Исследование удельного энергопотребления индукционных водонагревателей и их совершенствование путём оребрения конструкционных элементов

• Автор: Миронов, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Княгинино
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор электрических теплообменников и использования индукционных нагревателей воды

1.1 Электрические нагреватели воды в сельском хозяйстве

1.2 Элементные водонагреватели

1.3 Электродные котлы

1.4 Индукционные источники теплоты

1.5 Конструкционные особенности устройств индукционного нагрева

1.6 Типовые схемы подключения индукционных водонагревателей

1.7 Выводы. Цель и задачи исследований

2 Теоретические аспекты повышения эффективности ИНЖС

2.1 Конструкционное решение снижения гидравлического сопротивления ИНЖС
2.2 Расчет гидравлического сопротивления ИНЖС
2.3 Конструкционно-технологическое обоснование параметров оребрения ИНЖС
2.4 Теоретическое обоснование параметров оребрения ИНЖС
2.5 Выводы
3 Программа, средства, и методика экспериментальных исследований
3.1 Программа экспериментальных исследований
3.2 Средства экспериментальных исследований
3.3 Планирование экспериментальных исследований
3.4 Методика исследований удельного расхода электроэнергии
3.5 Методика исследований гидравлического сопротивления и расхода электроэнергии на прокачку нагреваемой воды через 8АУ-15, макетный и опытный образцы МИНЖС
3.6 Методика подтверждения работоспособности МИНЖС
3.7 Вывод
4 Результаты экспериментальных исследований
4.1 Обработка результатов экспериментальных исследований удельного расхода электроэнергии
4.2 Анализ результатов исследований удельного расхода электроэнергии
4.3 Экспериментальное подтверждение снижения гидравлического сопротивления ИНЖС и удельного расхода электроэнергии на прокачку нагреваемой среды (воды)
4.4 Доказательства точности и достоверности результатов исследований... Ю
4.5 Параметры оребрения индуктора и центрального канала ИНЖС
4.6 Выводы

5 Реализация результатов диссертационной работы
5.1 Апробация модернизированного ИНЖС
5.2 Использование результатов исследований в учебном процессе
5.3 Технико-экономическая эффективность использования технических решений диссертационной работы
5.4 Выводы
Общие выводы
Библиографический список
Приложения

Введение
Актуальность темы. В настоящее время приоритетным направлением технической политики в агропромышленном комплексе является насыщение сельскохозяйственных товаропроизводителей высококачественной, экологически чистой, безопасной и высоконадежной техникой. В частности, для технологических процессов переработки и тепловой обработки сельскохозяйственной продукции, для обеспечения нормального функционирования машин, механизмов и обслуживающего их персонала в холодные периоды года, в системах отопления, санитарно-бытового и горячего водоснабжения необходимы экологически чистые нагреватели воды и других сред. Промышленностью выпускается огромное количество теплообменников. Экологически чистыми являются электрические водонагреватели: элементные (тэновые), электродные и индукционные.
Поэтому выявление энергосберегающих электронагревателей воды из их многочисленных конструкций, а также их совершенствование, весьма актуальная задача, так как нагрев воды является одним из путей эффективного расходования энергетических ресурсов страны. Работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ГБОУ ВПО Нижегородского ГИЭИ на 2010...2014 г.г. «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго- и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства».
Степень разработанности темы. В настоящее время для горячего водоснабжения, отопления и других нужд разработано и выпускается промышленностью множество конструкций электрических водонагревателей, в число которых входят перспективные электрические устройства индукционного нагрева жидких сред, обладающие высокой надёжностью и большим сроком службы.
Однако наиболее востребованные электрические индукционные нагреватели имеют большую массу, повышенное гидравлическое сопротивление протеканию теплоносителя, и как следствие, повышенный расход электроэнергии при использовании циркуляционного насоса, значительную трудо-

длительном режиме без перегрева. Срок службы нагревателя определяется сроком службы изоляции обмоточного провода катушек, которые заливаются теплопроводящим компаундом «Монолит», вследствие чего приобретают класс нагревостойкости «Н» с температурой нагрева 185 °С.
Эффект прост: вокруг любой катушки, по которой протекает переменный ток, образуется переменное магнитное поле. Если в это поле поместить электропроводящий материал, то в нем возникают индукционные токи (токи Фуко), которые разогревают этот материал. Во-вторых, если материал ферромагнитный, то его постоянное перемагничивание приводит так же к существенному нагреву. Конструкционные размеры, форма индуктора и труб подобраны таким образом, что энергия, выделяемая в трубах вокруг индуктора за счет образовавшихся вихревых токов и энергия от перемагничивания этих труб приблизительно равны. Это повышает «фактор мощности» (косинус (р) увеличивая КПД нагревателя.
ВИН - одно из новейших и уверенно используемых изобретений в области энергосберегающих отопительных приборов и, вместе с тем, надёжное и безопасное в работе изделие. Благодаря весьма высокому КПД (примерно 99%) достигается значительная экономия электроэнергии.
Отсутствие прямого нагрева в отличие от ТЭНовых и газовых нагревателей позволяет им работать намного дольше, не теряя своих технических показателей.
Создание вихревого индукционного нагревателя «ВИН» позволило расширить границы применения электронагрева, увеличить срок службы, повысить уровень электро- и пожаробезопасности, исключить необходимость межсезонного и профилактического обслуживания оборудования.
Характеристики индукционных электрокотлов «ВИН» приведены в табл. 1.
Со временем появились модификации нагревателей, поставляемых в