Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение

История создания

Первенство создания реле спорно. Некоторые утверждают, что впервые это устройство было сконструировано в 1830—1832 гг. русским ученым Шиллингом П.Л. и являлось основным элементом вызывающего механизма в разработанном им же варианте телеграфа.

Другие научные историки приписывают первенство изобретения известному физику Дж. Генри, который в 1835 г. разработал контактное реле во время усовершенствования созданного им в 1831 году телеграфного аппарата. Первый соленоид работал по принципу электромагнитной индукции и был некоммутационным устройством.

Первое реле Дж. Генри

Реле, в качестве самостоятельного устройства, впервые упоминается в патенте на телеграф, выданном Самуэлю Морозе.

Первое реле Морзе

Как видим, первой сферой применения этого коммутационного устройства был телеграф и только позднее с развитием техники он стал применяться в электрическом и электронном оборудовании.

Принцип действия

Все виды паровых котлов имеют общие элементы:

1. Барабан.
2. Опускные трубы.
3. Коллектор.
4. Жаровые трубы.
5. Сепаратор.
6. Пароподогреватель.

Барабан соединен с коллектором опускными и жаровыми трубами. Опускные трубы не нагреваются. Жаровые трубы размещены в топке, и в зависимости от стадии развития огня в них формируется определенное количество пара, который еще не имеет рабочих характеристик. Сепаратор находится в барабане, а пароподогреватель присоединен к барабану.

Принцип работы парового котла для отопления дома заключается в выработке пара с нужными характеристиками. Работа агрегата с автоматическим регулированием баланса давления и развития мощности состоит из таких этапов:

1. Холодная очищенная вода поступает в барабан.
2. После она движется по опускным трубам в коллектор.
3. Далее она попадает в жаровые трубы. Огонь с дымовыми газами нагревает их внешнюю поверхность, осуществляя при этом нагрев воды до температуры кипения. В ней начинает формироваться пар. Его характеристики еще не являются рабочими.
4. Жидкость с паром, имеющим еще нерабочие характеристики, возвращается в барабан. Пар движется вверх и, проходя через сепаратор, отделяется от воды.
5. Конденсат возвращается в барабан, а пар подается в пароперегреватель, где получает увеличенные характеристики. В итоге, происходит существенное повышение давления, производительности, и растет КПД котельной установки.
6. Перегретый пар с высоким давлением подается в тепловую сеть.

Практически таким же является принцип работы электрического парового котла. Он осуществляет нагрев воды до температуры 100 °С. Его строение не имеет опускных и жаровых труб потому, что барабан находится в середине коллектора. Производители называют барабан внутренней камерой, а коллектор – внешней.

Во время работы электрического автоматического агрегата вода сначала попадает во внешнюю камеру, а затем во внутреннюю, вверху которой находится сепаратор. Нагрев воды осуществляет пластинчатый электрод.

Патентный обзор

Вакуум-выпарная установка для растительных масел, в соответствии с патентом № 2288256 автора Щепкина И.В. и соавторов, относится к пищевой промышленности, а именно к масложировой отрасли. Вакуум-выпарная установка для растительных масел состоит из вакуум-аппарата, конденсатора и вакуум-насоса. Устройство отличается тем, что вакуум-аппарат представляет собой горизонтальный сосуд, выполненный из непрерывной трубы в форме нескольких сопряженных друг с другом одинаковых сегментов цилиндров с большим сегментом цилиндра, соединенной с контуром циркуляции теплоносителя. При этом по оси большого сегмента цилиндра размещены с возможностью вращения в различные стороны валы, к которым крепятся змееподобные перфорированные лопасти. Изобретение позволяет снизить температуру нагрева масла и увеличить поверхность испарения.

Известен выпарной аппарат, представленный патентом № 2288018, который относится к области химической технологии и может быть использован для концентрирования растворов и суспензий с получением технологического пара либо для низкотемпературного концентрирования растворов и суспензий в условиях разрежения с получением чистого конденсата. Выпарной аппарат содержит вертикальный или наклонный корпус, выполненный из термопластичного материала, и имеет сотовую ячеистую структуру. Корпус аппарата выполнен многосекционным с возможностью последовательного перемещения упариваемой жидкости из секции в секцию с многократной циркуляцией жидкости внутри каждой секции. Выпаривание осуществляется при “снарядном” или восходящем тонкопленочном кипении жидкости. Большое количество внутренних перегородок обеспечивает развитую удельную поверхность теплообмена и высокую прочность аппарата на воздействие внешнего или внутреннего давления при малой толщине перегородок. Изобретение позволяет повысить устойчивость выпарного аппарата к изменению режима работы.

Технико-экономическое обоснование темы проекта

Котлы с газовым обогревом стенки варочного сосуда имеют преимущество перед электрическими, так как они более дешевые за счет более дешевого топлива – газа. Единица теплоты, полученная в результате сжигания газа, в 7…13 раз дешевле Ботов М.И. Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания: учебник для нач. проф. Образования /М.И. Ботов, В.Д. Елхина, О.М. Голованов. – 2-е изд., испр. – М..: Издательский центр «Академия», 2006. – С. 272.. , чем при использовании электрической энергии. При вместимости газового котла 250 л, продолжительность разогрева 60 мин, расход газа в период разогрева 4,2 м3/ч, что соответствует мощности тэнов (в камере сгорания) 46,6 кВт.

В то же время мощность тэнов котлов электрических равна 30 кВт при таком же объеме варочного сосуда и времени нагрева, что и у котла КПГСМ-250. Столь высокая мощность топки газового котла объясняется его более низким КПД по сравнению с КПД котлов с электронагревом. КПД котла КПГСМ-250 составляет 60 – 65 %.

Такое низкое значение КПД объясняется большими потерями тепла с уходящими газами. В режиме варки расход газа составляет 0,7 м3/ч, что соответствует мощности тэнов 7,7 кВт. Однако стоимость единицы теплоты, вырабатываемой на газе гораздо дешевле, что перекрывает расходы.

Задачи проекта по теме “Модернизация котла газового секционного модульного КПГСМ-60”

Заданием предусмотрено модернизировать котел газовый секционный модульный КПГСМ-60. Разработка проекта позволила усовершенствовать пружинное устройство системы фиксации крышки и зажимного устройства и реализовать конструкцию конусной части котла с фиксацией вертикального положения упором (разрез Г-Г).

Что из себя представляет экономайзер для котла

Экономайзер котла (утилизатор теплового выхлопа) – это теплообменный агрегат, который повышает КПД устройства за счёт уже отработанной энергии.

Так выглядит стандартный простой экономайзер.

Фактически он принимает на себя тепло отводных продуктов горения (дымовых газов), которое выделяется в процессе работы практически любого котла (в т. ч. твёрдотопливного и газового), аккумулирует его и направляет изначальному теплоносителю для дополнительного полезного использования.

Так выглядит простой экономайзер для бытового котла

Что это такое и для чего нужен

По сути, экономайзер является опциональной деталью для котла, которая добавляет возможность предварительного нагрева теплоносителя без использования основной (высвобождаемой при сгорании топлива) тепловой энергии оборудования, что помогает максимально оптимизировать его работу:

• избежать загрязнения воздуха – предотвращение выброса перегретых (угарных) газов способствует сохранению экологической и гигиенической чистоты;
• продлить срок службы оборудования – быстрый нагрев и поддержание тепла позволяет не допускать пагубных для котла резких перепадов температуры;
• уменьшить затраты на отопление – снижение потребления энергоносителей (на 4–18 %) в конечном итоге приводит к заметной экономии денежных средств.

Таким образом, в связке с автономными котлами большой мощности стоимость экономайзера окупается уже через 2–3 года постоянного использования.

Конструкция и принцип работы

В базовом исполнении устройство экономайзера представляет собой многоступенчатую систему трубок змеевидной или зигзагообразной формы. Эти трубки объединяются по несколько секций (общей конфигурации) в один блок, который в целях безопасности обшивается теплоизоляционным каркасом.

В нижней части конструкции находится впускная труба для подачи воды, а сверху – выпускная труба для забора теплоносителя. Также, непосредственно перед впускной линией монтируется предохранительный клапан: его главное назначение – защита мест соединения труб от резких скачков давления (гидроудара).

Выхлопные газы отдают тепло экономайзеру, встроенному в систему выхлопа.

Принцип работы экономайзера заключается в создании противоточной схемы движения нагреваемого элемента и уходящих дымовых газов: вода принудительно (насосом) нагнетается и последовательно идёт вверх, а продукты сгорания, наоборот, направляются вниз, что обеспечивает лучший теплообмен.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором отсутствуют потери энергии. В таком трансформаторе энергия тока в первичной обмотке полностью преобразуется сначала в энергию магнитного поля, а далее – в энергию вторичной обмотки.

Конечно, такого трансформатора не существует в природе. Тем не менее, в случае, когда теплопотерями можно пренебречь, в расчетах удобно пользоваться формулой для идеального трансформатора, согласно которой мощности тока в первичной и вторичной обмотках равны.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Расчет систем парового отопления

Прежде, чем приступить к расчету системы парового отопления, необходимо сформировать исходные данные, перечень которых может быть следующего порядка:

— технико-экономическое обоснование принятого решения по выбору в качестве отопительной системы именно системы парового отопления с обозначением источника пара — индивидуальная котельная, местная котельная, технологический паропровод, пар вторичного вскипания;

— выбор способа и уровня автоматизации управления микроклиматом для отдельных помещений, зон помещений и системы в целом;

— результаты расчета тепловых нагрузок помещений и здания в целом с учетом принятых принципов автоматизации микроклиматом, определение требуемых расчетных расходов пара;

— выбор вида отопительных приборов и схемы присоединения отопительных приборов к системе отопления, при этом следует помнить, что при регулировании теплоотдачи путем изменения уровня конденсата в отопительном приборе необходимо принимать к установке отопительный прибор с поверхностью нагрева в 1,2.. .1,3 раза больше требуемой расчетной;

— гарантированные теплопроизводителем параметры пара (в том числе расход пара) на вводе в тепловой узел управления, в том числе возможные изменения параметров пара по времени года и суток.

При конструировании системы указываются места установки отопительных приборов, размещается сеть теплопроводов и намечаются на ней места установки вспомогательного оборудования. Затем выполняется схема системы парового отопления.

Расчет может начинаться либо с расчета паропроводов, либо с расчета конденсатопроводов в зависимости от исходных данных. Если в исходных данных задано давление пара на вводе, то расчет начинают с сети паропроводов.

Если эти данные отсутствуют, а задано давление в сборном баке конденсата (равное атмосферному для разомкнутых систем низкого давления или избыточному для замкнутых систем высокого давления), начинается расчет с сети конденсатопроводов и завершается расчетом паропроводов с выявлением требуемого давления пара на вводе в систему парового отопления.

Паропроводы низкого давления рассчитывают методом удельных потерь давления. Расчетная сеть паропровода разбивается на участки, определяются тепловые нагрузки и длины участков.

Гидравлический расчет позволяет определить диаметры труб на участках, при которых суммарные потери давления в сети паропровода соответствуют располагаемой разности между давлением вначале паропровода и давлением перед отопительным прибором с невязкой не более 15%.

Паропроводы высокого давления рассчитывают, как правило, методом приведенных длин. Для участков сети определяют расчетный расход пара с последующей коррекцией этого значения и результатов гидравлического расчета по величине изменяющейся плотности пара, зависящей от давления пара на различных участках рассчитываемого паропровода.

Гидравлическая увязка ответвлений производится за счет установки дросселирующих шайб.

Важно

При расчете конденсатопроводов расчетный расход конденсата на отдельных участках принимают в 1,25 раза больше соответствующего массового расхода пара.

Для самотечного конденсатопровода производится подбор его диаметров по соответствующим таблицам, а напорный конденсатопровод рассчитывается методом удельных потерь давления по заданной разности давлений вначале конденсатопровода и перед конденсатоотводчиком.

Поэтому, для определения этой расчетной располагаемой разности давлений предварительно необходимо выбрать тип и подобрать типоразмер конденсатоотводчика, а затем определить его гидравлическое сопротивление по значению пропускной способности kV м3/ч, являющейся технической паспортной характеристикой конденсатоотводчика.

Устройство водотрубного типа котлов

Схема водотрубного котла вертикального типа.

Непрерывно растущее использование все более высокого парового давления привело к обращению к нового типа водотрубным котлам, имеющих различие от трубных в том, что в их состав входят трубочки с малым диаметром, которые заполняются водой и размещаются непосредственно над пламенем, а не в середине большого парового котла. Котлы водотрубного типа могут работать с высоким давлением пара (10-15 атм. и более) благодаря трубкам с малым диаметром и не толстыми стенками. Паровой котел водотрубного типа имеет меньший диаметр по сравнению с трубчатыми и английскими котлами, он не подвержен прямому воздействию пламени.

Примером водотрубного типа котлов является паровой агрегат Дюрра. Его конструкция заключается в размещенных под наклоном относительно горизонта трубочек, запаенных с одной стороны и установленных другой стороной в наводненную плоскостенную камеру (коллектор), образующиеся пары в которой направляется в верхний паровой колпак. В каждой водяной трубке находится еще меньшая трубочка. Между трубочками происходит нагрев воды и она в виде пара направляется в коллектор, стимулируя при этом возврат воды из него обратно во внутреннюю трубочку. В такой способ вода усиленно циркулирует, не позволяя грязи скапливаться на внутренней поверхности трубок. На территории Российской Федерации водотрубные паровые котлы Дюрра не стали популярными.

Образец водотрубного котла Рута характеризуется тем, что в его конструкции трубки соединяются посредством специальных соединительных ящиков, выполненных из чугуна. Эта модель парового агрегата вырабатывает пар с большим процентом влаги из-за небольших размеров парового объема в верхней трубе, которая является паросборником.

Очень популярны на территории России водотрубные установки американского производства Бабкок и Вилькокс. В их конструкции трубочки размещены в шахматном порядке.

Где купить

Максимально быстро приобрести оборудование для нагрева воды можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Паровое отопление и что это?

При закипании воды выделяется водяной пар, который имеет большое количество тепловой энергии. Передача энергии окружающей среде происходит в момент конденсации, иными словами, при переходе воды из парообразного состояния в жидкое.

В паровом отоплении применяется тот же принцип. Вода, закипающая в котле, подается по трубам в отопительные приборы, конденсируется в них и отдает тепло. После этого теплоноситель, перешедший в жидкое состояние, подается по трубам в специальный накопитель. Оттуда жидкость самотеком или принудительно попадает в котел.

Плюсы и минусы парового отопления

Паровое отопление в частном доме дает следующие преимущества:

1. Небольшие расходы на устройство. Экономичность в процессе использования. Систему можно сделать от обычной печи, что особенно актуально для населенных пунктов без газификации.
2. Поскольку теплоноситель не замерзает, систему можно применять в постройках сезонного проживания.
3. Эффективность обогрева помещений повышается за счет излучения тепловой энергии и конвекции.
4. Для сборки системы можно применять небольшие радиаторы и трубы малого сечения, что позволяет сэкономить на материалах.
5. Пар быстро попадает в каждую точку отопительной системы, независимо от ее сложности и размеров дома.
6. Быстрый прогрев помещений – дополнительное преимущество.
7. Коэффициент теплопередачи очень высокий, поэтому тепловые потери сводятся к нулю.
8. Такие системы можно применять в комплексе с теплыми полами.

Перед тем как провести паровое отопление, нужно изучить его минусы. Недостатки парового отопления заключаются в следующем:

• при циркуляции по контуру пар создает шум (для снижения уровня шума медные трубы прокладывают внутри стен, а котел ставят в отдельном помещении);
• отопительные приборы и трубы могут нагреваться до температуры выше 100°С, что повышает вероятность ожогов при прикосновении к батареям (в связи с этим рекомендуется закрывать радиаторы и трубы защитными экранами);
• при прорыве возникает опасная аварийная ситуация, потому что теплоноситель имеет очень высокую температуру;
• для сборки контура понадобятся дорогостоящие медные или оцинкованные трубы (это нужно учесть, подсчитывая, сколько стоит провести паровое отопление);
• система подвержена коррозии, поэтому срок ее службы небольшой;
• сложно регулировать температуру в помещениях (для этого приходится проветривать комнаты или сократить количество топлива, что довольно сложно).

Характеристика и схема устройства

Внутри отопительной паровой системы может быть разное давление. В зависимости от этого она бывает следующих видов:

Система воздушного отопления в частном доме и производственных помещениях

1. С высоким давлением свыше 0,07 МПа.
2. С низким давлением менее 0,07 МПа.
3. Вакуум-паровая система имеет давление не ниже 0,1 МПа.

Схема парового отопления может быть с закрытым и открытым контуром. Открытые контуры с низким давлением взаимодействуют с атмосферным воздухом. Герметичные закрытые системы более долговечные.

Чаще всего в частном доме делают замкнутые системы с возвратом теплоносителя самотеком в котел. Обычно используют верхнюю разводку трубопроводов. Если применяется контур с нижней разводкой, то трубы укладывают с уклоном в направлении движения пара для снижения шума. В месте отведения конденсата делают гидрозатвор в виде петли для защиты от попадания пара в магистраль конденсации.

Важно! В паровых системах поддерживают скорость пара в пределах 0,14 м/с, но не выше этого значения. В противном случае пар будет захватывать частицы конденсирующейся влаги, издавая сильный шум и повышая вероятность гидроударов.

Реже применяют комбинированную разводку с прокладкой трубопроводов под полом среднего или последнего этажа. В таком случае просвет возвратной магистрали полностью закрывается конденсатом.

При давлении в сети выше 0,02 МПа применяют только открытые контуры. В них удаление воздуха происходит через конденсационный накопитель. Для защиты от утечек пара устанавливаются гидрозатворы или конденстоотводчики. С целью перекачки жидкости для парового отопления из накопителя в теплообменник используется насос. Благодаря этому накопитель можно установить ниже теплообменника.

На заметку! Паровые системы так же, как и водяные, бывают однотрубные и двухтрубные. Первый вариант подходит для одноэтажных домов с площадью не более 80 м2. Второй вариант можно использовать в двухэтажных домах.

Область применения

Мощные модели устанавливаются на объектах, где нужно греть большие объемы воды

Сфера применения водогрейных котлов распространяется на все области жизнедеятельности людей. Изделия используются для отопления жилых и хозяйственных объектов, охватывая практически все направления промышленности:

При соблюдении требований безопасности нагревательная техника может быть установлена в таких местах:

• квартиры, дачи, коттеджи, частные дома;
• складские помещения;
• сельскохозяйственные строения;
• здания для содержания животных и птицы;
• хранилища для овощей и зерна;
• ангары и закрытые павильоны;
• расположенные вне населенных пунктов прииски, буровые установки, артели и поселки;
• туристические базы и дома отдыха.

При выборе котла рекомендуется обращать внимание на происхождение товара. Приоритет следует отдавать проверенным производителям с мировым именем.

Видео по теме “экономайзер парового котла”

Часть воды котла из верхнего барабана опускается в нижний по трубам, которые называются кипятильными. В верхней части барабана у топочных газов температуры низкие, а в нижней части – высокие. Таким образом вода нагревается и вместе с пароводяной смесью поднимается в верхний барабан по подъемным трубам.

Вторая часть воды котла из верхнего барабана проходит по опускным трубам, которые находятся снаружи топки, затем отправляется на перераспределение по коллекторам. После этого котловая вода в экранных трубах нагревается, в результате чего образуется пароводяная смесь и пузырьки пара, которые отправляются в верхний барабан.

Путь перемещения теплоносителя имеет название циркуляционного контура.

В верхнем барабане парового котла полученный в испарительных поверхностях нагрева пар проходит через сепаратор, где происходит выделение капелек воды из него. Так получается сухой насыщенный пар и увеличивается КПД. Этот пар поступает по паропроводу к потребителю. Этот пар может и отправиться по тому же паропроводу в пароперегреватель, где нагревается до более высокой температуры при сохранении давления.

Во время работы паровых котлов в верхнем барабане постоянно происходит колебание уровня воды между высшим и нижним положениями. Это предусмотрено для увеличения КПД паровых котлов. Тот объем воды, который находится между этими двумя уровнями, является резервным для бесперебойной работы котла во время отсутствия поступления в него воды. Чтобы увеличить КПД парового котла, устанавливают воздухопрогреватели.

Определение положения максимального или так называемого высшего допускаемого уровня воды в барабане парового котла осуществляется с тем расчетом, чтобы предупредить попадание воды в пароперегреватель.

Медные трубы – прочные, надежные, практичные. Такой трубопровод способен выдержать высокие температуры теплоносителя.

По способу выбрасывания отработанных газов

По тому, как выводится дым, различают такие виды котлов:

1. Дымоходные.
2. Турбированные.
3. Парапетные.

Первая разновидность – это котлы с открытой камерой сгорания. Как видно из названия, им требуется монтаж добротного дымохода.

Схема турбированного двухконтурного газового котла

У турбированных котлов камера сгорания закрытая, а газы принудительно выводит встроенный вентилятор. Таким приборам нужна коаксиальная труба (по сути – это две трубы одна в одной: по внутренней трубе выходит дым, а по наружной поступает кислород, необходимый для процесса горения). Трубы прокладываются через наружные стены без монтирования вертикального канала.

Парапетные. Котлы похожи на предыдущий вариант (тоже имеет закрытую камеру сгорания и двойную трубу), но удаление дыма происходит за счёт естественной циркуляции воздуха, а не вентилятором. Поэтому парапетные котлы не нуждаются в электроэнергии.

Тюнинг карбюратора

Тюнинг (доработку) карбюратора проводят для того, чтобы достичь максимальной мощности двигателя. Чтобы увеличить это значение, проводят расточку второй камеры, поднимают впускные клапаны более чем на 10,25 мм. Дополнительно заменяют все топливные жиклёры на другие, с большим значением сечения, вводят дополнительные дозирующие каналы (их высверливают прямо в корпусе устройства). Также некоторые умельцы увеличивают диаметр диффузоров (обозначается это так: 24/24), но это на небольших оборотах может привести к ухудшению работы двигателя.

Расточка диффузоров

Что учесть при монтаже

Важный момент: еще перед установкой следует позаботиться о наличии грубой водоочистки. В обратном случае в насос будут попадать частицы грунта и другие загрязнения, которые быстро приведут к поломке оборудования. Фильтрационные системы лучше всего заказать в – здесь большой выбор и отличное качество.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

АМЕТИСТ — 02 М Жилой дом до 10 человек или до 2 куб.м./сут.

Аэрационная установка AS-1054 VO-90

Также стоит не забыть об обратном клапане. Его следует установить для того, чтобы вода не вытекала вновь в колодец, когда система не работает.

Отдельное внимание нужно уделить технике электрической безопасности, поскольку сочетание влаги и электричества – не лучший тандем. Обязательно монтируйте УЗО для избежания коротких замыканий.

В остальном станция подключается очень просто.