Оценка эффективности использования электромеханических генераторов тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения
Скачать 0.73 Mb.
|
1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫВопросы использования электронагрева для отопления и горячего водоснабжения производственных и бытовых помещений вызывают постоянный интерес, как у производителей, так и потребителей тепловой энергии. Основными способами получения тепла, которые можно рассматривать как традиционные, являются физико-химический (сжигание органического топлива: нефтепродуктов, газа, угля, дров) и использование других экзотермических химических реакций; электроэнергетический (кондукционный), когда выделение тепла осуществляется на включенных в электрическую цепь элементах; электромагнитный (индукционный), зачастую связанный с высокочастотным нагревом электропроводящей среды; термоядерный, основанный на использовании внутренней энергии, выделяемой в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер; механический, когда тепло получается за счет поверхностного или внутреннего трения материалов (твердых, жидких или газообразных). Однако не смотря на наличие самых разнообразных источников тепловой мощности, включающих твердотопливные, газовые и жидкостные, наиболее привлекательными являются электронагревательные устройства, традиционно изготавливаемые на основе трубчатых нагревательных элементов (ТЭН), электронагреватели с открытыми тепловыделяющими элементами, преобразователи на основе трансформаторов. На сегодняшний день существует достаточно много типов различного теплогенерирующего оборудования, используемого в различных режимах и условиях работы, и представленных большим количеством нагревательных устройств, отличающихся техническо-экономическими и эксплуатационными характеристиками. В таблице 1 приведены технические характеристики обогревательных устройств, используемых в настоящее время в качестве основных источников нагрева и отопления. Таблица 1 Сравнение обогревательных устройств
Ниже приводится классификация и краткий анализ особенностей рассмотренных нагревательных устройств, но сразу необходимо отметить, что их общим недостатком является низкий класс электробезопасности, поэтому появление нагревательных устройств сначала трансформаторного, а затем электромеханического типа явилось закономерным итогом научно-технических исследований, направленных на создание класса пожаро- и электробезопасных устройств электронагрева. Сравнительный анализ технико-экономических показателей источников тепловой энергии, включающих твердотопливные, газовые, жидкостные и электрические показывает, что нагревательные устройства, использующие электрическую энергию и имеющие целый ряд преимуществ таких, как экологическая чистота, приближение источников нагрева к потребителю, уменьшение централизации, снижение капитальных затрат и потерь тепла на теплотрассах, мобильность, низкая инерционность, которые определили развитие преобразователей электрической энергии в тепловую являются весьма предпочтительными. Анализ существующих и разрабатываемых нагревательных устройств позволяет с новой точки зрения произвести их классификацию и оценить возможность использования методов и средств, апробированных при проектировании и исследовании классических электротехнических устройств, электромеханических преобразователей, гидравлических и аэродинамических технических систем применительно к существующим и перспективным классам исполнительных элементов электротехнических комплексов (ЭТК) для отопления и горячего водоснабжения. Классификация нагревательных элементов, являющихся основным элементом теплогенерирующих комплексов, по принципу преобразования электрической энергии в тепловую представлена на рис. 1.  Рис. 1. Классификация нагревательных элементов В качестве нагревательных элементов наиболее широкое распространение получили резистивные нагреватели открытого и закрытого типов. Открытые нагревательные элементы выполняются из проволоки высокого сопротивления или электропроводящих пластин. В качестве материала для нагревательного элемента используются специальные сплавы, окислы, графит и различные композиционные материалы. В последнее время находят применение резистивные нагревательные элементы, выполненные на проводящих полимерах. Очевидно, к этому типу приборов можно отнести и электродные нагреватели, где в качестве резистивного элемента выступает нагреваемый токопроводящий теплоноситель, на котором выделяется тепловая энергия при прохождении по нему электрического тока, введенного в теплоноситель с помощью электродов. К достоинствам открытых нагревательных элементов следует отнести возможность замены вышедшей из строя спирали, доступность, достаточно большой срок службы и т.д. Однако размещение оголенных резисторов в нагреваемой ими среде создает опасность поражения людей электрическим током при соприкосновении или во время ремонта. К числу преимуществ нагревателей с ТЭН относятся малая тепловая инерция, простота и дешевизна конструкции, возможность быстрой установки в одном нагревательном приборе нескольких элементов различной формы и мощности, легкость замены ТЭН. Недостатком является наличие опасных для жизни человека токов утечки, возникающих при появлении трещин на наружной оболочке ТЭН. В целях обеспечения необходимой степени электробезопасности следует тщательно следить за качеством заземления. Выход из строя ТЭН происходит, главным образом, из-за появления на его поверхности накипи, затрудняющей теплоотдачу теплоносителю, и уменьшающей срок службы. В таблице 2 приведены особенности конструктивного исполнения наиболее распространенных электроприборов с резистивными неподвижными нагревательными элементами. По способу нагрева выделяют электронагреватели, в которых используется только электрический способ нагрева и устройства комбинированного типа, в которых может использоваться избыточная теплота, получаемая от местной системы отопления. Следует отметить, что бытовые электроводонагреватели получили в последнее время весьма широкое распространение не только в нашей стране, но и за рубежом. В Германии около 50 % домашних хозяйств имеют электрические водонагреватели. Таблица 2 Теплогенерирующие преобразователи с резистивными неподвижными нагревательными элементами
Доля проточных электроводонагревательных приборов составляет 18…20 % общего выпуска. Во Франции наибольшее распространение получили приборы емкостью до 30 дм3 и свыше 125 дм3 при снижении доли приборов средней емкости, в США преобладают приборы емкостью 200…300 дм3. Отечественной промышленностью в настоящее время выпускаются проточные и емкостные электроводонагреватели для промышленности и бытовых нужд, которые функционально предназначены для отопления помещений, удаленных от источников центрального теплоснабжения. Опыт эксплуатации существующих электроводонагревателей показывает, что, наряду с достоинствами, традиционные электроводонагреватели имеют ряд существенных недостатков. В частности, установки ЭПЗ-100ИЗ, ЭПЗ-400ИЗ, ЭКВ-60/0,4, в которых используется электродный способ нагрева воды, отличаются низким классом электробезопасности и требуют дополнительных технических мероприятий на месте эксплуатации по повышению безопасности работы и охраны труда обслуживающего персонала. Кроме того, использование электродных водонагревателей в целях горячего водоснабжения требует наличия теплообменника, в первый замкнутый контур которого включается электроводонагреватель, а из вторичного контура производится отбор горячей воды. Отсутствие теплообменника приводит к сокращению срока службы электродной группы. Установки аккумуляционного типа ВЭТ-1600, САЗС-800 содержат в качестве нагревательных элементов ТЭН. При их использовании для нагрева воды необходимо ограничивать удельную нагрузку на поверхности величиной 10 Вт/см2 для значительного подавления процесса образования накипи, что приводит к необходимости даже при небольших мощностях увеличивать длину элемента и значительно усложняет и удорожает процесс его изготовления. Более того, использование ТЭН в качестве нагревательных элементов снижает показатели надежности установки. Чем больше мощность водонагревателя с ТЭН, тем, как правило, хуже показатели надежности, так как возрастает количество нагревательных элементов с увеличением мощности установки. Средний ресурс ТЭН, выпускаемых отечественной промышленностью, в соответствии с ГОСТ 17446-80 не превышает 2000 часов. Кроме этого, чувствительность и быстрота срабатывания термоограничителей «сухого хода» у приборов с ТЭН должны быть весьма высокими, так как в противном случае ТЭН выходит из строя в течение 20…40 с. Наряду с резистивными для обогрева в качестве нагревательных элементов используются электродные водонагреватели, которые обеспечивают нагрев воды или других токопроводящих жидкостей за счет выделения тепла при протекании по нагреваемой жидкости электрического тока, подводимого из внешней цепи и выполняются на мощность до 400 кВт. Установки электроотопления для обогрева бытовых и производственных помещений различают по способу теплоотдачи. Существуют устройства с преимущественной теплоотдачей свободной конвекцией (электроконвекторы, тепловые полы), вынужденной конвекцией (электротепловентиляторы, тепловые пушки), излучением (электрокамины и прочие инфракрасные электрообогреватели), а также устройства с теплоотдачей свободной конвекцией и излучением примерно в равных долях (электрорадиаторы и отопительные электропанели). Наиболее простые и распространенные преобразователи электроэнергии в тепло используют нагревательные элементы, осуществляющие выделение тепла на включенных в электрическую цепь элементах, обладающих достаточно большим активным сопротивлением. Их используют, например, в масляных обогревателях, которые обеспечивают быстрый, экономичный и комфортный обогрев и представляют собой многосекционный корпус, наполненный минеральным маслом, имеющим высокую температуру кипения, в которое погружены трубчатые нагревательные элементы. Так же, как и конвекционные обогреватели, масляные обогреватели разогревают воздух через определенное время, но некоторые современные модели оснащаются вентилятором, благодаря чему теплообмен происходит гораздо быстрее. Максимальная мощность такого обогревателя обычно не превышает 3 кВт. Перспективными преобразователями электроэнергии в тепло с резистивными неподвижными нагревательными элементами являются галогеновые и карбоновые обогреватели, которые прогревают помещение практически мгновенно. Длинноволновые лучи улавливаются окружающими предметами, мебелью, полом, стенами, которые отдают тепло воздуху. Карбоновый обогреватель состоит из карбонового углеродно-водородного волокна, помещенного в вакуумные трубки. Карбоновые обогреватели потребляют меньше энергии, чем конвекторы, керамические или масляные обогреватели, но при этом в несколько раз эффективнее. Кроме того, нагреватель не сжигает кислород, автоматически отключается при перегреве и имеет малый вес. Галогеновые обогреватели основаны на передаче тепла излучением и имеют те же преимущества, что и карбоновые. Пониженное энергопотребление до 15…40 % по сравнению с традиционными системами обогрева достигается при использовании инфракрасных обогревателей за счет выравнивания температуры по высоте, снижения средней температуры без потери комфортности и возможности локального обогрева. В основе работы инфракрасного лежит электронагрев с помощью ТЭН специальной пластины, которая при этом излучает электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне и отдает тепловую энергию всем находящимся в области работы инфракрасного обогревателя предметам. Экономия энергии достигается за счет исключения из процесса обогрева промежуточного теплоносителя - воздуха. Электромагнитные волны напрямую передают энергию всем окружающим предметам. Так как инфракрасные обогреватели используют ТЭН, они также относятся к группе преобразователей с резистивными неподвижными нагревательными элементами. Инфракрасный обогреватель является единственным типом приборов, позволяющим осуществлять зональный и точечный обогрев и обеспечивает наиболее эффективный и экономичный обогрев с максимально комфортным распределением тепла, однако обогреваемое пространство ограничивается только поверхностью, находящейся в зоне прямой видимости. Электрический конвектор состоит из конвекционной камеры (корпуса) и резистивного неподвижного нагревательного элемента максимальной мощностью 3 кВт. Принцип действия заключается в том, что воздух, который находится в электроконвекторе, нагревается и поступает через жалюзи наружу, наверх, замещаясь более холодным воздухом из помещения. Температура поступающего воздуха контролируется датчиком температуры. Конвектор, в отличие от других устройств, нагревается не свыше +40…+90 °C. Основной недостаток конвектора - неравномерность обогрева. Электрическая тепловая пушка - мощный электрический воздухонагреватель прямоугольной формы с нагревательным элементом в виде сетки или с цилиндрическим корпусом с нагревательным элементом, закрученным по спирали, поэтому тоже относится к преобразователям с резистивными неподвижными нагревательными элементами. Тепловые завесы предназначены для защиты отапливаемых помещений от холодного воздуха. Мощный вентилятор, установленный внутри завесы, создает высокоскоростной поток воздуха, обдувающий резистивные неподвижные нагревательные элементы, и не дающему теплому воздуху выходить наружу, а холодному - проникать внутрь помещения. Завесы обычно устанавливаются над дверью и они создают поток воздуха, направленный вниз. После установки тепловых завес потери тепла минимальны при максимальной эффективности обогрева помещения, что практически полностью решает проблему теплопотерь. Тепловентиляторы представляют мобильные и портативные обогреватели, используемые для обогрева помещений, а также для вентиляции и осушки. Внутри тепловентилятора находится резистивный нагревательный элемент, обдуваемый вентилятором, что указывает на их принадлежность к рассматриваемой группе преобразователей. Тепловентиляторы мощнее конвекторов, их максимальная мощность достигает 21 кВт при обогреваемой площади до 200 м2, но при работе они создают заметный шум. Этим устройствам характерна низкая эксплуатационная надежность, поскольку они требуют наличия, по крайней мере, двух узлов: собственно нагревателя и электровентилятора. Некоторые тепловентиляторы, нагревательный элемент которых выполнен в виде металлической спирали, иногда настолько уменьшают влажность воздуха в помещении, что для решения этой проблемы необходимо использовать дополнительный увлажнитель воздуха или тепловентилятор с керамическим нагревательным элементом. Тепловентиляторы с керамическими нагревательными элементами отличаются от спиральных тем, что в качестве основы нагревательного элемента используется долговечные, несжигающие кислород, но дорогостоящие керамические пластины. Для обогрева помещений находят применение электрические теплые полы, которые представляют собой нагревательные кабели, укладываемые, как правило, в стяжку пола и через нее нагревающие материал поверхности. Тепло от пола равномерно распределяется по всему помещению, что создает комфортный микроклимат. Комплект "теплого пола" обычно кроме нагревательного кабеля включает в себя терморегулятор с датчиком температуры пола и воздуха, пластиковые монтажные направляющие, теплоизоляцию (листовая или рулонная пробка), тепловыравнивающий экран (алюминиевая фольга), штатив (держатель датчика), которые существенно удорожают стоимость устройства. Кроме этого необходимо отметить, что монтаж и ремонт теплых полов весьма трудоемкий процесс. Несмотря на достаточно широкое распространение, простоту в эксплуатации, малые затраты при изготовлении, рассмотренные устройства для электрообогрева имеют ряд существенных недостатков. Так, применение резистивных неподвижных нагревательных элементов связано с наличием опасных для жизни человека токов утечки, возникающих при появлении трещин на наружной оболочке нагревательных элементов; водонагревательные установки с такими нагревательными элементами имеют низкий класс электробезопасности, низкую надежность и требуют дополнительных затрат на мероприятия по охране труда и технике безопасности. Они характеризуются сложным процессом изготовления для уменьшения габаритов нагревательных элементов и отсутствием возможности простого в реализации эффективного энергосберегающего регулирования. К недостаткам электродных водонагревателей следует отнести эрозию электродов и возможность поражения людей электрическим током при эксплуатации, а также необходимость использования специальных мер защиты, что существенно ограничивает их применение. Общим недостатком рассмотренных нагревательных устройств является низкий класс электробезопасности, что привело к разработке и созданию электронагревательных устройств с неподвижными теплогенерирующими элементами (индукционные нагреватели). Электронагревательные элементы индукционного типа используют принцип выделения тепла в электропроводной среде при индуцировании в ней переменным магнитным полем вихревых токов. Такие устройства могут применяться в проточных и теплоаккумуляционных водонагревателях, системах отопления. По принципу действия индукционные электронагревательные элементы можно разделить на две группы, отличающиеся способом передачи тепла от индукционной обмотки в нагреваемую жидкость. Индукционные нагреватели с высокочастотным нагревом жидкости имеют индукционную обмотку, подключаемую к источнику тока высокой частоты. Обмотка создает в нагреваемой жидкости высокочастотное переменное магнитное поле, посредством которого в электропроводящей жидкости индуктируются токи, обеспечивающие нагрев. Однако широкому применению этих устройств препятствует ряд серьезных недостатков. Для установок с высокочастотным нагревом требуется специальный высокочастотный источник питания. Нагреваемая жидкость должна проводить электрический ток. Нагреватели с высокочастотным нагревом потребляют значительную реактивную мощность от питающей сети, следовательно, имеют низкий коэффициент мощности. Индукционные нагреватели с индукционной обмоткой, расположенной на магнитопроводе, обеспечивают нагрев жидкости за счет мощности, выделяемой в магнитопроводе при перемагничивании его переменным магнитным полем. Нагревательные элементы такого типа могут обеспечить нагрев диэлектрических жидкостей. Передача тепла обычно осуществляется при протекании жидкости по каналу в магнитопроводе. Однако установки с нагревом воды от магнитопровода имеют относительно низкий коэффициент мощности и по этой причине не находят широкого применения, поэтому одним из перспективных вариантов устройств электронагрева являются электронагревательные устройства трансформаторного типа. Нагревательные элементы трансформаторного типа, принципиально отличаются от обычных, применяемых в электронагревательных приборах. Они представляют собой трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной в виде короткозамкнутого витка, и могут быть подразделены по типу индуктора на тороидальные, стержневые, пространственные, с вращающимся магнитным полем; по взаимному расположению индуктора и вторичной обмотки - с расположением индуктора внутри вторичной обмотки, с расположением индуктора снаружи вторичной обмотки, с вторичной обмоткой с вынесенной нагрузкой; по исполнению вторичной обмотки – с цилиндрической, кольцевой, объемной, трубчатой, ленточной, волнообразной, гребенчатой. Результаты разработки и исследований электронагревательных устройств трансформаторного типа наиболее полно рассмотрены в работах [1, 2]. Простейший нагревательный элемент трансформаторного типа содержит магнитопровод с двумя обмотками. К его недостаткам следует отнести низкие, по сравнению с резистивными нагревателями, массо-габаритные показатели. Однако следует учитывать, что масса и размеры нагревательного элемента обычно составляют не основную часть массы и размеров всего электронагревательного устройства. Поэтому указанный недостаток нагревательных элементов трансформаторного типа, в большинстве случаев, не является определяющим фактором. В то же время отсутствие электрической связи между первичной и вторичной обмотками позволяет обеспечить второй класс по электробезопасности. Дополнительная изоляция между обмотками и сердечником из современных композиционных материалов (многослойные ламинаты) позволяет повысить электрическую прочность нагревателя до 4 кВ, а устойчивость к нагреву - до температуры 500 °С. В таких устройствах практически нет элементов, подверженных износу и реальный срок службы определяется только долговечностью первичной обмотки. Таким образом, описанный нагревательный элемент имеет высокие показатели по надежности и электробезопасности при эксплуатации, но его существенным недостатком является низкий коэффициент теплоотдачи. Анализ характеристик отечественных и зарубежных электроводонагревателей показывает, что однофазные нагревательные элементы трансформаторного типа могут быть сконструированы на основе тороидальных шихтованных магнитных систем, позволяющих существенно уменьшить магнитное поле рассеяния, а также избежать стыковых соединений участков магнитной системы, следовательно, уменьшить потери, величину намагничивающего тока, повысить КПД и коэффициент мощности нагревательного элемента. В промышленных условиях и при больших мощностях используются трехфазные электронагревательные элементы, сконструированные на основе плоских стержневых шихтованных магнитопроводов, широко применяемых в трехфазных силовых трансформаторах. Магнитопровод с первичной обмоткой образуют индуктор нагревательного элемента, аналогичный индуктору трехфазного силового трансформатора. Поэтому при расчете и проектировании индуктора применимы рекомендации, выработанные для силовых трансформаторов. Выше уже отмечено, что основной недостаток электронагревателей трансформаторного типа - низкий коэффициент теплоотдачи с нагреваемой поверхности и соответственно невысокая эффективность, обусловленная тем, что передача тепловой энергии теплоносителю осуществляется в основном за счет естественного теплообмена или требует внешнего источника механической энергии (например, насоса, вентилятора, напорного устройства и т.п.). Особенностью рассмотренных конструкций нагревательных элементов является относительно напряженный тепловой режим работы, обусловленный малой площадью теплоотдающей поверхности и низкой скоростью конвекционных потоков. Ограничение скорости конвекционных потоков нагревательной среды происходит вследствие вихреобразования в жидкости. Принципиально увеличить коэффициент теплоотдачи можно только за счет обеспечения вынужденного теплообмена, что и привело к разработке электронагревательных устройств с вращающимися нагревательными элементами (без дополнительных приводных устройств) в виде короткозамкнутых обмоток, характеризующихся повышенными коэффициентом теплоотдачи, теплопроизводительностью и обладающих широкими регулировочными свойствами. Они обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик нагревательных устройств за счет реализации электромеханического преобразования электрической энергии в тепловую и проектируются на основе существующих теоретических и практических разработок в области классических электромеханических преобразователей. Принцип действия рассматриваемых устройств аналогичен принципу действия асинхронного электрического двигателя, за исключением того, что в данном случае возникает необходимость учета дополнительной функции вращающегося ротора - нагрев теплоносителя за счет джоулевых потерь, выделяющихся на нем. Другими словами, нагрев ротора, который играет негативную роль в обычном асинхронном двигателе, здесь выполняет полезную работу, повышая тепловой КПД устройства и всей системы. Хотя электромеханические преобразователи позволяют существенно повысить коэффициент теплоотдачи с активной поверхности и производительность, однако даже при наличии вращающегося теплогенерирующего элемента, являющегося по существу короткозамкнутой обмоткой асинхронного двигателя, эти устройства имеют общий недостаток, связанный с тем, что в режимах близких к синхронным, количество тепловых потерь, выделяющихся в теплогенерирующем элементе, в значительной степени уменьшается вследствие сближения скоростей вращения магнитного поля и подвижного элемента. Поэтому для повышения теплопроизводительности и снижения влияния на параметры теплогенерирующего устройства скорости вращения тепловыделяющего элемента в конструкцию устройства целесообразно ввести добавочные источники тепла, показатели которых не связаны непосредственно со скоростью вращения нагревательного элемента, например, как в статических электронагревателях трансформаторного типа. Устройства с вращающимся нагревательным элементом могут быть классифицированы по типу преобразователя энергии вращения: осевой, диагональный, центробежный, шнековый; по количеству рабочих колес: одноступенчатые и многоступенчатые; по способу крепления лопастей рабочего колеса: жестколопастные и поворотно-лопастные; по наличию или отсутствию и расположению спрямляющих механизмов; по виду исполнения: взрывозащищенный, малошумный, ударостойкий, встраиваемый и др. Первичная обмотка таких преобразователей может изготавливаться и распределяться по пазам, выполненным в магнитопроводе, аналогичному сердечнику статора электрической машины переменного тока. Роль вторичной обмотки (нагревательного элемента) выполняет полый электропроводящий цилиндр, имеющий внешний диаметр, практически равный внутреннему диаметру магнитопровода и расположенный внутри магнитопровода. Токи, индуцируемые в цилиндре вращающимся магнитным полем, приводят к его нагреву и передаче тепловой энергии, выделяющейся в нем, окружающим жидкости или газу. Один из возможных вариантов такого нагревателя приведен на рис. 2.  Рис. 2. Схема нагревателя с капсулированным статором В расточке магнитопровода с размещенной на нём первичной обмоткой 1 расположен нагревательный элемент в виде короткозамкнутой вторичной обмотки, имеющей форму полого цилиндра 2 с системой напорных лопастей 4. Между первичной обмоткой и вторичной обмоткой установлен неподвижный нагревательный элемент из электропроводящего немагнитного материала 3. Обмотка статора выполняется в виде капсулы с внутренней канавкой для установки неподвижного нагревательного элемента 4. Это позволяет сформировать в зазоре между статором и вращающимся нагревательным элементом радиально-упорный узел скольжения, повысить класс электробезопасности усилением изоляции первичной обмотки, увеличить ресурс устройства, упростить конструкцию за счет уменьшения количества ее элементов и повысить ее структурную надежность. Неподвижный нагревательный элемент (НЭ), являясь по существу вторичной обмоткой понижающего трансформатора, генерирует тепловую энергию, практически независящую от режима работы преобразователя. При напряжении сети близком к номинальному наведенная ЭДС вызывает в нем большой ток, подобно тому, как и во вторичной короткозамкнутой обмотке трансформатора. Неподвижный нагревательный элемент выполняется из немагнитного материала, например, из медной или алюминиевой фольги. Его наружный диаметр соответствует внутреннему диаметру канавки капсулированного статора. Для обеспечения необходимого значения несущей площади поверхностей скольжения длина неподвижного элемента выбирается несколько меньшей длины индуктора. Вращающийся нагревательный элемент (ВЭ) также является источником тепловой энергии, но поскольку связанные с ним электрические параметры зависят от скорости вращения (скольжения), то его основное назначение заключается в перемещении и/или перемешивании нагреваемой среды. Он представляет собой полый цилиндр с решеткой напорных лопастей, изготовлен из немагнитного электропроводящего материала (алюминий или его сплавы). Диаметр ВЭ меньше внутреннего диаметра статора на величину удвоенной толщины НЭ с учетом коэффициента температурного расширения, длина принимается практически равной длине активной части индуктора. Очевидный недостаток устройств с немагнитным ВЭ - возрастание потребляемого тока и мощности при невысоком коэффициенте мощности, может быть устранен применением ферромагнитных элементов (ФЭ), расположенных внутри немагнитного ВЭ, позволяющих снизить ток и мощность практически до значений характерных классическим электрическим машинам без существенного увеличения гидравлического сопротивления [3]. Вариант такого конструкторского решения приведен на рис. 3.   Рис. 3. Электромеханический преобразователь с внутренним ФЭ Преобразователь состоит из наружного кожуха 1, отделенного от магнитопровода с сетевой обмоткой 2 зазором 3, и двух короткозамкнутых вторичных обмоток - неподвижной 4 и вращающейся 5 с напорными лопастями 6. В статоре выполнены осевые каналы 7. Нагреваемая рабочая среда поступает через входной патрубок 8, циркулирует внутри неподвижной обмотки 4, по осевым каналам 7 и между внешней поверхностью магнитопровода и внутренней поверхностью наружного кожуха 1, и отводится через выходной патрубок 9. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены подшипником скольжения 10, обеспечивающим свободное вращение подвижной обмотки 5 в тангенциальном направлении, но ограничивающим ее осевое перемещение относительно магнитопровода. Отличие от предыдущего варианта в том, что вращающаяся обмотка 5 выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров 11 и 12 неподвижных друг относительно друга, причем наружный цилиндр 11 состоит из электропроводящего немагнитного материала, а внутренний 12 - из ферромагнитного. При выборе теплогенерирующих устройств кроме технических характеристик важное значение имеют экономические показатели, а также расходы на установку, эксплуатацию, поддержание в состоянии готовности и другие факторы. Самые традиционные источники тепловой мощности - это твердотопливные котлы. Они неудобны в обслуживании, требуют постоянного наблюдения за топочной камерой, загрузки топлива, "шуровки" горящего слоя, уборки золы и т.п. Более привлекательными, особенно с экономической точки зрения, являются газовые котлы. Тем не менее, это преимущество напрямую зависит от цен на природный газ, а переход на мировые цены может увеличить затраты на энергоноситель почти в 5 раз, и сделать среднегодовые расходы на эксплуатацию газовых котлов соизмеримой с жидкотопливными и электрическими. Поэтому в ряде стран, в том числе с широкой газификацией (США, Франция и др.), все больше применяют электрический нагрев. Одна из главных причин этого - стремление производителей электроэнергии заполнить неравномерность суточного графика нагрузки энергосистем включением теплоаккумулирующих электронагревателей в ночное время. В Англии, Германии и других странах, где ночной «провал» особенно сильно выражен и почти нет пиковых электростанций, с целью поощрения использования теплоаккумуляционных электроводонагревателей установлена система тарифов на электроэнергию, дифференцированных по часам суток. В странах, богатых ресурсами гидроэнергии (Норвегия, Швеция, Швейцария, Исландия и др.), много электроэнергии расходуется на низкотемпературный нагрев, при этом годовой расход тепловой энергии, по сравнению с неконтролируемым централизованным потреблением, сокращается почти в два раза. Другим вариантом обеспечения автономных объектов тепловой энергией является использование жидкого топлива. По сравнению с газовыми котлами это более затратный вид отопления. При стоимости первоначальных затрат на покупку и монтаж оборудования в 2…3 раза меньшей, чем в случае установки оборудования для сжиженного газа, жидкотопливные котлы требуют дорогостоящего периодического обслуживания, отсутствие которого приводит к снижению КПД и росту расходов на топливо (например, слой сажи толщиной около 2 мм на стенках теплообменника приводит к увеличению расхода топлива примерно на 8 %). Сравнение в первую очередь эксплуатационных расходов при отоплении помещений с помощью различного теплоэнергетического оборудования показывает, что расходы на эксплуатацию электрического котла существенно ниже, чем на эксплуатацию твердотопливного, газового и жидкотопливного котлов. Проведенный технико-экономический анализ показал, что, несмотря на высокую цену электроэнергии за счет малой цены оборудования, дешевого подключения и монтажа, суммарная стоимость эксплуатации электрического оборудования оказывается сравнимой с использованием устройств аналогичного целевого назначения. Следует отметить, что большинство из рассмотренных устройств, в том числе и статические (трансформаторного типа) теплогенераторы уже созданы, внедрены в производство и используются на бытовых и промышленных объектах. Задачей данной работы является обоснование теоретических основ, проектирование, технологическая проработка и экспериментальное исследование электротехнических устройств для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя, которые в ряде случаев по основным технико-экономическим показателям могут составить конкуренцию существующим разработкам. Это связано как с отсутствием традиционных подшипниковых узлов, реализуемых за счет капсулирования обмотки статора и формированием в зазоре между статором и вращающимся элементом узла скольжения, снижающего гидравлическое сопротивление, так и повышением класса электробезопасности за счет усиления изоляции первичной обмотки, увеличения ресурса устройства, упрощения конструкции и повышения ее структурной надежности. Анализируя в заключение прогнозы развития теплоэнергетики и тенденции развития технического уровня электроводонагревателей, можно отметить развитие разработок широкого спектра электронагревательных приборов. Такие приборы должны обеспечивать высокую степень защиты от поражения электрическим током, иметь простую и технологичную конструкцию, большой срок службы, невысокую стоимость, хорошие эксплуатационные, регулировочные и массогабаритные показатели, высокий КПД, всем этим требованиям в наибольшей мере отвечают электротехнические устройства для генерации тепловой энергии и транспортирования теплоносителя на и системы электроотопления их использованием. На рассмотренные устройства на сегодняшний день имеется 27 патентов и свидетельств. Практически оно может быть использовано в следующих областях:
Бизнес-план проекта коммерциализации технологии – это формальный документ, представляющий собой программу действий, которая состоит из различных последовательных разделов. Каждый бизнес-план должен быть реальной пошаговой инструкцией, как создать и развивать новый бизнес или новое направление в существующем бизнесе. |
Похожие:
 | Прошу Вас выдать технические условия на подключение жилого дома (участка, здания) к сетям холодного водоснабжения (горячего водоснабжения,... |  | Прошу выдать технические условия на подключение к инженерным сетям отопления муп «Теплосеть» пго объекта |
| Крышных, встроенных и пристроенных котельных интегрированных в здания и предназначенных для теплоснабжения систем отопления, вентиляции,... | | Результаты работ должны удовлетворять всем нормативным актам, предусмотренным для данной категории зданий |
| Регламент ограничения или прекращения подачи тепловой энергии организациям-потребителям при неоплате поданной им (использованной... | | Допуск индивидуальных приборов учета тепловой энергии и теплоносителя (далее ипу) осуществляется в соответствии c действующими на... |
| Ие рекомендации по определению технического состояния систем теплоснабжения, горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и водоотведения... | | Ельности в сфере водоснабжения, водоотведения и (или) очистки сточных вод, теплоснабжающими организациями, теплосетевыми организациями... |
| Методические указания предназначены для использования федеральным органом исполнительной власти в области регулирования тарифов и... | | Вид деятельности производство горячей воды (тепловой энергии) для бесперебойного снабжения населения и предприятий п. Балакирево... |