Электрические нагреватели для отопления вагонов, страница 3

Электрические нагреватели. Наибольшее применение в вагонах нашли трубчатые электронагреватели (ТЭН), конструкция одного из которых показана на рисунке 1. В тонкостенной металлической оболочке 1 находится спираль 2 из нихромовой проволоки, запрессованная в кварцевый песок или плавленный оксид магния (периклас) 4 Напряжение к спирали подводится через контактные устройства 7 и стержни 3. Изоляционные втулки 6 закрепляются с применением влагозащитного термостойкого лака 5, снижающего влияние внешней среды на электроизоляционные свойства наполнителя.ТЭН маркируется буквами и цифрами. После сокращенно­го названия ТЭН ставятся цифры, указывающие развернутую дли­ну элемента L в см. Следующий далее буквенный индекс условно обозначает длину L_kконтактных стержней в заделке.

 

Рисунок 1 - Конструкция трубчатого электронагревателя (ТЭН)

Следующие цифры соответствуют наружному диаметру d, мм, металлической оболочки ТЭН. Цифры после косой разделительной черты указывают номинальную мощ­ность элемента в кВт. Следующая далее буква условно обозначает среду для работы в которой предназначен ТЭН. Расшифровка этих обозначений, соответствующая ГОСТ 13268-74 для ТЭН, работаю­щих в воздушной среде, и последняя цифра в обозначении указывает на величину номинального напряжения в В, на работу при котором рассчитан нагреватель. В конце могут быть помещены индексы, определяю­щие конструктивные особенности ТЭН.

Следуя данным пояснениям, маркировка, например, нагре­вателя типа ТЭН-120Б 13/1,6Р110  может быть расшифрована следующим образом. Трубчатый электронагреватель, развернутая длина которого L_Р =120 см, длина контактного стержня в заделке L_к= 6.5 см, наружный диаметр оболочки d=13 мм, мощность Р=1,6 кВт. Нагреватель рассчитан на работу в воде (буква Р) при допустимой удельной поверхностной мощности w_доп=11 Вт/см² и при номинальном питающем напряжении 11О В.

При комбинированном отоплении используются специальные высоковольтные нагревательные элементы, размещаемые непосредственно в водогрейном котле. До последнего времени применялись элементы типа HHS2-Q,5 производства Германии. Отечественной промышленностью разработан новый высоковольтный нагревательный элемент типа ВПЭ-2-0,5/3 (В- высоковольтный, П -патронный Э -электронагреватель) мощностью 2 кВт на номинальное напряжение 500 В и с сопротив­лением изоляции на 3000 В. В отличие от нагревателя HHS2-0,5 он выполнен засыпным. Внутреннее пространство между оболочкой и нагревательной спиралью заполнено периклазом.

При расчете и выборе нагревательных элементов в первую очередь рекомендуется следить за тем, чтобы удельная повер­хностная мощность не превышала допустимых значений.

Она определяется допустимыми температурами нагрева материала спирали, трубки или наполнителя.. Удельная поверх­ностная мощность, Вт/см², может быть найдена как,

                                                  (1)

где    Р - мощность нагревателя, кВт;

F - активная площадь поверхности нагревателя, см².

Активная площадь поверхности нагревателя круглого сечения определяется с учетом его размеров как

                  F = ndL_r=пd(L_p-2L_k),       (2)

где    L_r- активная длина оболочки, см.

Для высоковольтных электрических нагревателей, используемых в системах комбинированного отопления, рассчитывается удельная нагрузка, т.е. отношение мощности Р к площади поверхности F_с спирали.

 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ВАГОНА

Требуемую полезную мощность нагревательных элементов Р_ЭН рассчитывают с учетом теплового баланса, при котором температура в вагоне сохраняется на неизменном уровне. Для этого следует определить вес составляющие тепловых потерь и тепловыделений, имеющихся в вагоне. К основным составляющим теплопотерь в вагоне относят потери Р_ПВ через ограждающие конструкции вагона, потери Р_Ф., возникающие вследствие инфильтрации наружного воздуха через неплотности кузова и при открывании дверей, а также потери Р_в, воз­никающие при подаче вентиляционной системой в вагон наружного воздуха. Кроме того часть мощности отопительной системы, учитываемая составляющей Р_ПВ, расходуется на горячее водоснабжение. Названные потери компенсируются мощностью, выделяемой нагревательными элементами.

Из тепловыделений, имеющихся в вагоне и учитываемых при оценке теплового баланса, следует учитывать тепло Р_п, выделяемое пассажирами в единицу времени, и тепло Р_О, выделяемое при работе вагонного электрооборудования. Остановимся на оценке каждой из этих составляющих.

А. Мощность тепловых потерь через ограждающие конструкции вагона,Вт, находится на основании уравнения

                 Р_П.В=kF(t_В-t_Н),( 3 )

где    к - коэффициент теплопередачи вагона, Вт/м²-К;

F - площадь поверхности кузова, м²;

t_в- температура воздуха внутри выгона, К;

t_н- температура наружного воздуха, К.

Исследованиями Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) установлено, что коэффициент теплопередачи абсолютно герметизированного кузова пассажирского вагона зависит от скорости движения, увеличиваясь с 1,093 до 1,15 Вт/м²К при возрастании скорости от 15 до 120 км/ч.

Для расчетов при курсовом и дипломном проектировании можно принять к=1,15 Вт/м²К. Площадь поверхности кузова пас­сажирского вагона F=270-274 м².

Б. Мощность тепловых потерь, возникающих вследствие инфильтрации наружного воздуха через неплотности кузова и при открывании дверей, Вт

                  Р_ф=к_ф1 Р_п.в +к_ф2 Р_{п.в ,}                             4 )

где к_ф1 - коэффициент инфильтрации через неплотности кузова, принимаемый для реализуемых в настоящее время скоростей движения равным 0,35;

к_ф2 - коэффициент инфильтрации при открывании дверей, принимаемый обычно равным 0,1.

В. Мощность тепловых потерь, расходуемых на подогрев наружного воздуха, подаваемого вентиляционной системой в зимний период, Вт,