Электронагрев сопротивлением, прямой и косвенный электронагрев.

Электромеханика и электротехническое оборудование

Электронагрев сопротивлением, прямой и косвенный электронагрев.

Электронагрев сопротивлением характеризуется тем, что электрическая энергия в твердых или жидких проводниках, включенных в электрическую цепь, при протекании по ним электрического тока преобразуются в тепловую. Причиной нагрева является взаимодействие носителей электричества (электронов или ионов) с кристаллическими решётками или атомами и молекулами нагреваемой среды. Различают прямой электронагрев, когда электрический ток протекает непосредственно по нагревательному телу (среде), и косвенный нагрев, когда электрическим током нагреваются специальные устройства – электрические нагреватели, а уже от них тепло путем теплопроводности, конвекции, излучения или их сочетания передается нагреваемой среде

Электронагрев сопротивлением осуществляется путем включения проводника в электрическую цепь и пропускания по нему электрического тока. При неизменной силе тока I и времени его протекания количество выделенного в проводнике тепла, согласно закону Джоуля – Ленца, пропорционально электрическому сопротивлению проводника R:

.
Прямой электронагрев сопротивлением применяется только для электропроводящих материалов, косвенный – для проводящих и непроводящих. При косвенном нагреве электрический ток протекает по специальным высокоомным сопротивлениям – электрическим нагревателям, тепло от которых передается нагреваемой среде.

Электроконтактный нагрев. Основные области применения электроконтактного нагрева следующие:

1) прямой нагрев металлических деталей (заготовок) несложной формы (валов, осей, труб, лент) при их термической и механической обработке;

2) контактная сварка;

3) наплавка при восстановлении изношенных металлических деталей;

4) прогрев трубопроводов с целью размораживания, предотвращения замерзания, подогрева циркулирующей жидкости.

Р ис. 1.

Принципиальная схема электроконтактного нагрева:

1 – заготовка;

2 – нагревательный трансформатор;

3 – подводящие шины;

4 – контактные зажимы.
Основные преимущества электроконтактного нагрева:

1) этот способ более универсален, чем индукционный, где при нагреве разных деталей каждый раз приходится менять индуктор;

2) большая скорость нагрева (10 – 40°С/с), что позволяет получать более качественную по сравнению с нагревом в печах структуру металла;

3) значительно меньшее (в 9 – 10 раз) окисление и угар металла по сравнению с печами сопротивления;

4) высокая технологическая культура и санитарные условия работы.

К недостаткам электроконтактного нагрева относятся:

1) возможность нагрева только деталей простой формы;

2) необходимость в специальных нагревательных трансформаторах на большие вторичные токи;

3) необходимость каждый раз зажимать детали, поэтому контактный нагрев более целесообразен для мелкосерийного производства.

Электродный способ применяется для нагрева проводников второго рода: воды, молока, фруктовых и ягодных соков, сочных кормов, почвы и др. Материал помещают между электродами и нагревают электрическим током, протекающим по материалу от электрода к электроду. Как и при электроконтактном нагреве, здесь происходит прямой нагрев – сам материал является средой, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. Электродный нагрев представляет собою наиболее простой и экономичный способ нагрева материалов, не требующий ни понижающих трансформаторов, ни специальных нагревателей из дорогостоящих сплавов. Электроды выполняют лишь функцию подвода тока к нагреваемой среде и сами током практически не нагреваются. Изготовляют электроды из недефицитных материалов, чаще всего металлов, но они могут быть и неметаллическими (графитовыми, угольными).

Для электродного нагрева во избежание электролиза используют только переменный ток.

Наибольшее распространение в сельском хозяйстве получил электродный нагрев в водогрейных и паровых электрокотлах.