проволочной спирали на керамической трубке – не
менее 3 мм, для свободно подвешенных проволочных и ленточных зигзагообразных нагревателей – 5,0 и 2,5 мм соответственно. При увеличении температуры нагревателя от 900 до 1300 °С
расстояние между точками подвеса спирали или зигзага должно
соответственно уменьшаться от 300 до 100 мм.
Расчет стальных нагревателей. Сопротивление углеродистых
сталей переменному току значительно отличается от сопротивления немагнитных материалов из-за поверхностного эффекта
и внутренней индуктивности стальных проводников. Поэтому в
формулы вводят коэффициент поверхностного эффекта К п, коэффициент мощности cos ϕ и рекомендуют рассчитывать размеры
проводника нагревательного элемента по следующим формулам:
••диаметр стального нагревательного проводника:
d =

3

l =

3

4ρt K п P 2

π2U 2ϕ cos 2 ϕ

;

(1.28)

••его длина:
PU 2 cos 2 ϕ
.
4ρt K п πϕ2

(1.29)

1.3. ДУГОВОЙ, ИНДУКЦИОННЫЙ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ
Электрическая дуга – устойчивый самостоятельный элек­
три­че­с­к ий разряд в газах или парах металлов, характеризующийся высокой плотностью тока и низким падением напряжения
на катоде. Горение дуги сопровождается интенсивным нагревом
электродов и газового промежутка. Температура дуги достигает
28

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

6000...10 000 °С и более, что достаточно для плавления и испарения самых тугоплавких метал­лов и сплавов.
В сельскохозяйственном производстве основная область применения электродугового нагрева – дуговая электросвар­ка.
Возбуждение дуги осуществляют путем первоначального
касания («чирканья») электродов, вызывая термическую ионизацию паров металла и молекул газа между электродами, или с
помощью специаль­ных устройств бесконтактного поджога дуги,
создающих между электродами импульсы высокого напряжения.
Потоки заряженных частиц, достигающие электродов, отдают им запасенную в электрическом поле кинетическую энергию,
выделяемую на электроде в форме теплоты. При дуге постоянного тока катод нагревается меньше, чем анод, так как длина
свободного пробега положительных ионов меньше, чем электронов, и, кроме того, часть энергии потока положительных ионов
расходуется на совершение работы выхода электронов с катода.
Горение электрической дуги сопровождается следующими
эффектами: большим выделением теплоты на электродах и мощным потоком лучистого излучения.
Электрическая дуга неоднородна по длине и состоит из трех
последовательных участков (рис. 1.11), различаю­щихся длиной и
характером протекающих в них процессов: катодной области lк,
столба дуги lс и анодной области lа.

lк
lд

lс
lа

Uк

Uс Uа
Uд

Рис. 1.11. Строение электрической дуги

Общая длина дуги состоит из длин трех областей:
lд = lк + l с + l а .

(1.30)
29

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Общее напряжение на дуге Uд слагается из падений напряжений в катодной области Uк, столбе дуги Uс, анодной области Uа:
Uд = U к + U с + U а .
(1.31)
Электрическую дугу классифицируют:
••по роду среды, в которой происходит дуговой разряд: открытая, горящая под флюсом, в среде защитных газов;
••роду тока: постоянный, переменный;
••полярности: прямая и обратная – для дуги постоянного
тока.
Важную роль при изучении свойств сварочной дуги и определении требований к источникам питания для дуговой сварки
играет стати­ческая вольт-амперная характеристика (ВАХ) дуги,
представляющая собой зависимость падения напряжения на дуге
от силы тока: Uд = f(I ) (рис. 1.12).
U, В
30
20
10

II

I
100

III
1000

I, А

Рис. 1.12. ВАХ электрической дуги:
I – падающая область; II – жесткая область;
III – возрастающая область

При малых токах (до 100 А, область I) сопротивление дуги
уменьшается быстрее, чем увеличивает­ся ток, и ВАХ имеет падающий характер.
При средних значениях токов (100...1000 А, область II) напряжение на дуге практически не зависит от тока. ВАХ имеет
жесткий характер.
В высокопроизводительных промышленных установках при
автоматической сварке под флюсом применяют еще большие
токи (более 1000 А, область III). В этом случае ВАХ имеет возрастающий вид.
Источники питания для дуговой сварки классифицируют:
••по роду тока: постоянного и переменного тока;
••числу фаз: однофазного и трехфазного тока;
••виду внешних характеристик: с падающей, жест­кой, возрастающей характеристикой;
30

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

••техническому исполнению: вращающиеся, статические;
••числу сварочных постов: однопостовые, многопостовые;
••способу снабжения энергией: зависимые, питаемые от
электрической сети, и автономные – с собственным двигателем
внутреннего сгорания.
Источники питания для дуговой сварки должны обеспечивать устойчивое горение дуги, возмож­ность настройки режимов
сварки, безопасность обслуживания, высо­к ие энергетические и
экономические показатели. Выполнение этих требований достигается выбором основных параметров источников питания:
внешней характеристики, напряжения холостого хода, способа
регулирования сварочного тока.
Внешняя характеристика источника Uи = f(I ) должна соответствовать форме ВАХ дуги. В аппаратах ручной сварки, где
необходимо обеспечить устойчивость дуги и малое изменение
сварочного тока при изменении длины дуги, используют падающую внешнюю характеристику, при автоматической сварке под
флюсом и в среде защитных газов – жесткую и возрастающую.
Сварочные трансформаторы представляют собой одно- или
трех­фазные понижающие трансформаторы со вторичным напряжением холостого хода 60...110 В, рассчитанные на большие сварочные токи.
Однопостовые сварочные трансформаторы имеют падающую ВАХ, которую создают за счет включения в сварочную цепь
большого индуктивного сопротивления в виде катушки с ферромагнитным сердечником или обеспеФ
чивают за счет усиленных магнитных
потоков рассеяния в самом трансфорU2
маторе. По этому признаку трансфорd
маторы разделяют на две группы: с
W2
нормальным магнитным рассеянием
и с повышенным. Последние, в свою
очередь, разделяют на трансформаторы с подвиж­ными катушками и с
W2
W1
U1
магнитными шунтами.
В трансформаторах с нормальным
магнитным рассеянием (типа СТН,
ТСД) в сварочную цепь включают Рис. 1.13. Схема
устройства
а
Ф
дроссель с регулируемым воздуш- сварочного трансформатора
ным зазором, встроенным в ос- с нормальным магнитным
рассеянием
новной магнитопровод (рис. 1.13).
31 W2/2
ФS

Wy

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Дроссель формирует падающую внешнюю характеристику и выполняет функцию регулятора сварочного тока. При увеличении
воздушного зазора магнитное сопротивление дросселя возрастает, следовательно, уменьшается индуктивное сопро­тивление катушки дросселя, поэтому сварочный ток возрастает.
В трансформаторах с повышенным магнитным рассеянием (типа ТД, ТДМ) первичная и вторичная обмотки разнесены
(рис. 1.14, а). Магнитодвижущие силы первичной и вторичной
обмоток создают результирующий основной поток Ф, замыкающийся через магнитопровод,
и потоки рассеяния ФS1 и ФS2.
Ф
Потоки рассеяния индуктируют в обмотках ЭДС рассеяния, действие которых проявляется как индуктивное
сопротивление обU2
моток. Следовательно,
чем
больше
потоки
рассеяния,
тем больше
d
W2/2
индуктивность обмоток и меньше
ток.
Силовые
линии
потоков
W
ФS1 и ФS2 направлены встречно,2 поэтому при сближении обмоФS1
ток потоки рассеяния ослабляются, ток возрастает.
В трансформаторах типа ТДФ (рис. 1.14, б) значения потока
ФS2
W2
рассеяния ФS и, следовательно,
вторичного
тока
зависят
от
стеW1
U
W1/2
пени намагничивания1 магнитного
шунта с обмоткой управления
Wу. Чем больше ток управления в обмотке Wу, тем больше сваU1
рочный ток.
а
Ф
Ф
U2

U2
W2/2

W2/2

ФS1
ФS2
W1/2

W1

U1

Ф

ба

W1/2

W2/2
ФS
W1/2

Wy

W2/2

W1/2

U1
в

б

U2 Рис. 1.14. Схемы устройства сварочных трансформаторов:
а – с подвижными обмотками; б – магнитным шунтом

W2/2

Wy

W2/2
Сварочный ток регулируют изменением расстояния между
обмотками (рис. 1.15).
32
W1/2

Ф

W1

б

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

4

5

6

7

3
2
1

Схема регулирования сварочного тока
6
5
8
9
10
11

4

12
13
14
Рис. 1.15. Общий вид сварочного трансформатора ТДМ:
1 – корпус; 2 – клеммы; 3 – ручка; 4 – замкнутый магнитопровод;
5 – рукоятка; 6 – рым-болт; 7 – шкала; 8 – крышка корпуса;
9 – винт с ленточной резьбой; 10 – ходовая гайка; 11 – вторичная
обмотка; 12 – первичная обмотка; 13 – жалюзи; 14 – колеса

Сварочные выпрямители – статические преобразователи
трехфаз­ного электрического тока в выпрямляемый ток для дуговой сварки (рис. 1.16). По сравнению с вращающимися сварочными генераторами, они имеют более высокий КПД и меньшую
массу, проще и надежнее в эксплуатации.
На рисунке 1.17 изображена принципиальная электрическая
схема сварочного выпрямителя ВД-306УЗ.
Сварочный ток плавно регулируют изменением расстояния
между обмотками трансформатора TV1, имеющего повышенное
магнитное рассеяние, а ступенчато – переключением обмоток
со «звезды» (диапазон малых токов) на «треугольник» (диапазон
больших токов). Защита от выхода из строя диодов выпрямителя
UZ или повреждения изоляции вторичной обмотки трансформатора состоит из магнитного усилите­ля А, вспомогательного трансформатора TV2 и реле KV. В нормальном состоянии сердечники магнитного усилителя не насыщены и вторич­ное напряжение
трансформатора TV2 недостаточно для срабатывания реле KV.
При аварийной ситуации в фазных токах вторичной обмотки трансформатора TV1 возникают постоянные составляющие,
вызыва­ющие насыщение сердечников усилителя, что приводит к
срабатыва­нию реле, отключающего выпрямитель от сети.
33

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

10 11 12

2 3 4 56 7 8

13 14 15

9

1

19 18 17 16
Рис. 1.16. Устройство сварочного выпрямителя:
1 – выпрямительный блок; 2 – выдвижные ручки; 3 – предохранители;
4 – блок аппаратуры; 5 – вентилятор; 6 – ветровое реле; 7 – силовой
трансформатор; 8 – вторичная обмотка; 9 – первичная обмотка;
10 – амперметр; 11 – лампа; 12 – кнопки выключателя; 13 – скобы;
14 – рукоятка регулирования тока; 15 – переключатель диапазона тока;
16 – шины заземления обратного провода; 17 – токовые разъемы;
18 – болт заземления; 19 – штепсельный разъем для подключения к сети
TV1

KM
3NPE ~50 Гц
380/220 В

UZ

TV2

QS
KV KV

A

Рис. 1.17. Принципиальная электрическая схема
сварочного выпрямителя ВД-306УЗ:
КМ – контактор; магнитный пускатель; QS – выключатель

Сварочный инвертор – это устройство, преобразующее входной переменный ток в постоянный. Далее с помощью транзисторных ключей постоянный ток преобразуется в переменный с
частотой выше 50 кГц и подается на высокочастотный сварочный
трансформатор с последующим выпрямлением. Система управления с помощью обратных связей формирует идеальные выходные характеристики для любого способа сварки.
Чаще используют схемы выпрямителя с транзисторным или
тиристорным инвертором (рис. 1.18).
34

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

1

3

2

4

5

L1
L2
L3
а
U

L1 L2 L3 L1
t
б
Рис. 1.18. Блок-схема (а) и осциллограммы
напряжений (б) сварочного инвертора:
1 – сетевой выпрямитель; 2 – инвертор; 3 – высокочастотный
трансформатор; 4 – выходной выпрямитель; 5 – дроссель

Сварочные инверторы являются наиболее современными
источниками сварочного тока. В отличие от трансформаторов и
выпрямителей, у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Работа сварочного инвертора построена на принципе фазового сдвига (инверсии) напряжения, осуществляемого электронной микропроцессорной схемой с покаскадным усилением тока
(обычно микропроцессором типа IGBT ).
Основные достоинства сварочных инверторов:
••малые габариты и масса (5...10 кг);
••уменьшение размеров силового трансформатора;
••потребление в 2...3 раза меньшей мощности, по сравнению
с выпрямителями традиционной конструкции (КПД = 85...90 %),
высокая электробезопасность;
••микропроцессорное управление сварочного инвертора, что
обеспечивает устойчивую обратную связь тока и напряжения на
дуге с выходными параметрами аппарата – при зажигании дуги
генерируется дополнительный импульс тока, а при коротком замыкании сварочный ток сразу отключается;
••значительно более широкий диапазон регулировки сва­
рочного тока, что особенно важно при сварке тонкими элек­
т­
родами (диаметром 1,6 или 2,0 мм).
Сварочными генераторами комплектуют вращающиеся сварочные преобразователи, относящиеся к зависимым источникам
35

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

питания с первичным асинхронным двигателем, питаемым от
электрической сети, и автономные сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания. На рисунке 1.19 изображены принципиальные электри­
ческие схемы наиболее распространенных
сварочных генераторов типа ГСО.

Фв Wв

Rв

UZ

Wв

M
+
I

G

¯

¯
SA

Фр

G
Фр
Wр

SA

Wр
а

Rв

Фв

M

+
I

б

Рис. 1.19. Принципиальные электрические схемы
сварочных генераторов типа ГСО:
а – с независимым возбуждением; б – с самовозбуждением:
UZ – источник питания; SA – переключатель;
M – двигатель; G – генератор

При увеличении тока в сварочной цепи возрастает поток Фр,
а результирующий поток Фрез, ЭДС и напряжение на зажимах генератора снижаются. Сварочный ток регулируют реостатом R в в
цепи обмотки независимого возбуждения и переключением секций последовательной обмотки.
Индукционный нагрев используют для нагрева проводников
в переменном магнитном поле, которое, проникая в материал,
вызывает появление вихревого электрического поля. ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока:

dФ
.
(1.32)
dτ
В результате возникают вихревые токи, выделяющие теплоту
по закону Джоуля – Ленца (см. (1.1)).
Индукционный нагрев является прямым бесконтактным нагревом, позволяющим достигать высоких значений температуры.
36
e= −

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

3NPE ~50 Гц
380/220 В

Преимуществами индукционного нагрева являются:
••быстрота;
••высокое и однородное качество;
•• выделение теплоты непосредственно в нагреваемом материале.
В процессе нагрева не выделяется дым или другие вредные
эмиссии, загрязняющие материалы и оборудование. Все это снижает опасность процесса и улучшает рабочие условия. Кроме
этого, процесс более эффективен по затратам энергии, чем другие методы.
Для индукционного нагрева применяют частоты от 50 Гц
до 5 МГц. Принципиальная электрическая схема индукционной
установки представлена на рисунке 1.20.
TV
UZ

С

L

EK
A

Рис. 1.20. Принципиальная электрическая схема установки
индукционного нагрева средней и высокой частоты:
C–L – колебательный контур; ТV – понижающий
трансформатор, во вторичную цепь которого включен
индуктор ЕК; А – нагреваемый материал

Основные элементы установки индукционного нагрева – это
источник питания и рабочий орган (индуктор). В установках
средней частоты (до 10 кГц) используют машинные и тиристорные преобразователи.
Электромагнитные поля высокой напряженности и частоты
создают специальными устройствами – индукторами (рис. 1.21).
Форма и размеры индуктора зависят от способа нагрева,
размеров и конструкции нагреваемой поверхности, подводимой
мощности, частоты тока, объемов производства, степени механизации и т. д. Индуктор является основным элементом любой
высокочастотной нагревательной установки.
Испускаемая индуктором электромагнитная волна падает на
металлическое тело и, поглощаясь в нем, вызывает нагрев. Для
плоской электромагнитной волны мощность потока энергии PS
(Вт/м2), протекающей через единицу поверхности тела, определяют по формуле
PS = 2 ⋅ 10 −3 H 2 ρµf ,
(1.33)
37

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

где H – напряженность магнитного поля, А/м; ρ – удельное
электрическое сопротивление материала, Ом ⋅ м; µ – относительная магнитная проницаемость материала; f – частота, Гц.

б
а

в

г

Рис 1.21. Формы индукторов:
а – для закалки; б – пайки; в – сквозного
нагрева; г – нагрева плоскости

Наиболее широко применяют прямой нагрев материалов на
средних и высоких частотах: поверхностная закалка, нагрев под
пластическую деформацию (ковка, штамповка и др.), плавление
металлов, термическая обработка (отжиг, отпуск, нормализация),
сварка, пайка и др. Косвенный нагрев применяют для обогрева
технологического оборудования (трубопроводы, емкости и т. п.),
нагрева жидких сред.
Электромашинные преобразователи представляет собой агрегат, включающий асинхронный или синхронный приводной
элект­
родвигатель и генератор средней частоты индукторного
типа (рис. 1.22).
В пазы статора укладывают рабочую обмотку переменного тока. На статоре также расположена питаемая от отдельного
источника постоянного тока обмотка возбуждения, с помощью
которой создают магнитное поле, силовые линии которого направлены нормально по отношению к воздушному зазору и за38

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

мыкаются через рабочую обмотку, зазор и ротор. На роторе, имеющем зубчатую поверхность, обмоток нет. Число зубцов статора
обычно в 2 раза больше зубцов ротора.
2

1

3
4

Рис. 1.22. Схема электромашинного преобразователя:
1 – ротор; 2 – статорная обмотка; 3 – статор; 4 – обмотка возбуждения

При вращении ротора его зубцы и впадины устанавливаются
против паза статора, в котором расположена обмотка возбуждения. Вследствие этого сопротивление магнитному потоку периодически изменя­ется с частотой, пропорциональной числу зубцов ротора z и его частоте вращения n: при совпадении зубцов
ротора и статора сопротив­
ление минимально, при совпадении
пазов – максимально. Возникает пульсирующий магнитный поток, пересекающий рабочую обмотку и индуцирующий в ней ток
с частотой (Гц):
f =

zn
.
60

(1.34)

К преимуществам электромашинных преобразователей относят надежность, устойчивость к перегрузкам по току, большую
глубину регулирования, к недостаткам – невысокий КПД, инерционность, сложность ремонта, наличие вращающихся частей,
значительные габариты, шум при работе.
Статические (тиристорные) преобразователи выпускают серий ТПЧ, СЧГ для частот 0,5...10,0 кГц мощностью 160...3200 кВт.
Тиристорные преобразователи состоят из полупроводникового выпрямителя и тиристорного инвертора, к выходу которого
подключают индуктор и конденсаторную батарею.
Используют две основные схемы инверторов: параллельно-последовательную, с удвоением частоты и обратными диодами. В параллельно-последовательной схеме (рис. 1.23, а) в диагональ моста, образованного тиристорами VT1–VT4, включена нагрузка ЕК
39

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

с компенсирующим и коммутирующим конденсаторами C1 и C2.
Схема проста и имеет большой КПД, однако для надежной работы
требует специальных систем пуска и управления. По этой схеме и
ее вариантам (последовательный и параллельный инверторы тока)
выполнены преобразователи типа ТПЧ мощностью 500...800 кВт,
частотой 0,5...2,5 кГц, при 250 кВт – до 8 кГц.
L1

L5

VT1

VT2

C2

¯ VT1

C1

¯
VT3

VD1

VT2

VT3

VD3

C2

VT4

L3
а

VD2

C3

¯
VT4

L2

L1
¯

¯

¯

EK

VD4

C1

L4
б

Рис. 1.23. Принципиальные электрические схемы инвертора тока:
а – параллельно-последовательная;
б – с удвоением частоты и обратными диодами

В схеме с удвоением частоты и обратными диодами
(рис. 1.23, б) нагрузочный контур, образованный индуктором
ЕК, компенсирующим C1 и разделительным C2 конденсаторами, подключен параллельно мосту, плечи которого состоят из
тиристоров VT1–VT4, диодов VD1–VD4 и катушек индуктивности L1–L4. По данной схеме выполнены преобразователи малой
и средней мощности (до 100 кВт) с частотой 2,5...10 кГц и преобразователи типа СЧГ.
У большинства серийных преобразователей выходное напряжение составляет 800 или 400 В, также предусмотрено изменение
частоты в пределах 20...30 %.
Тиристорные преобразователи не содержат движущихся частей, имеют более высокий КПД (0,92...0,94), более устойчивы в
работе, обеспечивают возможность изменения частоты, отличаются малой инерционностью и постоянной готовностью к работе.
Недостатками являются узкий диапазон нагрузок, сравнительно
40

1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев

3NPE ~50 Гц, 380/220 В

высокая стоимость, малая перегрузочная способность. Однако
благодаря отмеченным преимуществам статические преобразователи более перспективны, чем электромашинные.
Ламповые генераторы – единственные источники питания
установок индукционного и конденсаторного нагрева в диапазоне частот от 66 кГц до 100 МГц и мощностью от сотен ватт до
единиц мегаватт.
Ламповые генераторы для диэлектрического нагрева принципиально не отличаются от генераторов для индукционного
нагрева и нередко выполняются на одних и тех же генераторных лампах. Существующие между ними различия обусловлены
разными диапазонами генерируемых частот. В технике высокочастотного нагрева частотный диапазон индукционного нагрева
относят к «низким» частотам, а конденсаторного нагрева, у которого частоты на 2...3 порядка выше, – к «высоким».
Питание током промышленной частоты осуществляют только в установках небольшой мощности (до 20 кВт). Генераторы
мощностью выше 20 кВт изготавливают в виде четырех отдельных блоков (рис. 1.24):
••силовой трансформатор, повышающий напряжение до
6...9 кВ;
••выпрямитель (выполнен на диодах, тиристорах, тиратронах). Преобразует переменный ток в постоянный;
••генераторный блок (в зависимости от мощности состоит из
одной или нескольких трехэлектродных ламп). Служит для преобразования постоянного тока в ток высокой частоты;
••нагрузочный блок. Включает трансформатор, индуктор
или рабочий конденсатор.
L1
VL

TV1

L1
L2
L3
N
PE

C1

UZ
Rг

1

2

3

EK

TV2
C3 C2

4

Рис. 1.24. Принципиальная электрическая схема лампового генератора:
1 – силовой трансформатор; 2 – выпрямитель;
3 – генераторный блок; 4 – нагрузочный блок

41

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

Высокочастотные ламповые генераторы выпускают двух типов: с независимым возбуждением и самовозбуждением (автогенераторы). Чаще используют последние.
Выбирают установки индукционного нагрева по назначению,
колебательной мощности генератора и частоте.
Диэлектрический нагрев используют для нагрева диэлектриков и полупроводников в переменном электрическом поле. Нагрев происходит вследствие поляризации и протекания токов
электрического смещения, что приводит к нагреву. В диэлектриках электроны и положительные ионы связаны между собой
внутриатомными и внутримолекулярными силами и свободные
заряды практически отсутствуют. При размещении диэлектрика
в переменном электрическом поле происходит его поляризация,
сопровождающаяся смещением ионов, что приводит к нагреву.
Активную мощность PV (Вт/м3), поглощаемую единицей объема ди­электрика, определяют по формуле
P
PV = =
0,555 ⋅ 10 −10 εfE 2 tgδ,
(1.35)
V
где Р – активная мощность, Вт; V – объем диэлектрика, м3;
ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала;
f – частота, Гц; E – напряженность электрического поля между
обкладками конденсатора, В/м; tg δ – тангенс угла диэлектрических потерь, характеризует потери в диэлектрике. Так как при
поляризации вектор тока электрического смещения опережает
вектор напряженности электрического поля E на угол ϕ, угол δ
дополняет ϕ до π/2.
Диэлектрический нагрев является прямым и обладает следующими преимуществами:
••равномерность нагрева всего объема материала;
••селективность (избирательность) нагрева, так как наибольшее количество теплоты выделяется в тех частях материала,
которые обладают наибольшими диэлектрическими потерями,
высокой концентрацией мощности, позволяющей существенно
изменять, рационализировать и интенсифицировать процесс нагрева, снижать его энергоемкость.
При диэлектрическом нагреве используют частоты от 5 МГц
до 1 ГГц. На частотах 5...300 МГц нагрев осуществляют в электрическом поле конденсатора. Токами сверхвысокой частоты
1...5 ГГц нагревают в электромагнитном поле, создаваемом в вол42

Контрольные вопросы и задания

3NPE ~50 Гц
380/220 В

новодах или объемных резонаторах, куда помещают нагреваемый
материал.
Принципиальная схема установки диэлектрического нагрева
представлена на рисунке 1.25.
UZ
L

A

C

Рис. 1.25. Принципиальная схема установки диэлектрического нагрева

Диэлектрический нагрев применяют для сушки (семян, зерна, чая, фруктов и т. д.); пастеризации и стерилизации сред (молока, соков и т. д.); вулканизации резины, нагрева пластмасс и др.
Установки диэлектрического нагрева выбирают по технологическому назначению, мощности, рабочей частоте генератора и
допустимой напряженности электрического поля.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Перечислите основные способы электрического нагрева.
2. Какие существуют разновидности резистивного нагрева?
3. Почему нагревается материал при протекании по нему
электрического тока?
4. Какой нагрев называют прямым и косвенным?
5. Где применяют электроконтактный нагрев?
6. Что называют электродной системой?
7. Перечислите параметры электродных систем.
8. Где применяют электродный нагрев?
9. Какие исходные данные требуются для расчета электродных систем?
10. В чем состоит задача расчета электродных систем?
11. Определите межэлектродное расстояние пластинчатых
электродов при удельном электрическом сопротивлении воды при
20 Ом ⋅ м, температуре воды 20 °С, напряжении между электродами – 220 В.
12. Как определить плотность тока на электродах?
13. Какие различают способы регулирования мощности
электродных систем?
43

Раздел 1. Классификация и области применения электротермического оборудования

14. В чем заключаются преимущества и недостатки электродного нагрева?
15. В чем состоит физический смысл геометрического коэффициента электродной системы?
16. Где применяют элементный нагрев?
17. Назовите устройство, технические характеристики и области применения основных видов нагревателей.
18. Какие требования предъявляют к материалам, из которых
изготавливают резистивные электрические нагреватели?
19. Почему в качестве материала для изготовления спиралей
ТЭНа используют нихром?
20. Как производят выбор ТЭНа?
21. Как производят выбор нагревательных проводов и кабелей?
22. Опишите методику расчета элементных электрических
нагревателей по рабочему току.
23. В электротермическом оборудовании нагревательными
элементами служат 6 ТЭНов мощностью 1 кВт каждый при напряжении 220 В. Определите полезную мощность при соединении ТЭНов в последовательную или параллельную «звезду»; последовательный или параллельный «треугольник».
24. По резистивному нагревательному элементу из нихромовой проволоки диаметром 1,0 мм и длиной 5,0 м протекает ток
10,8 А. Определите мощность и напряжение питания нагревательного элемента.
25. Как изменится мощность трех резистивных нагревателей
одинаковой мощности при переключении их со «звезды» на «треугольник»?
26. Как изменится мощность резистивного электрического
нагревателя при уменьшении площади его поперечного сечения
в 2 раза; при увеличении его сопротивления в 2 раза; при уменьшении его длины в 2 раза?
27. Перечислите свойства и характеристики электрической дуги.
28. Какие различают виды ВАХ дуги?
29. Перечислите трансформаторы для дуговой сварки, опишите их устройство и принцип работы.
30. Что такое сварочные выпрямители? Опишите их устройство и принцип работы.
31. Что такое сварочные генераторы? Назовите их назначение
и виды.
32. Где применяют индукционный нагрев?
44

Контрольные вопросы и задания

33. В чем заключаются особенности и преимущества диэлектрического нагрева?
34. Где применяют установки диэлектрического нагрева?
35. Как определить объемную мощность, выделяемую в диэлектрике?
36. Какие существуют источники питания установок индукционного и диэлектрического нагрева?

45

РАЗДЕЛ 2.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ
2.1. ЭЛЕМЕНТНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
Элементные водонагреватели относят к установкам косвенного нагрева. Электрическая энергия преобразуется в теплоту в
нагревательных элементах, в роли которых чаще всего выступают
ТЭНы, а вода нагревается за счет теплопередачи.
Элементные водонагреватели классифицируют:
••по области использования: производственные и бытовые;
••характеру работы: аккумуляционные – периодического
действия и проточные – непрерывного действия;
••назначению: водонагреватели, пароводонагреватели;
••числу фаз: одно- и трехфазные;
••способу установки: напольные, подвесные и др.
Аккумуляционные водонагреватели предназначены для нагрева и сохранения горячей воды в течение длительного време­ни.
Несмотря на многообразие типов, устройство их одинаково. Водонагреватель представляет собой металлический теплоизолиро­
ванный резервуар цилиндрической формы, внутри которого
установ­лены трубчатые электронагреватели (рис. 2.1).
Холодная вода поступает в нижнюю часть бака, омывает
ТЭН и нагревается. Горячую воду отбирают открытием крана
на трубопроводе холодной воды или перекачиванием насосом по
контуру, например теплообменнику.
Преимуществом таких водонагревателей является поддержание требуемой температуры воды, что позволяет включать водонагреватель в часы наименьшей загрузки электрических сетей,
46

2.1. Элементные водонагреватели

исключены дополнитель­ные резервуары для накопления горячей
воды. Скорость остывания воды – 1...2 °С/ч.
17

16
14

1

2

3
15

4
5
6
7

13

12

8
9

11 10
Рис. 2.1. Схема устройства и подключения
к потребителям водонагревателя САЗС-800/90И1:
1 – кожух водонагревателя; 2 – термометр; 3 – аварийный датчик
температуры; 4 – стальной резервуар; 5 – теплоизоляция и кожух;
6 – блок ТЭНа; 7 – датчик температуры воды; 8, 9 – обратный клапан
и вентиль на трубопроводе холодной воды; 10 – клапан избыточного
давления; 11 – пробка слива; 12 – трубопровод возврата воды;
13 – насос; 14 – система горячего водопотребления; 15 – изоляционная
вставка; 16 – ящик управления; 17 – трубопровод горячей воды

Электрическая схема управления водонагревателем типа
САЗС (рис. 2.2, а) автоматически поддерживает температуру с
точностью ±3...5 °С около значения, заданного на блоке регулирования температуры ВК2, защищает водонагреватель от перегрева воды свыше 95 °С (терморегулятор ВК1), обеспечивает
автоматическую работу насоса для перекачивания воды.
При нажатии кнопки SB2 напряжение подается на терморегулятор ВК1, который включает промежуточное реле КV. Реле
блокирует кнопку SB2, подает напряжение на ВК2, который, в
свою очередь, включает катушки магнитных пускателей КМ1,
КМ2 и нагревательные блоки ЕК. При достижении заданной
температуры ВК2 отключает КМ1 и КМ2. При снижении температуры воды на 3...5 °С, по сравнению с заданной, ВК2 снова
47

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

включает нагрев. Если температура воды превышает заданную и
достигает 95 °С, то замыкается термоконтакт SK, терморегулятор
ВК1 выключает КV, ВК2 и нагреватели.
3NPE ~50 Гц 380/220 В
L1 L2 L3 N PE
QF1

C

R
KV

SB2

SB1

BK1
HL1

KV
KM2

EK1

EK2

HL2
KM1

°t SK

KM1

KM2

KV

N

KM1
BK2

PE

RK1

а

t

3NPE ~50 Гц 380/220 В
L1 L2 L3 N PE
N

HL3

QF2
SA1

KM3

KM3
SA2.2

SA2.1
KK
BK3

KK

RK2
t

M
PE

б

Рис. 2.2. Схема электрическая принципиальная управления
водонагревателем САЗС-800/90И1 (а) и насосом (б)

48

2.1. Элементные водонагреватели

Температуру воды в системе горячего водоснабжения поддерживают терморегулятором ВК3, первичный преобразователь RK2
которого установлен на трубопроводе системы (рис. 2.2, б). При
понижении температуры ВК3 включает насос, который перекачивает остывшую воду через водонагреватель. Ручной или автоматический режим работы насоса задают выключателем SA2.1.
Температуру воды регулируют автоматически в пределах, заданных зоной возврата на шкале терморегуляторов ВК2 и ВКЗ.
Аварийный термоконтактор RK1 замыкает свои контакты при
температуре воды 95 °С и отключает реле KV, пускатель КМ1 и
напряжение на нагревателях. Повторно водо­
нагреватель включают кнопкой SB2. Циркуляционный насос пускают вручную
выключателем SA2 или автоматически – терморегулятором ВК3.
Проточные водонагреватели представляют собой емкость
небольшого размера, в которой расположены нагреватели. Они
более компактные и быстродействующие, чем аккумуляционные.
Различают элементные и индукционные проточные водонагреватели.
На рисунке 2.3 показано устройство и принципиальная электрическая схема элементного водонагревателя ЭВ-Ф-15, служащего для нужд ферм. Температуру воды регулируют подачей и
контролируют по термометру. В автоматическом режиме работы водонагреватель включается через 15...45 с после включения
тумб­лера SA и замыкания контакта SK. Выдержку обеспечивает
реле времени КТ. При замыкании контакта SK конденсатор С2
заряжается от выпрямителя VD2–VD5 через SK и R1.
При достижении напряжения на С2 определенной величины
транзистор VТ открывается и включает тиристор VS1, который
закорачивает цепь постоянного тока выпрямителя и тем самым
обеспечивает питание катушки пускателя КМ на переменном
токе. Выдержка времени снижает частоту включений пускателя
и подгорание контакта термореле. При температуре 75...80 °С термореле контактом SK отключает водонагреватель от сети.
Индукционный водонагреватель 084.ПВ-1 (рис. 2.4) представляет собой трехфазный пони­жающий трансформатор мощностью
30 кВА. Первичная обмотка вы­полнена из медного провода, вторичная – из стальной трубы диамет­ром 20 мм (электрически замкнута накоротко). Токи, достигающие тысяч ампер, нагревают
вторичную обмотку, которая отдает теплоту воде, протекающей
внутри нее.
49

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

1

6

3NPE ~50 Гц 380/220 В

QF

5

FU

SB1

SA
P A

SB2

KM

KM

KM1

2

N

HL1

L1 L2 L3 N PE

HL2
EK

3

SK

PE

t °C
KM

R1

4

KT
R4

VT

R3
R5

VD1 C1 C2

VS1

R2
VD2–VD5

а
б
Рис. 2.3. Схема водонагревателя ЭВ-Ф-15:
а – конструктивная: 1 – защитный кожух; 2 – резервуар;
3 – нагреватель; 4 – предохранительный клапан; 5 – терморегулятор;
6 – термометр; б – принципиальная электрическая управления
3NPE ~50 Гц 380/220 В
L1 L2 L3 N PE
SA
QS

SB1

SB2
KV

N

KV

SK
HL1

t °C

R1
R2

HL2

R3

EK

A

KM

FU

KM

KM

A

RK
t °C

HL3
Выход
нагретой
воды

Подача
холодной
воды
PE

Рис. 2.4. Принципиальная электрическая схема управления
индукционным водонагревателем 084.ПВ-1

50

2.1. Элементные водонагреватели

Производительность водонагревателя – 300 л/ч при 90 °С.
Электрическая схема индукционного водонагревателя 084.ПВ-1
обеспечивает отключение водонагревателя в случае превышения
температуры воды, заданной на SK, и при перегреве трансформатора (блок А).
В проточных водонагревателях температуру воды регулируют чаще всего подачей. В электрических схемах управления
предусмот­
рена защита нагревательных элементов от перегрева
при отсутствии протока воды. Для этого используют различные
термореле, настроен­ные на температуру срабатывания, близкую
100 °С, или реле протока.
Выбор элементных водонагревателей
Водонагреватели выбирают по технологическому назначению
(нагрев воды, получение пара), типу (проточный, аккумуляционный), мощности, объему аккумулирующего резервуара и др.
По виду объекта выписывают из норм технологического проектирования процессы, нормы и время потребления, температуру воды и др. (прил. 4–8).
Рассчитывают потребность в теплоте Qi по процессам (Дж):
Qi = mвic(tгi – tx),
(2.1)
где mвi – потребление горячей воды в i-м технологическом процессе, кг; с = 4190 Дж/(кг ⋅ °С) – удельная теплоемкость воды; tгi,
tx – температура горячей и холодной воды, °С.
Потребность в теплоте по часам суток:
Qч i =

i =n

∑ Qi .

i =1

(2.2)

Суточная потребность в теплоте:
Qт =

i = 24

∑ Qч i .

i =1

(2.3)

Мощность (Вт):
••проточного водонагревателя:
Qч max
;
3600η
••аккумуляционного водонагревателя:
P =

P =

Qт
,
τη

(2.4)

(2.5)
51

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

где Q чmax – максимальная часовая потребность в теплоте, Дж/ч;
η = 0,85...0,95 – КПД водонагревателя или парогенератора; Q т –
суточная потребность в теплоте, Дж; τ – продолжительность работы водонагревателя в течение суток, с.
Продолжительность работы водонагревателя при свободном
графике электропотребления принимают исходя из технологических требований и технических возможностей самих водонагревателей (мощность, вместимость аккумулирующего резервуара),
при режимном электропотреблении – задается энергоснабжающей организацией.
Объем аккумулирующего резервуара водонагревателя (Vак, м3):
Qт
,
(2.6)
ρc(tг − t х )
где ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды; tг, tx – максимальная и минимальная температура воды в резервуаре, °С.
Максимальную температуру принимают равной 90...95 °С,
минимальную – 70 °С при работе по замкнутому контуру и
5...12 °С – при потреблении воды из водопровода.
По типу и мощности выбирают водонагреватель на основании технических данных (прил. 9).
Vак =

2.2. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ
Электродный способ используют для нагрева воды или обработки многих жидких или влажных материалов: пастеризации
молока, обеззараживания почвы, навоза, электрохимической обработки кормовых материалов и т. п.
Электрическая энергия преобразуется в теплоту при протекании электрического тока через жидкую среду, находящуюся
между токоподводящими электродами.
Электродные водонагреватели классифицируют:
••по рабочему напряжению: низковольтные – 0,4 кВ, высоковольтные – 6, 10 кВ;
••форме электродов: пластинчатые, цилиндрические и др.;
••способу регулирования мощности: изменением активной
поверхности рабочих электродов, изменением межэлектродного
расстояния и др.;
••виду привода регулятора мощности: ручной, автоматический;
52

2.2. Электродные водонагреватели

••максимальному рабочему давлению: 0,6 МПа для низковольтных, 1,0...1,5 МПа – для высоковольтных.
Электродные водонагреватели используют чаще всего в системах горячего водоснабжения. Они представляют собой цилиндрический бак, внутри которого расположены электроды для
подвода тока к воде и электроды или диэлектрические вставки
для регулирования мощности. Водонагреватели компактны, поверхность теплопотерь невелика и поэтому не теплоизолирована,
имеют бо ́льшую номинальную мощность, чем элементные водонагреватели.
Котел электродный водогрейный (КЭВ) на номинальное напряжение 0,4 кВ выпускают в двух исполнениях: с цилиндрическими электродами для воды,
11
имеющей
при
температуре
20 °С удельное сопротивление
10
ниже 10 Ом ⋅ м, и с пластинчатыми – для воды, у которой
1
удельное сопротивление выше
9
2
10 Ом ⋅ м (рис. 2.5). Мощность
регулируют изменением активной высоты электродов, в
3
результате перемещения регулирующих пластин, выполненных из диэлектрика, в меж­
4
электродном пространстве.
8
Электродный проточный
5
7
водонагреватель (ЭПЗ) имеет два исполнения, различающихся приводом механиз6
ма регулирования мощности
Рис. 2.5. Схема электродного
(И2 – ручной привод, И3 –
водогрейного котла КЭВ-0,4:
электродвигательный
при1 – корпус; 2 – пластины
вод) (рис. 2.6). Вода заполняет
диэлек­т ­ри­ческие; 3 – опоры;
пространство,
образованное
4 – фазные электроды;
шестью фазными и тремя ре- 5 – перемычки; 6 – проб­ка слива;
гулирующими
электродами, 7 – узел токо­подвода; 8, 9 – входное
изолированными друг от друи выходное отверстия для воды;
га. Ток протекает от электродов 10 – патрубок для выпуска воздуха;
11 – механизм перемещения
одной фазы через воду по редиэлектрических пластин
гулирующему металлическому
53

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

электроду, еще раз через воду и далее – к электродам другой
фазы. Регулирующие электроды изолированы от нулевого провода сети. Эквивалентная схема замещения водонагревателя –
«треугольник».
1

2

3

4

5

6

1

A–А

5
6

2
A

A

3

18
17
16
15

60°

7
8
9

16
19

4

0°

10
14
13

11
12

Рис. 2.6. Схема устройства электродного водонагревателя ЭПЗ-100И3:
1 – токоподвод к электродам; 2 – электроприводной механизм;
3 – вентиль выпуска воздуха; 4 – дренаж из зоны вала; 5, 7 – защитный
и регулирующий термодатчики; 6, 11 – патрубки; 8 – вал;
9 – изоляционные пластины; 10 – траверса; 12 – пробка слива;
13 – перемычки; 14, 15 – регулирующие и фазные электроды;
16 – изоляционное покрытие; 17 – корпус; 18 – кожух;
19 – изоляционные экраны

В водонагревателях ЭПЗ-И3 мощность регулируют плавным
изменением рабочей поверхности регулирующих электродов путем их вращения электроприводным исполнительным механизмом вокруг вала. При повороте регулирующих электродов от 0 до
60° мощность увеличивается от 25 до 100 %.
Электрическая схема водонагревателей типа ЭПЗ-И3 приведена на рисунке 2.7.
Мощность водонагревателя регулируют в зависимости от
температуры воды на его выходе и воздуха в отапливаемом по54

2.2. Электродные водонагреватели

мещении с коррекцией по температуре наружного воздуха или
без нее, а также в соответствии с заданными графиками отпуска
теплоты и потребления электроэнергии.
3NPE ~50 Гц 380/220 В
SA1
QS1
FU1 FU2 FU3

N

HL1
KV1

QF1

SA2 SB1

KV5 KV6

SB2

KM1

KM1
KM1

A

FU4

KV4

AП
KV10

TA

QF1

KV1
KA

pA

KM1

U1

PE

M

R5
C4

KV5
HL3
KV6
HL4

KV6

C2

EK KV2

ИМ

A 1:1

SB3

A 1:2

FU5

VZ

HL2

KA

C1

C3

KV4

KV1
KV2
KV5

KV5 KV6
N
R4

KV1
t °C

RK1 t °C

M

Сигнализация
включения
напряжения
Ручной режим
работы
Автоматический
режим работы
Автоматический
по программе
режим работы
Защита от
перегрева воды
Защита от
неполнофазной
работы
Защита от
перегрузки
Регулирование
мощности
водонагревателя

KV4
A1
RK2 t °C

RK3

Измерение
температуры
воды, воздуха
в помещении
и снаружи

Рис. 2.7. Принципиальная электрическая схема
управления водонагревателем ЭПЗ-И3

При режимном потреблении электроэнергии водонагреватель включают в заданные часы программным устройством
KV10. В ручном режиме работы водонагреватель включают кнопкой SB2, его мощность регулируют кнопками «Ниже», «Выше» на
шкале термо­регулятора.
При перегреве воды терморегулятор ВК2 отключает
водонагре­
ватель от сети и включает в цепь RK1 резистор R4,
сопротивление которого выбрано так, чтобы суммарное сопротивление этой цепи соответствовало температуре выше действительной на 15...20 °С. Повторно водонагреватель включается автоматически при понижении температуры воды на 15...20 °С ниже
заданной на терморегуляторе ВК2.
При неполнофазном режиме работы или превышении
номиналь­ного тока срабатывают соответственно промежуточное
реле KV2 или реле тока КА и отключают пускатель КМ1 и водонагреватель.
55

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

2.3. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПАРОГЕНЕРАТОРЫ.
ЭЛЕКТРОКОТЕЛЬНЫЕ
Устройство электродных парогенераторов аналогично водонагревателям. Электродные системы парогенераторов более просты, так как работают в тяжелых условиях кипящей воды. Мощность регулируют по избыточному давлению и температуре.
Наиболее распространен электродный парогенератор (котел)
КЭПР-250/0,4 (рис. 2.8).
13
12

14

11
1
2
3

10
9

4

5

8
7

6

Рис. 2.8. Схема устройства
электродного парового
котла КЭПР-250/0,4:
1, 2 – парогенерирующая
и вытеснительная камеры;
3 – сепаратор пара; 4 – водомерное
стекло; 5 – электрод; 6 – сливной
патрубок; 7 – изоляторы
и шпильки токоподвода;
8, 11 – патрубки автоматической
и ручной подачи воды, выхода
пара; 9, 10 – регуляторы
поплавковый и темпера­т уры;
12 – датчик температуры;
13 – предохранительные клапаны
пара и воды; 14 – манометр

Электродный паровой котел КЭПР регулирует мощность самопроизвольно в зависимости от разбора пара. При нормальном
давлении пара клапан терморегулятора открыт и вода в парогенерирующей и вытеснительной камерах находится на одинаковом уровне, полностью закрывая электроды. При уменьшении
разбора пара давление и температура его возрастают, когда они
превысят задан­
ное значение, регулятор перекроет сообщение
между камерами 1 и 2. Пар вытесняет воду из парогенерирующей
камеры в вытеснительную. С понижением уровня воды между
электродами мощность парогенера­тора уменьшается. При увеличении расхода пара снижаются давление и температура. Регулятор открывает сообщение между камерами, что восстанавливает
прежний уровень воды в котле.
56

2.3. Электродные парогенераторы. Электрокотельные

Электрокотельные применяют для централизованного теп­
лоснабжения и горячего водоснабжения сельскохозяйственных
объектов, главным образом животноводческих ферм. Теплогенерирующими установками электрокотельных служат преиму­
щественно электродные водонагреватели и реже – парогенераторы. Они могут быть встроены в живот­новодческие помещения
или установлены в специальных зданиях.
В зависимости от режима электропотребления котельные
могут быть аккумуляционными и работающими по свободному
графику. Преимущество первых – в использовании «провалов» в
графике нагруз­к и энергосистемы в ночное и дневное время и тем
самым их выравни­вание. Они позволяют равномерно нагружать
сельские электросети.
Безаккумуляционные установки, включаемые по свободному
графику, нуждаются в достаточных генерирующих мощностях и
пропускной способности электрических сетей и подстанций, не
спо­собствуют выравниванию графика нагрузки энергосистемы,
однако исключают дополнительные затраты на аккумуляционные устройства и потери энергии в них.
Достоинства электрокотельного отопления – несложное регулирование тепловой мощности, возможность использования
обычных отопительных приборов (труб, радиаторов, панелей
и др.), лучшие санитарно-гигиенические условия.
Теплотехническая схема электрокотельной с аккумулированием теплоты на базе электродных водонагревателей содержит
три контура (рис. 2.9).
Первый контур обеспечивает аккумуляцию горячей воды.
При включении электроводонагревателей охлажденную воду
(70 °С) из нижней части аккумулирующей емкости подают циркуляционным насосом в водонагреватель, где она нагревается до
95 °С и затем поступает в верхнюю часть аккумулирующей емкости
через разбрызгивающее устройство деаэрации. При достижении в
нижней зоне аккумулято­
pa температуры воды 95 °С электроводонагреватели отключаются. Воду первого контура обрабатывают
противонакипным электромаг­нитным аппаратом, установленным
на всасывающей линии цирку­ляционных насосов.
Второй контур предназначен для нужд теплоснабжения
(отопле­ния и вентиляции). Сетевые насосы набирают воду (95 °С)
из верхней зоны аккумулирующего бака и подают по системе
трубопроводов в отопительные и вентиляционные устройства.
57

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

Обратная вода (70 °С) через грязевик возвращается в нижнюю
зону бака. Температуру воды в системе отопления и вентиляции
регулируют в зависимости от температуры наружного воздуха добавлением к прямой воде, посту­пающей в эти системы, обратной
воды, выходящей из отопительно-вентиляционных установок
посредством смесительного вентиля.
1

2

3 4

5

6

17

7

8

9

УА2

16
10 УА1
Отопление
и вентиляция
15

14

13

12

Горячее
водоснабжение
Водопровод

11

Рис. 2.9. Принципиальная теплотехническая схема
электрокотельной с аккумулированием теплоты:
1 – изолиру­ющая вставка; 2 – деаэратор; 3, 9 – насосы горячего
водоснаб­жения; 4 – линия подпитки водой; 5 – регулятор
температуры; 6 – водоводяной нагреватель; 7 – датчик температуры;
8 – бак горячей воды; 10, 13 – трехходовой смесительный
и электромагнитный вентили; 11, 15 – циркуляционные и сете­вые
насосы; 12 – грязевик-отстойник; 14 – противонакипное магнитное
устройство; 16 – аккумулирующий бак; 17 – электроводонагреватели

Третий контур предназначен для нужд горячего водоснабжения. Воду из водопровода подают в водоводяной нагреватель, в
котором ее нагревают до 55 °С, а затем перекачивают в бак-аккумулятор для горячего водоснабжения, рассчитанный на суточный запас воды. Подачу воды в бак прекращают при достижении
заданного уровня закрытием электрического вентиля УА2 на трубопроводе воды. Из бака воду насосами горячего водоснабжения
перекачивают к потре­бителю. Потери воды восполняют из водопровода через электромаг­нитный вентиль УА1.
Электроснабжение электрокотельной может быть от отдельной
или общей трансформаторной подстанции, питание которой обеспечивают от двух независимых источников. По надежности электроснабжения электрокотельные относят ко второй категории.
58

2.3. Электродные парогенераторы. Электрокотельные

Электродным водонагревателям и парогенераторам присущи особенности, обусловленные способом нагрева: зависимость
мощности от удельного сопротивления и температуры воды (при
образовании накипи на электродах они уменьшаются); низкое
сопротивление электродов относительно корпуса. Характерные
повреждения электродов: образование накипи на их поверхности,
выпадение токопроводящего осадка, коррозионное разрушение.
Надежность электродных водонагревателей увеличивается
при работе по замкнутому контуру и специальной подготовке
воды. Водонагреватель подключают к теплоаккумулирующей емкости или теплообменнику и затем обеспечивают несменяемость
заранее подго­
товленной воды. Подготовка воды включает ее
фильтра­
цию, противонакипную магнитную обработку, деаэра­
цию, корректи­рование удельного сопротивления.
Водонагреватель должен работать на воде, имеющей удельное
сопротивление в пределах, указанных в паспорте. Если оно выше
паспортного, то в воду добавляют соль, если ниже, то опресняют
дистиллятом или дождевой водой.
При работе по замкнутому контуру температура обратной
воды должна быть не менее 70 °С. Паспортная мощность водонагревателя соответствует номинальному удельному сопротивлению и температу­ре воды на его входе (70 °С) и выходе (95 °С).
Работа по замкнутому контуру и специальная подготовка воды
существенно уменьшают образование накипи и выпадение токопроводящего осадка в межэлектродном пространстве, делают
практически неизменным сопротивление воды и снижают его
влияние на мощность водонагревателя.
Электродные парогенераторы, в отличие от водонагревателей, работают при переменном удельном сопротивлении воды,
возрастаю­щем в несколько раз из-за ее испарения и увеличения
содержания солей. Устойчивую работу парогенераторов обеспечивают их периоди­ческой или постоянной продувкой, состоящей
в удалении части воды с высоким содержанием солей и низким
удельным сопротивлением и добавлением в котел питающей
воды с высоким электросопротив­лением. Операции подготовки
воды те же, что и для электродных водонагревателей.
Основные меры защиты от поражения электрическим током состоят в занулении водонагревателей и парогенераторов,
подклю­
чении их к водопроводной сети через изолирующие
вставки.
59

Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы

Длину изолирующей вставки (м) рассчитывают по формуле
1, 4 ⋅ 104 d 2
,
(2.7)
ρt
где d – внутренний диаметр вставки, принимаемый равным наружному диаметру водопроводной трубы, м; ρt – удельное сопротивление горячей воды, Ом ∙ м.
Электродные водонагреватели и парогенераторы следует
устанавливать в отдельных помещениях.
l =

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Какие виды элементных водонагревателей существуют?
2. Назовите аккумуляционные водонагреватели, их устройство, области применения, способы регулирования мощности.
3. Опишите проточные элементные водонагреватели, их устройство, области применения, способы регулирования мощности.
4. Опишите индукционные водонагреватели, их устройство,
области применения, способы регулирования мощности.
5. По каким параметрам выбирают элементные водонагреватели?
6. Какие исходные данные служат для выбора элементных
водонагревателей?
7. Какие виды электродных водонагревателей существуют?
8. Как регулируют мощность в электродных водонагревателях?
9. Опишите устройство электродных водонагревателей КЭВ
и ЭПЗ-И3.
10. Опишите устройство парогенератора КЭПР-250/0,4.
11. В чем состоят особенности эксплуатации электрических
водонагревателей и парогенераторов?
12. Определите длину изолирующей вставки на трубопроводе
горячей воды, если температура горячей воды – 90 °С, удельное
электрическое сопротивлении воды при 20 °С – 30 Ом ∙ м, наружный диаметр трубопровода – 0,025 м, напряжение питания –
380/220 В.
13. Определите мощность электрического водонагревателя,
если его производительность – 0,5 м3/ч, начальная температура
нагрева воды – 10 °С, конечная – 90 °С.

60

РАЗДЕЛ 3.
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ СОЗДАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
3.1. ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРЫ, ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ
Электрокалорифер предназначен для нагрева воздуха и газов.
Электрическая энергия преобразуется в теплоту в трубчатых или
других нагревателях и от них передается воздуху (газам).
Электрокалориферы производственного назначения представляет собой несколько трубчатых электрических нагревателей, установленных в одном корпусе (рис. 3.1).
1

2

3

Рис. 3.1. Схема устройства электрокалорифера ЭКО:
1 – корпус; 2 – ТЭН с оребрением; 3 – решетка

Количество ТЭНов зависит от мощности калорифера. Нагреватели размещают в несколько рядов. Наиболее распространены
калориферы типа ЭКО и СФО. Их выпускают девяти типоразмеров мощностью 5, 10, 16, 25, 40, 60, 100, 160 и 250 кВт. Допусти61

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

мая темпе­ратура воздуха на выходе из калорифера – 100 °С. В качестве нагревате­лей используют ТЭНы мощностью 1,6 и 2,5 кВт.
Электрокалориферная установка (ЭКУ) помимо электро­
калорифера включает в себя венти­лятор и вспомогательные устройства для направления потока и регулирования подачи воздуха, а
также гашения шума и пр. Различают ЭКУ с осевым (СФОО) и
центробежным (СФОЦ, ЭКОЦ) вентиляторами (рис. 3.2).
3

2

4

5

6

1
Рис. 3.2. Схема устройства ЭКУ ЭКОЦ:
1 – рама; 2 – электрокалорифер; 3 – переходный патрубок; 4 – мягкая
вставка; 5 – центробежный вентилятор; 6 – электродвигатель

К достоин­ствам ЭКУ относят:
••совмещение функций отопле­
ния и вентиляции в одном
агрегате;
••возможность применения во всех животноводческих помещениях;
••несложное регулирование теплопроизводительности и подачи воздуха.
Обозначение СФОЦ-40/0,5Т-И3:
••С – нагрев сопротивлением (резистивный нагрев);
••Ф – индекс калорифера;
••О – окислительная среда – воздух;
••Ц – центро­бежный вентилятор;
••40 – установленная мощность (40 кВт);
••0,5 – предельная температура нагретого воздуха в сотнях
градусов (50 °С);
••Т – нагревателем является ТЭН;
••И3 – исполнение.
62

3.1. Электрокалориферы, теплогенераторы

ЭКУ типа СФОЦ выпускают в трех исполнениях: И2–И4.
В ЭКУ испол­нения И2 ТЭНы объединены в трехфазные группы
(секции), включая и отключая которые можно ступенчато изменять мощность нагревателя. В последних модификациях (И3,
И4) применяют схему управле­ния с бесконтактными элементами
(система «Электротерм»), что позволяет непрерывно регулировать
мощность. Исполнение И3, в отличие от И4, позволяет регулировать подачу воздуха в помещение.
Установки исполнений И3, И4 также отличаются от И2 конструктивно. Они имеют удлиненный всасывающий патрубок с
размещенным на нем тиристорным преобразователем и смесительное (байпасное) устройство с заслонкой (рис. 3.3).
1

2

3

4

5

6

7

8

1200

9

10
2600
Рис. 3.3. ЭКУ СФОЦ-40/0,5-И3:
1 – тиристорный преобразователь; 2 – воздуховод;
3 – электрокалорифер; 4 – заслонка; 5 – смесительное (байпасное)
устройство; 6 – переходный патрубок (диффузор); 7 – мягкая вставка;
8 – центробежный вентилятор; 9 – электродвигатель; 10 – рама

Принципиальная электрическая схема управления ЭКУ со
ступенчатым регулированием мощности представлена на рисунке 3.4. Ручной и автоматический режимы работы задаются переключателем SА. Если температура в помещении ниже заданной,
то при первоначальном включении калорифера в сеть в автоматическом режиме включается 100 % мощности. Изменение тепловой мощности от 100 до 33 % от номинальной осуществляется
путем включения и отключения секций калорифера в зависимости от температуры воздуха в помещении (контакт терморегуля63

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

тора SK2 размыкается при достижении нижнего предела требуемой температуры воздуха, a SK3 – при достижении ее верхнего
предела).
Схема обеспечивает световую сигнализацию о включении
двигателя вентилятора (лампочка НL1) и каждой из трех секций
калорифера (лампочки НL2–HL4), защиту нагревательных элементов от перегрева выше 180 °С (терморегулятор SК1), защиту
электродвигателя от перегрузки и короткого замыкания (автоматический выключатель QF ), защиту калорифера от короткого замыкания (предохранители FU1–FU9), блокировку от включения
секций калорифера при не выключенном двигателе вентилятора
(контакт QF в цепи управления калорифером).

QS

N

FU1–
FU3

PE

QF

FU4–
FU6

KM2

HL1

KM1

R2

HL2

KM2

R3

HL3

KM3

R4

HL4

FU7–
FU9

KM3

SK3
EK3
M

1-й секции
2-й секции
3-й секции

KM1 Выбор режима

SA
0 1/3 2/3 P
SK2

EK2

подачи
напряжения

Блокировка по
перегреву

KM4

A

EK1

N

KM4

SK1
QF

KM1

R1

Сигнализация
включения
нагревателей

3NPE ~50 Гц 380/220 В

работы и
трехпозиционное
регулирование
температуры
KM3 воздуха
Включение
нагрева
в ручном
режиме

KM2

PE

Рис. 3.4. Принципиальная электрическая схема
управления ЭКУ СФОЦ-25/0,5-И2

Установки СФОО-10/0,4-И2 и СФОО-16/0,4-И2 выпускают
мощностью 10 и 16 кВт. Калорифер смонтирован на нагнетающем патрубке венти­л ятора и содержит один ряд ТЭНов с ребристой поверхностью. ЭКУ типа СФОО эксплуатируют без распределительных воздуховодов.
ЭКУ типа СФОО (рис. 3.5) используют в безнапорных системах отопления и вентиляции в овоще- и фруктохранилищах,
64

3.1. Электрокалориферы, теплогенераторы

других помещениях, где не требуется больших перепадов температур нагреваемого воздуха (8...10 °С).
2

3

Вид А

А

4

765

Ж690

1

775

580

Рис. 3.5. ЭКУ СФОО-10/0,4-И2:
1 – вентилятор; 2 – электрокалорифер;
3 – коробка подключений; 4 – ТЭН

ЭКУ применяют для создания и регу­лирования микроклимата в различных сельскохозяйственных поме­щениях (свиноматочниках, родильных отделениях, весенних пленоч­ных теплицах
и др.), в качестве резервных источников отопления ответственных помещений, пиковых источников (доводчиков темпе­ратуры
приточного воздуха), а также для активного вентилирования и
сушки материалов. ЭКУ применяют также в строительстве для
сушки штукатурки, строительных материалов, краски и создания комфортных условий при выполнении работ.
Основными недостатками ЭКУ общего отопления по сравнению с устройствами местного и комбинированного обогрева
являются повышенный расход электроэнергии, необходимость в
распредели­тельных воздуховодах, шум в помещении и пр.
Выбор электрокалориферных установок
ЭКУ выбирают по технологическому назначению, мощности
и подаче вентилятора.
Расчетную мощность ЭКУ P ЭКУ вычисляют по формуле
PЭКУ =

K зP
,
η

(3.1)

где Р – мощность, необходимая для выполнения технологического процесса, в котором используют ЭКУ; Kз = 1,05...1,10 – коэффициент запаса; η = 0,85...0,90 – КПД установки.
65

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

Руководствуясь типоразмерным рядом номинальных мощностей (5; 10; 16; 25; 40; 60; 100 кВт и т. д.), выбирают количество
nЭКУ и мощность ЭКУ. Для отопительно-вентиляционных систем
мощностью 25 кВт и более их число должно быть не менее двух.
Определяют мощность одной ЭКУ P 1ЭКУ. Обычно по расчетной
мощности P 1ЭКУ и подаче воздуха L, необходимых на отопление,
вентиляцию, сушку или другой технологический процесс, выбирают ЭКУ из числа выпускаемых промышленностью.
Если ЭКУ удовлетворяет по мощности, но не обеспечивает требуемую подачу воздуха, то дополнительно устанавливают
вентиляторы.
Производят проверочный расчет, задача которого состоит в
определении температуры поверхности оболочки ТЭНа tтр и температуры воздуха t 2, выходящего из калорифера:
P1ЭКУ
,
(3.2)
α1 Aн
где A н = A 1z – общая активная (теплоотдающая) площадь поверхности ТЭНа, м2; A 1 – активная площадь поверхности ТЭНа, м2;
z – количество ТЭНов, шт.; α1 – коэффициент теплоотдачи от
поверхности ТЭНа к воздуху, Вт/(м2 ⋅ °C); tв = 0,5(t 1 + t 2) – средняя температура воздуха в электрокалорифере, °C; t 1, t 2 – температура воздуха на входе и выходе из электрокалорифера, °C;
t тр= tв +

P1ЭКУ η
,
(3.3)
K 3L1ρвC в
где Св = 1 ⋅ 103 Дж/(кг ⋅ C) – удельная теплоемкость воздуха;
ρв = 1,29 кг/м3 – плотность воздуха.
Температура поверхности оболочки ТЭНа:
••не должна превышать допустимую для выбранного материала трубки (для углеродистых сталей – не более 350 °C);
••должна соответствовать технологическим требованиям на
нагрев. Для ЭКУ отопительно-вентиляционных систем животноводческих помещений tтр ≤ 180 °C.
Температура воздуха на выходе из электрокалорифера отопительно-вентиляционных систем животноводческих помещений
t 2 ≤ 50 °C; при сушке материалов t 2 ≤ 40 °C.
Теплогенераторы служат для нагрева и подачи мощного потока теплого воздуха. Ими обогревают склады, ангары, теплицы,
производственные помещения, сушат пиломатериалы и сельскохозяйственную продукцию (рис. 3.6).
66
t2= t1 +

3.1. Электрокалориферы, теплогенераторы

2

3

1

4
10
6

9
8

5

7

Рис. 3.6. Теплогенератор электрический:
1 – термоограничитель; 2 – корпус внутренний; 3 – ручка;
4 – осевой вентилятор; 5 – корпус наружный; 6 – ручка-барашек;
7 – шнур сетевой; 8 – ножка; 9 – ТЭН; 10 – сетка защитная

Электрический теплогенератор состоит из блока ТЭНов и
вентилятора. Холодные потоки проходят через нагревательные
элементы и поступают обратно в помещение. Теплогенераторы
выпускают в следующих исполнениях: напольные, подвесные,
стационарные, мобильные, маломощные и промышленные.
Наиболее распространены типы:
••ЭК-12П, ЭК-24П, ЭК-42П мощностью соответственно 12,
24, 42 кВт;
••BALU ВНР-М-24, BALU ВНР-М-30, BALU ВНР-М-36
мощностью 24, 30, 36 кВт и др.
Электрические теплогенераторы компактны, экологичны,
работают бесшумно, для их установки не нужно обустраивать
систему вентиляции.
Такое оборудование используется для обогрева помещения
путем подачи нагретого воздуха по системе канальных воздуховодов. Оно находит применение в различных по своему назначению зданиях: от жилых домов до животноводческих комплексов.
Достоинства электрических теплогенераторов:
••широкий диапазон мощностей;
••возможность изменения скорости вращения вентилятора;
••выброс теплого воздушного потока на расстояние в 50 м;
••термостатированный нагревательный элемент;
••КПД, близкий к 100 %;
67

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

••сохранение кислорода в помещении;
•• отсутствие необходимости наличия вентиляционной системы;
••возможность непрерывной работы длительное время;
••низкий уровень шума, экологическая безопасность;
••компактность, удобство в транспортировке.
3.2. УСТАНОВКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
Установки для создания микроклимата в животноводческих
и птицеводческих помещениях классифицируют по функциональному назначению (общего, локального и комбинированного
обогрева) и способу использования электрической энергии (оборудование прямого и косвенного отопления).
К установкам общего отопления относят электрические калориферы, электрокалориферные установки, отопительные электрические печи, электротепловые насосы, кондиционеры воздуха. Для локального обогрева используют электрообогреваемые
полы, плиты, панели, коврики. При комбинированном обогреве
теплопередача происходит одновременно излучением, теплопроводностью или конвективно. При этом обогрев животных или
птицы происходит как сверху, так и снизу.
Приточно-вытяжную установку типа ПВУ применяют для
вентиляции животноводческих помещений. Она обеспечивает
автоматическое поддержание заданной температуры воздуха в
помещении и регулирование воздухообмена в зависимости от наружной и внутренней температуры.
При размещении вентиляторов в вытяжных шахтах свежий воздух обычно подается без его предварительного подогрева. Если вентиляторы монтируют в приточных каналах, удобно
предварительно нагревать воздух для помещений, в которых недостаточно теплоты. Такие установки получили название вентиляционно-калориферных.
На рисунке 3.7 показана схема приточно-вытяжной установки типа ПВУ, обеспечивающей возможность автоматизированной вентиляции и обогрева поступающего внешнего воздуха как
за счет электронагревательных элементов (ТЭНов), так и при частичной рециркуляции воздуха, отводимого из вентилируемого
помещения.
Шахта установки типа ПВУ составлена из секций двух кон­
центрических труб, образующих приточный и вытяжной воз68

3.2. Установки для создания микроклимата

духоводы. Вентилятор, расположенный в вентиляторной секции,
имеет колесо с двумя рядами ло1
пастей. Наружные лопасти колеса засасывают воздух в помещение, лопасти внутренней части
выбрасывают его из помещения
2
по центральной трубе.
Выброс регулируется заслонками, при помощи которых часть
9
3
воздуха помещения направля4
ется в поток свежего воздуха и
несколько обогревает его. При
5
отклонении температуры выводимого воздуха от установленно6
го значения система автоматики
А
А
приводит в действие электропривод заслонок.
8 7
А–A
С понижением температуры
воздуха помещения заслонки постепенно перекрывают приточ­
ный воздуховод и при опредеВнутренний воздух помещений
ленном ее значении посекционно
Наружный воздух
Нагретый смешанный воздух
включаются обогреватели. Привод заслонок осуществля­
ется от
Рис. 3.7. Приточно-вытяжная
электродвигателя
мощностью
установка типа ПВУ:
15 Вт через редуктор, тяги и зуб1 – зонт; 2 – промежуточные
чатые секторы.
секции; 3 – секция рецир­к уля­
В комплект ПВУ входят ционных заслонок; 4 – рецир­к у­
шесть шахт с силовым блоком ляционная заслонка; 5 – ко­лесо
и пультом централизованного вентилятора; 6 – вен­тиляторная
секция; 7 – при­точные насадки;
управления работой.
8 – элект­ронагревательные
Установка комбинированносекции; 9 – электропривод
го обогрева поросят ЭИС-11-И1
заслонок
«Комби» (рис. 3.8) состоит из
30 обогревателей и шкафа управления.
Обогреватель содержит инфракрасный керамический облучатель мощностью 250 Вт и электрообогреваемую панель мощностью 120 Вт. Нагревательным элементом является нихромовая
проволока, уложенная в керамику облучателя и в панель.
69

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

620

4

1250

5
3

1204
2
1
630

6 7

8

9 6

Рис. 3.8. Установка комбинированного
электрообогрева ЭИС-11-И1 «Комби»:
1 – напольная нагревательная панель; 2 – термопреобразователи;
3 – инфракрасный нагреватель; 4 – коробка с тумблером;
5 – трубостойка; 6 – пластины из винипласта; 7 – экран
из алюминиевой фольги; 8 – каркас; 9 – нагревательный
провод

Схема управления установкой ЭИС-11-И1 «Комби» (рис. 3.9)
поддерживает в заданном диапазоне температуру воздуха в зоне
действия инфракрасного облучателя и панели, защищает установку от несимметричных режимов работы и замыканий на землю.
Температуру регулиру­ют двумя терморегуляторами ВK1, ВK2
типа Т419 с термопреобразова­телями RK1, RK2 типа ТСМ. Местоположение термопреобразователей показано на рисунке 3.8.
Защита от токов утечки выполнена на реле утечки А2 типа
РУД 0,5. Датчик тока утечки А1 представляет собой катушку,
которая охватывает фазные провода.
При несимметричной на­
г рузке фаз в катушке наводится
ЭДС, под действием которой сраба­
тывает реле блока А2 и отключает установку. Исправность реле утеч­к и проверяют кнопкой
SB1. При нажатии SB1 реле А2 должно размыкать свой контакт
в цепи питания катушек пускателей KМ1, KМ2 и включать сигнальную лампу HL3. В исходное состояние схему возвращают
отключением и включением QF1.
70

3.3. Установки местного электрообогрева. Кондиционеры
3NPE ~50 Гц 380/220 В
N L1 L2 L3 PE

FU1

SB1
A2

A

KM1

SA1

HL2

BK1

BK1
A2

RK1

t°

SA2
KM2

SB5

SB4

P

KM1

SB3

SB2

P

A1

KM1

N

HL3

QF1

HL3
KM2

KM2

A

BK2

HL4

BK2
Электрообогреваемые
панели

ИКоблучатели

RK2
t°

Рис. 3.9. Принципиальная электрическая схема
управления установкой ЭИС-11-И1 «Комби»

3.3. УСТАНОВКИ МЕСТНОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА.
КОНДИЦИОНЕРЫ
Местный электрообогрев применяют в помещениях для содержания молодняка животных и птицы, при совместном содержании животных разных возрастных групп, а также в родиль­ных
отделениях, профилакториях, ветлечебницах и других помещениях. Преимущество установок и устройств локального обогрева в том, что их максимально приближают к зонам обитания
животных или встраивают непосредственно в эти зоны, обеспечивая таким образом требуемые параметры микроклимата при
существенно меньших затратах энергоресурсов.
Местный электрообогрев создают установками лучистого,
контактного, конвективного и комбинированного обогрева. Для
лучистого обогрева применяют различные облучательные установки, содержащие источники инфракрасного обогрева, например ИКУФ, «Луч», «Сож», ССПО1-250 и др.
К установкам контактного обогрева относят электрообогреваемые полы (рис. 3.10, а), электрообогреваемые бетонные плиты
(рис. 3.10, б), различного рода панели и коврики.
71

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

1 2 3 4 5

6 7 8

6 7 8
А

А
11
а

10

6

9

А–A

12
7

11
10

б
Рис. 3.10. Поперечный разрез и план электрообогреваемых
пола (а) и бетонной плиты (б):
1 – грунт; 2, 8 – бетонные стяжки; 3 – гидроизоляция (рубероид);
4 – теплоизоляция (шлак); 5 – песок; 6 – провод нагревательный;
7 – металлическая сетка; 9 – коробка подключений; 10 – узел
соединения токопроводящего и нагревательного проводов;
11 – стальная труба; 12 – металлический каркас

Электрообогреваемые полы (см. рис. 3.10, а) могут быть
сплошными либо в виде полос или площадок, расположенных в
зоне содержания животных. Достоинствами электрообогреваемых полов являются их большая аккумуляционная способность,
позволяющая применять вне­пиковую электроэнергию и безболезненно переносить перерывы в элек­т роснабжении, отсутствие
подстилки, пониженные влажность и кон­центрация вредных газов в зоне нахождения животных.
В качестве нагревательных элементов используют нагревательные провода и ка­бели, укладываемые в бетонный пол и подключаемые на сетевое или пониженное напряжение. В последнем
случае используют специальные понижающие трансформаторы.
Для выравнивания потенциалов в пол укладывают металлическую сетку из стальной проволоки диа­метром 3 мм с ячейками
800½200 мм. Температуру пола поддерживают его включением и
отключением. Основные недостатки электрообогреваемых полов – их высокая материалоемкость и сложность ремонта.
В настоящее время выпускают комплекты электротехнической части обогреваемого пола в составе одной или нескольких
нагревательных секций, терморегулятора, монтажной ленты,
72

3.3. Установки местного электрообогрева. Кондиционеры

трубки для защиты термопреобразователя, если его устанавливают в полу (рис. 3.11).
2

3

4

5

1

Рис. 3.11. Комплект изделий для монтажа электрообогреваемого пола:
1 – нагревательная секция; 2 – гофрированная трубка;
3 – монтажная лента; 4 – терморегулятор;
5 – термопреобразователь с питающими проводами

Электрообогреваемые бетонные плиты в значительной мере
лишены недостатков электрообогреваемых полов (см. рис. 3.10, б).
Плита представляет собой бетонный блок определенных размеров, например 1400½80½700 мм, внутрь которого уложены нагревательный провод, сетка для выравнивания потенциалов и узел
соединения токопроводящих проводов с нагревателями. Напряжение питания одной плиты – 36 или 110 В. Плиты соединяют
последовательно и подключают на сетевое напряжение. Их применяют для обогрева небольших по­мещений (родильные отделения крупного рогатого скота, профилактории, бытовки и т. д.),
устанавливая, подобно отопительным батареям, на стенки, или
для монтажа электрообогреваемого пола, что экономичнее со­
оружения стационарного пола.
Электрообогреваемый
коврик ЭП-935 (рис. 3.12) относится
к напольным средствам обогрева.
Коврики применяют для обогрева
3 4
отдельных участков пола, напри1
2
мер при содержании животных в
Рис. 3.12. Электрообогреваемый
станках. Нагревательный провод
коврик ЭП-935:
уложен зигзагом между листами
1 – металлический каркас;
винипласта, что обеспечивает
2 – токоподводящий провод;
ему двойную электрическую изо3 – нагревательный провод;
4 – химостойкая резина
ляцию.
73

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

Кондиционирование является наиболее совершенным способом создания параметров микроклимата. Кондиционеры применяют в доильных залах, родильных отделениях, на предприятиях
мясной и молочной промышленности и т. д.
Оборудование кондиционирования воздуха классифицируют:
••по назначению;
••режиму работы;
••расположению кондиционера;
••принципу действия.
В настоящее время наиболее распространены кондиционеры типа КТЦ3М. Условное обозначение кондиционера включает
наименование (индекс) – КТЦ3М; номинальную производительность – тыс. м3/ч.
Кондиционеры КТЦ3М выпускают с номинальной производительностью по воздуху от 7 до 250 тыс. м3/ч. Этот тип обладает современными и эффективными параметрами для обработки
воздуха. Схема управления установками позволяет регулировать
температурные и влажностные характеристики воздуха.
Конструктивно установка состоит из отдельных функцио­
нальных блоков, смонтированных на единой раме (рис. 3.13).
В случае необходимости увлажнения воздуха или утилизации
тепла установку размещают на опоры из-за наличия баков для
отводимой или подводимой воды.
2 3 4

5

6

750

500

1615
1370
1250

1

845

550
180

550 550

180
800

2260
3290

1030

Рис. 3.13. Схема установки кондиционера КТЦ3М-10:
1 – клапан наружного воздуха; 2 – приемный блок; 3 – секция фильтра;
4 – воздухонагреватель; 5 – блок присоединительный;
6 – вентиляционный агрегат

74

3.3. Установки местного электрообогрева. Кондиционеры

Приемные блоки могут быть прямоточными, работающими
на наружном воздухе, или смесительными, в которых наружный и рециркуляционный воздух смешиваются в необходимых
пропорциях. Регулирование воздуха производят клапанами с
лопатками из оцинкованной стали и осями во фторопластовых
втулках, исключающих заедание лопаток. Привод лопаток осуществляют с помощью тяг, управление клапанами – ручным или
электрическим приводом.
Секция фильтра имеет ячейковые фильтрующие элементы плоских и (или) карманных фильтров. Использование плоских ячеек снижает начальное аэродинамическое сопротивление
и увеличивает время работы фильтра до полного запыления в
1,5 раза. Применение карманных фильтров повышает степень
очистки, защищает воздухообрабатывающее оборудование от
оседания пыли.
Теплообменники воздухонагревателей и воздухоохладителей
содержат биметаллические теплоотдающие элементы. Теплоносителем является горячая вода, реже – пар.
Для увлажнения воздуха в установках КТЦ3М применяют
блоки тепломассообмена (БТМ) с форсуночным орошением.
БТМ также используют для адиабатического охлаждения воздуха
и осушения воздуха в теплый период года.
Для увеличения срока эксплуатации БТМ и воздухоохладители изготавливают из нержавеющей стали.
В установках КТЦ3М применяют традиционные вентиляционные агрегаты одностороннего всасывания, размещаемые вне
корпуса.
Расчет электрообогреваемого пола
в животноводческих помещениях
Задача расчета состоит в определении геометрических размеров нагревательного провода. Основные расчетные размеры: его
длина, шаг, схема укладки.
Исходные данные: вид, возраст, способ содержания животных
или птицы, размеры обогреваемой поверхности, температура воздуха в помещении, характеристики нагревательного провода и др.
Последовательность расчета: выбирают марку нагревательного провода или кабеля. Мощность нагревательного устройства
(Вт), необходимую для обогрева пола, определяют по формуле
P = α(tп – tв)A,
(3.4)
75

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

где α = 10 Вт/(м2 ⋅ °С) – коэффициент теплоотдачи; tп и tв – температура поверхнос­ти пола и воздуха над массивом, °С; А – площадь пола, м2.
Длина секции одножильного кабеля:
U2
,
(3.5)
ϕk rl
где U – напряжение питания, В; ϕk – линейная мощность, Вт/м,
принимают несколько меньше номинальной, указанной в технической характеристике кабеля; rl – линейное сопротивление
кабеля, Ом/м.
Мощность секции кабеля:
U2
Pz =
.
(3.6)
Lz rl
Количество секций кабеля:
Lz =

P
.
(3.7)
Pz
Общая длина одножильного кабеля:
L = zLz.
(3.8)
Результаты расчета необходимо проверить по мощности, выделяющейся в нагревательном устройстве P в. Она должна быть
примерно равной мощности, рассчитанной по формуле (3.4), а
линейная выделяющаяся мощность не должна превышать
z =

Pв
=

U2
z ≈ P ,;
Lz rl

(3.9)

Pв
≤ ϕk .
(3.10)
L
При трехфазном питании нагревательных кабелей неудобство доставляет расчетное количество секций, которое иногда
трудно распределить равномерно по фазам сети. Например, пять
секций не делится на три фазы. Приходится изменять мощность,
площадь обогреваемой поверхности, линейную мощность кабеля, чтобы получить количество секций, кратное числу фаз сети.
Шаг укладки кабеля:
ϕ=
в

S =
76

A
.
L

(3.11)

3.4. Оборудование для создания микроклимата в сооружениях защищенного грунта

3.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА
В сооружениях защищенного грунта (парники и теплицы) в
зависимости от их назначения обогревают почву, воздух или и то
и другое одновременно. Наиболее рационален с точки зрения затрат электроэнергии и по агротехническим показателям почвенно-воздушный обогрев, который применяют в теплицах и парниках, эксплуатируемых круглый год. В теплицах, используемых
весной, летом и осенью, предусматривают только воздушный, а в
парниках для выращивания рассады – почвенный обогрев.
Из электрических способов в основном применяют элементный и электрокалориферный обогрев почвы и воздуха.
Устройства элементного обогрева почвы и воздуха различают
по конструктивному исполнению нагревательных элементов, их
размещению, значению питающего напряжения и пр. Нагревательными элементами служат провода и кабели, а также стальной неизолированный провод.
При почвенном обогреве нагревательные элементы располагают следующими способами:
•• в асбоцементных или гончарных трубах диаметром 50...150 мм,
уложенных в песок под питательным слоем почвы (рис. 3.14);
••непосредственно в слое песка под почвой;
••в асфальтобетонных монолите или блоках под почвой.
6

7

150150 200

1 2 34 5

1550
Рис. 3.14. Устройство электрообогрева почвы и воздуха
в парнике нагревательными элементами:
1 – парубни; 2 – рама; 3, 4 – элементы воздушного
и почвенного обогрева; 5 – почва; 6 – песок; 7 – шлак

Для обогрева воздуха нагревательные элементы подвешивают на строительных конструкциях сооружений защищенного
77

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

грунта (непосредственно или в асбоцементных трубах диаметром
50...75 мм). К нагревательным элементам подводят напряжение
380/220 В или пониженное 24...17 В.
Нагревательные элементы, проложенные в трубах, защищены
от влаги и механических повреждений, их легко ремонтировать
и безопасно обслуживать; кроме того, при таком расположении
выравнивается температура почвы. Основной недостаток – большой расход труб.
Обогреватели, выполненные в виде асфальтобетонного монолита или асфальтобетонных либо асфальтокерамзитобетонных
плит, имеют большую аккумуляционную способность, равномерно нагревают почву, электробезопасны. Устройство парника
со сплошным асфаль­
тобетонным покрытием нагревательного
элемента показано на рисунке 3.15.
2100

1150
1300

50

50

Ввод

9

575

50

А

1

2 3

А–A
1600

А

1400
620

250
70
50
250

4 5

6 7 8

Рис. 3.15. Устройство электрообогрева почвы и воздуха
в парнике с помощью асфальтобетонного моноли­та:
1 – парубни; 2 – рама; 3 – почва; 4 – асфальтобетонный
монолит; 5 – нагрева­тельный элемент; 6 – защитная сеткаэкран; 7 – гравий; 8 – грунт; 9 – коробка выводов

На грунт насыпают слой шлака, затем песка, на который
укладывают асфальтобетон (88 % песка, 12 % битума). Нагревательный провод или стальную неизолированную проволоку
укладывают зигзагообразно и заливают асфальтобетоном, что
78

3.5. Оборудование для создания микроклимата в хранилищах

обеспечивает хоро­
ш ую электрическую изоляцию. Для питания
нагревателя используют напряжение 380/220 В или пониженное.
Электрокалориферные установки применяют не только для
обогрева почвы и воздуха, но и в качестве резервных при пиковых нагрузках. В парниках электрокалориферами обогревают
почву, пропуская нагретый воздух по замкнутой системе воздуховодов и подпочвенных труб, в теплицах – почву и воздух. При
почвенно-воздушном обогреве воздух из подпочвенных воздуховодов поступает в воздушную зону теплицы, а оттуда – вновь в
электрокалориферную установку. При воздушном обогреве применяют воздухораспределительные перфорированные трубы из
пластмассы или полимерной пленки диаметром 180...250 мм.
Расчет мощности электрообогрева сооружений
защищенного грунта
Мощность электрообогрева сооружений защищенного грунта рассчитывают по приближенной формуле
P = K0 A 0(tвн – tнар),
(3.12)
где K0 – приведенный коэффициент теплопередачи через остекления парников и теплиц (при изменении скорости ветра от 0
до 10 м/с K0 = 4...12 Вт/(м2 ⋅ °С); A 0 – площадь поверхности остекления, м2; tвн – температура внутри сооружения, необходимая
для выращивания растений, °С; tнар – расчетная наружная температура, определяемая для конкретного района.
Нагревательные элементы почвенного и воздушного обогрева рассчитывают раздельно. Принимают мощность почвенного нагревателя для парников P п = (0,50...0,66)P, для теплиц:
P п = (0,33...0,50)P.
Параметры нагревательных элементов, выполненных в виде
асфальтобетонных блоков и плит, можно определить по методике, изложенной выше.
3.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
В ХРАНИЛИЩАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
Современные методы хранения сельскохозяйственной продукции направлены на замедление или полное прекращение физиологических процессов, интенсивность протекания которых
зависит от параметров окружающей среды: температуры, влажности, состава воздуха и др.
79

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

Успешное хранение корнеплодов, клубней, луковиц и т. п. основано на применении эффективных методов регулирования продолжительности периода биологического покоя, предотвращения
преждевременного прорастания, заболевания и порчи овощей.
Оптимальные параметры микроклимата (см. таблицу) должны быть созданы с момента закладки, изменяться и поддерживаться в соответствии с технологическими требованиями в период хранения.
Параметры воздушной среды в овощехранилище
Вид продукции
Картофель
Корнеплоды (брюква, свекла, репа, морковь, сельдерей, петрушка)
Лук:
репчатый продовольственный, севок;
маточный
Капуста:
продовольственная;
семенная

2...4

Относительная
влажность, %
85...95

0...1

90...95

–3...–1
2...10

70...80
60...80

–1...0
0...12

90...95
90...95

Температура, °С

Температура – основной фактор сохранности овощей –
должна быть оптимально низкой, не допуская замораживания.
Оптимальная относительная влажность воздуха способствует
сохранности, не допускает усыхания, увядания или испарения,
развития нежелательной микрофлоры.
В настоящее время применяют разнообразные способы хранения продукции, отличающиеся по многим признакам: видам
тары, размещению, предварительной обработке, системам воздухораспределения, подачи и отвода теплоты, воздействию физико-химических средств при закладке и хранении, составу газовой
среды и др.
Способы хранения выбирают в зависимости от климатической зоны, вида продукции, назначения, сроков хранения, экономических показателей. Например, для овощей применяют следующие способы:
••в буртах или заглубленных траншеях;
••стационарных хранилищах навального типа с естественной,
общеобменной вентиляцией или активным вентилированием;
80

3.5. Оборудование для создания микроклимата в хранилищах

••хранилищах тарного типа с искусственным охлаждением и
общеобменной механической вентиляцией;
••современных комплексных хранилищах, объединенных
единым технологическим процессом товарной обработки, хранения и последующей переработки продукции.
Прогрессивные тенденции состоят в том, чтобы хранить
сельскохозяйственную продукцию на местах ее производства в
механизированных и автоматизированных хранилищах, оснащенных современным электрооборудованием для создания и
поддержания требуемых параметров микроклимата.
Температурно-влажностный режим в хранилище обеспечивают с помощью установок активного вентилирования продукции, подогрева и охлаждения воздуха. При этом используют вентиляторы, электрические калориферы и электрокалориферные
установки, холодильные машины, увлажнители, кондиционеры.
Поток теплоты на подогрев воздуха определяют из уравнения
теплового баланса помещения:
Ф = Ф о – Ф н,
(3.13)
где Фо – поток потерь теплоты через наружные ограждения, Вт;
Фн – поток теплоты, отданный вентиляционным воздухом в
пространство над закромами, Вт;
Фн = Vtρc(t 2 – t 1),
(3.14)
3
3
где Vt – подача воздуха, м /с; ρ – плотность воздуха, кг/м ; c –
удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг ⋅ °С); t 2, t 1 – температура
воздуха на выходе из закрома и в верхней зоне хранилища, °С.
Минимальная подача воздуха в хранилище при расчетной
температуре наружного воздуха –20 °С и выше составляет 70 м3/ч
на 1 т картофеля и корнеплодов, 150 м3/ч на 1 т капусты и лука;
при температуре –30 °С и ниже – соответственно 50 и 100 м3/ч.
В качестве подогревателей воздуха используют электрические
калориферы с трубчатыми нагревательными элементами, отопительно-рециркуляционные агрегаты с осевыми вентиляторами
мощностью 10 и 16 кВт. Подогретый воздух подают не в массу
продукции (за исключением лука), а в верхнюю зону помещения,
чтобы не допустить конденсацию влаги на потолке.
Ориентировочно принимают мощность подогревателей воздуха из расчета 2,5 кВт на 1000 т картофеля или устанавливают один рециркуляционно-отопительный агрегат мощностью 10
или 16 кВт на площади 250 м2 хранилища, занятого продукцией.
81

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

Оборудование картофелехранилищ и режимы работы выбирают на основании агротехнических условий к процессу хранения, который состоит из трех периодов. Лечебный период начинается с момента закладки и длится 10...15 дней для дозревания,
подсушивания, залечивания механических повреждений. Картофель вентилируют теплым воздухом при скорости около 0,04 м/с,
поддерживая температуру продукции на уровне 14...16 °С, а влажность воздуха в хранилище – 90...95 %. Во время периода охлаждения (30...40 дней) картофель охлаждают до температуры 2...4 °С.
Период хранения является основным, в течение которого поддерживают параметры микроклимата (см. таблицу).
Для управления микрокли­
матом в овощехранилищах вместимостью до 1000 т ис­
пользуют оборудование типа ОРТХ со
шкафом управления ШАУ-АВ (рис. 3.16).
L1

QS1

FU

QS2

A6

A6

KV1

KV1

SF1

EK
KT

АО Р
SA1

О Л ХSA2

A1
KV2

A1
KM4

A2
SB1

SB2
KM2
A2

АО Р
SA3

KM1

KV2

ОЛХ

SA2

KV2

Дифференциальный
терморегулятор
Терморегулятор
верхней зоны
Вентилятор

Подогрев смесительного клапана

SB4
KM3

A3

A4
SB6
KM4

KM4

A4
KM4
KV2

A5

АО Р О Л Х
SA1
SA2 SQ1

A5
A5
KM4

Управление
отопительнорециркуляционным
агрегатом

KM3

KT
SB5

Программное реле времени

KM2

A3

АО Р
SA1

Подогрев
шкафа
управления

Калорифер
KM1

KT
SB3

N

SQ2

M

Терморегулятор массы продукта
Терморегулятор
аварийной защиты
Приточная вентиляция
Терморегулятор
приточного воздуха
Исполнительный механизм
смесительного клапана

Рис. 3.16. Принципиальная электрическая схема управления
установками микроклимата в овощехранилище

82

3.5. Оборудование для создания микроклимата в хранилищах

Режим управления задается переключателями: ручным –
SА1 и SА3 в положении Р; автоматическим – SА1 в положении А
и SА2 в соответствии с периодом хранения в одном из положений
(Л – лечебный, О – охлаждение, Х – хранение).
Двухпрограммное реле времени КТ настраивают в соответствии с технологическими требованиями. По первой программе
в начальный и основной периоды хранения контакт КТ в цепи
катушки пускателя КМ4 включает приточную вентиляцию. По
второй программе контакт реле времени КТ пускателем КМ3 вводит в действие подогреватель смесительного клапана во избежание примерзания заслонки.
Контроль температуры в массе овощей осуществляется терморегулятором А3. Приточный вентиляционный воздух смешивается с внутренним в смесительном клапане, и температура смеси контролируется терморегулятором А5, управляющим
заслонкой смесительного клапана с помощью исполнительного
механизма. С помощью терморегулятора А2 обеспечивается контроль температуры в верхней зоне хранилища и управление цепями включения электрокалорифера (пускатели КМ1 и КМ2).
Дифференциальный терморегулятор А1 включает приточную
вентиляции только в случае, если температура наружного воздуха ниже, чем в массе продукции. Терморегулятор аварийной
защиты А4 обеспечивает защиту продукции от переохлаждения,
отключая приточную вентиляцию при неисправной работе смесительного клапана.
В хранилищах вместимостью более 1000 т используют оборудование ОТРХ-М со шкафом управления ШАХ-1, а также
оборудование «Среда-1» (для картофеле- и овощехранилищ) и
«Среда-2» (для лукохранилищ) с вентиляционными, электрокалориферными, холодильными установками и системами управления.
Оборудование типовых фруктохранилищ вместимостью от
270 до 3000 т включает отопительно-вентиляционные, холодильные, увлажнительные и другие установки. В комплекте используются щиты управления типа ШАП-59, обеспечивающие автоматическое управление температурно-влажностными режимами
в камерах, перемешивание, защиту оборудования от аварийных
режимов, сигнализацию.
В современных условиях сохранить овощи и фрукты свежими длительный срок помогают инновационные технологии,
83

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

автоматизированные системы управления на базе микропроцессорной и компьютерной техники. В зависимости от задач автоматические системы могут быть различными. Иногда требуется
лишь включение и выключение системы вентиляции, в других
случаях необходимо искусственное изменение температуры,
влажности, проведение дезинфекции по отдельности для разных
культур, централизованное управление процессами нескольких
овощехранилищ.
Универсальная автоматизированная система управления
«Агро-7 микроклимат» предназначена для контроля среды в овощехранилищах насыпного и контейнерного типа. Она обеспечивает наилучшие условия хранения при минимальном потреблении электроэнергии. Гибкое программное обеспечение комплекса
позволяет совершенствовать и внедрять новые технологии хранения, разрабатывать современные конструкции хранилищ, получать более точные показания для расчета стоимости хранения
продукции, а также данные для научных исследований.
На рисунке 3.17 показана структурная схема управляющей
автоматизированной системы комплекса «Агро-7 микроклимат»
для овощехранилища с двумя независимыми вентиляционными
камерами, в которую входят сенсорный панельный контроллер
ОВЕН СПК207-web, блок управления вентиляционной камерой (ОВЕН МВУ8 или МВ110-хх), блок силовой коммутации,
блок-преобразователь для датчиков (ОВЕН МВА8 или МВ110-8А).
Комплектация каждого блока определяется при проектировании
системы с набором необходимых функций для конкретного хранилища.
Широкие возможности комплекса обеспечивает контроллер СПК207 с функцией удаленного наблюдения за процессом
хранения. Контроллер позволяет управлять оборудованием в
нескольких независимых секциях или нескольких хранилищах.
С помощью активных закладок можно легко переходить с одного
экрана на другой.
Для каждого вида овощей и фруктов в программе рецептов
«Менеджер просмотра» создаются пользовательские настройки
параметров и режимы хранения. Можно создать специальную
программу управления распределительными каналами в зависимости от загрузки, режима и температуры продукта.
Основной расход электроэнергии приходится на систему вентилирования и отопления. В программе СПК207 создан специ84

3.5. Оборудование для создания микроклимата в хранилищах

альный алгоритм адаптивного управления работой ЕС-вентиляторов, который корректирует их мощность в зависимости от
текущего состояния микроклимата в хранилище, выбранного
режима, температуры и влажности продукта.
Архив
параметров

СПК207
RS-485
MB110-8A

МВУ8

Обогреватель Озонатор
венткамеры

БП60Б

Привод
заслонок 1

Холодильник Вентилятор 1

MB110-8A

Обогреватель Струйный
венткамеры вентилятор

MBA8

МВУ8

Привод
заслонок 2

Увлажнитель Вентилятор 2

Рис. 3.17. Структурная схема системы «Агро-7 микроклимат»

В среднем в режиме автосохранения для картофелехранилища площадью 500 м2 требуется около 7...12 кВт ⋅ ч электроэнергии
в день.
Управление одним или несколькими вентиляторами осуществляется модулем МВУ8 с аналоговыми выходами (0...10 В).
В каждой вентиляционной камере установлены два цифро-аналоговых преобразователя (0...10 В) для управления вентиляторами и приводами воздушных заслонок. Точность работы воздуш85

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

ных заслонок определяется программным ПИД-регулятором.
Управление многочисленными заслонками распределительных
каналов можно организовать с экрана оператора.
Сигналы от датчиков температуры через модуль МВ110-8А
поступают на СПК207, обрабатываются в программе контроллера (могут отображаться на панели) и передаются по интерфейсу
RS-485 на модуль МВУ8 или МВ110 для управления соответствующим исполнительным оборудованием.
3.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИНКУБАТОРЫ
Инкубатором называют аппарат, в котором искусственно выводят молодняк сельскохозяйственной птицы из яиц. При благоприятных условиях зародыш будет развиваться, получая питание
из желтка, а белок и скорлупа – это его защита от внешнего мира
на период созревания.
Современные электрические инкубаторы – это сельскохозяйственные машины для создания и автоматического поддержания
необходимого микроклиматического режима, обеспечивающего
нормальное развитие эмбрионов яиц: температура 36...38 °С; относительная влажность воздуха 45...70 %; кратность воздухообмена 6...36 в час при скорости воздуха до 1,7 м/с, а также периодическое поворачивание лотков с яйцами.
Инкубация яиц происходит в инкубатории, который представляет собой помещение с относительно стабильной температурой ≈22 °С зимой и до 26 °С летом. Для инкубации яиц применяют комнатные и шкафные инкубаторы конвективного типа,
среди которых различают специальные (предназначенные для
инкубации яиц отдельных видов птицы) и универсальные (для
инкубации яиц разных видов сельскохозяйственной птицы).
В зависимости от технологической направленности шкафы
подразделяют на инкубационные (для основной инкубации), выводные (для вывода молодняка после предварительной инкубации) и с полным циклом (от начала инкубации и до окончания
вывода). По числу закладок инкубаторы подразделяют на одногрупповые (для закладок лишь одной партии) и многогрупповые
(для закладок нескольких партий по специальному графику с
определенными промежутками).
Все инкубаторы, различаясь конструкцией, имеют термостатный корпус, который создает объем камеры для размещения
86

3.6. Электрические инкубаторы

лотков с яйцами. В них обеспечивается автоматическая система
отопления, воздухообмена, поддержания влажности воздуха, изменение наклона лотка с яйцами (повороты). В выводных инкубаторах повороты не предусмотрены технологией. Температурный режим в них обеспечивается элементными нагревателями
(ТЭНами), увлажнение – специальными распылителями, форсунками. Предусмотрена и система автоматизированных измерительных приборов. О происходящих отклонениях от заданных
параметров оповещает звуковая или световая сигнализация.
В настоящее время для инкубации яиц сельскохозяйственной
птицы в странах СНГ чаще всего используют промышленные
инкубаторы модификации «Универсал», ИКП-90, ИУП-Ф-45,
ИУПВ и др.
Инкубатор ИКП-90 «Кавказ» имеет 6 инкубационных камер
общей вместимостью 78 624 яйцемест и 1 выводную камеру на
13 104 яйцемест. Установленная мощность инкубатора – 34,2 кВт.
Наиболее распространены инкубаторы «Универсал-55», состоящие из трех инкубационных и одного выводного шкафа.
Общая вместимость инкубатора 56 056 яиц. Мощность системы
электрообогрева – 20 кВт.
Все инкубационные шкафы и выводной шкаф этого инкубатора имеют одинаковую электрическую схему с элементами, смонтированными в щитах: командного устройства, управления температурно-влажностным режимом и механизма поворота лотков.
Электрооборудование командного устройства и механизма
поворота обеспечивают:
••подачу напряжения на щиты управления;
••защиту двигателей от работы на двух фазах, контроль напряжения в сети, автоматический поворот барабанов на 90° через
каждый час;
••автоматическую установку барабанов в вертикальное положение;
••невозможность включения двигателя механизма поворота
при открытом замке лотков.
Электрическая схема управления температурно-влажностным режимом инкубатора (рис. 3.18) обеспечивает:
••включение и отключение двигателя М1 вентилятора;
••включение и отключение нагревателей ЕК1 и ЕК2;
••отключение нагревателей и включение тягового электромагнита YA2 заслонок при перегреве;
87

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

••включение соленоида увлажнения YA1;
••звуковую сигнализацию при аварийном перегреве шкафа
инкубатора.
KK1

PE

M1

FU3
EK1

EK2
FU4 SA1 KV2.1

KM2.1

PE

M2

HL1

KV2.2

HL2
HL3
KM2
YA1
SQ1
PE

Датчик температуры
Трехпозиционный
регулятор РТИЗ
Охлаждение
Норма

Разогрев
Реле блокировки
тиристора

Соленоид охлаждения

KM1 KK1

Управление
вентилятором

TV1

Понижающий
трансформатор
SK1
A2

SA2 KM1.2
VD1

Электродвигатель
распылителя

RK1 A1

KV2.3

VS1

Электродвигатель
вентилятора

Температурная
сигнализация

KM1

Регулятор температуры

FU1
FU2

SK1
R1 C1

A2

YA2

KV1

HL4

KM1.3
KV1.2

KV2

Влагорегулятор

3NPE ~50 Гц 400/230 В

L1
L2
L3
N
PE

Датчик
Привод
клапана

Защита превышения
температуры
свыше 38,3 °С
Размножение контактов

Рис. 3.18. Принципиальная электрическая схема управления
температурно-влажностным режимом инкубатора

Конструкция вентиляционной системы обеспечивает равномерность температурно-влажностных полей внутри шкафа.
В процессе инкубации яиц вентилятор включен постоянно.
При открытии дверей шкафа конечный выключатель SQ1 отключает двигатель вентилятора М1 и нагревательные элементы
EK1 и EK2.
В инкубаторах «Универсал-55» установлена универсальная
автоматика с электронным регулятором температуры РТИ-3 и
тиристорным бесконтактным устройством. При низкой температуре в камере терморегулятор А1 обеспечивает открытие тири88

3.6. Электрические инкубаторы

стора VS1, и на обогревательные элементы EK1 и EK2 подается
напряжение, равное половине номинального. Если этого недостаточно, терморегулятор подает сигнал на катушку магнитного
пускателя КМ2, контакт КМ2.1 шунтирует тиристор, и на нагревательные элементы подается полное напряжение сети.
При дальнейшем повышении температуры в шкафу сначала
отключается пускатель КМ2, а затем посылается сигнал на закрытие тиристора. В аварийном режиме (при превышении 38 °С)
замыкающий контакт термореле SK1 отключает промежуточное
реле KV2. Терморегулятор А1 включает соленоид охлаждения
YA1, который открывает заслонку и увеличивает поступление
более холодного воздуха в камеру. При этом включается световая
и звуковая сигнализация.
Чувствительным элементом для измерения относительной
влажности служит увлажненный контактный термометр с переменным контактом типа ТПК-П. Диапазон регулирования влажности 40...75 % с точностью ±3 %. При снижении влажности воздуха на 3 % влагорегулятор А2 включает соленоид YA2, подается
вода на диск механического распылителя с электроприводом М2,
и зажигается сигнальная лампа HL4.
Для замены автоматики старого образца на базе ТЭ3П и РТИ
разработан блок управления БМИ-Ф-15.01М, который может
быть установлен на любые промышленные инкубаторы. В функции БМИ входит автоматическое поддержание заданной температуры и относительной влажности в инкубаторе, а также регулирование и отображение на дисплее установленных значений
инкубации. Контроль над режимами инкубации осуществляется
при помощи датчиков температуры и влажности.
Блок управления инкубатором БМИ-Ф-15.01М дополнительно контролирует как количество, так и сам поворот барабана. Также в функции блока БМИ входит контроль скорости
вращения вентилятора, открытие дверей и фиксирование факта
изменения заданных параметров. Аварийный сигнал на блоке
БМИ-Ф-15.01М включается в момент достижения предельной
температуры, влажности и неисправности вентилятора. Режимы
инкубации и контроля могут быть заданы как вручную, через
клавиатуру, так и удаленно, через компьютер.
Система MИKO 1.1 (рис. 3.19) предназначена для использования в инкубаториях «Универсал-50», «Универсал-55», ИУП-Ф-45,
89

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

ИУПВ и других выводных камерах. Самонастраивающаяся система обеспечивает непрерывный контроль и поддержание в заданных пределах основных параметров процесса инкубации и не
требует вмешательства персонала во время всего периода инкубации.
Датчик
влажности

Датчик
вращения
вентилятора

Сигналы
датчиков

RS485

Инкубационный
шкаф

Силовой
щит
Сигналы
датчиков

Блок управления
контроля

RS485

Блок управления
заслонкой

Сеть сбора данных RS485

Датчик
температуры

Компьютер
USB

RS485
Преобразователь
интерфейса
USB

Диспетчерский пульт
КОНТРОЛЬ и УПРАВЛЕНИЕ

Рис. 3.19. Функциональная схема применения системы МИКО-1.1

В настоящее время разработаны различные конструкции и
модификации автоматизированных инкубаторов для фермерских
и домашних хозяйств.
Например, автоматические инкубаторы «Спектр-84» и
«Блиц-48» (рис. 3.20) предназначены для инкубации яиц домашней птицы в личном хозяйстве.
В инкубаторе «Спектр-84» вместимостью 84 куриных яйца:
••организованы воздушные потоки по двухкамерной схеме
(по аналогии с промышленными инкубаторами), что позволяет
создавать равномерное поле температуры и влажности по всему
объему инкубатора;
••поддерживается стабильная температура в пределах заданных параметров с помощью контроллера, обеспечивающего пропорционально-интегрированную дифференцирующую систему
управления;
90

3.6. Электрические инкубаторы

••выдерживается необходимый режим обдува яиц, воздухообмена, следствием чего является высокий процент выводимости
(не менее 85 % от оплодотворенных яиц);
••обеспечивается надежность электроснабжения путем автоматического переключения на аккумуляторную батарею 12 В при
аварийном отключении сети питания;
••обеспечивается высокий антибактериальный уровень изделия за счет возможности (в отличие от пенопластовых моделей) качественной мойки пластиковых деталей после процесса инкубации;
••реализована система аварийной сигнализации в случае отклонения температуры и влажности от заданных параметров;
••контролируется уровень жидкости в поддоне, процесс
вылупления птенцов за счет полупрозрачного корпуса.

а

б

Рис. 3.20. Бытовые автоматические инкубаторы:
а – «Спектр-84»; б – «Блиц-48»

В фермерском инкубаторе «Стимул-500М2-Ф» (рис. 3.21)
вместимостью 560 куриных, 405 утиных, 270 гусиных яиц для
управления предусмотрен пульт с ЖК-дисплеем, соединенный
с блоком управления. С помощью кнопок он позволяет задавать
значения температуры и влажности, степень открытия заслонок,
частоту поворота лотков. Блок с исполнительной автоматикой
находится в пластиковом шкафу на задней панели инкубатора.
Камера инкубатора выполнена из сэндвич-панелей, соединенных металлическими профилями, и для мобильности оснащена двумя парами колес. Передняя пара имеет поворотный и
стопорный механизмы для более удобного перемещения. Тележка
также комплектуется поворотным механизмом (актуатором) с ме91

Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания и регулирования микроклимата

таллическими универсальными лотками, которые выполнены из
жесткой сетки, и каркасом из оцинкованной стали с порошковой окраской. Универсальные лотки (4 шт.) обеспечивают непрерывность процесса инкубации, потому что нет необходимости в
перекладке яиц из предварительных лотков в выводные корзины. Конструкция лотка позволяет инкубировать все виды яиц
сельскохозяйственной птицы в оптимальных для каждого вида
условиях.

1 2

3

Рис. 3.21. Фермерский универсальный инкубатор «Стимул-500М2-Ф»:
1 – тележка; 2 – лотки; 3 – шкаф инкубатора

Воздухообмен обеспечивается системой из двух заслонок:
приточной (на задней панели инкубатора) и вытяжной (на верхней панели), а также вентилятором внутри камеры, поддерживающим режим охлаждения. Нагрев воздуха происходит за счет
включения электрического нагревательного элемента. Увлажнение осуществляется через форсунку внутри камеры с помощью
насоса. Для работы системы увлажнения требуется подключение
инкубатора к емкости с водой.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. В чем состоит назначение и какие существуют разновидности калориферов?
2. Назовите назначение, устройство и принцип действия ЭКУ.
92

Контрольные вопросы и задания

3. Какие нагревательные элементы используют в электрических калориферах?
4. Как определяют полезную мощность для нагревания воздуха?
5. По каким параметрам выбирают ЭКУ?
6. В чем состоит задача проверочного расчета ЭКУ?
7. Где применяют ЭКУ в сельском хозяйстве?
8. Назовите назначение, разновидности, устройство теплогенераторов.
9. Перечислите достоинства и недостатки теплогенераторов.
10. Как классифицируют установки для создания микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях?
11. Опишите приточно-вытяжную установку ПВУ, ее устройство и принцип действия.
12. Опишите установку комбинированного обогрева поросят
ЭИС-11-И1 «Комби», ее устройство и принцип действия.
13. Где применяют установки местного электрообогрева, каковы их достоинства?
14. Назовите устройство, достоинства и недостатки электо­
обогреваемых полов, плит, панелей и ковриков.
15. По каким признакам классифицируют оборудование кондиционирования воздуха?
16. В чем состоит задача расчета электрообогреваемого пола в
животноводческих помещениях?
17. Как рассчитывают электрообогреваемые полы в животноводческих помещениях?
18. Какие виды обогрева почвы и воздуха существуют в сооружениях защищенного грунта?
19. В чем состоят достоинства и недостатки разных способов
укладки нагревательных элементов в сооружениях защищенного
грунта?
20. Как определяют мощность электрообогрева сооружений
защищенного грунта?
21. Какое электротермическое оборудование и устройства используют для создания микроклимата в хранилищах?
22. Для каких целей используют инкубаторы?
23. Назовите наиболее распространенные типы инкубаторов.
24. Как устроен электрический инкубатор?

93

РАЗДЕЛ 4.
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ И СУШКИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
4.1. УСТАНОВКИ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ
В сельскохозяйственном производстве важнейшее значение
имеет удлинение сроков сохранности и повышение качества продуктов и кормов. Это достигается следующими основными способами: сушкой, тепловой обработкой и созданием надлежащих
условий хранения продукции растениеводства и животноводства.
Сушка – один из наиболее распространенных процессов
электротепловой обработки продуктов и кормов с целью их обез­
воживания. При этом подвод тепловой энергии возможен как
через поверхность продукта, так и объемным путем. Традиционный поверхностный электронагрев осуществляется конвективным, контактным и терморадиационным путем. Объемный ввод
тепловой энергии в продукт более прогрессивен и возможен при
сушке в электрическом поле высокой частоты.
Процессы сушки весьма энергоемки, имеют невысокий КПД,
поэтому применение электронагревательных установок связано
с большим расходом электроэнергии. В сельскохозяйственном
производстве наиболее распространены электросушка семенного зерна, активное вентилирование зерна и сена с электроподогревом в сочетании с другими видами сушки (гелио- и огневая
сушка).
Под активным вентилированием зерна принято понимать
тепловлагообмен между циркулирующим воздухом и зерновой
массой. В общем случае вентиляция приводит к снижению биологической активности внутри зерновки, что позволяет избежать
94

4.1. Установки активного вентилирования

его быстрой порчи. Продуваемый воздух может иметь параметры
влажности и температуры, равные атмосферным показателям,
либо может быть дополнительно нагрет или охлажден (в зависимости от поставленных задач). Целью активного вентилирования может являться сушка зерна, его временная консервация,
обогрев после зимнего периода перед посевной либо обновление
газового состава воздушных масс в межзерновом пространстве.
Активное вентилирование заключается в интенсивном принудительном продувании атмосферного воздуха через непо­
движную насыпь зерна. Это один из важнейших технологических приемов послеуборочной обработки и хранения зерновых
масс. Современные вентиляторы позволяют успешно проводить
активное вентилирование зерновых насыпей высотой до 5...6 м в
складах, на площадках и в бункерах.
Активное вентилирование основано на использовании скважистости зерновой массы: многочисленные межзерновые пространства образуют в зерновой массе воздухопроводящую систему, делают ее проницаемой для воздуха или газов, которые могут
перемещаться по всему ее объему в любом направлении. Поток
воздуха оказывает воздействие на температуру и влажность зерна, изменяет газовый состав воздуха межзерновых пространств,
т. е. воздействует на те факторы, от которых в первую очередь зависит уровень жизнедеятельности всех живых компонентов зерновой массы, а значит, и ее сохранность.
Основной технологический эффект активного вентилирования заключается в снижении интенсивности биологических процессов порчи зерна, что консервирует его на некоторый период.
Таким образом, при помощи активного вентилирования повышается сохраняемость зерна, обеспечивается выигрыш во времени, особенно в уборочный период, и представляется возможным
провести качественную послеуборочную обработку урожая меньшим количеством очистительной и сушильной техники и обслуживающего персонала. При активном вентилировании зерна исключается его перемещение, перегрев при сушке, травмирование.
Все установки активного вентилирования зерна можно классифицировать по нескольким признакам:
••по назначению: для консервации зерна охлаждением; универсальные (для сушки и охлаждения); аэрационные;
••способу подвода воздушного потока в зерновую массу: с
вертикальным односторонним; горизонтальным радиальным
95

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

(одно- и двусторонним); горизонтальным поперечным; со смешанным воздухораспределением;
••типу воздухораспределительных устройств: с коробами
или каналами; перфорированные «ложным» полом; перфорированные трубами; перфорированные жалюзийными стенками;
перфорированные центральным и наружным цилиндрами;
••конструктивному оформлению камеры: безкамерные (напольные); вентилируемые бункеры; закрома и силосы различной формы;
••способности к передвижению: стационарные и переносные;
••типу разгрузочных устройств: саморазгружающиеся; с
пневмовыгрузными устройствами; со шнековыми разгрузчиками.
Установки активного вентилирования зерна
Активное вентилирование зерна чаще всего проводят в закромах или специальных вентилируемых бункерах. В закромах
(рис. 4.1) зерно насыпают слоем 1,0...1,5 м и продувают через него
холодный или подогретый воздух по системе воздуховодов и воздухораспределителей.

2
1

3
4

Рис. 4.1. Схема активного вентилирования
с электроподогревом воздуха в закромах:
1 – воздухораспределительный канал; 2 – зона выхода воздуха;
3 – закром с зерном; 4 – вентилятор с электрокалорифером

При сушке зерна в закромах воздух подают в воздухораспределительный канал с помощью центробежных вентиляторов и
подогревают калориферами (воздухоподогревателями) с ТЭНами.
Воздухоподогреватель электрический ВПЭ-6А мощностью
26 кВт (включая мощность нагревателей 16 кВт) обеспечивает
подачу воздуха до 6 тыс. м3 ⋅ ч. Калорифер электроподогревателя
содержит 32 ТЭНа, соединенных в три секции, что позволяет
96

4.1. Установки активного вентилирования

изменять мощность и, следовательно, температуру выходящего
воздуха в соответствии с требованиями технологии.
Вентилирование в закромах применяется также при длительном хранении зерна для предотвращения его самосогревания.
Вентилируемые бункеры БВ-6, БВ-12,5, БВ-25, БВ-40, БВ-50
для сельского хозяйства имеют радиальное воздухораспределение
и снабжены электрокалориферами для подогрева подаваемого в
бункер воздуха с целью снижения его относительной влажности
до 65 %.
Чаще всего используют бункеры БВ-25, БВ-40 и К878 (Германия) вместимостью соответственно 25, 40 и 29 т, установленной
мощностью 29,5, 47,5 и 25,5 кВт (в том числе мощность электрокалорифера 24, 40 и 18 кВт).
Вентилируемые бункеры размещают раздельно или в составе отделений бункеров в зданиях закрытого типа с легкими
ограждающими конструкциями. В состав отделения бункеров
ОБВ-100 входят четыре бункера БВ-25, а ОБВ-160 – четыре бункера БВ-40.
Бункер вентилируемый БВ-25 (рис. 4.2) представляет собой
стационарную установку цилиндрической формы. На тумбе, состоящей из кольцевой рамы, опирающейся на четыре стойки с
раскосами, смонтирован вертикальный цилиндр (корпус) с перфорированными стенками и конусообразным дном, в нижней
части которого сделано выпускное устройство с шибером (заслонкой).
Внутри корпуса по центру размещена воздухораспределительная труба, выполненная из отдельных секций. Секции корпуса и
воздухораспределительной трубы изготовлены из штампованного
перфорированного полотна с односторонней отгибкой. Воздухораспределительная труба зафиксирована по центру хомутами с
растяжками. На верхнем конце трубы смонтировано устройство
для равносторонней загрузки зерна в бункер, состоящее из приемного распределителя зерна и конуса.
Внутри трубы находится клапан, который при помощи трособлочной системы от лебедки можно установить на любом уровне.
Снизу воздухораспределительная труба заканчивается обратным
конусом. Воздушный патрубок, приваренный ко дну бункера,
соединяют гибким рукавом или металлическим воздуховодом с
вентилятором.
Вентилируемый бункер снабжен разборными лестницами:
наружными (с ограждением) и внутренней. В верхней части на
97

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

стенке бункера установлен датчик уровня зерна, сигнализирующий о полном заполнении бункера. В нижней или во второй
снизу секции бункера на наружную стенку его навешивают регулятор влажности ВДК, который автоматически отключает систему вентиляции бункера при снижении влажности зерна до
кондиционной.
9

10 11 12

8
7
6

13
14

5
4
3
2

15

1
20

16
17
18
19

Рис. 4.2. Схема конструктивная бункера БВ-25:
1 – лебедка; 2 – кольцевая рама; 3 – корпус; 4 – пробоотборник;
5 – регулятор влажности ВДК; 6, 8 – грузики; 7 – флажок;
9 – датчик уровня зерна; 10 – кронштейн с блоками;
11 – клапан; 12 – распределитель зерна; 13 – конус; 14 – труба
воздухораспределительная; 15 – люк; 16 – кольцо регулировочное;
17 – шибер; 18 – вентилятор центробежный с электродвигателем;
19 – электрокалорифер; 20 – воздушный патрубок

Перед загрузкой бункера зерном шибер закрывают, а клапан поднимают в верхнее положение. После того как бункер
будет загружен зерном до заданного уровня (поверхность зерновой массы при этом должна иметь форму правильного конуса),
клапан опускают в положение, при котором его верхний торец
будет на 150...200 мм ниже уровня зерна у воздухораспределительной трубы. При этом грузик ляжет на поверхность зерна, а
98

4.1. Установки активного вентилирования

флажок зафиксирует средний уровень зерна в бункере. После
этого универсальный переключатель режимов станции управления устанавливают в положение «Сушка» и включают в работу
вентилятор.
В вентилируемом бункере атмосферный воздух при влажности более 65 % подогревают на 5...6 °С двухсекционным калорифером.
После снижения влажности зерна до 15 % (у стенки корпуса)
его выгружают из бункера. Для очистки дна бункера от остатков
зерна клапан опускают в нижнее положение и на 2...3 мин включают вентилятор.
В бункер засыпают только предварительно очищенное зерно.
При влажности зерна до 22 % бункер заполняют полностью. При
более высокой влажности бункер доверху заполнять нельзя, и в
процессе вентилирования один-два раза в сутки зерно следует
пересыпать снизу наверх или в другой бункер для его перемешивания и более равномерной сушки. Отбирают пробы для определения влажности и замеряют температуру зерна в бункере через пробоотборник. Производительность БВ-25 при сушке зерна
(воздух подогрет на 6 °С, давление 780...1800 Па, съем влаги 6 %)
составляет 0,25 т/ч.
Шкаф управления бункером БВ-25, принципиальная электрическая схема которого приведена на рисунке 4.3, обеспечивает автоматическую сушку зерна. Контроль режимов и продолжительности сушки осуществляют с помощью влагорегуляторов
Sϕ1–Sϕ3, настроенных соответственно на влажность воздуха 70,
80 и 65 %. Sϕ1 и Sϕ2 контролируют влажность воздуха, входящего в вентилятор, а Sϕ3 – на выходе из бункера активного вентилирования.
При заполнении бункера контакт SL датчика уровня замыкается и включается световая HL и звуковая HA сигнализации.
Нажатием кнопки SB7 звуковую сигнализацию можно отключить.
Ручной или автоматический режим работы задают переключателем SA. В автоматическом режиме нажатием кнопки SB2 осуществляют пуск электродвигателя М вентилятора и включение
реле времени КТ. С выдержкой времени 200 с его контакт замыкается в цепи реле KV3. Если зерно влажное, то относительная
влажность выходящего из бункера воздуха более 65 % и контакт
Sϕ3 будет разомкнутым. Вентилятор будет работать, пока влажность воздуха не станет ниже 65 % и контакт Sϕ3 не замкнется.
99

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки
3NPE ~50 Гц 380/220 В
PE L1 L2 L3 N
QF

KM1

KM2.1

KM3.1

EK1

EK2

M
Двигатель
Электрокалорифер
вентилятора 1-я секция
2-я секция
SA
А О Р SB1
SB2
SF
KV3
KM1.2

L2

SB4

SB3

KV1.3

KM2

KM2.2
SB5

SB6
KM3.2

KV1.1
KV1.2
KV2

SA
KM1.4
TV
Sj1
Sj3
SL

HL

KV2
KT

N
KT

1-я секция

2-я секция

Реле времени
Понижающий
трансформатор

KV1

Sj2

KM3

Включение
вентилятора

KV3

Контроль
влажности
воздуха

SA

KM1

Включение
электрокалориферов

L1

на входе
в бункер
на выходе
из бункера

Рис. 4.3. Принципиальная электрическая схема
управления бункером активного вентилирования

При относительной влажности воздуха более 70 % замыкается контакт Sϕ1, сработает реле KV1, и магнитный пускатель КМ2
включит первую секцию калорифера ЕК1. Аналогично при влажности воздуха более 80 % контакт Sϕ2 включит реле КV2, и магнитный пускатель подключит вторую секцию калорифера ЕК2.
На рисунке 4.4 приведена функциональная схема усовершенствованной системы автоматического регулирования на основе
нечеткой логики.
На приводной асинхронный электродвигатель приточного
вентилятора подается напряжение с преобразователя частоты,
тем самым позволяя изменять частоту вращения вентилятора, а
следовательно, и его производительность в значительных преде100

4.1. Установки активного вентилирования

лах с минимальными потерями энергии. Температуру нагревательного элемента калорифера, а следовательно, и температуру
воздуха на входе бункера можно изменять с помощью тиристорного регулятора напряжения. Для задания частоты вращения
двигателя вентилятора и температуры калорифера используется
программируемый логический контроллер, к которому подключены все датчики.
Воздух

Вентилятор

f

Калорифер

U

F1

T1

Бункер

T2

F2

Датчик
Датчик
Датчик
Датчик
Регулятор
Частотный
преобразователь напряжения влажности температуры температуры влажности
воздуха
воздуха
зерна
воздуха
Программируемый
логический
контроллер

Рис. 4.4. Функциональная схема системы автоматического
управления бункером активного вентилирования зерна

Таким образом, выходными величинами системы управления бункером активного вентилирования зерна являются две
лингвистические переменные: «Частота» – частота питающего
напряжения двигателя вентилятора и «Напряжение» – напряжение питания нагревательного элемента калорифера.
В режиме сушки зерна в качестве входных величин системы управления принимают следующие лингвистические переменные: «Влажность зерна на входе» – F1, «Влажность зерна на
выходе» – F2 и «Температура воздуха на входе» – Т.
Алгоритм работы системы в режиме сушки заключается в
следующем. Если влажность зерна велика (идет активная отдача влаги), увеличивается подача воздуха с соответствующим
повышением его температуры. Таким образом, происходит интенсификация процесса сушки, позволяющая снизить затраты
электрической энергии. С помощью контроллера можно автоматизировать и все остальные процессы сушки зерна: загрузку и
выгрузку бункера.
Установки активного вентилирования сена
Для получения сена высокого качества его заготовку начинают при высокой влажности с последующим досушиванием
101

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

активным вентилированием. Скошенную траву провяливают на
солнце и при влажности 35...40 % укладывают в сарай или под
навес в скирду на специально устроенные воздухораспределители из перфорированных труб, коробов из досок, жердей и т. п.
Установка УВС-16А предназначена для досушивания неизмельченного, измельченного и прессованного сена на открытых
площадках и в сенохранилищах (рис. 4.5).
3

4

2
1
а

б

в
Рис. 4.5. Схема технологического процесса подготовки и сушки сена:
а – создание воздушного канала: 1 – вентилятор
с электрокалорифером; 2 – воздухораспределительный канал;
3 – элементы воздухораспределительного канала;
4 – скирда; б – удаление поддонов; в – движение воздуха

Она состоит из пятисекционного извлекаемого воздухораспределительного канала (см. рис. 4.5, а), переходника и вентилятора. Извлекаемый канал предназначен для образования полости
в скирде, через которую вентилируют сено.
Подвяленная трава стогометателем укладывается на канал
слоем толщиной 1,5...2,0 м (при исходной влажности 30...45 %)
и вентилируется непрерывно в течение 1,5...2 сут до достижения
влажности в верхней части 25...30 %. После закладывают второй
102

4.1. Установки активного вентилирования

слой и сушат еще в течение 3...5 сут. При достижении влажности
массы в верхней части 25...30 % закладывают третий слой и сушат до окончательной влажности массы 17...18 %.
Если досушивают сено с влажностью до 25 %, то первый
слой укладывают толщиной 3,5 м и вентилируют в течение
10...15 ч. После этого укладывают второй слой толщиной 1 м и
продолжают сушку еще 15...18 ч. Пока происходит усадка сена,
канал остается под скирдой. Его извлекают из-под скирды трактором (см. рис. 4.5, б) и на вторые-третьи сутки используют для
укладки следующей скирды. Через оставшийся под скирдой канал продолжают вентилировать сено до полного его высыхания
(см. рис. 4.5, в).
Установка УДС-300 для сушки рассыпного и прессованного сена
включает осевой вентилятор, электрический калорифер и систему
распределительных воздуховодов. Имеет установленную мощность
19,5 кВт (в том числе мощность калорифера 15 кВт), воздухопроизводительность – 20 тыс. м3/ч. С помощью установки УДС-300 за
сезон получают 50...60 т сухого высококачественного сена.
Для повышения эффективности досушивания сена и снижения энергозатрат применяют циклическую сушку, при которой
вентилирование чередуют с остановкой подачи воздуха.
Расчет мощности электроподогревателей воздуха
В основе расчета используют материальный и тепловой баланс сушильной установки.
Исходные данные: масса сырого материала m (кг); его исходная W1 и конечная W2 влажность (%); температура t 0 (°С) и
относительная влажность наружного воздуха ϕ0 (%); температура
воздуха, выходящего из калорифера t 2 (°С); время сушки τ (с).
Из материального баланса сушки определяют массу испаряемой влаги, кг:
m(W1 − W 2 )
mв =
.
(4.1)
100 − W 2
Необходимую подачу вентилятора (м3/с) определяют по формуле
Vτ =

mв103
,
ρτ(d2 − d1 )

(4.2)

где ρ – плотность воздуха, кг/м3, при средней относительной
влажности ϕ = 0,5(ϕ0 + ϕ2), %; d1 и d2 – влагосодержание воздуха
на входе и выходе из материала, г/кг.
103

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

Влагосодержание d1 определяют при температуре t 0 и относительной влажности ϕ0, d2 – при температуре t 2 и относительной
влажности ϕ2. Из опыта принимают t 2 = t 1 –(3...4)°С, ϕ2 = 80 %.
Мощность электрического калорифера:
V τρ(h1 − h0 )
(4.3)
,
ηηk
где h1 и h 0 – энтальпия воздуха соответственно после и до прохождения через калорифер, Дж/кг; η = 0,8...0,9 – коэффициент,
учитывающий потери воздуха в сушилке; ηk = 0,90...0,95 – КПД
электрокалорифера.
Значения d1, d2, h 0 и h1 находят по h–d-диаграмме.
P =

4.2. УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ КОРМОВ
Тепловая обработка представляет собой технологический
процесс воздействия теплотой на материал, в результате которого изменяются его состояние, структура или физико-химические
свойства.
Для электротепловой обработки сельскохозяйственных материалов чаще используют устройства косвенного нагрева с элементными нагревателями и промежуточным теплоносителем (горячая вода, пар, полученные в электрических водонагревателях
и парогенераторах), а также устройства прямого (электродного) и
инфракрасного нагрева.
В сельскохозяйственном производстве тепловой обработке
(запаривание, заваривание, подогрев и т. п.) подвергают продукты
и корма, чтобы повысить их пищевые качества (переваримость,
питательность, усвояемость и др.), создать наиболее благоприятные условия микроорганизмам (при силосовании, дрожжевании
и других биотехнологических процессах) или подавить их развитие в целях обеззараживания продукции (пастеризация, стерилизация и т. п.). Тепловое воздействие используют при предпосевной и предпосадочной обработке семенного материала и
дезинсекции зерна для уничтожения амбарных вредителей.
Основная цель обработки кормовых материалов – обеззараживание и перевод трудноперевариваемых высокомолекулярных
природных полимеров (например, лигнина в соломе, крахмала в
зерне и др.) в более усвояемые низкомолекулярные формы, создание благоприятных условий для жизнедеятельности микрофлоры
желудка животных.
104

4.2. Установки тепловой обработки кормов

При традиционных способах обработки фуражного зерна
(пропаривание, экструдирование, микронизация и т. п.) применяется преимущественно термическое воздействие на материал
при высоких температурах (100 °С и более), что приводит к значительной энергоемкости процессов. С помощью электрического тока можно сочетать термическое и физико-химические воздействия (насыщение ткани ионами, повышение массопереноса,
проницаемости, активности ионов), т. е. прибегая к нетепловым
эффектам, интенсифицировать химические превращения, снизить температуру обработки и расход энергии.
Наиболее полное использование действий электрического
поля обеспечивается в электротехнологических процессах обработки кормовых материалов. К ним можно отнести электротермохимическую обработку (ЭТХО) соломы, электрогидротермическую обработку (ЭГТО) и ЭТХО фуражного зерна. Основными
реакциями преобразования крахмала в зерне являются клейстеризация и декстринизация, лигнина в соломе – делигнификация.
В естественном виде кормовые материалы являются, как
правило, несовершенными диэлектриками и не проводят электрический ток. Обработка кормовых материалов (соломы, зерна
и др.) электрическим током возможна при относительной влажности более 50 %, поэтому требуется соответствующим образом
подготовить кормовую массу (увлажнить, добавить химические
реагенты и др.).
Технология ЭТХО соломы в потоке включает следующие операции:
••измельчение до размеров сечки (5...6 мм);
••смешивание с водным раствором химических реагентов
(5 % кальцинированной соды, 1,5 % поваренной соли);
••уплотнение полученной смеси до удельной объемной массы 400 кг/м3;
••перемещение уплотненной массы в рабочую электродную
камеру и обработка переменным электрическим током напряженностью 800...1000 В/м.
Энергоемкость процесса ЭТХО соломы на 40...80 % ниже по
сравнению с другими термическими способами обработки. Кормовая ценность соломы после ЭТХО увеличивается в 1,5...2 раза
в сравнении с необработанной (приближается к качеству сена),
прирост живой массы молодняка крупного рогатого скота – на
13...15 %.
105

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

По технологии ЭГТО фуражное зерно плющат до толщины
хлопьев 10–3 м, смешивают с рабочим раствором химреагентов
(2 % карбамида и 1 % поваренной соли) в соотношении (по массе)
1:0,8, уплотняют с усилием 25 кПа, равномерно подают в загрузочный бункер установки (рис. 4.6). Устройство уплотнения (поршень) с помощью кривошипно-шатунного механизма совершает
возвратно-поступательное движение, перемещая порцию корма
из загрузочного бункера в электродную камеру, где происходит
обработка переменным электрическим током низкой частоты.
1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 4.6. Схема установки ЭГТО:
1 – кривошипно-шатунный механизм; 2 – поршень;
3 – загрузочный бункер; 4 – увлажненная зерновая масса;
5 – корпус из диэлектрического материала; 6 – электроды;
7 – обработанный материал; 8 – накопительная емкость

Напряженность электрического поля в рабочей камере составляет 2500...2700 В/м. Электрический ток протекает через влажную
проводящую зерновую массу в течение 2...3 мин, вызывая в ней
термические (масса нагревается до 80...90 °С), электрофизикохимические процессы, ведущие к преобразованию свойств белков,
углеводов, оказывая биологическое действие, снижая бактериальную загрязненность корма. Поскольку клейстеризация крахмала зерна происходит при температуре 55...70 °С, то при ЭГТО
можно завершить процесс обработки при 80 °С, что невозможно
сделать при обработке паром, у которого минимальная температура 100 °С и более. В результате снижаются потери питательных
веществ, витаминов и т. п., уменьшаются энергозатраты.
После обработки зерновая масса имеет хорошие органолептические показатели, хорошо употребляется животными. Кормовая
ценность зерна и приросты живой массы молодняка повышаются
106

4.2. Установки тепловой обработки кормов

на 10...15 %, энергоемкость процесса в 1,5...2 раза ниже, чем при
традиционных технологиях.
В соответствии с технологией ЭТХО плющеное зерно смешивается с раствором хлорида натрия (1 % NaCl на 100...120 % воды
к массе зерна), затем зерновая масса уплотняется до 8...10 кПа
и подается в электродные камеры, разделенные ионоселективной мембраной. На электродах создается напряженность поля
400 В/м униполярного знака. Обработка осуществляется в течение около 1 ч до прохождения через объем камеры удельного количества электричества (15...18) ⋅ 103 Кл/кг сухого зерна, под
действием которого в катодной области рН показатель достигает
10...11, а в анодной области – до 2...4. Конечная температура обработанной массы составляет 55...60 °С.
Данный способ обработки позволяет существенно интенсифицировать электрохимические процессы в массе обрабатываемого зерна, в результате чего по сравнению с обработкой переменным
током снижена конечная температура обработки на 20°, энергоемкость – в 1,5 раза, переваримость вещества зерна – на 15 %.
Установки электродного нагрева с преимущественно термическим действием электрического тока, проходящего по материа­
лу, применяют для подогрева мелассы, обрата, запаривания измельченного картофеля, пастеризации молока, сока, уксуса и др.
За счет объемного ввода энергии вся масса интенсивно и равномерно нагревается, снижаются потери теплоты в окружающую
среду.
При использовании установок инфракрасного нагрева (микронизации) фуражное зерно влажностью 18...20 % подвергают
воздействию инфракрасного (ИК) излучения с длиной волны
1000...5000 нм в течение 50 с. Инфракрасные лучи проникают в
зерно, и их энергия, поглощаясь, вызывает интенсивный нагрев
до температуры 90...100 °С. В результате зерно разбухает, становится мягким и растрескивается. После плющения вальцовой
плющилкой зерно скармливают животным. В результате такой
тепловой обработки повышается энергетическая ценность зерна
на 10...30 %, происходит частичное его обеззараживание, уменьшение всхожести семян сопутствующих сорных растений.
Конструктивно микронизатор зерна устроен подобно сушильным установкам с тонкослойным распределением материа­
ла (на ленте транспортера), над которой располагают ИК-излучатели.
107

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

Установки ИК-нагрева используют также для пастеризации
органических жидкостей (молока, фруктовых, ягодных, овощных
соков и др.), дезинсекции зерна, предпосевной обработки семян.
Дезинсекция зерна или семян основана на избирательном
воздействии ИК-лучей на неоднородные смеси, в результате чего
вредители гибнут от теплового удара. При сочетании ИК-сушки
и дезинсекции зерна удельный расход электрической энергии составляет около 17 кВт ⋅ ч/т.
Лазерные установки используют для облучения яиц, предпосевной обработки семян, в селекционной работе и др.
Технологическая схема установки предпосевной лазерной обработки семян приведена на рисунке 4.7.
1

2

3 4

5

7

6

8
Рис. 4.7. Технологическая схема установки
предпосевной лазерной обработки семян:
1, 8 – загрузочный и выгрузной бункеры; 2 – семена;
3 – желоб; 4 – неоновая лампа; 5 – лазерная установка;
6 – шестигранное зеркало; 7 – электрический привод

Семена из загрузочного бункера движутся по наклонному
желобу и попадают в зону облучения неоновой лампы, изогнутой коленообразно. Тлеющее излучение в диапазоне длин волн
630–650 нм воздействует на семена, подготавливая их к более
эффективному восприятию монохроматического лазерного излучения длиной волны 633 нм. Лазерный луч, отражаясь от вращающегося шестигранного зеркала, распределяется по всей ширине
желоба.
При обработке семян таким способом происходит стерилизация поверхности, стимуляция всхожести, что повышает урожайность на 10...15 %.
108

4.3. Установки для пастеризации и стерилизации молока

4.3. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПАСТЕРИЗАЦИИ
И СТЕРИЛИЗАЦИИ МОЛОКА
Пастеризация – технологический процесс уничтожения в
молоке бактерий (микроорганизмов), находящихся в вегетативной форме. В результате стерилизации погибают не только вегетативные, но и споровые формы микроорганизмов, что существенно увеличивает срок хранения молочной продукции.
К пастеризаторам предъявляют следующие основные требования:
••полное уничтожение микробов всех форм;
••аппарат должен быть универсальным и не вызывать изменения свойств обрабатываемого продукта;
••рабочие органы должны быть стойкими к химическому
воздействию продукта и моющих жидкостей;
••быть простым по устройству и в эксплуатации.
Пастеризаторы классифицируют по следующим основным
признакам:
••по способу тепловой обработки: термические и холодные;
••виду источника энергии: паровые, электрические (с резистивным или индукционным нагревом), инфракрасной радиации, ультрафиолетовые и высокочастотные (ультразвуковые) излучатели;
••характеру протекания процесса: непрерывного и периодического действия.
Наиболее распространенной является термическая пастеризация и стерилизация. В производственной практике используют
три режима термической пастеризации:
••длительный: нагрев молока до температуры 63...65 °С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 30 мин;
••кратковременный: до температуры 74...78 °С с выдержкой в
течение 20...30 с;
••мгновенный: до температуры 85...90 °С с выдержкой несколько секунд или без нее.
При стерилизации молоко нагревают до температуры
120...150 °С и выдерживают в течение 30 мин.
Способы холодной пастеризации (без нагрева молока) заключаются в применении для этих целей ультрафиолетовых облучателей
или вибрационных (звуковых или ультразвуковых) излучателей.
109

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

В ультрафиолетовых облучателях гибель бактерий происходит под воздействием ультрафиолетовых лучей.
В вибрационных пастеризаторах обеззараживание молока
происходит в поле колебаний звуковой частоты. При частоте колебаний 8...10 кГц достаточна секундная выдержка.
Перспективными считают ИК-пастеризаторы (улучшается
качество молока, резко снижаются затраты на строительство котельных, затраты на обслуживание).
Для пастеризации молока и молочных продуктов используют как
отдельно пастеризаторы, так и системы, включающие в себя пастеризаторы и охладители, работающие в автоматизированном режиме.
Для обеспечения режима длительной пастеризации (температура – 63 °С, выдержка – 30 мин) на фермах используют
ванны длительной пастеризации ВДП-300, ВДП-600, ВДП-1000,
Г6-ОПБ-1000 и ТУМ-1200. Они представляют собой цилиндрические емкости с герметичной обшивкой и термоизоляцией, электроизмерительной аппаратурой контроля и управления
процессами. Пастеризация и охлаждение молока осуществляется
циркуляцией в межстенном пространстве горячей или холодной
воды. Перемешивание молока в ваннах осуществляется лопастными мешалками.
Пластинчатые пастеризаторы имеют такую же конструкцию,
как и пластинчатые охладители. Отличительная особенность –
установка между нержавеющими пластинами термостойких
прокладок. Движение молока и воды чередуется в противотоке.
Водяной и молочный насосы создают требуемый для движения
потоков напор. Теплообмен происходит между потоками горячей
воды и молока, разделенными
тонкими пластинами из нержавеющей стали. Для повышения
эффективности пастеризаторов и
охладителей используют тепло­
обменники-регенераторы.
Широко используют пластинчатые
пастеризационно-­
охла­дительные установки ОПФ-1,
Б6-ОП2-Ф-1, ОПТ-3 (рис. 4.8) и др.
О х ладитель-пастери затор
Рис. 4.8. Пастеризационноохладительная установка ОПТ-3 ОПФ-1 (рис. 4.9), предназначен110

4.3. Установки для пастеризации и стерилизации молока

ный для центробежной очистки, пастеризации и охлаждения
молока, выпускается в двух модификациях: ОПФ-1-20 – для пастеризации молока здоровых коров при температуре 74...78 °С и
выдержке при этой температуре 20 с, и ОПФ-1-300 – для пастеризации молока больных коров при температуре 90...94 °С с
выдержкой в течение 300 с.
1

2 3
III II I IV V
Пар
4

8
9
Молоко
10

7

6

Молоко
Горячая вода

5
Холодная вода
Ледяная вода

Рис. 4.9. Технологическая схема пастеризационноохладительной установки ОПФ-1:
I – первая секция регенерации; II – вторая секция регенерации;
III – секция пастеризации; IV – секция водяного охлаждения;
V – секция рассольного охлаждения; 1 – насос водяной;
2 – водонагреватель (или бойлер); 3 – инжектор;
4 – пластинчатый теплообменник; 5 – сепаратор-молокоочиститель;
6 – насос молочный; 7 – бак уравнительный; 8 – клапан
перепускной; 9 – выдерживатель; 10 – пульт управления

Обработка молока в секции пастеризации осуществляется теп­
лотой горячей воды из водонагревателя (для ОПФ-1-20) или насыщенного пара из бойлера (для ОПФ-1-300). Секция пастеризации
может быть заменена инфракрасным пастеризатором, представляющим собой U-образную трубу из кварцевого стекла, на которой
закреплены многовитковые нихромовые спирали-нагреватели.
111

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

Секции регенерации I и II служат для теплообмена молока,
поступающего в секции пастеризации и из секции пастеризации
в секции охлаждения IV и V.
Процесс осуществляется следующим образом. Молоко, подлежащее пастеризации, поступает в бак, откуда насосом прокачивается через секцию регенерации I, где подогревается до
40...45 °С с целью снижения вязкости для улучшения качества
очистки в очистителе, откуда очищенное молоко поступает в
секцию регенерации II и далее в секцию пастеризации III.
Из секции пастеризации молоко проходит через перепускной
клапан, где определяется достигнутая в секции пастеризации
температура. При достижении заданных показателей молоко поступает в трубчатый выдерживатель, иначе молоко перепускным
клапаном направляется в бак для прохождения повторного цикла. Молоко из выдерживателя поступает последовательно в секции II, I, IV, V, где последовательно охлаждается до температуры
хранения. В секции IV охлаждение проводится водопроводной
водой, а в секции V – дополнительно ледяной водой, выработанной специальными водоохлаждающими установками.
Для обеззараживания молока и дальнейшей выпойки пастеризованного молока телятам на молочных фермах используют
стационарные и передвижные пастеризаторы.
Стационарный пастеризатор УПМ (производство Республики
Беларусь) в зависимости от модификации имеет емкость 100, 200,
300, 400 и 500 л. Например, пастеризатор УПМ-400 емкостью
400 л имеет потребляемую мощность электронагревательных элементов 24 кВт, диапазон нагрева молока – 65...95 °С (рис. 4.10).
Наличие логического контроллера позволяет регулировать
время запуска и функции пастеризатора. По программе подготовки молока, например для утренней и вечерней выпойки, в
любой момент включается одна из трех функций: нагрев, пастеризация или охлаждение, которая будет предопределяющей и отключит любые до этого выполняемые команды.
Процесс пастеризации состоит из следующих циклов:
••нагрев до заданной температуры, по умолчанию установлены настройки щадящей пастеризации (65 °С);
••выдержка 35 мин при установленной температуре (молоко
не просто нагревается и охлаждается, но и выдерживается при
65 °С);
••охлаждение до 40 °С.
112

4.3. Установки для пастеризации и стерилизации молока

1

2

4

3

5

1

6

3

7

8
13

12

10

11
а

9

7
8
б

Рис. 4.10. Конструктивная схема (а) и общий
вид (б) пастеризатора молока УПМ-400:
1 – корпус; 2 – датчик температуры; 3 – мотор-редуктор привода
мешалки; 4 – водяная рубашка; 5 – мешалка; 6 – крышка;
7 – пульт управления; 8 – нагревательные элементы (ТЭНы);
9 – рама; 10 – сливной кран; 11 – переливной шланг; 12 – кран
слива воды из водяной рубашки; 13 – клапан подачи воды

Молочное такси с пастеризацией – удобный и надежный способ приготовления и транспортировки молочной смеси для новорожденных телят. Применяется на молочных фермах для обеззараживания молока с целью дальнейшей выпойки телятам.
ООО «Альфапанель» (Рес­
публика Беларусь) производит
3
2
передвижные пастеризаторы 1
МТ различных объемов (от 80
4
до 350 л) и степени автоматизации.
5
Пастеризатор МТ-200А имеет рабочий объем 200 л, встроенные элементные нагреватели
мощностью 7 кВт. Время нагрева молока до 85 °С составляет 150 мин (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Передвижной
Емкость
пастеризатора
пастеризатор молока MT-200A:
двустенная и выполнена из вы1 – корпус; 2 – крышка;
сококачественной нержавею3 – раздаточный пистолет;
щей стали. Встроенные элект­ 4 – пульт управления; 5 – тележка
113

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

рические нагревательные элементы обеспечивают нагрев смеси и
не контактируют с молоком. Трехскоростная мешалка с редуктором перемешивает молоко, обеспечивая равномерное распределение тепловой энергии, а также препятствует пригоранию молока.
Условно годное молоко заливается в резервуар, затем с помощью пульта управления запускается программа пастеризации.
Молоко нагревается до заданной температуры (обычно 65 °С) и
выдерживается, после чего охлаждается водяной рубашкой до
температуры, подходящей телятам. Пройдя термическую обработку, чистое теплое молоко развозится по территории фермы и
раздается телятам при помощи раздаточного пистолета.
На дисплей пульта управления выводятся параметры: заданная и актуальная температуры смеси, время работы и ожидания
мешалки, уровень заряда батареи и т. д. Процесс подогрева и
охлаждения молока автоматизирован с сохранением заданных
настроек. С помощью таймера может быть задан отложенный
запуск пастеризации и промывки, возможна установка трех временных пар запуска.
Имеются встроенные датчики для автоматизации процесса пастеризации, охлаждения и промывки дезинфицирующими
растворами, высокопроизводительный насос (20 л/мин), аккумуляторная батарея (12 В) для молочного насоса, удобный и легкий
пистолет – раздатчик, автоматический порционный дозатор для
точного распределения порций.
Традиционные высокотемпературные обработки (пастеризация и стерилизация с использованием пара) гарантируют высокую стерильность, но при этом имеют высокую энергоемкость,
приводят к разрушению полезных компонентов (ферментов, витаминов и пр.), что в конечном итоге неблагоприятно сказывается на продукте в целом.
Предприятием ООО «ЭКОМАШ» (Россия) разработаны и
успешно внедрены в производство автоматизированные проточные низкотемпературные пастеризаторы с ИК-нагревом серии
А1-ОПЭ (рис. 4.12).
Сущность данной технологии заключается в том, что каждая
составляющая молока имеет свой, присущий только ей, спектр
поглощения. Учитывая разрушающее действие ИК-излучения на
органические компоненты молока (жиры, белки, углеводы и т. д.),
можно проводить его целенаправленную обработку, селективно
воздействуя на определенные составляющие. Разрушая химические связи, можно влиять на качество пастеризованного молока.
114

4.3. Установки для пастеризации и стерилизации молока

Рис. 4.12. Пастеризатор с ИК-нагревом серии А1-ОПЭ

По технологии исходный продукт из уравнительного бака-накопителя с регулятором уровня центробежным насосом подается
в 2-секционный пластинчатый теплообменный аппарат. Предварительно нагретый за счет теплоты отходящего пастеризованного
продукта в зоне регенерации продукт далее направляется непосредственно в секцию ИК-нагрева. В ней обрабатываемый продукт последовательно проходит через систему ИК-нагревателей
(в кольцевом зазоре). Войлочно-графитовый шнур нагревается
за счет электрического тока и становится источником ИК-излучения с заданным спектром, а труба, изготовленная из особого
кварцевого стекла, позволяет ему без потерь проникнуть вглубь
продукта. После тепловой обработки продукт направляется на
пластинчатый теплообменный аппарат для охлаждения. Охлаждение производится в два этапа: предварительное – в секции регенерации теплообменного аппарата входящим потоком исходного холодного продукта; окончательное – в секции охлаждения
«ледяной» или артезианской водой по принципу противотока.
Процесс обработки молока в данных установках полностью
автоматизирован, оператор только задает режимы, а пульт управления с помощью современных систем перераспределяет поток
продукта, контролирует параметры и архивирует получаемые
значения.
Развитие нанотехнологий и применение новейших материалов
позволяет изготовить инфракрасные тепловыделяющие элементы
с заданными шириной спектра и мощностью излучения (рис. 4.13).
115

Раздел 4. Электротермическое оборудование для тепловой обработки и сушки

Отличительной
особенностью
таких пастеризаторов является то,
что блоком пастеризации в установках является секция ИК-нагрева, состоящая из кварцевых труб
с инфракрасными нагревательными элементами, выполненными из
нихромовой проволоки, или войлочно-графитового шнура, позволяРис. 4.13. Инфракрасный
тепловыделяющий элемент: ющих изготавливать нагреватели с
узким спектром ИК-излучения, ори1 – трубка кварцевая;
2 – ИК-нагреватель
ентированным на конкретные задачи. Например, оптимальная длина
волны для пастеризации питьевого молока составляет от 2500 до
3500 нм, а при пастеризации молока для производства сыра или
творога – 1200...1500 нм. Модельный ряд установок включает в
себя пастеризаторы производительностью 1000, 1500 и 3000 л/ч,
соответственно потребляемой мощностью 24, 28 и 45 кВт.
Основные преимущества пастеризаторов с ИК-нагревом:
••возможна целенаправленная обработка молока с получением наилучших свойств, требуемых для дальнейшей переработки (хорошая сквашиваемость – для производства кисломолочных
продуктов, низкая влагоудерживающая способность белков – для
производства сыра и творога);
••качество молока по технологическим показателям и питательной ценности превосходит молоко, обработанное традиционным тепловым способом;
••удельный расход энергии на 20...40 % ниже, чем в традиционных установках;
••обеззараживание возбудителей бруцеллеза и туберкулеза в
молоке происходит при более низких температурах (77...79 °С) и
без выдержки (в традиционных установках – при 90 °С с обязательной выдержкой в 5 мин);
••для работы установки не требуются пар, система подготовки горячей воды, выдерживатель.
Процесс пастеризации в секции ИК-нагрева проходит в течение 2...5 с при заданной температуре. При этом температуру
пастеризации можно снизить, вследствие чего жиры, белки, углеводы и витамины разрушаются в гораздо меньшей степени. Еще
одним преимуществом ИК-нагрева является то, что воздействие
116
1

2

Контрольные вопросы и задания

на продукт происходит равномерно, так как излучение проникает вглубь одновременно по всему объему. Благодаря мгновенному воздействию излучения с высокой плотностью потока энергии создаются необходимые условия для ликвидации токсичной
и балластной микрофлоры, что обеспечивает повышенную, по
сравнению с другими методами, сохранность продукта. При этом
предохраняются от разрушения полезные биологические структуры. Молоко после ИК-облучения приобретает также специфический фактор, угнетающий развитие микрофлоры. Это приводит к увеличению сроков хранения молока.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Что понимают под активным вентилированием сыпучих
материалов?
2. По каким признакам классифицируют установки активного вентилирования?
3. В каких сооружениях и как осуществляют активное вентилирование зерна?
4. Как устроен бункер активного вентилирования зерна?
5. Как организована технология досушки сена?
6. Для чего предназначены установки тепловой обработки
кормов?
7. Перечислите основные электротехнологические методы
обработки кормовых материалов.
8. Назовите последовательность операций технологии электрогидротермической обработки фуражного зерна.
9. Какие технологические действия оказывает электрический ток при протекании по органическим материалам (соломе,
зерновой массе)?
10. Для чего предназначены процессы пастеризации и стерилизации молока?
11. По каким признакам классифицируют пастеризационно-охладительные установки?
12. Для каких целей используют стационарные и передвижные пастеризаторы молока?
13. Какие электронагревательные элементы применяют в пастеризационных установках?

117

РАЗДЕЛ 5.
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
5.1. ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ, УЛЬТРАЗВУКОВАЯ
И ЭЛЕКТРОННО-ИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Электроимпульсная технология (ЭИТ) основана на воздействии импульсов электрического тока на предметы труда, что позволяет существенно повысить рабочие параметры электрических
воздействий (напряженность поля, плотность тока, мгновенная
мощность). Электроимпульсные технологические процессы характеризуются прерывистым подводом энергии с определенной
длительностью, частотой и скважностью (отношение периода к
длительности импульса). Благодаря концентрации мощности при
импульсном подводе энергии можно интенсифицировать многие
процессы, снизить их энергоемкость, а в некоторых случаях –
получить такие результаты, которые недостижимы при традиционных методах.
Техническую основу ЭИТ составляют генераторы импульсов, среди которых наиболее распространены RC-генераторы
(рис. 5.1).
При замыкании выключателя SA
R
SA
конденсатор С через резистор R заряжается от источника питания G, и
F напряжение на конденсаторе, а слеC
G
довательно, и на межэлектродном
промежутке разрядника F повышается. Когда напряжение станет равным пробивному, происходит пробой
Рис. 5.1. Схема
промежутка и энергия, накопленная в
релаксационного
RC-генератора
конденсаторе за время заряда, выде118

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

ляется в разряднике. Напряжение на конденсаторе падает, и
разряд прекращается. Начинается процесс деионизации разрядника (восстановление его диэлектрических свойств) и зарядка
конденсатора. Осциллограммы напряжения на конденсаторе и
тока в цепи разряда приведены на рисунке 5.2.
UС
Uр

t
i
Imax
tз

tи

T

t

Рис. 5.2. Зависимос­ть изменений напряжения
на конденсаторе и тока в цепи разряда от времени:
τз, τи, T – длительность заряда, импульса и всего периода

Электрические изгороди применяют:
••при загонной пастьбе животных;
••для временного ограждения и защиты посевов, стогов сена
от потрав;
••ограждения опасных мест (овраги, рвы и т. п.), а также для
временного ограждения кормушек при раздаче корма;
••принудительного прогона коров на доильную площадку,
тренинга свиней;
••управления поведением животных или их защиты (в том
числе от хищников).
Применение электрических изгородей позволяет организовать загонно-порционное стравливание пастбища и способствует
рациональному использованию травостоя, что обеспечивает постоянное производство высококачественного пастбищного корма.
Электрическая изгородь (рис. 5.3) включает в себя генератор импульсов и собственно изгородь, в состав которой входят опорные стойки с изоляторами и токоведущая линия. Один
полюс генератора импульсов заземляют, а другой соединяют с
токоведущей линией.
119

Раздел 5. Электротехнологические установки

Генератор
импульсов

Стойка
с изолятором

10...20 м

Рис. 5.3. Схема устройства электрической изгороди

Стойки обычно располагают через 10...20 м, токоведущую
линию выполняют из стальной оцинкованной проволоки диаметром 1,2...2,0 мм или токопроводящих шнуров на синтетической основе. Линия может быть одно- или многопроволочной,
высота подвеса – 0,3...0,9 м.
Генераторы, как правило, могут работать в двух режимах: автоколебательном (импульсы поступают непрерывно) и ждущем
(они подаются только при прикосновении животных к токоведущей линии). При работе в ждущем режиме можно существенно
продлить срок службы автономных источников питания.
Применение электрических изгородей основано на биологическом действии электрического тока, который, проходя через
тело животного, вызывает раздражение нервов и мышц, неприятное ощущение электрического «удара». В результате у животных
через некоторое время вырабатывается условный рефлекс боязни
прикосновения к ограждающей проволоке.
Электрические импульсы должны достаточно сильно раздражать животных и вместе с тем быть безопасными для них
и человека. Далее приведены параметры импульсов, где нижнее
значение диапазона характеризует их по условию эффективности
воздействия, а верхнее – по условию безопасности (см. таблицу).
Рекомендуемые параметры импульсов
Параметр
Амплитудное значение напряжения на линии
Амплитудное значение тока в импульсе

120

Значение
2...10 кВ
50...150 мА

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

Окончание таблицы
Параметр

Значение
60...120 мин–1

Частота импульсов
Количество электричества, протекающего через тело
животного
Длительность импульса, не более
Скважность импульсов, не менее

2,0...2,5 мКл
0,1 с
15

Электрические изгороди, по сравнению со стационарными,
имеют следующие преимущества: затраты материалов в 1,8...15 раз
ниже, время на сооружение и ремонт значительно меньше.
В ремонтном производстве ЭИТ применяют в процессах
размерной обработки металлов. В основе электроэрозионной
обработки используются процессы местного разрушения электродов (эрозия), происходящие под воздействием электрических разрядов. Различают следующие виды электроэрозионной обработки металлов: электроискровая, электроимпульсная
и электроконтактная. Первые два вида позволяют произвести
съем и упрочнение металла, а электроконтактная – только
съем металла.
При электроискровой обработке (рис. 5.4) используют импульсы тока от RC-генератора малой длительности (20...200 мкс)
при напряжении 100...200 В. Отрицательным является электрод, положительным – изделие, так как температура анода
(изделия) должна быть выше, чем катода (инструмента), и его
износ больше.
2
2

3

2

1

1

1

а

б

в

Рис. 5.4. Схемы электроискровой прошивки отверстия (а, б)
и копирования (в):
1 – катод (изделие); 2 – анод (электрод); 3 – механизм подачи

121

Раздел 5. Электротехнологические установки

Для интенсификации процессов в зону обработки подают
диэлектрическую жидкость (керосин с минеральным маслом,
дистиллированную воду, кремнийорганические жидкости и др.).
Электрогидравлические установки в своей работе используют электрогидравлический эффект (эффект Юткина) – способ
непосредственного преобразования электрической энергии в
механическую путем электрического разряда в жидкости. Этот
процесс сопровождается ударными волнами, ультразвуковыми
колебаниями, кавитационными явлениями, а также ИК, ультрафиолетовым излучениями и ионизацией элементов жидкости.
Возникающее высокое давление в десятки мегапаскалей
используют для механического воздействия в установках пластической деформации металлов (гибки, штамповки, развальцовки), разрушения твердых материалов, подъема воды, мойки
шерсти, обработки кормов, пищевых отходов, обеззараживания
стоков и др.
При дроблении валунов электрогидравлический эффект создают в шпуре (диаметр 22...40 мм, глубина – до 1/3 высоты валуна), который предварительно бурят и наполняют водой. Для реа­
лизации данного способа разработаны передвижные установки
«Вулкан» и ЭГУРН.
Схема электрогидравлического устройства подъема воды (насоса) показана на рисунке 5.5, а. Основной элемент установки –
металлическая труба с фильтром в нижней части водозабора,
снабженная всасывающим и нагнетающим клапанами. В пространстве между ними вмонтирован разрядник, выводы которого
подключены к генератору импульсов.
При электрическом разряде развивается высокое гидравлическое давление, закрывается всасывающий и открывается нагнетающий клапан, и жидкость перемещается вверх по трубе. После
этого в рабочей камере создается разрежение, соответственно
всасывающий клапан открывается, а нагнетающий закрывается,
препятствуя возврату поднятой воды. После заполнения рабочей
камеры грунтовой водой цикл работы повторяется.
Электрогидравлическая установка подъема воды «Вулкан-3» имеет рабочее напряжение 5 кВ, емкость конденсатора – 6400 пФ, мощность – 20 кВт, частоту следования импульсов – 30...80 имп/мин, развиваемую мощность – 80 кВт,
производительность – 1,5 м3/мин.
122

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

7
2

6

Подача
воды
1 2

3

2
3

1

8

5

4
Вход воды из скважины
а

б

Рис. 5.5. Схемы устройства электрогидравлического
насоса (а) и установки штамповки деталей (б):
1 – корпус; 2 – электроды; 3 – рабочая камера; 4 – всасывающий
клапан; 5, 6 – пружины; 7 – нагнетающий клапан; 8 – заготовка

Пластическая деформация материалов с помощью электрогидравлического эффекта (рис. 5.5, б) используется при обработке металлов давлением (штамповке, развальцовке) и восстановлении изношенных полых деталей (поршневых пальцев и др.).
Для запрессовки и закрепления труб в теплообменных аппаратах применяют установки типа «Молния», для деформации –
электрогидравлические прессы типа «Удар», Т1200 и другие с напряжением 5...50 кВ, накапливаемой энергией – 7,5...150,0 кДж,
размеры используемых заготовок – 16...2000 мм.
В сельскохозяйственном производстве ЭИТ используют для
ускорения процессов сушки, выделения соков из овощей и фруктов, биологически активных веществ из растительных материалов, уничтожения сорняков, прореживания растений, обеззараживания стоков и др.
Под ультразвуковой технологией понимают производственные процессы и оборудование, использующие ультразвуковые
колебания определенных параметров. Ультразвук представляет
собой периодические механические упругие колебания в твердых, жидких и газообразных средах с частотой, превышающей
верхнюю границу слышимости человеческого уха. Для технических целей наибольшее распространение получил диа­пазон частот в пределах от 16 до 1600 кГц.
123

Раздел 5. Электротехнологические установки

Технологические эффекты ультразвуковых колебаний проявляются в действиях:
••механических – появление в газообразных и жидких средах переменного давления, переменного потока, кавитации, поверхностного трения;
••акустических – ультразвук распространяется, частично
или полностью поглощается, отражается (на границах раздела
фаз) в соответствии с законами акустики;
••термических – нагрев как следствие поверхностного трения в граничных поверхностях и поглощения ультразвуковых колебаний в средах;
••биологических – изменения в протекании биологических
процессов в клетках организмов.
Ультразвуковая технологическая установка (рис. 5.6) состоит
из электрического генератора, преобразующего сетевое напряжение в высокочастотное, преобразователя, трансформирующего
электрические колебания в механические, концентратора, увеличивающего амплитуду механических колебаний, и рабочего
инструмента.
3NPE ~50 Гц
380/220 В

4
3
2
1
Рис. 5.6. Структурная схема ультразвуковой технологической установки:
1 – электрический генератор; 2 – преобразователь;
3 – концентратор; 4 – рабочий инструмент

Преобразователи – источники ультразвуковых колебаний –
могут быть механическими (свистки, сирены и др.) и электроакустическими (на основе магнитострикционного и обратного
пьезоэлектрического эффектов). Сущность указанных эффектов
состоит в периодическом изменении геометрических размеров
твердых тел (например, кварца, титаната бария или ферромагнитного сердечника) под действием соответственно переменного
электрического или магнитного поля.
В сельском хозяйстве области использования ультразвука условно подразделяют в зависимости от его интенсивности.
Слабые ультразвуковые колебания, не приводящие к изменениям в материалах, применяют в измерительной технике и
дефектоскопии. Ультразвук может распространяться узким пуч124

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

ком и отражаться от границы раздела фаз, что дает возможность
определять толщину заготовок, сред, глубину залегания дефектов (эхолот), измерять толщину сального покрова у свиней, содержание жира и белка в молоке, влажность материалов и пр.
Средние ультразвуковые колебания (удельной мощностью
1...12 кВт/м2) используют в ветеринарной медицине (для профилактики и терапии глаз, лечения костных заболеваний, фурункулеза и др.), для отпугивания насекомых, грызунов, предпосевной
обработки семян, пастеризации и гомогенизации молока и т. п.
Мощные ультразвуковые колебания применяют для очистки и мойки деталей, сверления, фрезерования, резки, долбления
глухих отверстий в материалах, обладающих хрупкостью (стекло,
керамика, кварц, сверхтвердые сплавы), сварки и пайки металлов
(в том числе алюминия), пластмасс с металлами, очистки дымовых газов, интенсификации технологических процессов, стерилизации почвы, смешивания несмешивающихся жидкостей и др.
На рисунке 5.7 представлен ультразвуковой паяльник, который в отличие от электрического паяльника дополнительно снабжен элементами создания ультразвуковых колебаний: питающей
катушкой, магнитострикционным преобразователем, концентратором и др.
1

2

3

4

5

6

7

8
Рис. 5.7. Устройство ультразвукового паяльника:
1 – наконечник; 2 – электрический нагреватель;
3 – металлическая диафрагма; 4 – концентратор; 5 – питающая
катушка; 6 – магнитострикционный преобразователь;
7 – коаксиальный кабель; 8 – экран электростатический

Такой паяльник позволяет выполнять лужение и пайку деталей из алюминия с деталями из других металлов, эффективно разрушая ультразвуком под слоем флюса окисную пленку алюминия.
Ультразвуковые ванны применяют для мойки и очистки поверхностей деталей от продуктов коррозии, пленок окислов, минеральных масел, очистки и обеззараживания плодоовощной
продукции, получения стойких эмульсий таких несмешиваю125

Раздел 5. Электротехнологические установки

щихся обычными способами жидкостей, как вода и масло, вода
и рыбий жир и др.
Работа ультразвуковой ванны (рис. 5.8) основана на использовании эффекта местных гидравлических ударов, кавитационных
процессов, возникающих в жидкости под действием ультразвука.
5
6
7
8

4
3
2
1
а

б

Рис. 5.8. Схема устройства (а) и внешний вид (б) ультразвуковой ванны:
1 – подставка; 2 – преобразователь; 3 – диафрагма; 4 – корпус; 5 – деталь;
6 – моющий раствор; 7 – ультразвуковые колебания; 8 – корзина

Обрабатываемая деталь погружается (подвешивается) в корзине, заполненной жидким моющим раствором. Источником
ультразвуковых колебаний является диафрагма, соединенная с
магнитострикционным преобразователем с помощью клеящего
состава. Ванна установлена на подставке. Волна ультразвуковых
колебаний распространяется в рабочей зоне, где производится
обработка.
Электронно-ионная технология основана на использовании
сильных электрических полей (более 100 кВ/м) для целенаправленного и упорядоченного движения электрически заряженных
частиц вещества в соответствии с требованиями технологического
процесса. В сельскохозяйственном производстве используют:
•• электрические сепараторы (для очистки и сортировки семян);
••электрические фильтры (для очистки воздуха): электрические ионизаторы и озонаторы (для искусственной ионизации и
озонирования воздуха);
••электроаэрозольные установки (для осаждения аэрозолей,
ядохимикатов, окраски изделий и др.).
Электрические сепараторы классифицируют по способу заряда частиц (электрокоронные, диэлектрические, электростатиче126

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

ские); конструктивному исполнению (барабанные, транспортерные, камерные и др.).
Принцип устройства и работы наиболее распространенного
и производительного электрокоронного барабанного сепаратора
представлен на рисунке 5.9.
1
2
Fц
Fз
Fэ a
3
P
5

4

Рис. 5.9. Схема устройства электрокоронного сепаратора барабанного типа:
1 – загрузочный бункер; 2 – коронирующие
электроды; 3 – осадительный электрод – барабан;
4 – классификатор; 5 – щетка-очиститель

Коронный разряд (корона) – неполный самостоятельный
электрический разряд в газах (воздухе), возникающий в резко
неоднородных полях, создаваемых электродами с малым радиу­
сом закругления, когда размер коронирующего электрода намного меньше размера другого электрода, и при напряженности
электрического поля, близкой к электрической прочности газа.
Коронирующие электроды – система тонких (0,2...0,3 мм) проволок, расположенных на одинаковом расстоянии от осадительных
электродов (в данном случае – барабана).
Частицы смеси поступают на вращающийся барабан с нулевой скоростью и получают заряд, находясь в поле короны на
некоронирующем электроде (совмещенная зарядка – ионная и
контактная).
В поле короны на заряженную частицу действуют силы:
••тяжести: P = mg, где m – масса частицы, кг; g – ускорение
свободного падения (g ≈  9,8 Н/кг);
mv 2
, где v – линейная скорость барабана,
•• центробежная: Fц =
Rб
м/с; R б – радиус барабана, м;
127

Раздел 5. Электротехнологические установки

••электрическая: F = EQ, где E – напряженность электрического поля, В/м; Q – заряд частицы, Кл;
••зеркального отображения (по закону Кулона):

Fз  

Q2
40 (2h)2

,.

где ε0 – электрическая постоянная (ε0 = 8,85 ⋅ 10–12 Кл2/Н ⋅ м2);
h – расстояние от заряда до проводящей поверхности, м.
Условие отрыва частицы от барабана: Fэ + Fз + Pcosα ≤ F ц.
Электрические фильтры по конструкции электродных систем
бывают трубчатые и пластинчатые, а по расположению зон зарядки и осаждения – одно- и двухзонные. У однозонных фильтров зоны зарядки и осаждения совмещены, у двухзонных – разнесены в пространстве (рис. 5.10).
Зона осаждения

Зона зарядки

Очищенный
воздух

1

Запыленный
воздух

2 3 4 5 6

7

8

Рис. 5.10. Схема устройства двухзонного
электрического фильтра воздуха:
1 – вентилятор; 2, 3, 5 – осадительные и заряжающие электроды;
4, 8 – заряженная и нейтральная частицы;
6 – коронирующие электроды; 7 – проходной изолятор

Технологический процесс электрофильтрации воздуха включает следующие стадии:
••подачу загрязненного воздуха или газа, содержащего взвешенные частицы (пыли, дыма, тумана и т. п.), в зону поля униполярного коронного разряда;
••ионную зарядку частиц;
••силовое действие поля по перемещению заряженных частиц к осадительным электродам;
•• накопление частиц на поверхности осадительных электродов;
••утилизацию частиц.
128

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

1N, 220 B, 50 Гц

Энергия, затрачиваемая на выделение взвешенных частиц
из газового потока, пропорциональна току, потребляемому электрофильтром, и напряжению на его электродах. Рабочий ток в
электрофильтрах составляет (0,1...0,5) ⋅ 10–3 А/м длины коронирующего электрода. Напряжение на электродах может достигать
50 кВ и более. Мощность, потребляемая фильтром, зависит от
объема фильтруемого воздуха. Ее величина лежит в диапазоне от
нескольких до 70...100 Вт.
Ионное состояние атмосферы является одной из характеристик климата, а в помещении – микроклимата, и его характеризуют содержанием электризованных частиц (отрицательно и
положительно заряженных) в воздухе.
Ионизаторы воздуха служат для искусственного придания
отрицательного заряда молекулам кислорода и другим частицам
с целью положительного влияния на продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы. Предельная концентрация
аэро­ионов составляет не более 1012 шт/м3.
В общем случае ионизатор воздуха состоит из высоковольтного источника постоянного тока (ИП), токоограничивающего
резистора R, кабеля высоковольтного (ВК) и коронирующего
(разрядного) устройства F (рис. 5.11).
R
ИП

BK

F

Рис. 5.11. Схема устройства электрического ионизатора воздуха

В качестве разрядного устройства применяют:
••систему с коронирующим электродом в виде листа, на котором закреплены иглы (люстра Чижевского);
••одножильный тонкий провод диаметром 0,08...2,00 мм или
многожильный провод-трос, натянутый между изоляторами и
закрепленный на стенах или потолке на высоте 2,5...3,0 м от пола
(рис. 5.12);
••жгуты из кусков провода, укрепленные на общем токопроводящем тросе;
••промышленные керамические резисторы, из которых выведены заостренные концы проводников, и др.
129

Раздел 5. Электротехнологические установки

5
4
3
2
1

6
7

Рис. 5.12. План размещения проволочного
ионизатора в животноводческом помещении:
1 – силовой щит; 2 – блок питания аэроионизатора;
3, 5 – кабель РК-75-17-21, соединяющий блок питания с разрядной
линией; 4 – изоляторы; 6 – трос; 7 – разрядная линия

Осадительным электродом, к которому направляются отрицательные аэроионы, служат элементы помещения (пол, стены) и
технологическое оборудование. Сопротивление R = (20...50) МОм
ограничивает ток источника питания до величины, безопасной
для человека (4 мА). Мощность блока питания не превышает 10 Вт.
Установка УОВ-1 (рис. 5.13, а) предназначена для очистки
(электрофильтрации) и ионизации воздуха в птицеводческих и
животноводческих помещениях. Ее размещают или в помещении,
где очищают воздух, или в подсобном помещении (рис. 5.13, б),
в котором желательно иметь водопровод для промывки фильтра
один раз в две недели и слив загрязненной воды.
Запыленный воздух из помещения проходит между заряжающими и осадительными пластинами фильтра, очищается и
опять поступает в помещение. Частицы пыли получают заряд
в заряжающей секции и оседают на электродах осадительной
секции.
Пыль удаляют с пластин путем их периодической мойки водой из шланга. Нижние кромки стальных электродов выполнены
в виде острых зубьев, провоцирующих коронный разряд, в поле
которого происходит ионизация воздуха.
Электроаэрозольные установки применяют для эффективного и целенаправленного осаждения в электрическом поле взвешенных в газообразной среде мелкодисперсных частиц вещества.
Аэрозоли обладают более высокой физико-химической активностью, так как имеют бо ́льшую площадь поверхности в расчете на
единицу массы.
130

5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая и электронно-ионная технология

1

6

4
5
10

9

12

11

2
3

1
6

7

7

а

8

б

Рис. 5.13. Установка очистки и ионизации воздуха УОВ-1 (а)
и схема размещения ее в помещении (б):
1 – электрофильтр-аэроионизатор; 2 – защитная сетка;
3 – пластины заряжающей секции; 4 – пластины осадительной
секции; 5 – виброгасительная вставка; 6 – нагнетательный
воздуховод; 7 – электропривод вентилятора; 8 – пылеуловитель;
9 – патрубок удаления пыли; 10 – блок управления и питания;
11 – заборный воздуховод; 12 – стена помещения

Для реализации электроаэрозольных процессов используют
установки (рис. 5.14), в которых путем распыления получают аэро­
золь, заряжают частицы и направляют их на предмет труда. Зарядка частиц может быть осуществлена контактным способом, в
электростатическом поле или в поле коронного разряда.
3
1

4

2
10

5
6

9

8

7

Рис. 5.14. Схема устройства электроаэрозольной установки:
1 – распыленный факел; 2 – заряжающий электрод; 3 – каскад
высокого напряжения; 4 – корпус; 5 – рычаг управления; 6 – шланг
подачи сжатого воздуха; 7 – питающий электрический кабель;
8 – шланг подачи вещества; 9 – игла; 10 – сопло распылителя

131

Раздел 5. Электротехнологические установки

В сельскохозяйственном производстве электроаэрозольную
технологию используют для обработки различными препаратами
семян и растений, профилактики и лечения животных и птиц,
дезинфекции и дезинсекции помещений, окраски изделий в ремонтном производстве и т. п.
Например, при обработке растений увеличивается густота
покрытия листьев в верхней части в 1,2...3 раза, в нижней части в
5...20 раз, снижается расход препаратов в 2...3 раза.
5.2. МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
Магнитное поле – один из компонентов электромагнитного
поля, оказывающий определенные физико-химические и биологические воздействия на объекты. Физико-химическое воздействие проявляется как деформация материалов, их перемещение
в пространстве, изменение химических и физических свойств
различных сред. На биологические объекты магнитное поле может оказывать стимулирующее или подавляющее воздействие.
Физико-химические воздействия магнитного поля на объекты широко применяют для сепарации и очистки семян и кормов,
изменения свойств воды, магнитоимпульсной обработки металлов, в физиотерапии, для обработки семян и растений.
Механические силы магнитного поля используются в установках магнитной очистки зерна, зернопродуктов, кормов от
ферромагнитных частиц.
Перспективно использование магнитных полей при селекции и в ветеринарии. Отбор, диагностирование животных проводят, анализируя электрическое и магнитное поля в биологически активных точках, объединенных в двадцать билатеральных
(двухсторонних) и два центральных (срединных) меридиана.
Проведены эксперименты, подтверждающие возможность лечения маститов у коров, снижения воспалительных процессов,
борьбы с бесплодием, изменения генети­ческого кода клеток.
Магнитная обработка воды предназначена для ее умягчения,
снижения накипеобразования на поверхностях водогрейных и
паровых котлов, теплообменных аппаратов, активации воды для
стимулирования всхожести семян и полива растений, поения
животных и т. п.
Эффекты такой обработки основаны на способности магнитного поля при определенных режимах вызывать определен132

5.2. Магнитная обработка сельскохозяйственной продукции

ные изменения в структуре воды. Соли, содержащиеся в воде,
в основном теряют способность кристаллизоваться на рабочей
поверхности аппарата и выпадают в виде взвешенных частиц
(шлама), легкоуносимых потоком воды и улавливаемых шламоотделителем. Если накипь все же образуется, то при более
рыхлой структуре и значительно меньшей толщине ее легко удалить. В итоге магнитная обработка воды приводит к ускорению
коагуляции взвешенных частиц, усилению всех адсорбционных
процессов, изменению процессов кристаллизации солей.
Известно много различных конструкций магнитных противонакипных устройств. По способу получения магнитного поля
различают аппараты с электромагнитными системами и постоянными магнитами.
Конструктивно большинство аппаратов магнитной обработки воды представляют собой стальную трубу, внутри которой расположены магниты или электромагниты, защищенные
от воды кожухом из немагнитного материала (алюминий, медь,
латунь). В зазоре между корпусом аппарата и кожухом протекает вода и подвергается воздействию магнитного поля с чередующимися полюсами. Эффективность магнитной обработки воды
зависит от напряжен­
ности магнитного поля, числа магнитных
зон, пересекаемых потоком, скорости движения воды в рабочем
зазоре и ее состава.
Аппараты с постоянными магнитами наиболее простые по
устройству, имеют меньшую производительность и срок службы до 5 лет вследствие постепенного размагничивания. В сельскохозяйственном производстве чаще используют аппараты
ПМУ-1 с внутренним магнитным полем (в контуре холодной
воды) и ПМУ-2 с внешним магнитным полем (в контуре горячей воды).
Аппарат с постоянными магнитами (рис. 5.15) состоит из
стального корпуса (трубы), трех постоянных магнитов со стальными полюсными наконечниками, вихревой камеры и двух
фланцев с патрубками. Постоянные магниты сжаты в корпусе с
помощью соединительной стальной шпильки и гайки. Полость
вихревой камеры образуется между корпусом аппарата и лопастями шнековой навивки из диамагнитного материала.
Вода в зазоре между корпусом и магнитами перемещается по
винтовой линии, что увеличивает длину пути и число пересечений с магнитными силовыми линиями.
133

Раздел 5. Электротехнологические установки

2

3

4 5

6

7 8

9

1

11
S N

Подача
воды

10

N S

S N

Выход
воды

12
Рис. 5.15. Схема устройства аппарата магнитной обработки воды:
1 – фланец; 2 – уплотнительная прокладка; 3 – винтовая лопасть;
4 – корпус; 5, 6 – полюсные наконечники; 7 – постоянные
магниты; 8 – соединительная шпилька; 9 – специальная
гайка; 10 – болт; 11 – патрубок; 12 – пружина

Электромагнитные аппараты отличаются более высокой производительностью (см. таблицу) и сроком службы (до 10 лет).
Технические характеристики аппаратов
электромагнитной обработки воды
Температу- Потребляемая Размеры, мм Масса,
Тип апПроизводикг
парата тельность, м3/ч ра воды, °С мощность, Вт высота ширина
Т-15
2,5
До 80
30
930
230
28
Т-20
10
До 80
50
1230
385
60
1АМО-25
25
До 80
80
260
410
32

Схема устройства и общий вид электромагнитного аппарата обработки воды АМО приведены на рисунке 5.16. В корпусе
на стальном сердечнике размещены электромагнитные катушки,
которые создают магнитный поток. Поступающая из водопровода вода в зазоре обрабатывается магнитным полем и через патрубок подается в теплообменный аппарат.
Оптимальные параметры обработки:
••длина пути воды в магнитном поле – 0,15...0,35 м;
••скорость воды – 0,5...3,0 м/с;
••величина зазора – 2...4 мм;
••напряженность магнитного поля – 120...150 кА/м.
Ослабление приобретен­ных водой свойств в течение 18...24 ч.
Наилучшие результаты получают при воздействии на воду с преобладающей карбонатной жесткостью.
134

5.2. Магнитная обработка сельскохозяйственной продукции

2

3

Выход воды
4
5
6
7
8

1

9
Подача воды
а

б

Рис. 5.16. Схема устройства (а) и общий вид (б) аппарата
электромагнитной обработки воды АМО:
1 – корпус; 2 – стальной сердечник; 3, 9 – фланцы; 4 – зазор для
протока воды; 5 – электромагнитная катушка; 6 – выпрямитель
тока; 7 – защитный кожух; 8 – клеммная коробка подключения

Установки магнитной обработки воды размещают на вводных
патрубках теплообменных устройств (рис. 5.17), чувствительных
к образованию накипи.
5
4
1

2

3

Подача воды
из водопровода
Подача теплоносителя
Выход воды
или электрической энергии к потребителям
Рис. 5.17. Схема подключения аппарата магнитной
обработки воды к водонагревателю:
1 – насос; 2 – обратный клапан; 3 – аппарат магнитной обработки
воды; 4 – водонагреватель; 5 – циркуляционный насос

Установки магнитной очистки различают:
••по назначению – для зерна, комбикормов, стебельчатых
кормов и т. д.);
135

Раздел 5. Электротехнологические установки

•• виду магнитных систем – с постоянными магнитами,
электромагнитами;
••способу транспортирования материала и др.
В производстве используют магнитные колонки (БКМ2-1,5;
БКМ2-3; БКМП2-3; БКМА2-5), электромагнитные сепараторы
(ЭМ-10А, А1-ДЭС и др.).
Установки магнитной очистки семян (рис. 5.18) применяют
для отделения семян культурных растений, имеющих гладкую
поверхность (клевер, люцерна, лен и т. п.), от семян сорняков с
шероховатой поверхностью (повилика, горчак, василек, лебеда,
герань и др.).
2

1

l
3
a F
п

4

5

Rц
а

Fц
b

P
б

Рис. 5.18. Технологическая схема магнитной семяочистительной
машины (а) и диаграмма сил, действующих на семя,
покрытое магнитным порошком (б):
1 – барабан из немагнитного материала; 2 – приемный бункер
семяочистительной машины; 3 – неподвижный магнитный
сектор; 4 – классификатор фракций; 5 – щетка-очиститель

Принцип магнитной очистки семян заключается в том, что в
результате смешивания зерновой смеси с магнитным порошком
(с добавлением масла или воды) шероховатая поверхность семян
сорняков легко покрывается частицами ферромагнитного порошка, благодаря чему они притягиваются к магнитам (электромагнитам), на гладкой же поверхности семян культурных растений порошок не удерживается, и магнитное поле на них не
воздействует.
Установки магнитной очистки пищевых и кормовых материалов (сепараторы) очень важны в процессах их переработки, так
136

5.2. Магнитная обработка сельскохозяйственной продукции

как металлические включения вызы­
вают поломки измельчающих машин, а проникая в организм человека или животного,
приводят к травмам, снижению продуктивности и даже гибели.
Конструктивно сепараторы подразделяют на вихретоковые,
пластинчатые, барабанные, подвесные, стержневые. По направлению движения очищенного продукта бывают противоточными
и прямоточными. В свою очередь магниты могут быть слабыми,
сильными и регулируемыми, что позволяет изменять эффективность очистки, когда это нужно. Их работа основана на постоянной или переменной магнитной силе, поэтому есть возможность
настраивать оборудование для решения конкретной задачи, в том
числе работать с частицами с низкой магнитной восприимчивостью. Извлечение металлических включений также может быть
основано на сухой или мокрой технологии — это зависит от состояния сырья, которое требует очистки.
Барабанный сепаратор (рис. 5.19) наиболее простой по конструкции и самый распространенный во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства.
1 2 3 4

5
6

7

14
13
а

8

9

10
12 11
б

Рис. 5.19. Схема устройства (а) и общий вид (б)
магнитного сепаратора барабанного типа:
1, 10 – левая и правая опоры; 2, 12 – фланцы; 3, 7 – подшипники;
4, 8 – крышки барабана 5; 6 – магнитная система; 9 – моторредуктор; 11 – вал редуктора; 13 – вал с магнитом; 14 – обечайка

Действие установки основано на движении продукции по поверхности барабана с магнитной системой внутри. Вращение барабана происходит с помощью электрического мотор-редуктора.
Металлические частицы притягиваются магнитом и попадают в
отдельный лоток, а неметаллическое сырье проходит дальше, падая в нижнюю емкость.
137

Раздел 5. Электротехнологические установки

Пластинчатый сепаратор представляет собой магнитную плиту, которую устанавливают по ходу движения сыпучих
материа­лов. Под действием сильного поля металлические примеси
прилипают к поверхности, а сырье продолжает поступать на другие участки переработки. В самом простом варианте исполнения
рабочим приходится вручную чистить плиту от налипшего железа.
Стержневой сепаратор выполнен в виде системы магнитных
решеток. Зерно и другие сыпучие материалы проходят через сепаратор, а металлические включения притягиваются к стержням.
В результате сырье становится пригодным для дальнейшей переработки. При ослаблении магнитного поля фракции цветных
металлов и железа сбрасываются в специальный поддон.
Индуктивно-импульсная обработка металлов (рис. 5.20, а)
заключается в пропускании через индуктор кратковременного
импульса тока большой амплитуды, создающего вокруг индуктора мощный импульс магнитного поля. Пересекая заготовку,
магнитное поле наводит в ней вихревые токи. Взаимодействие
магнитного поля и вихревых токов создает давление на поверхности заготовки. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по закону Ампера.

LNPE ~50 Гц 220 В

VD

SA

TV

1

1

4

I2

3

2

I1

C
3
а

б

Рис. 5.20. Схемы установок для индуктивно-импульсной (а)
и электродинамической (б) обработки металлов:
1, 3 – заготовка исходная и после деформации; 2 – индуктор;
4 – матрица; TV – повышающий трансформатор;
VD – высоковольтный выпрямитель; SA – устройство
коммутации; С – конденсаторная батарея (накопитель)

При значениях тока 105...106 А, напряженности магнитного
поля 109 А/м и магнитной индукции около 80 Тл возникают
значительные силы – порядка 109 Па (10 т/см2). Такие силы могут вызывать пластическую деформацию металлов. Чтобы пре138

Контрольные вопросы и задания

дотвратить термическое разрушение проводников, воздействия
должны быть кратковременными.
Электродинамическая обработка (рис. 5.20, б) происходит
при пропускании импульса тока большой амплитуды по двум
проводникам, один из которых является заготовкой, а второй – матрицей. Возникает сила электродинамического взаимодействия, приводящая к деформации заготовки.
Для магнитно-импульсной обработки выпускают установки
типов МИУ и МИУА с напряжением на индукторах 5...20 кВ,
установленной мощностью 3...25 кВт и производительностью
60...1200 операций в час.
К преимуществам магнитно-импульсной обработки относятся:
••возможность точно регулировать электродинамические
силы, изменяя электрические параметры установки;
••полная автоматизация процессов;
••возможность выполнять операции в контролируемой газовой среде или вакууме через изоляционные стенки;
••простота технологической оснастки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Назовите назначение, области применения электроимпульсных технологий в сельскохозяйственном производстве.
2. Объясните принцип работы релаксационного генератора
импульсов типа RC.
3. Из каких элементов состоит электрическая изгородь? Как
ее смонтировать на пастбище?
4. Что такое «ждущий» режим работы электрической изгороди?
5. Как обеспечивается безопасность работы электрических
изгородей?
6. Объясните сущность и перечислите виды электроэрозионной обработки металлов.
7. В чем состоит сущность электрогидравлического эффекта?
8. Перечислите основные технологические процессы, основанные на применении электрогидравлического эффекта.
9. Каковы природа, технологические свойства и проявления
ультразвука?
10. В чем состоит сущность обратного пьезоэлектрического
и прямого магнитострикционного эффекта? Как их используют?
11. Назовите основные области применения ультразвука в
сельском хозяйстве.
139

Раздел 5. Электротехнологические установки

12. Что понимают под понятием «электронно-ионная технология»? Какие основные технологические процессы в ней рассматривают?
13. По каким основным признакам классифицируют электрические сепараторы смесей?
14. Назовите основные способы зарядки частиц в электрическом поле.
15. В чем состоят отличия электрических сепараторов смесей
от механических?
16. Перечислите преимущества и недостатки электрических
фильтров воздуха.
17. В чем состоит технологическое значение ионизации воздуха для животных и птицы?
18. Назовите назначение, устройство и принцип работы установки УОВ-1.
19. Назовите назначение, устройство и принцип работы электроаэрозольной установки.
20. Какие технологические действия может оказывать магнитное поле на объекты?
21. Объясните назначение, устройство и принцип магнитной
обработки воды.
22. Объясните устройство и принцип работы установки магнитной очистки пищевых и кормовых материалов от металлических примесей.

140

РАЗДЕЛ 6.
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
РЕМОНТНЫХ МАСТЕРСКИХ
В процессах ремонта сельскохозяйственной техники электрические методы в основном применяют для нагрева деталей
и инструмента, термической и термохимической обработки,
пайки, сварки, нагрева заготовок перед механической обработкой, металлизации, наплавки изношенных поверхностей и др.
Установки низкотемпературного электронагрева используют для
подогрева моющих растворов, в процессах плавления баббитов,
вулканизации резины, предпускового подогрева двигателей тракторов, автомобилей, сушки обмоток электродвигателей и т. п.
Электрические печи сопротивления классифицируют:
••по принципу нагрева: косвенного и прямого;
••технологическому назначению: термические для термической и термохимической обработки металлов, плавильные и сушильные;
••способу загрузки и характеру работы: периодического и непрерывного действия.
На ремонтных предприятиях преимущественно применяют
камерные электропечи, электрические соляные и масляные ванны и печи для сушки.
Камерные печи предназначены для различных видов термической обработки металлических изделий (закалка, отпуск, отжиг,
нагрев при обработке давлением и др.).
Печь (рис. 6.1) представляет собой камеру, футерованную
огнеупорным кирпичом, теплоизолированную и заключенную
в металлический кожух. На внутренних поверхностях рабочей
камеры смонтированы спирале- или зигзагообразные (проволочные или ленточные) нагревательные элементы из жаростойких
141

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

сплавов (рабочая температура до 1000 °С) с высоким сопротивлением.
1

2

3

7

6

4

5

Рис. 6.1. Камерная электрическая печь:
1 – дверь; 2 – корпус; 3 – футеровка; 4 – пульт управления;
5 – выключатель блокировки открытия двери; 6 – подовая
плита; 7 – боковые нагревательные элементы

В печах с рабочей температурой до 1500 °С применяют стержневые нагреватели из карборунда или дисилицида молибдена.
Электрические ванны предназначены для термической обработки металлических изделий в жидких теплоносителях (масла,
щелочи, расплавы солей). Наиболее распространены электродные соляные ванны, а также соляные и масляные с внешним или
внутренним обогревом нагревательными элементами.
Электродные соляные ванны типа СВС применяют для без­
окислительного нагрева изделий, главным образом термообработки режущего и ударного инструмента. Температура не превышает 1300 °С. Подбирая состав солей, можно проводить и
термохимическую обработку. Соль расплавляют электрическим
током, протекающим через нее между электродами, расположенными в ванне и подключенными к понижающему трансформатору. Температуру контролируют пирометром и регулируют с помощью щита управления типа ИЗР или ИР.
Электрические масляные и щелочные ванны предназначены
для отпуска деталей и инструмента после закалки. Рабочая температура – 200...250 °С. Нагрев – с помощью ТЭНов, погруженных в жидкость, или спиральных нихромовых элементов, заложенных в футеровку ванны.
142

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

Сушильные электропечи предназначены для сушки изделий
(сварочных электродов, электродвигателей, катушек электроаппаратов и др.) после покраски, пропитки, покрытия лаками,
клеевых соединений. На рисунке 6.2 представлена схема конвективной сушилки для нагрева, сушки изделий после покраски
и пропитки, а также для различных видов термообработки деталей из металлов или полимеров в пределах до 400 °С.
1

2

3

4
5
6
7

Рис. 6.2. Схема конвективной сушилки:
1 – крыльчатка вентилятора; 2 – теплоизоляция; 3 – корпус;
4 – элементный нагреватель; 5 – футеровка;
6 – рабочая камера; 7 – тележка

В рабочей камере обеспечивается двухконтурная принудительная конвекция. Теплоизоляция позволяет удерживать тепло
длительное время (4...5 ч) при отсутствии электрического питания, что позволяет продолжить цикл сушки после восстановления электропитания с сохранением всех заданных параметров.
В обычных печах сопротивления теплота передается от нагревательных элементов к материалу излучением и конвекцией,
причем при низких и средних температурах преобладает именно
конвекция. В таких случаях целесообразно использовать лучистый или инфракрасный нагрев.
В инфракрасных установках нагревательные элементы состоят
из вольфрамовых ламп накаливания, которые размещены в корпусе с отражателями, направляющими всю излучаемую теплоту на нагреваемый материал. Лампы работают при температуре
2300 °C (вместо обычных 3000 °C), что обеспечивает повышен143

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

ную долю ИК-излучения и увеличивает срок службы, для чего
рефлекторы покрываются родием. Используемые лампы обычно
имеют номинальную мощность от 250 до 1000 Вт при напряжении 115 В. Работа при низком напряжении гарантирует устойчивость нити накала.
Размеры установок варьируются от единичной лампы до камер, содержащих несколько сотен ламп. При таком расположении можно получить температуру 200...300 °C, а интенсивность
тепловыделения может достигать 7000 Вт/м2, что намного выше,
чем у обычных печей сопротивления.
В кузовном ремонте ИК-сушка лакокрасочного покрытия
быстрее естественной примерно в 20...25 раз, а конвективной – в
3...4 раза. При этом качество покрытия ничем не хуже, чем при
самой бережной естественной сушке.
Различают ИК-сушилки ручные, передвижные, рельсовые,
туннельные.
Ручные ИК-сушилки (рис. 6.3, а) являются устройствами вспомогательного назначения, служащими для обработки поверхностей небольшого размера.
1

2
1

3

5

4

3

6

4
а

б

Рис. 6.3. Ручная (а) и передвижная (б) ИК-сушилки:
1 – корпус излучателя; 2 – держатель; 3 – питающий провод;
4 – ИК-излучатели; 5 – стойка-держатель; 6 – опорная тележка

Передвижные ИК-сушилки (рис. 6.3, б) оснащены опорной тележкой (шасси), обеспечивают передвижение по различным поверхностям и установку в любом требуемом месте.
Рельсовые сушилки используют в зонах подготовки и окрасочно-сушильных камерах. Они оснащены подвесными систе144

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

мами, кронштейнами с софитами (кассетами), удерживающими
ИК-лампы, и передвигаются горизонтально и вертикально по
специальным направляющим.
Туннельная ИК-сушилка – стационарная. Кассеты (модули) с
ИК-лампами установлены на потолке и стенах замкнутой камеры
или изолированного помещения. Такие камеры-помещения могут быть как совсем небольшими (через них проходит конвейер,
перемещающий окрашенные предметы), так и крупными, достаточными для размещения в них автомобиля (терморадиационная
или ИК-сушка автомобиля) или иного транспортного средства.
Моечные машины и ванны с электроподогревом используют
для мойки узлов тракторов и автомобилей перед разработкой и
очисткой деталей, реконсервацией подшипников и т. п. Моющие
растворы подогревают до температуры 85...95 °С с помощью трубчатых электрических нагревателей, встроенных в ванны.
Электроподогрев двигателей тракторов и автомобилей в зимнее время необходим для того, чтобы обеспечить пуск и уменьшить износ деталей. Чаще всего в поддон картера двигателя
встраивают нагревательные блоки типа ТЭНБ-132А10 или другие аналогичного назначения, которые подогревают масло и все
картерное пространство. Для группового подогрева используют
также электрокалориферные установки с воздуховодами, подводящими теплый воздух к двигателям.
При электрообогреве трубопроводов и резервуаров можно перекачивать по ним жидкости с высокой вязкостью, например жиры
и раствор мелассы в кормоцехах, нефтепродукты на заправочных
станциях и т. п. Погружные нагреватели (блоки) типа БЭР чаще
всего устанавливают в резервуарах. Нагревательные провода или
гибкие ленточные нагреватели типа ЭНГЛ наматывают на поверхность трубопроводов или запорной арматуры и теплоизолируют от окружающей среды.
Электровулканизаторы предназначены для местного ремонта
резиновых изделий. Выпускают модели, отличающиеся напряжением питания (6, 12, 220 В), формой и размерами. Изделие
зажимают между двумя металлическими плитами, в одной из
которых находится электронагреватель, терморегулятором увеличивают температуру до 130...150 °С и с помощью реле времени
устанавливают выдержку 15...20 мин. За это время сырой каучук
превращается в резину.
В ремонтном производстве чаще используют электросварочное оборудование электродугового и электроконтакного нагрева.
145

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

Для ручной дуговой сварки, наплавки, резки на переменном токе
применяют сварочные трансформаторы с повышенным магнитным рассеянием (ТС-300, ТСК-300, ТС-500), встроенным дросселем (СТН-350, СТН-500), отдельным регулирующим дросселем
(СТЭ-24У, СТ-34У) и др.
На постоянном токе качество сварки выше, так как более
стабильно горит дуга. Для этих целей используют различные сварочные выпрямители (ВДУ, ВКС, ВСС), сварочные преобразователи (ПСО), генераторы.
Наиболее совершенными, экономичными и компактными
устройствами для ручной сварки являются сварочные инверторы.
Сварочный инверторный аппарат (рис. 6.4) представляет собой
электронное устройство в компактном корпусе. В специальные
разъемы на корпусе вставляются сварочные кабели в соответствии с нанесенной маркировкой – плюс и минус. На фронтальной части имеется панель управления с дисплеем для контроля
силы тока и кнопками регулирования его значения. На корпусе
имеются вентиляционные решетки для охлаждения аппарата во
время работы.
1
2
3
4
56
7
8
9

Рис. 6.4. Сварочный инвертор:
1 – ремень; 2 – корпус; 3 – дисплей; 4 – кнопки регулировки силы
тока; 5 – кнопка включения; 6 – индикатор перегрева;
7 – вентиляционная решетка; 8, 9 – разъемы
для присоединения кабелей

Электроконтактной сваркой называют способ электрической
сварки, при котором нагрев осуществляется за счет преимущественного выделения теплоты в местах соприкосновения свариваемых деталей при протекании через них электрического тока.
Для контактной сварки характерна местная концентрация тепло146

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

вой мощности и, следовательно, высокой температуры в области
стыка свариваемых деталей, что обусловливается значительным
сопротивлением контакта стыка в сравнении с сопротивлением
самих деталей. В этом отношении контактная сварка является
весьма экономичным и целесообразным видом сварки.
Контактная сварка может осуществляться как на постоянном, так и на переменном токе, однако на практике применяется
почти исключительно переменный ток, так как необходимые для
сварки токи порядка тысяч и даже десятков тысяч ампер при
напряжениях в несколько вольт могут быть наиболее просто получены при помощи трансформаторов. Специальные источники
постоянного тока для этой цели были бы слишком дороги, сложны в изготовлении и менее надежны в эксплуатации.
Установка электроконтактной сварки (рис. 6.5) состоит из
следующих узлов и деталей. В корпусе размещены силовой понижающий трансформатор, нажимной механизм, система охлаждения. В зазор между электродами помещают свариваемые детали
(обычно листы металла). Затем педалью обеспечивают кратковременное прижатие с помощью подвижного электрода свариваемых деталей к неподвижному электроду и подачу напряжения.
Электроды и токоподводящие шины охлаждаются водой, которая
подается с помощью шлангов.
1

2
3
4

5

Рис. 6.5. Установка электроконтактной точечной сварки:
1 – корпус; 2 – шланги подачи воды; 3 – неподвижный
электрод; 4 – подвижный электрод; 5 – педаль

Кроме перечисленного оборудования, в ремонтном производстве используют другие специализированные установки:
147

Раздел 6. Электротермическое оборудование ремонтных мастерских

электроконтактной наплавки, индукционного и диэлектрического нагрева, лазерные и др.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. В каких основных процессах ремонта сельскохозяйственной техники применяют электрические методы нагрева?
2. Изложите классификацию электрических печей сопротивления.
3. Какие способы нагрева используют в сушильных электропечах?
4. Какое электросварочное оборудование используют в ремонтном производстве?
5. Для чего предназначены и какие имеют преимущества
сварочные инверторы?
6. Объясните устройство и принцип действия установки
электроконтактной точечной сварки.

148

РАЗДЕЛ 7.
БЫТОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ
И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
7.1. БЫТОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
Охлаждение и заморозка являются эффективными методами
увеличения сроков хранения пищевых продуктов. По назначению
и производительности различают холодильники и морозильные
камеры промышленные, бытовые, автомобильные и специальные. Косвенное преобразование электрической энергии в тепловую (для получения холода и теплоты) осуществляют с помощью
холодильных машин и тепловых насосов (трансформаторов теплоты), которые могут быть компрессионными (механическими),
адсорбционными (термохимическими) и полупроводниковыми
(термоэлектрическими).
Перенос теплоты осуществляется с помощью промежуточных
энергоносителей: в компрессионных и адсорбционных – жидкостей с низкой температурой кипения (фреон, аммиак и др.), в
термоэлектрических – электрического тока.
В зависимости от вида трансформаторов теплоты и режимов
работы значения энергетических параметров могут достигать:
отопительный коэффициент ψ = 3...4, а холодильный коэффициент ε = 2,5...3,0 и более. Коэффициент преобразования энергии
при совмещенном режиме работы достигает 3...5. Это означает,
что, затратив 1 кВт ⋅ ч электроэнергии, потребитель может получить в 3...5 раз больше теплоты и холода.
Практически все бытовые холодильники имеют общий принцип работы, но, в зависимости от модели и используемой охлаждающей установки, особенности процесса поддержания низкой
температуры в камере могут отличаться.
149

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

Наиболее распространены бытовые холодильники компрессионного типа. Основными составляющими частями холодильника
(рис. 7.1) являются компрессор, создающий необходимую разность давлений; испаритель, забирающий теплоту из внутреннего объема холодильника; конденсатор, отдающий теплоту в
окружающую среду; холодильный дроссель (капиллярная трубка), поддерживающий разность давлений за счет дросселирования хладагента; хладагент – вещество, переносящее теплоту от
испарителя к конденсатору.
Испаритель
Терморегулятор

ФильтрКапилляр осушитель

Конденсатор

1
~Сеть

5
а

4

3

2

Пусковое
реле
Моторкомпрессор

б

Рис. 7.1. Схема расположения основных частей
холодильного агрегата (а) и структурная схема управления
оборудованием бытового холодильника (б):
1 – испаритель; 2 – конденсатор; 3 – фильтр-осушитель;
4 – холодильный дроссель (капилляр); 5 – компрессор

Жидкий хладагент под давлением через дросселирующее отверстие (капилляр) поступает в испаритель, где за счет резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости. При
этом хладагент отнимает теплоту у внутренних стенок испарителя, которая расходуется на кипение жидкости, за счет чего происходит охлаждение холодильного пространства холодильника,
где и находится испаритель. Затем пары хладагента откачиваются
компрессором, нагнетаются в полость высокого давления, и цикл
повторяется снова.
Таким образом, в конденсаторе хладагент под воздействием
высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состоя­
150

7.1. Бытовые холодильники

ние, выделяя теплоту, а в испарителе под воздействием низкого
давления вскипает и переходит в газообразное, поглощая теплоту.
В Республике Беларусь применяется широкая номенклатура импортных бытовых холодильников Стинол, Индезит, Норд
и др., а также производства Минского завода «Атлант»: однокамерные Минск КШД-151, 152, МХМ-161, 162; двухкамерные
МХМ-268, МХМ-2706, МХМ-2712; двухкамерные двухкомпрессорные МХМ-1841–МХМ1848 и др. Здесь же выпускаются малогабаритные термоэлектрические бытовые (МХТЭ-30) и автомобильные термоэлектрические (ХАТЭ-24) холодильники.
Холодильник автомобильный термоэлектрический (рис. 7.2, а)
состоит из корпуса, съемной крышки, холодильной камеры, вентилятора, четырех термоагрегатов, электропроводки. К двум противоположным стенкам камеры попарно крепятся термоагрегаты, соединенные между собой последовательно и подключенные
к источнику постоянного тока (рис. 7.2, б).
24 В

3

1

2
М
Е1

4
5

Е2
Е3

7

6

Е4

а
б
Рис. 7.2. Устройство (а) и электрическая схема (б)
термоэлектрического холодильника:
1 – корпус; 2 – съемная крышка; 3 – холодильная
камера; 4 – вентилятор; 5 – вентиляционная решетка;
6 – электропроводка; 7 – термоагрегаты

Каждый термоагрегат представляет собой блок термоэлектрической батареи. Холодные спаи каждого термоблока прижаты
к холодильной камере, охлаждая ее. Горячие спаи термоблоков
снабжены радиаторами – теплообменниками, предназначенны151

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

ми для отвода теплоты. Радиаторы охлаждаются воздухом, подаваемым вентилятором.
Потребляемая мощность холодильника ХАТЭ-24 составляет
не более 170 Вт, напряжение питания – 24 В постоянного тока,
перепад температур воздуха в камере при окружающей температуре 30 °С – не менее 28 °С, внутренний объем холодильника –
15 дм3, масса – 7 кг.
7.2. БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Бытовые электронагревательные установки условно можно
раз­
делить на группы: для приготовления пищи; нагрева воды
и дополнительного обогрева жилых помещений; глажения и
санитарно-гигиени­ческих целей; нагревательные инструменты.
Использование электроприборов для приготовления пищи со­
храняет комфортные условия в жилых помещениях. Электричес­
кие устройства менее взрыво- и пожароопасны, чем плиты на
твердом, газообразном и жидком топливе. С их помощью легче
поддерживать необходимую для приготовления пищи температуру. Менее вероятно пригорание пищи, образование дымов и
нежела­тельных запахов. Ускоряется сам процесс приготовления
пищи, при этом у целого ряда блюд улучшается вкус. Потери
теплоты по сравнению с газовыми плитами могут быть снижены
на 50 %.
К электронагревательным устройствам для приготовления
пищи относят электроплитки, электроплиты, жарочные шкафы,
электродуховки, электросковороды, электрические печи, элект­
рокастрюли, скороварки, тиховарки, пароварки, электрофритюрницы, электрогрили, электрошашлычницы, электротостеры
и др. В качестве нагревательных элементов в них чаще используют элементные (ТЭНы) и ИК-излучатели.
Промышленность выпускает электрические плиты напольные стационарные, напольные переносные и настольные.
Напольная стационарная электроплита (рис. 7.3) может быть
встроена в кухонный интерьер. В верхней части стального эмаложена панель с конфорками. Под
лированного корпуса распо­
конфорочной панелью размещен жарочный шкаф, а под ним –
вспомогательный шкаф для хранения кухонных принадлежностей. Переключатели мощ­
ности конфорок и жарочного шкафа
выведены на панель управления.
152

7.2. Бытовые электронагревательные установки

7
6

8
9
10

11

5
12

4
3

13

2

14
б
а
Рис. 7.3. Схема устройства (а) и общий вид (б) электрической плиты:
1 – корпус; 2 – клемма; 3 – кабель питания; 4 – изоляция;
5 – датчик температуры; 6 – ТЭН гриля; 7 – панель управления;
8 – конфорка; 9 – конфорочная (варочная) панель; 10 – питание
конфорки; 11 – опора конфорки; 12 – дверь духового (жарочного)
шкафа; 13 – вспомогательный шкаф; 14 – ТЭН духовки
1

Необходимый для приготовления различных блюд жар внутри жарочного шкафа вырабатывается при помощи особой конфигурации ТЭНов. В большинстве современных электродуховок два ТЭНа: внизу и вверху. Как правило, верхний отвечает
за функцию «гриль». Современные модели имеют еще боковые
ТЭНы, позволяющие готовить пищу еще быстрее.
В электроплитах функции нагрева выполняют конфорки,
которые в зависимости от исполнения могут быть штампованными, чугунными, трубчатыми на базе ТЭНов, пирокерамическими, индукционными.
В штампованные и чугунные конфорки впрессованы нагревательные спирали из нихрома. Пирокерамические конфорки
выполняют в виде панелей или кругов из ситалла – стекловидной массы особого состава с термостойкостью до 1000 °С. В индукционных конфорках встроены катушки индуктивности, создающие магнитное поле. В электроплитах и плитках используют
4...9-типозиционные переключатели ступенчатого регулирования
153

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

мощности, а также бесконтактные регуляторы плавного изменения мощности конфорок.
Индукционная электроплита внешне практически не отличается от плиты с элементным нагревателем, однако имеет конструктивные особенности (рис. 7.4), и для работы необходима
посуда из ферромагнитного сплава, которая сама выступает в качестве нагревающего элемента.

1
2

6

3
4
5

Рис. 7.4. Схема устройства индукционной плиты:
1 – посуда из ферромагнитного материала; 2 – стеклокерамическая
поверхность; 3 – слой изоляции; 4 – индукционная катушка;
5 – электронный блок управления; 6 – преобразователь частоты

На индукционную катушку подается высокочастотное напряжение от преобразователя частоты. Созданное переменное
магнитное поле высокой частоты вызывает в корпусе посуды
ЭДС индукции и вихревые токи, которые по закону Джоуля-Ленца осуществляют нагрев посуды и путем теплопередачи – нагрев
пищи. Стеклокерамическая поверхность в отсутствие посуды
остается холодной.
Мультиварка – многофункциональный бытовой кухонный
электроприбор с программным управлением, предназначенный
для приготовления широкого спектра блюд в автоматическом
режиме. По режимам работы различают мультиварки, не создающие давление внутри прибора, стравливая его через предохранительный клапан, и работающие под повышенным давлением
(мультиварки-скороварки).
По принципу получения теплоты выпускают два вида мультиварок: нагрев с помощью ТЭНов и индукционный (рис. 7.5).
154

7.2. Бытовые электронагревательные установки

6
5
4
3

7
8
9
2

1
а

б
Рис. 7.5. Схема устройства (а) и общий вид (б) мультиварки:
1 – корпус; 2 – процессор; 3 – защитный экран; 4 – чаша из
ферромагнитного материала; 5 – крышка; 6 – нагревательный
элемент; 7 – боковые нагревательные элементы;
8 – индукционный нагреватель; 9 – питающий провод

Управляет работой мультиварки микропроцессор, который
отвечает за поддержание постоянного давления и заданной температуры внутри изделия и держит особый контроль над испарением жидкости. Интеллектуальное устройство в зависимости от
заложенных внутрь продуктов производит расчет времени, которое нужно на их приготовление.
Кроме вышеуказанных приборов с использованием элементного или индукционного нагрева, в быту находят применение
электросковороды, электрокастрюли, электрофритюрницы (особый вид кастрюли, в которой продукты готовят­
ся в кипящем
масле – фритюре).
К специальным приборам приготовления пищи с ИК-нагревателями относят электрогрили, электрошашлычни­цы, ростеры
и тостеры. В качестве ИК-излучателей в них приме­н яют высокотемпературные ТЭНы или кварцевые излучатели, представляющие собой трубку из кварцевого стекла диаметром 12...16 мм
с толщиной стенки 0,8...1,0 мм. В трубке может быть размещен
керамический стержень, в пазах которого расположена нагревае­
мая спираль из высокоомных (нихром, вольфрам) материалов.
Температура на поверхности та­к их нагревателей – 800...950 °С.
Электрогрили представляют собой жарочные шкафы, на боко­
вых стенках которых установлены вращающиеся приспособле­ния
155

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

для крепления приготовляемых продуктов: вертела для пти­цы,
шампуры для шашлыков, сетки для котлет и т. п. Привод для
вращения может быть пружинный или электрический.
Электрошашлычницы (для приготовления шашлыков, лю­л якебаб, порционных кусков мяса, запекания грибов, фруктов и
овощей) выпускают с горизонтальным и верти­кальным расположением шампуров мощностью 1,2...1,6 кВт. Шампуры приводятся во вращение электродвигателем.
Электротостеры и электроростеры используют для поджаривания ломтиков хле­ба, бутербродов с колбасой, сыром и другими
продуктами, в результате чего их поверхность покрывается золотистой корочкой и внутри размягчается. Приборы имеют прямоугольный корпус, внутри которо­
го установлены радиационные
нагреватели с температурой 700...800 °С.
Сверхвысокочастотные электропечи (СВЧ-печи) используют
для подогрева, приготовления пищи, разморозки продуктов и др.
СВЧ-печь – сложный аппарат, состоящий из нескольких электротехнических и электронных узлов (рис. 7.6).
5

4

6

7

8

3
9
10

2

11

1
17

16

14

15
а

13

12
б

Рис. 7.6. Схема устройства (а) и общий вид (б) СВЧ-печи:
1 – электродвигатель вращения поддона; 2 – поддон;
3 – окно двери рабочей камеры; 4 – крепление поддона;
5 – термопредохранитель; 6 – волновод; 7 – колодка питания;
8 – магнетрон; 9 – электродвигатель вентилятора; 10 – вентилятор
охлаждения магнетрона; 11 – высоковольтный конденсатор;
12 – лампа подсветки; 13 – трансформатор; 14 – модуль управления
мощностью и таймером; 15 – кнопка открытия двери; 16 – ручка
таймера; 17 – выключатель питания при открытой двери

На лицевой стороне корпуса СВЧ-печи имеются органы
управления и дверца рабочей камеры. Корпус выполняют из
156

7.2. Бытовые электронагревательные установки

окрашенных эмалями листов, на облицовочных панелях предусмотрены жалюзи для прохода охлажденного воздуха. Основой
СВЧ-печи является мощный (от 800 Вт) генератор высокочастотных электромагнитных волн – магнетрон. Излучаемая частота
магнетронов для всех печей составляет 2450 МГц (микроволны),
что является международным стандартом.
Для работы магнетрона необходим повышающий трансформатор и конденсатор. Электромагнитные колебания от магнетрона передаются через антенну в волновод и далее в отсек для
подогрева еды, размещенной на специальном поддоне из диэлектрического материала. Металлические стенки отсека и решетка
на дверце прекрасно отражают волны. Таким образом, электромагнитное излучение поглощается только продуктом.
На организм человека микроволны тоже оказывают тепловое
воздействие и могут приводить к появлению ожогов. Поэтому
микроволновые печи работают только при закрытой двери. В таком случае волны практически не выходят из печи и не несут
никакой опасности человеку.
При СВЧ-нагреве генерация теплоты происходит внутри самого продукта и почти вся теплота идет на его нагрев, а посуда нагревается незначительно от горячего продукта. При этом
сокращается продолжительность тепловой обработки продуктов, не происходит подгорание, снижаются потери их массы на
10...30 % при сохранении витаминов, органических и минеральных веществ, естественного цвета и вкусовых качеств. Затраты
электроэнергии могут быть на 50...70 % ниже по сравнению с
применением электроплит.
При перечисленных преимуществах СВЧ-приборы не могут
полностью заменить традиционные устройства для приготовления пищи, потому что обработанные СВЧ-энергией блюда не
имеют привычного вида (поджаристой корочки, изменения цвета
и др.), а сохраняют вид полуфабрикатов.
Нагрев воды и дополнительный обогрев жилых помещений с
помощью электрических устройств обеспечивает повышение
комфортности, постоянную готовность электрических нагревателей к работе, удобство эксплуатации, надежность оборудования,
возможность индивидуального и дистанционного регулирования
температуры в помещениях.
Электрический чайник – простейший бытовой прибор для периодического нагрева и кипячения воды (рис. 7.7). Состоит из
157

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

двух частей: собственно чайника и подставки. Чайник с водой
ставят на подставку, через которую нагревательный элемент подключается к электросети.
2
3
4
1
5
6
7
10
а

9

8
б

Рис. 7.7. Схема устройства (а) и общий вид (б) электрического чайника:
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – ручка с каналом для выхода пара 4;
5 – вода; 6 – кнопка выключателя; 7 – термостат; 8 – вилка
штепсельная; 9 – нагревательный элемент; 10 – подставка

При снятии чайника с подставки размыкаются контакты, и
он выключается. В нижней части корпуса находится герметичный электрический нагревательный элемент мощностью порядка
2 кВт. Над ним расположена емкость для воды (от 1,5 до 2,0 л).
Элементы управления (кнопка выключателя, термостат) находятся снаружи корпуса. Когда нагрев воды достигает точки кипения,
пар через канал в ручке поступает в термостат. Биметаллическая
пластина при нагреве изгибается, толкает рычаг, который отключает нагреватель.
В бытовых условиях используют различные модификации
электрических чайников, кофеварок, кофемашин, в которых нагрев воды осуществляют с помощью ТЭНов.
Электрическая кофеварка может работать в полуавтоматическом или автоматическом режиме в зависимости от вида исполнения. Основной функцией этого изделия является варка кофе:
нагревание воды до заданной температуры и ее прогон через молотые кофейные зерна, отбирая у них аромат и вкус для получения напитка.
В кофеварке капельного типа (рис. 7.8) холодная вода из емкости поступает в нагревательный отсек, и кипяток под давлени158

7.2. Бытовые электронагревательные установки

ем пара через патрубок капает в фильтр с кофейным порошком,
затем заваренный кофе капля за каплей стекает в кофейник.

4

3

5
2
6

1
а

б

Рис. 7.8. Схема устройства (а) и общий вид (б) электрической
кофеварки капельного типа:
1 – корпус; 2 – резервуар для воды; 3 – патрубок
для выхода пара; 4 – фильтр с кофейным порошком;
5 – кофейник; 6 – нагревательный элемент

В гейзерной модели кофеварки (рис. 7.9) в нижнюю часть металлического прибора заливается холодная вода, а в фильтр помещаются молотые зерна. После нагрева кипяток под давлением
пара, как гейзер, поднимается в верхнюю часть и заваривает кофе.
7

6
5
4
3
2
1
а

б

Рис. 7.9. Схема устройства (а) и общий вид (б)
электрической кофеварки гейзерного типа:
1 – нагревательный элемент; 2 – гейзер воды; 3 – резервуар
для воды; 4 – давление пара; 5 – фильтр с кофейным
порошком; 6 – кофейник; 7 – готовый кофе

159

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

Для систем отопления и горячего водоснабжения (рис. 7.10)
применяют три вида электрических водонагревателей: электродный; индукционный; элементный (см. разд. 3).

1

2

3
Фильтр

Подача
Система
отопления

Обратка
Фильтр

4

Слив воды из системы
отопления
Горячая вода

Подача воды
из водопровода
Холодная вода

Рис. 7.10. Схема системы отопления и горячего водоснабжения жилого дома:
1 – двухконтурный электрический водонагреватель;
2 – душевая кабина; 3 – умывальник; 4 – батарея отопления

Установленная мощность электрообогрева жилого помещения составляет 80...200 Вт/м2 при расходе электроэнергии
5...15 тыс. кВт ⋅ ч/год, для горячего водоснабжения семьи из
3–4 человек – дополнительно около 2 тыс. кВт ⋅ ч/год.
Для обогрева помещений используют также другие отопительные приборы: стационарные (электрообогреваемые полы,
стекла, панели и т. п.) и переносные (мощностью 0,5...2,0 кВт).
По способу теплопередачи переносные классифицируют на приборы, передающие теплоту свободной конвекцией (электроконвекторы), вынужденной конвекцией (электрические тепловентиляторы), излучением (электрокамины и ИК-обогреватели),
конвекцией и излучением (электрорадиаторы).
160

7.2. Бытовые электронагревательные установки

Электроконвекторы (рис. 7.11, а) предназначены для общего
обогрева помещения. В качестве нагревателей используют спирали из нихрома, закрепленные на изоляторах; тканые нагревостойкие элементы с использованием нихромовой проволоки или
углеграфитовой ленты; трубчатые плоские и оребренные нагревательные элементы. Мощность регулируют ступенчато переключателем.

а

б

Рис. 7.11. Электроконвекторы (а) и электрорадиаторы (б)

Электрорадиаторы предназначены для дополнительного
отопления помещения. Наиболее надежными и безопасными
являются маслонаполненные (рис. 7.11, б). Внутри металлической конструкции находится минеральное масло и специальный нагревательный элемент. Современные модели оборудованы
термостатом, отсеком для хранения кабеля, а также имеют хорошую защиту от перегревания. Помимо этого, масляный радиатор может иметь датчик горизонтального положения, который
отключает работу обогревателя в случае его падения. С помощью
встроенного таймера можно значительно экономить расход электроэнергии, поскольку имеется возможность регулировать время
обогрева комнаты.
Стоимость радиатора и его мощность напрямую зависят от
его размеров и числа секций. Чаще всего такие обогреватели
имеют от 5 до 12 секций и мощность от 1,0 до 2,5 кВт. Для того
чтобы правильно выбрать модель, следует знать, что 1 кВт достаточно для обогрева комнаты площадью до 10 м2.
Помимо невысокой стоимости, масляные радиаторы отличаются своей мобильностью и бесшумной работой. В процессе обогрева их корпус имеет слабую температуру нагрева, что является
161

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

более безопасным для окружающих, кроме того, не происходит
сжигание кислорода и пыли.
Электробогреваемые панели имеют достаточно простую и надежную конструкцию. В их основе специальный нагревательный
элемент, особым образом уложенный в металлический короб.
Панели СТЕП (Россия) имеют эстетичный внешний вид
(рис. 7.12), их монтируют преимущественно на стены или потолок помещения. Выпускаются мощностью 250, 340, 500 и 800 Вт.
Толщина панели не превышает 0,02 м.
1

2

3

4

5

Рис. 7.12. Схема устройства электрообогреваемой панели СТЕП:
1 – короб металлический; 2 – теплоотражатель; 3 – изоляционная
подложка; 4 – нагревательный элемент; 5 – питающий провод

В системах комбинированного и локального электрообогрева широко используют ИК-обогреватели со «светлыми»
(ИК-лампы ИКЗК, ИКЗС, КГ, КГТ и т. п.) и «темными» (ТЭНы,
керамические панели с электронагревателями из нихрома и др.)
излучателями.
Данный вид обогрева является экономичным, быстрым и
эффективным. ИК-лучи длиной волны от 5 до 15 мкм благоприятно воздействуют на здоровье человека и организм в целом,
поэтому, помимо своего прямого назначения, ИК-обогреватель
способен оказывать определенные профилактические и лечебные
действия.
Основа стеклянного обогревателя – панель, выполненная из
термоупрочненного стекла с нанесением тончайшего токопроводящего покрытия. Оно представляет собой тонкий слой твердого
низкоэмиссионного материала, который обладает сопоставимым
с обычным стеклом светопропусканием и энергосберегающими
свойствами. Для подключения покрытия к электросети в крае­
162

7.2. Бытовые электронагревательные установки

вых зонах на стекле наносятся специальные токоподводящие
шины. Покрытие отражает ИК-излучение изнутри помещения,
позволяя таким образом снизить теплопотери в холодное время
года, и ультрафиолетовое излучение снаружи, тем самым уменьшая проникновение избыточной теплоты в жару и предохраняя
предметы интерьера от порчи.
Стеклянная панель может быть вмонтирована в оконный
стеклопакет, зеркало и другие предметы интерьера.
Выделяют четыре основные функции остекления с электрообогревом: снеготаяние, комфорт, обогрев, борьба с конденсатом.
На рисунке 7.13 показаны некоторые современные модификации бытовых ИК-обогревателей.

а

б

Рис. 7.13. Инфракрасные обогреватели:
а – напольный; б – настенный

Если монтаж традиционных систем отопления требует достаточно большого количества времени и финансовых затрат, то для
прогрева дома с помощью ИК-обогревателя затрат необходимо
гораздо меньше.
Для глажения и санитарно-гигиени­ческих целей применяют
электронагревательные приборы: утюги, гладильные прессы и
машины; электросушилки, фены, различные приборы для обогрева тела человека (электрогрелки, электрические одеяла, пледы,
коврики, матрацы, электротепловентиляторы и др.). В качестве
нагревателя обычно используют ТЭН или спираль из нихрома.
Электроутюги применяют для глажения различных изделий
из тканей. Существует множество модификаций импортных и
отечественных электроутюгов:
163

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

••с терморегулятором;
••терморегулятором и пароувлажнителем (рис. 7.14);
••терморегулятором, пароувлажнителем и разбрызгивателем;
••терморегулятором утяжеленный;
••терморегулятором малогабаритный.
5

6
7

4
2

3
8

1

12

11 10
а

9
б

Рис. 7.14. Схема устройства (а) и общий вид (б) электрического утюга:
1 – корпус; 2 – резервуар для воды; 3 – регулятор пара;
4 – водяное сопло; 5 – кнопка разбрызгивания воды; 6 – ручка
регулятора термостата; 7 – электрический шнур питания;
8 – контактная колодка; 9 – аварийный термостат; 10 – термостат;
11 – нагревательный элемент; 12 – подошва
с каналами для выхода пара

Электроутюги также различают по массе (0,68...2,50 кг) и
мощности (0,25...1,00 кВт).
Подошвы утюгов изготавливают из чугуна, стали, алюминия. Площадь подошвы составляет 160...250 см2. В качестве нагревателей используют ТЭНы, а также плоские нагревательные
элементы на миканитовой основе с нихромовой или фехралевой
проволокой.
Необходимую температуру нагрева утюга устанавливают с
помощью терморегулятора в диапазонах от 60 до 200 °С. Электроутюги с увлажнителем имеют резервуары для воды вместимостью
до 200 мл. Температура парообразования 120...160 °C.
Электрические фены предназначены для сушки волос
(рис. 7.15). Потребляемая мощность фенов – 100...400 Вт. Температура воздуха на выходе составляет от 45 до 65 °C. В ручных фенах теплый воздух направляют непосредственно на волосы или
другой объект сушки, в настольных – подают по соединительно164

7.2. Бытовые электронагревательные установки

му шлангу в пластиковый колпак.
Холодный
воздух

2

3

4

Горячий
воздух

1
5

6
а

б

Рис. 7.15. Схема устройства (а) и общий вид (б) электрического фена:
1 – крыльчатка вентилятора; 2 – электродвигатель;
3 – нагревательный элемент; 4 – терморегулятор; 5 – кнопка
включения и регулятор работы; 6 – питающий провод

Нагревательные электроинструменты предназначены для
выполнения различных работ: пайки, выжигания по дереву, сваривания полиэтиленовой пленки, труб и т. п.
Электрические паяльники классифицируют по основным признакам:
••способу нагрева: элементный, индукционный;
••питающему напряжению: 12, 24, 36, 42, 110, 127, 220 В;
••характеру работы: непрерывного и периодического;
••конструкции корпуса: пистолетные, торцевые, молотковые:
••назначению и развиваемой мощности: радиомонтажные
маломощные (10...25 Вт), электротехнические средней мощности
(40...65 Вт) и медницкие мощные (100 Вт и выше).
Электропаяльники непрерывного нагрева (рис. 7.16, а) имеют массивный паяльный стержень, аккумулирующий теплоту и
отдающий ее в процессе пайки детали. Он плотно вставлен в металлическую трубку, изолированную слоем слюдопласта, на котором размещена нагревательная спираль. Весь нагревательный
узел, кроме рабочей части стержня, закрыт снаружи стальной
оболочкой, состоящей из двух половинок.
Электропаяльники периодического нагрева имеют малую
массу паяльного стержня и нагреваются до рабочей температуры
за несколько секунд. Паяльный стержень в виде петли из тонкой
165

Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки

проволоки включают нажатием на курок-выключатель в разрыв
короткозамкнутой обмотки трансформатора, размещенного в
корпусе паяльника. Рабочая температура жала составляет от 300
до 500 °C.
В индукционном паяльнике (рис. 7.16, б) наконечник имеет
ферромагнитное покрытие (чаще сплав железа и никеля), поэто­
му нагрев инструмента происходит благодаря возникновению
вихревых индукционных токов под действием переменного магнитного поля. При этом жало паяльника прогревается равномерно, потому что индукционный ток воздействует на него по всей
длине.
1

2

3

4

5

6

7
а
1

8

9

6

10

5

б

Рис. 7.16. Схемы устройства электрических паяльников
с элементным (а) и индукционным (б) нагревом:
1 – медный стержень; 2 – металлическая трубка; 3 – нагревательный
элемент (спираль); 4 – кожух; 5 – ручка-держатель; 6 – провод;
7 – вилка штепсельная; 8 – ферромагнитное покрытие;
9 – обмотка индуктора; 10 – экранирующая трубка

Во время работы индукционный паяльник обеспечивает саморегулирование температуры. Как только температура покрытия достигает точки Кюри (например, для сплава 36 % никеля
и 64 % железа – около 200 °С), магнитные свойства исчезают, и
разогрев прекращается. Когда медное жало отдает теплоту детали, остывает также ферромагнитное покрытие, возвращаются
магнитные свойства, и мгновенно возобновляется нагрев. Срок
эксплуатации такого инструмента увеличивается, а его КПД возрастает.
166

Контрольные вопросы и задания

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Как устроен бытовой холодильник компрессионного типа?
2. Объясните устройство и принцип действия термоэлектрического холодильника?
3. На какие группы по назначению условно можно разделить
бытовые электронагревательные установки?
4. Какие электронагревательные элементы используют в
электрических плитах?
5. Назовите особенности устройства и работы индукционной
электрической плиты.
6. Для чего используют мультиварки?
7. В каких устройствах для приготовления пищи применяют
ИК-нагреватели?
8. Для чего используют СВЧ-печи?
9. Какие электрические устройства используют для нагрева
воды и дополнительного обогрева жилых помещений?
10. Какие электронагревательные элементы используют в
электрических чайниках и кофеварках?
11. Назовите способы электрического нагрева воды в системах горячего водоснабжения и отопления.
12. Какие отопительные приборы используют для электро­
обогрева помещений?
13. Перечислите электронагревательные приборы для глажения и санитарно-гигиени­ческих целей.
14. По каким основным признакам классифицируют электрические паяльники?

167

ЛИТЕРАТУРА
Акопян, В.Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами : учеб. пособие / В.Б. Акопян, Ю.А. Ершов.
М. : МГТУ им. Баумана, 2005.
Алиферов, А.И. Электроконтактный нагрев металлов :
моногр. / А.И. Алиферов, С. Лупи. Новосибирск : НГТУ, 2004.
Баранов, Л.А. Светотехника и электротехнология : учеб. пособие / Л.А. Баранов, В.А. Захаров. М. : Колос, 2008.
Бахир, В.М. Электрохимическая активация: очистка воды
и получение полезных растворов : учеб. пособие / В.М. Бахир,
Ю.Г Задорожний, Б.И. Леонов ; под ред. В.М. Бахира. М. : ООО
«Маркетинг Саппорт Сервисиз», 2001.
Беззубцева, М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки в АПК : учеб. пособие / М.М. Беззубцева,
В.С. Волков, В.В. Зубков. СПб. : СПбГАУ, 2012.
Воловник, Г.И. Электрохимическая очистка воды : учеб.-метод. пособие / Г.И. Воловник, Н.И. Коробко. Хабаровск :
ДВГУПС, 2002.
Воробьев, В.А. Влияние электрического тока на развитие
растений / В.А. Воробьев, Ю.Г. Иванов // Вестник МСХА. 2015.
¹ 4. С. 23–26.
Заяц, Е.М. Основы электротехнологических методов обработки влажных кормов / Е.М. Заяц. Минск : Ураджай, 1997.
Заяц, А.Е. Электрические элементные нагреватели : пособие /
А.Е. Заяц, В.С. Корко, Р.И. Кустова ; под ред. проф. Е.М. Зайца.
Минск : БГАТУ, 2011.
Заяц, Е.М. Электротехнология : учеб. пособие / Е.М. Заяц.
Минск : ИВЦ Минфина, 2019.
Заяц, Е.М. Электротехнологическое оборудование : учеб. пособие / Е.М. Заяц. Минск : ИВЦ Минфина, 2021.
168

Литература

Каталог магнитно-импульсных установок ИМ МИТЭК. Николаев : ООО НПП «МИТЭК», 2012.
Корко, В.С. Инновационные электротехнологии : учеб. пособие / В.С. Корко. Минск : БГАТУ, 2023.
Корко, В.С. Электрофизические методы стимуляции растительных объектов / В.С. Корко, Е.А. Городецкая. Минск : БГАТУ,
2013.
Манин, А.В. Электротехнологические процессы и установки :
учеб. пособие / А.В. Манин. Ч. 1. Рыбинск : РГАТА им. П.А. Соловьева, 2010.
Пилат, Б.В. Основы электродиализа / Б.В. Пилат. М. : Аваллон, 2004.
Электрофизические и электрохимические методы обработки : учеб. пособие / З.И. Поляков, В.М. Исаков, Д.В. Исаков,
В.Ю. Шамин. 2-е изд., перераб. и доп. Челябинск : ЮУрГУ, 2006.
Степанцов, В.П. Технологическое использование оптического излучения : учеб.-метод. пособие / В.П. Степанцов. Минск :
БГАТУ, 2012.
Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов
в промышленности, сельском и домашнем хозяйстве / В.Н. Хмелев, Г.В. Леонов, Р.В. Барсуков [и др.]. Барнаул : АлтГТУ, 2007.
Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности / В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков [и др.]. Алтайск : АГТУ им. И.И. Ползунова, 2010.
Шиляев, А.С. Физические основы применения ультразвука
в медицине и экологии : учеб.-метод. пособие / А.С. Шиляев,
С.П. Кундас, А.С. Стукин ; под общ. ред. проф. С.П. Кундаса.
Минск : МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2009.
Электротермия : учеб. пособие / Е.М. Заяц, В.А. Карасенко,
А.Н. Баран [и др.]. Минск : БГАТУ, 2014.
Электротехнологии : пособие / И.Б. Дубодел, Е.М. Заяц,
П.В. Кардашов [и др.]. Минск : БГАТУ, 2014.
Электротехнологическое оборудование. Лабораторный практикум : учеб.-метод. пособие / сост.: В.С. Корко, Е.М. Заяц,
И.Б. Дубодел. Минск : БГАТУ, 2020.
Электротехнологическое оборудование. Практикум : учеб.
пособие / И.Б. Дубодел, Е.М. Заяц, В.С. Корко [и др.] ; под ред.
Е.М. Зайца. Минск : ИВЦ Минфина, 2022.
169

ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Условное обозначение рабочей среды и допустимые удельные мощности
ТЭНов (ГОСТ 13268-88. Электронагреватели трубчатые)
Обозначение
нагреваемой
среды

Х

Э

Р
Q
S

Т

О

К

170

Нагреваемая
среда

Характер нагрева

Вода, слабый
раствор щелочей и кислот
(рН 5...9)
Вода, слабый
раствор кислот
(рН 5...7)

Нагревание, кипячение с
максимальной температурой на оболочке 100 °С

Вода, слабый
раствор кислот
(рН 7...9)
Вода, слабый
раствор кислот
(рН 5...7)
Воздух и
прочие газы и
смеси газов
Воздух и
прочие газы и
смеси газов

Нагревание, кипячение с
максимальной температурой на оболочке 100 °С
Нагревание, кипячение с
максимальной температурой на оболочке 100 °С
Нагрев в спокойной газовой среде до температуры
на оболочке ТЭНа 450 °С
Нагрев в спокойной газовой среде до температуры
на оболочке ТЭНа 450°С

Воздух и
прочие газы и
смеси газов

Нагрев в среде, движущейся со скоростью не менее
6 м/с, до температуры на
оболочке ТЭНа 450 °С
Нагрев в среде, движущейся со скоростью не менее
6 м/с, до температуры на
оболочке ТЭНа 450 °С

Воздух и
прочие газы и
смеси газов

Нагревание, кипячение с
максимальной температурой на оболочке 100 °С

Удельная
мощность,
10 4 Вт/м2

9,0

15,0

15,0
9,5
2,2

5,0

5,5

6,5

Материал
оболочки
ТЭНа

Медь и
латунь (с
покрытием)
Нержавеющая
жаростойкая сталь
Углеродистая
сталь
Алюминиевые
сплавы
Углеродистая
сталь
Нержаве­
ющая жаростойкая
сталь
Углеродистая
сталь
Нержавеющая
жаростойкая сталь

Приложение 1

Окончание прил. 1
Обозначение
нагреваемой
среды

R

N
Z
V
W

L

Нагреваемая
среда

Воздух и
прочие газы и
смеси газов
Воздух и
прочие газы и
смеси газов
Жиры и масла
Щелочь, щелочноселитровая смесь
Легкоплавкие
металлы: оло­
во, свинец и др.
Литейные формы, прессформы

Ор

Металлические плиты из
алюминиевых
сплавов
Воздух, прочие
газы и смеси
газов

Кр

Воздух, прочие
газы и смеси
газов

Y

Т

Вода, раствор
щелочей и
кислот

Характер нагрева

Нагрев в среде, движущейся со скоростью не менее 6 м/с, до температуры
на оболочке ТЭНа 450 °С
Нагрев в среде, движущейся со скоростью не менее
6 м/с, до температуры на
оболочке ТЭНа 450 °С
Нагрев в ваннах и других
емкостях
Нагрев и плавление с
температурой на оболочке ТЭНа до 600 °С
Нагрев и плавление с
температурой на оболочке ТЭНа до 450 °С
ТЭН вставлен в отверстие,
гарантирован контакт с
нагреваемым металлом.
Нагрев с температурой на
оболочке ТЭНа до 450 °С
ТЭН залит в изделие.
Работа с термоограничителями. Температура на
оболочке ТЭНа до 320 °С
Нагрев в среде, движущейся со скоростью не
менее 6 м/с, до температуры на оболочке ТЭНа
450 °С
Нагрев в среде, движущейся со скоростью не
менее 6 м/с, до температуры на оболочке ТЭНа
650 °С
Нагревание, кипячение с
максимальной температурой на оболочке 100 °С

Удельная
мощность,
10 4 Вт/м2

3,5

5,1
3,0
3,5
3,5

5,0

13,0

11,0

13,0

13,0

Материал
оболочки
ТЭНа

Углеродистая
сталь
Нержавеющая
жаростойкая сталь
Углероди­
стая сталь
Углеродистая
сталь
Углеродистая
сталь
Углеродистая
сталь
Углеродистая
сталь
Углероди­
стая сталь
с оребрением
Нержаве­
ющая
сталь с оребрением
Титан

171

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Зависимость температуры проволоки из нихрома, подвешенной
горизонтально в спокойном воздухе при 20 °С, от тока и диаметра
Диаметр
проволоки,
мм

Сечение,
мм2

200

400

5,00
4,00
3,00
2,50
2,00
1,80
1,60
1,50
1,40
1,30
1,20
1,10
1,00
0,90
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10

19,600
12,600
7,070
4,910
3,140
2,540
2,010
1,770
1,540
1,330
1,130
0,950
0,785
0,636
0,503
0,442
0,385
0,332
0,283
0,238
0,196
0,159
0,126
0,096
0,085
0,149
0,131
0,118
0,008

52,0
37,0
22,3
16,6
11,7
10,0
8,0
7,9
7,3
6,6
6,0
5,4
4,8
4,2
3,7
3,4
3,1
2,8
2,5
2,2
2,0
1,7
1,5
1,3
1,0
0,8
0,6
0,5
0,1

83,0
60,6
37,5
27,5
19,6
16,9
14,4
13,2
12,0
10,9
9,8
8,7
7,7
6,7
5,7
5,3
4,8
4,4
4,0
3,5
3,1
2,7
2,3
1,9
1,6
1,3
1,0
0,6
0,5

172

Температура проволоки, °С
600
700
800
Ток, А

105,0
80,0
54,5
40,4
28,7
24,9
21,0
19,2
17,4
15,6
14,0
12,4
10,8
9,3
8,1
7,5
6,9
6,3
5,7
5,1
4,5
3,9
3,3
2,8
2,3
1,8
1,4
1,0
0,6

124,0
93,0
64,0
46,6
33,8
29,0
24,5
22,4
20,0
17,8
15,8
13,9
12,1
10,4
9,1
8,4
7,8
7,1
6,5
5,8
5,2
4,4
3,8
3,2
2,7
2,1
1,6
1,1
0,7

146,0
110,0
77,0
57,5
39,5
33,1
28,0
25,7
23,3
21,0
18,7
15,5
14,3
12,3
10,8
9,9
9,1
8,2
7,5
6,7
5.9
5,2
4,4
3,7
3,0
2,4
1,8
1,3
0,8

900

1000

173,0
129,0
88,0
66,5
47,0
39,0
32,9
30,0
27,0
24,4
21,6
19,1
16,8
14,5
12,3
11,2
10,3
9,3
8,5
7,6
6,7
5,8
5,0
4,1
3,4
2,7
2,0
1,4
0,9

206,0
151,0
102,0
73,0
51,0
43,2
36,0
33,0
30,0
27,0
24,3
21,5
19,2
16,5
14,0
12,8
11,8
10,7
9,7
8,7
7,7
6,7
5,7
4,7
3,8
3,1
2,3
1,6
1,0

Приложение 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Значения коэффициента монтажа Км
Конструктивное исполнение нагревателя

Км

Проволока, натянутая горизонтально
Проволочная спираль
Проволочная спираль на огнеупорном держателе
Проволока, навитая на огнеупорный держатель
Спираль между двумя слоями тепловой изоляции (закрытые электроплитки, трубчатые электронагреватели)
Нагревательное сопротивление с мощной тепловой изоляцией
(электронагреватели в обогреваемых полах)

1,0
0,8…0,9
0,7
0,6…0,7
0,5
0,3…0,4

Значения коэффициента среды Кс
Окружающая (нагреваемая) среда

Нагреватель в потоке воздуха, скорость которого, м/с:
0
3
5
10
Нагреватель в воде неподвижной
в потоке воды

Кс

1,0
1,8
2,1
3,1
2,5
3,0 и более

173

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Нормы расхода горячей воды и пара
на животноводческих фермах
Технологический
процесс

Поение
коровы
быки
нетели
телята до 6 мес.
молодняк
Обмывка вымени
перед дойкой
Мытье подойной
посуды

Температура
воды, °С

Расход воды или пара, кг, по часам суток
4…5

5…6

12…13 19…20 20…21 21…22

КОРОВНИК (норма на 1 гол.)
8…12
–
22
22
–
8…12
–
13
14
–
8…12
–
14
13
–
14…16
–
4
3
–
8…12
–
8
9
–
37…38
0,6
–
–
–

Суточная
норма, кг

21
13
13
3
8
0,45

–
–
–
–
–
–

65
40
40
10
25
1,05

55…65

–

0,7

–

–

–

0,7

1,4

55…65

–

0,5

–

0,5

–

0,5

1,5

СВИНАРНИК (норма на 1 гол.)
Поение
матки супоросные и холостые
подсосные с
приплодом
на откорме и
молодняк
отъемыши
Мытье корыт
Мойка доильных
аппаратов
Мойка молокопровода
Пропаривание
фляг 38 л
Пастеризация
молока
Стерилизация
молока

174

10…16

–

4

4

–

4

–

12

10…16

–

7

7

–

6

–

20

10…16

–

2

–

–

2

–

6

16…20
–
1
–
–
1
50…60
–
10
10
–
10
ДОИЛЬНЫЙ ЗАЛ (норма на 100 гол.)

–
–

2
30

90

300

–

300

–

300

–

900

55…65

60

–

60

–

60

–

180

–

0,1…0,2 кг на флягу

–

–

–

–

0,022 кг/(л ⋅ ч ⋅ град)

–

–

–

–

25 кг/сут на 1 обработку

–

–

–

Приложение 4

Окончание прил. 4
Технологический
процесс

Температура
воды, °С

Расход воды или пара, кг, по часам суток
4…5

5…6

12…13 19…20 20…21 21…22

КОРМОЦЕХ (норма на 1 гол.)
Тепловая обработка грубых кормов
коровы
90
4
4
5
–
быки
90
2
–
3
–
молодняк
90
2
–
3
–
до 2 лет
телята до 6 мес. 40…65
3
2
3
–
Приготовление жидких кормов:
для свиней
30…40 2,5
2,5
2,5
–
Запаривание корнеклубнеплодов (кг пара на 1 гол.)
матки супоро–
0,22
–
0,23
–
сные и холостые
подсосные
–
0,35
–
0,36
–
отъемыши
–
0,08
–
0,08
–
ремонтный
–
0,15
–
0,15
–
молодняк
свинья на
–
0,25
–
0,3
–
откорме

Суточная
норма, кг

–
–

–
–

13
5

–

–

5

–

–

8

–

–

7,5

–

–

0,45

–
–

–
–

0,71
0,16

–

–

0,3

–

–

0,55

175

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Расход пара на некоторые технологические процессы в животноводстве
Процесс

Запаривание, на 1 кг:
корнеклубнеплодов
измельченной соломы
смешанных кормов
Варка зерновых, на 1 кг
Пропаривание различных кормов, на 1 кг
Пастеризация молока, на 1 кг
Пропаривание одной молочной фляги
Нагрев 1 кг воды от 10 до 90 °С
Обеззараживание грунта при давлении 0,15…0,17 МПа

176

Расход пара, кг

0,16…0,20
0,40…0,50
0,30…0,40
0,12…0,15
0,40
0,12…0,15
0,20…0,25
0,18…0,20
50 кг/м2

Приложение 6

ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Проектные нормы водопотребления на питьевые
и хозяйственные нужды населения
Степень санитарно-технического оборудования
зданий жилой застройки

Жилая застройка зданиями, оборудованными
внутренним водопроводом и канализацией
без ванн и душей
Жилая застройка зданиями, оборудованными
внутренним водопроводом, канализацией и
газоснабжением без ванн и душей
Жилая застройка зданиями, оборудованными
внутренним водопроводом, канализацией, с
ваннами и водонагревателями, работающими
на твердом топливе
то же, с газовыми водонагревателями
Жилая застройка зданиями, оборудованными
внутренним водопроводом, канализацией и
централизованным горячим водоснабжением
с душевыми
то же, с ваннами, оборудованными душами
Жилая застройка зданиями, имеющими ввод
водопровода
Жилая застройка с водопользованием из
водоразборных колонок

Проектная норма водопотребления
суточная (средняя за год),
литр на одного жителя

85
100

115
140
180
210
50
30

177

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Проектные нормы водопотребления для животных
Вид животных

Коровы
молочные
мясные
Быки и нетели
Молодняк крупного рогатого скота в возрасте до 2 лет
Телята в возрасте до 6 мес.
Лошади рабочие, верховые, рысистые и некормящие
матки
Лошади племенные и кормящие матки
Жеребцы-производители
Жеребята в возрасте до 1,5 лет
Овцы взрослые
Молодняк овец в возрасте до 1 года
Хряки-производители, матки взрослые
Свиноматки с поросятами
Свиноматки супоросные, холостые
Молодняк свиной старше 4 мес. и свиньи на откорме
Поросята-отъемыши
Куры
Индейки
Утки, гуси
Норки, соболи
Лисы и песцы
Кролики
Собаки
Коты

178

Проектная норма
водопотребления,
л/гол.

100
70
60
30
20
60
80
70
45
10
6
25
60
25
15
5
1
1,5
2
3
7
3
7
3

Приложение 8

ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Нормы потребления воды для работы и обслуживания машин
и оборудования
Операции, машины и механизмы

Мойка
тракторов, комбайнов
грузовых автомобилей
легковых автомобилей
Заправка
тракторов, комбайнов
грузовых автомобилей
легковых автомобилей
Ремонт
тракторов
автомобилей
Обслуживание станков в мастерских
механический
слесарный
столярный
кузнечный
Обслуживание двигателей внутреннего сгорания (охлаждение без
оборота)
Работа парового котла

Измеритель

Норма расхода
воды, л/сут

1 трактор
или комбайн

250

1 автомобиль

500
300

736 Вт или 1 л. с.
1 т грузоподъемности

1
10
10

1 трактор
1 автомобиль

1500
700

1 станок

35
80
20
40

736 Вт или 1 л. с.

15...30 л/ч

на 10 м2 поверхности
нагрева

15...30 л/ч

Примечание.
1. Расход воды для двигателя внутреннего сгорания с оборотом воды
следует принимать в размере 15 % от приведенного количества.
2. Для двигателей внутреннего сгорания, работающих на керосине, расход воды следует увеличить в 2 раза.

179

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Технические данные аккумуляционных водонагревателей
Параметр

Вместимость резервуара, л
Мощность, кВт
Количество ТЭНов,
шт.
Мощность нагревательных элементов
в группах, кВт
Максимальная температура воды, °С
Время нагрева
воды до 80 °С, ч, не
более, МПа
Избыточное давление воды не более,
МПа
Размеры, мм:
диаметр
высота
Масса, кг

180

САОС
САОС
САОС
САЗС
400/90-ИI 800/90-ИI 1600/90-ИI 400/90-ИI

САЗС
800/90-ИI

ЭВ150

400

800

1600

400

800

150

12

18

30

12

18

6

6

9

15

6

9

3

12

12 + 6

18 + 12

12

12 + 6

6

90

90

90

90

90

86

3,3

5,0

6,0

3,3

5,0

2,5

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,2

700
1650
143

980
1800
260

1100
2550
375

780
1650
195

980
1800
289

530
1425
90

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3
Раздел 1. Классификация и области применения
электротермического оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7
1.1. Способы преобразования электрической энергии в тепловую. . . .  7
1.2. Элементные нагреватели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3. Дуговой, индукционный и диэлектрический нагрев. . . . . . . . . . . . . 28
Раздел 2. Электрические водонагреватели и парогенераторы. . . . . . . . .
2.1. Элементные водонагреватели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Электродные водонагреватели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Электрические парогенераторы. Электрокотельные. . . . . . . . . . . .
Раздел 3. Электротермическое оборудование для создания
и регулирования микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Электрокалориферы, теплогенераторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Установки для создания микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Установки местного электрообогрева. Кондиционеры. . . . . . . . . .
3.4. Оборудование для создания микроклимата
в сооружениях защищенного грунта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Оборудование для создания микроклимата
в хранилищах сельскохозяйственной продукции. . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. Электрические инкубаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46
46
52
56
61
61
68
71
77
79
86

Раздел 4. Электротермическое оборудование
для тепловой обработки и сушки сельскохозяйственной продукции. . . . 94
4.1. Установки активного вентилирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2. Установки тепловой обработки кормов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3. Установки для пастеризации и стерилизации молока . . . . . . . . . 109
Раздел 5. Электротехнологические установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.1. Электроимпульсная, ультразвуковая
и электронно-ионная технология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.2. Магнитная обработка сельскохозяйственной продукции. . . . . . . 132
Раздел 6. Электротермическое оборудование
ремонтных мастерских. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Раздел 7. Бытовые холодильные и нагревательные установки. . . . . . . 149
7.1. Бытовые холодильники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.2. Бытовые электронагревательные установки. . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Приложения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

181

Учебное издание

Дубодел Иннеса Борисовна,
Корко Виктор Станиславович

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие

Редактор, технический редактор Д.А. Бирук
Корректор И.В. Счеснюк
Дизайн обложки С.Л. Прокопцовой

Подписано в печать 05.03.2025. Формат 60½84/16.
Бумага офсетная. Цифровая печать.
Усл. печ. л. 10,73. Уч.-изд. л. 8,69.
Тираж 200 экз. Заказ 1087.

Республиканский институт профессионального образования.
Свидетельство о государственной регистрации издателя,
изготовителя, распространителя печатных изданий ¹ 1/245 от 27.03.2014.
Ул. К. Либкнехта, 32, 220004, Минск. Тел.: 374-41-00, 272-43-88.
Отпечатано в Республиканском институте
профессионального образования. Тел. 373-69-45.