ОБОГРЕВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ

Область техники
Полезная модель представляет собой обогреватель электрический взрывозащищенный, являющийся стационарным сухим электрорадиатором напольного/настенного типа, предназначенным для обогрева помещений. Этот обогреватель пригоден для работ во взрывоопасных зонах, где возможно образование взрывоопасных смесей газов и может использоваться в газовой, нефтяной, химической, горнодобывающей отраслях промышленности, а также военных отраслях.
Обогреватель использует резистивный нагрев проводника и выполнен на основе трубчатого электронагревателя (ТЭНа), в котором нагревательный проводник помещен в металлическую трубку, внутреннее пространство которой заполнено изоляционным теплопроводным материалом, обеспечивающим электроизоляцию нагревательного проводника от стенок трубки. Увеличение теплоотдающей поверхности обеспечено использованием металлического радиатора с ребрами.
Взрывозащищенность обогревателя обеспечивается исполнением с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ 22782.6-81.
Уровень техники
Для обогрева помещений, утепленных контейнеров, шкафов для контрольно-испытательных приборов, расположенных во взрывоопасных зонах различных классов, используются электрообогреватели, соответствующие «Правилам устройства электроустановок» и другим директивным документам, peгламентирующим установку электрооборудования во взрывоопасных зонах.
Эти обогреватели имеют взрывоопасный уровень взрывозащиты с видом взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» в соответствии с ГОСТ 22782-81.
Так, например, известен нагреватель электрический взрывозащищенный кабельный с терморегулятором (НЭВКТР), изготавливаемый ООО «Стрела» (www. strelaplus.ru)
В нем использован гибкий нагревательный элемент в виде нагревательного кабеля. Нагреватель НЭВКТР предназначен для автоматического поддержания
заданной температуры воздуха внутри утепленных контейнеров и ящиков (шкафов) для КИП и АТ во взрывоопасных зонах классов В-1а, В-1г.
Основные технические характеристики
Haгреватели изготавливаются в соответствии с ТУ 34.44330.6-002-47725561-2002
Номинальное напряжение
В
220±22
Частота переменного тока
Гц
50±1
Габаритные размеры терморегулятора
мм, не более
145×100×35
Максимальная температура поверхности при максимальной мощности
°С, не более
135
Сопротивление изоляции
Мом, не более
20
Имеется несколько модификаций, рассчитанных на мощность 240, 420, 840 Вт.
Радиаторы изготовлены из стали или алюминия.
Благодаря современному конструктивному исполнению эти нагреватели обладают преимуществами:
- высокая надежность и безопасность эксплуатации в суровых климатических условиях
- рациональное использование внутреннего объема шкафа
Однако они имеют ограниченное применение из-за недостаточной мощности, либо больших габаритов.
Известны электронагреватели взрывозащищенные типа ВТНК, изготавливаемые ООО «Спецстройкомплект», греющим элементом которых является саморегулирующаяся нагревательная лента с маркировкой взрывозащиты 2Ехe IIT6. Их также используют для обогрева всепогодного защитного приборного термошкафа или защитного кожуха во взрывоопасных зонах В-1а и В-1г. Максимальная мощность такого нагревателя составляет всего 200 Вт.
Для обогрева помещений с оборудованием, располагаемых во взрывоопасных зонах классов В-1а и В-1г, применяют взрывозащищенные электронагреватели типов ВЭН и ВЭНТ, изготавливаемые ОАО Корпорацией НПО «РИФ» (www.rif.vrn.ru). Здесь в качестве нагревателя используется высоконадежный пленочный электронагревательный элемент, являющийся собственной разработкой корпорации.
Применение термовыключателя BTB-10, выполненного во взрывобезопасном исполнении, позволяет потребителю использовать взрывозащищенный электронагреватель в автоматическом режиме включения и выключения в широком диапазоне температур.
Технические характеристики
Параметры
ВЭН-0,4/0,55-220
ВЭН-0,8/1,12-220
ВЭНТ-0,4/0,55-220
ВЭНТ-220
Номинальное напряжение, В
220
220
220
220
Номинальная мощность, Вт
400
800
400
800
Максимальный перегрев наружной поверхности, °С, не более
115
115
115
115
В качестве прототипа рассмотрим обогреватель электрический взрывозащищенный тина ОВЭ-4 (wvvw.u-m-t.ru или www.delsot.ru)
Обогреватель электрический взрывозащищенный ОВЭ-4 (в дальнейшем - «обогреватель») предназначен для обогрева помещений. Обогреватель имеет взрывобезонасный уровень взрывозащиты с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» но ГОСТ 22782.6-81, маркировку взрывозащиты IExdIIAT3 по ГОСТ 12.2.020-81 и предназначен для применения во взрывоопасных зонах всех классов согласно гл.7.3. ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим установку электрооборудования во взрывоопасных зонах. Знак X, следующий за маркировкой взрывозащиты, означает, что при эксплуатации обогревателя необходимо соблюдать следующие требования:
- установить обогреватель на расстоянии 200 мм от стен и пола;
- запрещается включать обогреватель в сеть с номинальным напряжением выше 380 В;
- запрещается включать обогреватель без токовой защиты;
- запрещается накрывать обогреватель посторонними предметами.
Вид климатического исполнения обогревателя УХЛЗ по ГОСТ 15150-69.
Обогреватель взрывозащищенный ОВЭ-4 представляет собой стационарный сухой электрорадиатор напольного типа с тремя нагревательными элементами типа ТЭН.
Каждый ТЭН заключен в оребренную стальной лентой стальную трубу Ж 22 мм с толщиной стенки 3 мм. Концы труб герметично вварены в отверстия стоек корпуса. Токоподводящие шпильки ТЭН выходят в полости, образованные кожухами из стальной трубы Ж 133 мм с толщиной стенки 6 мм, приваренными с одной стороны герметичным швом к стойкам, а с другой стороны имеющими резьбу M125, в которую ввинчиваются крышки. Крышки, стальные кожуха, стойки корпуса и оребренные элементы образуют взрывонепроницаемую оболочку. Температура взрывонепроницаемой оболочки обогревателя в точке максимального разогрева не превышает 200°С, что исключает возможность воспламенения взрывоопасной смеси, которая может образоваться в отапливаемом помещении. Напряжение питания трехфазной сети 380 В подводится пятижильным кабелем (однофазной сети 220 В - трехжильным) через вводное устройство. Кабель подводится непосредственно к зажимам нагревательных элементов. Нагревательные элементы зафиксированы от продольного перемещения с помощью втулки из кремнеорганической резины.
Технические характеристики
ОВЭ-4К
ОВЭ-4
Параметры источника питания
- напряжение питания, В
220 или 380
220 или 380
- колебание напряжения, %
от +10 до-15
от +10 до -15
- род тока
переменный
переменный
- частота, Гц
50±1
50±1
Потребляемая мощность (+5%-10%), кВт
1,0
1,8
Степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254-80
IP54
IP54
Средняя наработка на отказ, час, не менее
7000
7000
Габаритные размеры, (длина, ширина, высота) мм, не более
910×179×186
1566×179×186
Масса, кг, не более
22,0
28,0
Недостатки:
Сложный технологический процесс изготовления
Большой вес
Раскрытие полезной модели
Предлагаемая полезная модель - обогреватель электрический взрывозащищенный (далее по тексту - обогреватель) - выполнена в соответствии с требованиями нормативных документов, регламентирующими установку электрооборудования во взрывоопасных зонах и имеет взрывобезопасный уровень взрывозащиты с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ 22782.6-81. Обогреватель представляет собой стационарный сухой электрорадиатор с вертикальными металлическими ребрами, исполненный на базе трубчатого электрического нагревателя ТЭНа, который может быть закреплен на полу или на стене обогреваемого помещения.
Обогреватель включает в себя трубчатый электрический нагреватель (ТЭН), радиатор с ребрами и корпус, имеющий специальный отсек для соединения ТЭНа с внешним питающим кабелем. При этом внутри специального отсека закреплены выводные концы ТЭНа, а в стенках имеются два сквозных отверстия. В одном из сквозных отверстий установлен узел кабельного ввода, обеспеченный средством герметичного уплотнения. Второе сквозное отверстие снабжено плотно закрывающейся крышкой. Корпус и радиатор с ребрами выполнены в виде единой монолитной отливки из алюминия (плоской формы), внутри которой заключен ТЭН, изогнутый в одной плоскости. Два выводных конца ТЭНа расположены рядом друг с другом. В области этих выводных концов монолитная отливка имеет пустотелый выступ, являющийся упомянутым выше специальным отсеком, в котором ТЭН соединяется с внешним питающим кабелем, пропущенным в этот отсек извне через узел кабельного ввода. Крышка, закрывающая сквозное отверстие специального отсека, выполнена из алюминиевого литья, имеет отверстия для крепежных болтов и выемки для контровочного замка, ответная часть которого выполнена в виде выступов на корпусе обогревателя.
Кабельный ввод включает в себя штуцер, гайку, нажимное кольцо и уплотнительное кольцо.
Внутри специального отсека имеется шпилька для внутреннего заземления, соединенная с корпусом.
С внешней стороны корпуса имеется болт для наружного заземления.
Плоскость ТЭНа, расположенного внутри монолитной отливки, совпадает с фронтальной плоскостью симметрии обогревателя и находится на одинаковом расстоянии от теплоизлучающих поверхностей обогревателя.
Изогнутая форма ТЭНа является симметричной относительно своих выводных концов.
Монолитная отливка содержит по краям две пары симметрично расположенных сквозных отверстий для крепления обогревателя (с помощью кронштейнов) на стене либо на полу.
Таким образом, предложенное техническому решение обогревателя позволяет:
уменьшить вес конструкции (так как алюминий, из которого практически выполнен и корпус и радиатор, - легче стали, из которой изготовлены корпус и радиатор известных аналогичных обогревателей);
улучшить теплопроводность (из-за полного контакта металла радиатора с нагревающим элементом, обеспеченного сплошной заливкой);
добиться максимальной равномерности теплораспределения (благодаря симметричному размещению нагревательного элемента внутри корпуса) и, в целом, увеличить надежность работы обогревателя (так как практически исключен перегрев поверхности);
увеличить технологичность производства, исключив механообработку и сложные сварочные работы.
Перечень графических фигур
Фиг.1. Обогреватель, предназначенный для крепления на стене.
Фиг.2. Обогреватель, предназначенный для установки на полу.
Фиг.3. Конструкция нагревательного блока (с выделенным узлом кабельного ввода).
Фиг.4. Конструкция ТЭНа
Фиг.5. Чертеж средств взрывозащиты.
Описание конструкции
Обогреватель, предназначенный для крепления на стене, состоит из нагревательного блока 1 и двух кронштейнов 2 (Фиг.1).
Обогреватель, предназначенный для установки на полу, состоит из нагревательного блока 1 и четырех кронштейнов 3 (Фиг.2). Крепление нагревательного блока к кронштейнам осуществляется с помощью болтов 4, гаек 4 и шайб 6.
Нагревательный блок 1 (Фиг.3) состоит из нагревателя 7, крышки 8, узла кабельного ввода 9 (А-А), болта 10 для наружного заземления и прокладки 11.
Крышка 8 изготовлена из алюминиевого литья и вместе с прокладкой 11 предназначена для предохранения выводных концов ТЭНа и его контактов от воздействия окружающей среды (например, возможного искрения).
Крепление крышки 8 осуществляется при помощи болтов 12, контровочного замка 13 и гаек 14.
Кабельный ввод 9 служит для надежного уплотнения питающего кабеля и состоит из штуцера 15 с гайкой 16, нажимного кольца 17 и уплотнительного кольца 18. На время транспортировки и хранения электрообогревателя отверстие кабельного ввода заглушается пальцем 19. Штуцер 15 имеет резьбу для подсоединения трубы, в которой прокладывается кабель. Подвод питания к электрообогревателю осуществляется кабелем с предельными значениями диаметра резиновой (виниловой) оболочки от 11,5 до 13,5 мм.
Для внутреннего заземления нагревателя служит шпилька 20. Крепление жилы заземления к шпильке осуществляется гайкой 21 и шайбами 22 и 23.
Нагреватель 7 представляет собой зигзагообразный трубчатый электронагреватель (ТЭН) 24, залитый алюминием. Крепление жил питающего кабеля к выводным концам ТЭН осуществляется гайками 25 и шайбами 26. Наружные стенки алюминиевого литья для увеличения теплоотдающей поверхности выполнены в виде ребер 27.
ТЭН 24 (Фиг.4) представляет собой трубу 28 из нержавеющей стали диаметром 13 мм, внутри которой помещена спираль 29 из нихромовой проволоки. Концы спирали закреплены на выводах 30. Пространство между стенками трубы и спиралью заполнено прессованным кристаллическим порошком 31 плавленой окиси магния (периклазом), который хорошо проводит тепло и обеспечивает надежную электрическую изоляцию спирали. Торцы ТЭН загерметизированы герметикам 32 и изолированы от трубы ситаловыми изоляторами 33. Выводы 30 оснащены шайбами 34 и гайками 35.
Крепление электрообогревателей в зависимости от варианта конструктивного исполнения осуществляется:
- жестким соединением, например, с помощью болтов (Фиг.1) к закладным частям и к стене;
- при помощи фундаментных болтов 36 с гайками 37, расположенными в пазах кронштейнов 3 (Фиг.2). Пазы служат для обеспечения взаимозаменяемости с находящимися в эксплуатации электрообогревателями. Размеры пазов обеспечивают межосевое расстояние между болтами для каждой пары кронштейнов от 90 до 100 мм.
Описание работы
Принцип работы обогревателя основан на использовании тепла, выделяемого спиралью ТЭН при прохождении через нее электрического тока. Нагрев воздуха осуществляется путем естественной конвекции при прохождении его между ребрами корпуса-радиатора обогревателя. При эксплуатации ребра обогревателя должны быть расположены вертикально.
Плоскость, в которой изогнут ТЭН, расположенный внутри монолитной отливки, совпадает с фронтальной плоскостью симметрии обогревателя и находится на одинаковом расстоянии от теплоизлучающих поверхностей обогревателя.
Кроме того, изогнутая форма ТЭНа является симметричной относительно своих выводных концов. Благодаря этому обеспечивается равномерный нагрев поверхности корпуса.
Монолитная отливка содержит по краям корпуса две пары симметрично расположенных крепежных отверстий, в которые могут быть закреплены, например, кронштейны для фиксации обогревателя на полу или на стене, чтобы исключить падение изделия в условиях эксплуатации без присмотра.
В целях электробезопасности внутри специального отсека размещена шпилька для внутреннею заземления, соединенная с корпусом, а с внешней стороны корпуса имеется болт для наружного заземления.
Пример конкретного исполнения (с обеспечением взрывозащищенности)
Взрывозащищенность обогревателя обеспечивается видом взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» но ГОСТ 22782.6-81.
На чертежах словом «Взрыв» обозначены все взрывонепроницаемые соединения оболочки.
На чертеже обогревателя (фиг.5) приведены параметры взрывонепроницаемых соединений, а также другие сведения и размеры, которые обеспечивают взрывонепроницаемость и взрывоустойчивость оболочки и должны соблюдаться при эксплуатации и ремонте изделия. Показаны также средства, способствующие сохранению взрывозащищенности изделия при его эксплуатации, средства против самоотвинчивания (пружинные шайбы, контргайка, стопорные шайбы для фиксации головок наружных крепежных болтов крышки), предупредительные надписи.
Температура наиболее нагретых частей наружной поверхности не превышает 130°С, что допускается ГОСТ 22782,0-81 для электрооборудования температурных классов Т1, Т2, Т3.
Механические повреждения и окраска взрывозашитных поверхностей не допускается.
Таким образом, предложенная полезная модель обогреватель электрический взрывозащищенный - позволяет обеспечить надежный обогрев помещений во взрывоопасных зонах, обеспечив равномерность распределения тепла по теплоотдающей поверхности и максимальную температуру в наиболее нагретых точках не выше 130 градусов, а также хорошую изоляцию от внешних воздействий. Высокая теплопроводность алюминиевой отливки из-за полного контакта металла радиатора с нагревающим элементом обеспечивает экономию затраченной электроэнергии. Возможность надежной фиксации на стене или на полу увеличивают надежность изделия. Наличие заземляющих элементов повышают электробезопасность.
При изготовлении обогревателя, благодаря исключению операции механообработки и сложной сварки, увеличивается технологичность производства.