ТАГП с греющим стальным проводом

Конструкция ТАГП

1. Основными конструктивными элементами ТАГП являются: запрессованный в резину нагревательный элемент и коммутационные устройства; теплоизоляционный слой с отражающим экраном; гидроизоляция.

2. Нагреватель ТАГП состоит из одной или нескольких секций греющих проводов, соединенных между собой последовательно или параллельно.

3. Нагревательный элемент (греющий провод) запрессовывается между двумя слоями сырой резины и армируется одним слоем стеклоткани (со стороны рабочей поверхности покрытия). Резина, применяемая для изготовления нагревателя, предназначена для электроизоляции нагревательных элементов и обеспечения необходимой гибкости и прочности покрытия.

4. Отражающий экран состоит из одного слоя алюминиевой фольги или металлизированного лавсана. Отражающий экран может быть соединен непосредственно с теплоизоляционным слоем (некоторые виды теплоизоляции с экранирующим слоем выпускаются отечественной промышленностью).

5. Гидроизоляция из прорезиненной ткани предназначена для защиты теплоизоляционного слоя от влаги и обеспечения целостности покрытия в целом.

Технология изготовления

Греющий провод необходимой длины с припаянными (в скрутку) коммутационными выводами на кондукторе сборки укладывается, «змейкой» между двумя листами сырой резины и запрессовывается с усилием 3 - 5 кгс/см². Собранный элемент передается на пост вулканизации. Вулканизацию нагревательного элемента можно производить двумя способами: в прессе с греющими плитами и в автоклаве.

В прессе при температуре плит 150 - 155 °С и давлении 3 - 5 кгс/см² время вулканизации составляет 35 - 40 мин и время остывания в прессе 20 - 30 мин.

В автоклаве при температуре 150 - 155 °С и давлении паровой среды 5 - 5,5 атм время вулканизации составляет 30 мин и время сброса давления 10 - 15 мин.

После вулканизации на греющий элемент ТАГП укладываются отражающий слой (алюминиевая фольга) и утеплитель. Затем укладывается гидроизоляционное покрытие (прорезиненная ткань) и тщательно приклеивается.

По контуру ТАГП монтируются монтажные приспособления. После сборки ТАГП и проверки его по электрическим и теплотехническим параметрам ему присваивается порядковый номер. Данные испытания записываются в паспорт изделия.

Испытание ТАГП на электробезопасность производится по ТУ 152-77.

Расчет ТАГП

1. Задается максимальное значение температуры поверхности обогреваемого бетона.

2. Определяется рабочая температура поверхности нагревателя:

t _раб = 1,3 t _б °С, (145)

где 1,3 - коэффициент, определен экспериментально.

3. Рассчитывается полезная удельная мощность ТАГП:

P _пол = 6,35 t _раб, Вт/м².

4. Рассчитывается дополнительная удельная мощность ТАГП для компенсации потерь тепла в атмосферу при известной температуре наружного воздуха t _н.в:

(146)

где α - коэффициент теплоотдачи между теплоизолированной поверхностью ТАГП и наружным воздухом 20 Вт/(м² · °С);

R _м - термическое сопротивление ТАГП:

R _м = 0,75 (м² · °С)/Вт.

5. Определяется полная удельная мощность ТАГП:

P _тр = P _пол + P _доп, Вт/м. (147)

6. Определяется полная мощность одного ТАГП:

P _м = P _тр F _м, Вт/м², (148)

где F _м - площадь ТАГП.

7. Определяется рабочее напряжение ТАГП:

(149)

где ρ₀ - удельное электрическое сопротивление проволоки при 0 °С, Ом · мм²/м (для стального провода ρ₀ = 0,125 Ом · мм²/м);

β - термический коэффициент сопротивления, град^-1 (для стального провода β = 0,00544 град^-1);

t - максимально допустимая температура нагревательного провода, в изоляции, °С;

l - длина нагревательного провода, м.

8. Определяется длина греющего провода

(150)

где S - сечение провода, мм²;

ρ _t - удельное сопротивление провода при максимально допустимой температуре провода в изоляции.

9. Определяется число рядов провода при укладке его «змейкой»:

(151)

где b - ширина активной части ТАГП, т.е. длина одного полувитка «змейки»;

l _нагр - длина активной части ТАГП.

На стадии конструирования длина нагревательного провода может оказаться слишком коротка, и шаг раскладки не будет обеспечивать равномерность обогрева или длина провода слишком велика, и провод будет укладываться слишком тесно, тогда следует произвести перерасчет на другие значения напряжения и сечения провода.

ПРИЛОЖЕНИЕ 17

Примеры расчета индукционных систем

Пример 1. Выбрать режим и рассчитать параметры индукционного прогрева колонны сечением 0,4×0,4 м, высотой h = 3 м, армированной четырьмя стержнями диаметром 30 мм и жестким каркасом из двух швеллеров № 16, сваренных полками. Деревянная опалубка имеет толщину 40 мм; начальная температура бетона 5 °С; температура воздуха - минус 15 °С; скорость ветра 3 м/с. Бетон марки М200, приготовленный на портландцементе марки 400 с расходом 350 кг/м³. Требуемая относительная прочность к концу термообработки должна составлять 50 % от R ₂₈. Модуль поверхности конструкции составляет M _п = 10 м^-1; коэффициент теплопередачи опалубки K = 2,67 кВт/(м² · °С). Напряжение принимаем 49 В.

1. Максимальную температуру прогрева бетона для заданных условий принимаем 70 °С.

2. Скорость подъема температуры бетона по табл. 55 принимаем 10 °С/ч.

3. Активная электрическая мощность, необходимая для разогрева бетона со скоростью 10 °С/ч составит [см. формулы (50) и (8)]

где 2,73 - удельная теплоемкость материала опалубки (дерево), кДж/(кг · °С);

700 - объемная масса материала опалубки (дерево), кг/м³;

0,48 - объем прогреваемого бетона, м³.

4. Активная поверхность S _a металла составит

S _a = n p dh + 2(a _ш + 2 b _ш) h = 4p · 0,03 · 3 + 2 (0,16 + 2 · 0,08) 3 = 3,05 м²,

где n - количество арматурных стержней, шт.;

d - диаметр арматурных стержней, м;

h - высота (длина) арматурных стержней, м;

a _ш - высота швеллера, м;

b _ш - ширина полки швеллера, м.

5. Удельная активная мощность Δ P определяется по формуле (51):

6. Напряженность магнитного поля H и удельное поверхностное сопротивление ρ_н, соответствующие найденному значению Δ P, определяем по графику рис. 52 так, как это показано пунктирной линией. В результате имеем: определенному в п. 5 значению Δ P = 1,51 кВт/м² соответствует H = 4200 А/м и ρρ_н = 8,75 · 10^-5 Ом.

7. Расчет параметров индукционной системы ведем по схеме индуктивной катушки с железом.

8. Для определения коэффициентов сопротивления F_s и Q_s предварительно вычисляем по формуле (49) глубину проникновения тока Δ _s:

9. Коэффициенты сопротивлений F_s и Q_s определяем для швеллеров по графику рис. 53 и для стержневой арматуры по графику рис. 54.

Для швеллеров:

средняя толщина сечения швеллера № 16 (по сортаменту) Δ = 0,007 м;

отношение

для величина F_s = Q_s = 1.

Для стержневой арматуры:

радиус арматурного стержня Æ 30 составляет r = 0,015 м;

отношение

для величина F_s = Q_s = 1.

10. Коэффициент формы индуктора m находим по графику рис. 55:

при высоте индуктора h_i = 300 см отношение

для величина m = 1.

11. Определяем сумму периметров сечения металла в сечении конструкции:

SП _s = n _cp d _c + n _ж(a + 2 b) = 4p · 0,03 + 2 (0,16 + 2 · 0,08) = 1,02 м,

где n - количество стержней арматуры в сечении, шт.;

d _с - диаметр стержневой арматуры, м;

n _ж - количество элементов жесткого каркаса (швеллера), шт.;

a - высота швеллера, м;

b - ширина полки швеллера, м.

12. Определяем площадь сечения индуктора

S_i = (0,4 + 0,04 + 0,01)² + 0,2 м².

13. Условное активное сопротивление системы r ₀ определяем по формуле (54):

r ₀ = 1,1 · 8,75 · 10^-5 · 1,02 · 1 = 9,81 · 10^-5 Ом.

14. Условное индуктивное сопротивление системы ω L ₀ определяем по формуле (55):

ω L ₀ = 4 · 10^-4 · 0,2 · 1 + 8,75 · 10^-5 · 1,02 · 1 = 17 · 10^-5 Ом.

15. Полное условное сопротивление системы Z ₀ определяем по формуле (53):

16. Число витков индуктора при выбранном напряжении 49 В определяется по формуле (52):

17. Ожидаемая сила тока определяется по формуле (56):

18. Коэффициент мощности системы cos φ определяется по формуле (57):

19. Если в наличии имеется другой провод, например медный сечением 35 мм², у которого допустимая токовая нагрузка составляет 170 А, пересчитывается количество витков:

и напряжение, определяемое по формуле (52),

U = 74 · 19,6 · 10^-5 · 4200 = 62 В.

20. Расчет параметров для стадии изотермического прогрева:

P_as = KM _п(t _из - t _нв)β U = 2,67 · 10 · [70 - (-15)] · 1,2 · 0,48 = 1,15 кВт.

Тогда

При Δ P = 0,38 кВт/м² по графику рис. 52 находим H = 1700 А/м; ρ_н = 11 · 10^-5 Ом. Z определяем по формулам (53) - (55):

U _из = NZH = 74 · 22,6 · 10^-5 · 1700 = 29 В;

Пример 2. Рассчитать электрические параметры индукционной установки для термообработки железобетонных труб диаметром 1000 мм, высотой 4,1 м при толщине стенок 60 мм. Кольцевая арматура 15 Æ 10 мм. Скорость подъема температуры бетона в период разогрева 25 °С/ч. Изотермический прогрев - при t 85 °С. Температура наружного воздуха 0 °С. Начальная t бетона 15 °С. Коэффициент теплопередачи ограждения K = 4,64 кВт/(м² · °С). Удельное электросопротивление стали равно 20 · 10^-8 Ом · м.

1. Расчет ведется по схеме трансформатора с сердечником.

2. Тепловым расчетом устанавливается электрическая активная мощность, необходимая на период разогрева бетона: P_as = 21 кВт.

3. Сумма периметров сечения металла

S _a = 2p1,12 · 4,1 + 15p1,1p1,0 = 3 м².

4. Необходимая удельная активная мощность определяется по формуле (51):

5. Удельной активной мощности Δ P = 0,7 кВт/м² соответствует напряженность магнитного поля H = 2350 А/м (рис. 52).

6. Площадь зазора между индуктором на магнитопроводе и нагреваемым изделием при радиусе индуктора 25 см составляет

S _з = p(0,56² - 0,25²) = 0,78 м².

7. Полная мощность системы определяется по формуле (60):

8. При выбранном напряжении 220 В число витков индуктора (намагничивающей обмотки) определяется по формуле (59):

9. Сила тока в индукторе определяется по формуле (61):

10. Коэффициент мощности установки согласно формуле (62)

ПРИЛОЖЕНИЕ 18

Примеры расчетов параметров инфракрасных установок