ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА
ELECTRIC AIR HEATER

Изобретение относится к энергетической технике, в частности к электротермии, и может быть использовано для электроподогрева воздуха в экспериментальных установках.
Известен электроподогреватель воздуха, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, входную и опорные трубные доски и продольно расположенные трубчатые нагревательные элементы, жестко закрепленные во входной трубной доске с обеспечением электроизоляции друг от друга и проходящие с зазором через электроизолирующие узлы опорных досок, токовводы и токовые перемычки, расположенные на концах трубчатых нагревательных элементов (чертеж Т925-30-01-00, ЦИАМ, 1969 г. - аналог).
1
При работе известного подогревателя трубчатые нагревательные элементы, укрепленные жестко только во входной трубной доске, при нагреве расширяются в сторону выхода (в горячую сторону). Практически всегда на рабочем режиме имеет место температурная неравномерность прогрева трубчатых элементов, определяемая неравномерностью расхода воздуха, различием электросопротивления, различными условиями по теплоотдаче корпусу центральных и периферийных трубок и т.п. Наличие в этих условиях жесткой связи (токовые перемычки) по горячим концам трубчатых элементов приводит к их циклическим деформациям. Поскольку перемычки не омываются воздушным потоком, то джоулево тепло отводится от них (перемычек) только за счет теплопроводности к стенкам элементов и за счет излучения, и поэтому температура перемычек превышает температуру элементов. Для уменьшения тепловыделения уменьшают электрическое сопротивление перемычек, выполняя их по возможности короче и с большим сечением, что определяет высокую жесткость последних. Деформации, перекосы, изгибы и т.п., возникающие из-за неравномерности прогрева трубчатых элементов, приводят к защемлениям последних в изолирующих отверстиях опорных трубных досок, вызывая разрушения как самих элементов, так и трубных досок и их узлов. Перечисленные недостатки определяют недостаточную надежность известного электроподогревателя воздуха при нагревах воздуха свыше ~500°С.
Известен электроподогреватель воздуха (см. а.с. SU №1737764 по МПК Н05В 3/42 от 30.05.1992 г. - прототип), содержащий корпус с входными и выходным отверстиями, в котором продольно установлены снабженные токовводами трубчатые нагревательные элементы, закрепленные со стороны входного отверстия в трубной доске с обеспечением электроизоляции друг от друга и проходящие с зазором через электроизолирующие узлы опорных досок, токовводы и токовые перемычки, причем на входных концах трубчатых нагревательных элементов установлены клеммы, расположенные с внешней стороны каждой пары трубчатых нагревательных элементов и выступающие за торцы последних своими концами, к которым закреплены выходные токовые перемычки.
При работе известного электроподогревателя воздуха каждая выходная токовая перемычка, помимо нагрузок знакопеременного характера за счет неравномерности прогрева соединяемых трубчатых элементов, испытывает также знакопеременные аэродинамические нагрузки от потоков воздуха из трубчатых элементов, что вызывает дополнительные механические знакопеременные напряжения в местах соединения перемычки к выступающим торцам клемм и снижает надежность электроподогревателя воздуха в целом.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение знакопеременной аэродинамической нагрузки от потоков воздуха из трубчатых элементов, чтобы в местах соединения перемычек с выступающими торцами понизились дополнительные механические усилия, чтобы надежность электроподогревателя воздуха в целом повысилась.
Технический результат достигается в заявляемом электроподогревателе воздуха тем, что в электроподогреватель воздуха, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, входную и опорные трубные доски, в которых продольно установлены снабженные токовводами трубчатые нагревательные элементы, закрепленные со стороны входного отверстия в трубной доске и проходящие с зазором через электроизолирующие узлы опорных досок, токовводы и токовые перемычки, причем выходные сечения нагревательных элементов снабжены сужающимися диафрагмами, а токовые перемычки, состоящие по крайней мере из трех штук, выполнены в виде лирообразного компенсатора и установлены жестко на концах нагревательных элементов, между которыми выполнены дренажные отверстия, при этом компенсаторы изогнуты в сторону выходного отверстия.
На фиг.1 изображена конструктивная схема данного электроподогревателя воздуха.
На фиг.2 - узел I на фиг.1.
На фиг.3 - узел II на фиг.1.
На фиг.4 - вид по А-А в масштабе 2:1.
На фиг.5 - вид по Б на фиг.1.
Предлагаемый электроподогреватель воздуха содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, в котором продольно установлены снабженные токовводами 4 трубчатые нагревательные элементы 5, закрепленные со стороны входного отверстия 2 в трубной доске 6 и проходящие по длине сквозь опорные доски 7, причем трубчатые нагревательные элементы установлены в досках 6 и 7 с обеспечением электроизоляции друг от друга (например, с помощью электроизоляционных втулок 8), а концы нагревательных элементов 5 соединены токовыми перемычками 10 и 11. Соединение токовыми перемычками 11 выполнено в виде лирообразных компенсаторов из трех штук, расположенных со стороны выходного отверстия 3 подогревателя, которые жестко установлены на концах двух соседних нагревательных элементов, а в стенках нагревательных элементов, обращенных друг к другу, между соседними компенсаторами выполнены отверстия 16. Сами компенсаторы своей изгибающей частью обращены к выходу выходного отверстия 3 подогревателя. На выходном сечении нагревательных элементов установлены диафрагмы 17.
Предлагаемый электроподогреватель воздуха работает следующим образом.
Из подающего трубопровода через входное отверстие 2 сжатый воздух поступает в корпус 1 и на трубную доску 6, откуда поступает в трубчатые нагревательные элементы 5, пройдя которые, поступает на выход 3.
Часть воздуха, за счет подпора давления, определяемого сужением сечения на выходе трубчатых элементов (на фиг.3 показан вариант исполнения поджатия - диафрагмы 17), из отверстий 16 поступает в полость между пластинами перемычек 11, осуществляет отбор тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока в последних. Организация охлаждения выходных перемычек воздухом уменьшает нагрев последних, а движение воздуха вдоль пластин уменьшает пульсацию давления и сопутствующую вибрацию перемычек и нагревательных элементов. Выполнение выходных перемычек 11 из двух и более пластин, а также выполнение их в виде компенсатора лирообразной формы при сохранении электрического сопротивления, уменьшает жесткость соединения трубчатых нагревательных элементов 5 по сравнению с прототипом. При наличии температурной неравномерности и, соответственно, различных тепловых расширений трубчатых нагревательных элементов 5, разность их тепловых расширений компенсируется гибкостью перемычек 11 за счет их формы. Все это позволяет увеличить механическую долговечность перемычки и уменьшить жесткость взаимного крепления трубчатых нагревательных элементов 5 перемычками 11, что в целом приводит к увеличению надежности электроподогревателя.