∙20 кг∙(60–10) град = 4 200 000 Дж.
Время, необходимое для нагревания до заданной температуры при мощности нагревателя 2 кВт:
t (сек) = Q (Дж)/Рнагревателя (Вт) = 4 200 000: 2 000 = 2 100 сек, то есть 35 мин.
С учетом же тепловых потерь и уменьшением коэффициента полезного действия (КПД) это время увеличится еще на 20–25 %.
При этом не будем забывать, что, в свою очередь:
Рнагревателя (Вт) = U(В)∙I (А) = I (A)2∙Rнагревателя (Ом) = U2 (В)/Rнагревателя (Ом)?
то есть ограничивается параметрами электросети (и качеством электропроводки).
Ориентировочную оценку (прикидку) можно произвести, пользуясь следующей эмпирической зависимостью: 2 л воды при 2 кВт мощности нагревается от +20° до +100° за 10 минут.
Ниже +60 °C температуру моющего раствора тоже не следует снижать, так как не все стиральные порошки эффективно работают при более низких температурах.
Владельцам стиральных машин, имеющих подогрев воды (например, «Рига-12»), необходимо помнить, что в режиме «Нагрев» к мощности электродвигателя (350 Вт) добавляется мощность нагревателя (2,0 кВт). Поэтому новый кабель должен иметь сечение жил не меньшее, чем у заменяемого. Но если вы решите стиральную машину дополнить функцией «Подогрев воды», то при выборе сечения нового провода это обстоятельство должно быть учтено. Сечение проводов нового кабеля под «европроводку» необходимо, если вы хотите ограничиться только повышением электробезопасности, оно должно быть не меньше, чем у заменяемого кабеля. Принято допустимые длительные токовые нагрузки на провода с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией определять из расчета нагрева жил до температуры +55° при окружающей температуре воздуха +25° по специальным справочным таблицам. Например, как это видно из таблиц 5 и 5,а, допустимый ток для открыто расположенного медного провода в резиновой (полихлорвиниловой изоляции) сечением токопроводящей жилы 0,5 мм2 составляет 10 А.
ПРИМЕЧАНИЕ: Допустимые длительные токовые нагрузки на провода с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией, шнуры с резиновой изоляцией и кабели в свинцовой или полихлорвиниловой оболочке с резиновой изоляцией приняты из расчета нагрева жил до температуры 50 °C при окружающей температуре воздуха 25 °C и земли 15 °C.
В бытовой же практике ориентировочно необходимое сечение провода обычно выбирают с запасом, считая, что 1 мм2 рабочего сечения медного провода гарантирует пропускание тока величиной 10 А без заметного его нагрева.
При выборе кабеля (и наличии штангенциркуля) целесообразно напомнить следующее соотношение:
Sжилы = 0,785∙D2жилы
Наибольшее распространение получили трубчатые тепловые нагреватели. Трубчатые нагреватели (ТЭНы) представляют собой металлическую трубку, внутри которой находится нагревательная спираль, запрессованная в спиральном наполнителе — плавленой окиси магния (переклазе) или его заменителях — кварцевом песке, корунде.
Наполнитель ТЭНа обеспечивает надежную электроизоляцию и имеет большую теплопроводность (для уменьшения перепада температур между внешней трубкой и нагревательной спиралью).
Принципиальные преимущества ТЭНов перед другими видами нагревателей заключаются в следующем:
• поверхность нагревателей не находится под напряжением, то есть электронагреватель электробезопасен (разумеется, при условии заземления внешней трубки и правильно выбранных предохранителях), его можно помещать в воду;
• нагревательная спираль, запрессованная в наполнителе (при условии необходимой герметизации торцов нагревателя), имеет малый диаметр и значительный срок службы;
• нагреватели надежно работают при вибрациях и значительных ударных нагрузках (благодаря плотности набивки наполнителя);
• нагреватели могут иметь любую форму (при условии соблюдения условий их обработки);
• конструкция нагревателя проста.
Нагревательная спираль ТЭНа выполняется, как правило, из проволоки диаметром 0,2–1,6 мм (сплавы Х20Н80 и Х15Н60). Внешняя оболочка (трубка) изготовляется из стали 10 или Х18Н10Т, меди, латуни или алюминия.
ТЭН можно согнуть в любую форму в холодном состоянии после отжига трубки при условии, что радиус изгиба будет не меньше 2,5 диаметра внешней трубки. При этом спираль внутри трубки расположена строго по оси трубки.
В соответствии с действующим государственным стандартом ТЭНы изготовляют на следующие напряжения, (В): 12; 24; 36; 42; 127; 220; 380.
Номинальные мощности, (Вт): 50; 60; 80; 100; 120; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3000; 3150; 3500; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000; 12000; 12500; 16000; 20000; 25000.
Номинальные диаметры ТЭНов составляют (мм): 8; 9,5; 10; 12,5; 13; 16. Причем 0 9,5 и 12,5 мм могут быть применены только в обоснованных случаях.
Приведем пример условного обозначения ТЭНа.
Если на нем имеется надпись вида ТЭН-25 А 8/0,05Р12, то это ТЭН развернутой длиной 250 мм с номинальной длиной контактного стержня в заделке 40 мм, диаметром 8 мм, мощностью 0,05 кВт для нагрева воды, на номинальное напряжение 12 В.
Ресурс работы ТЭНов должен составлять не менее 3000 ч.
Кроме ТЭНов встречаются, но более редко индукционные нагреватели. Они имеют отличный от ТЭНов принцип работы. Индукционные нагреватели представляют собой трансформатор броневого типа с первичной обмоткой и коротко замкнутым вторичным витком. Нагрев осуществляется за счет потерь в трансформаторной стали от гистерезиса, вихревых токов и джоулевых (тепловых) потерь, выделяемых в первичной обмотке и короткозамкнутом вторичном витке.
В качестве обмоточного провода для первичной обмотки используется оксидированная алюминиевая фольга. Сердечник нагревателя изготавливается из конструкционной стали с остаточной магнитной индукцией не менее 12000 Гс (1,2 Тесла). Короткозамкнутый виток изготовляется в виде кольца из алюминиевого листа.
Кроме оксидного слоя, между обмоткой и сердечником существует дополнительная изоляция из органо-силикатного состава с прослойкой из пропитанного асбеста или кварцевой ткани, позволяющая повысить электрическую прочность нагревателя в необходимых случаях до 4000 В и устойчивость к нагреву до температуры +500 °C.
Электроиндукционные нагреватели обладают саморегулирующим свойством: по мере нагрева мощность их снижается, при охлаждении — повышается. Это позволяет экономить электроэнергию при эксплуатации машины. Они просты в изготовлении, делаются из недефицитных материалов, надежны и долговечны в работе, обладают высоким КПД (свыше 80 %). Подобные нагреватели с повышенным сопротивлением изоляции используются в стиральных машинах типа СМР «Рига-12». Они обладают следующими особенностями: в начальный момент их мощность довольно высока — 2000 Вт, а затем в рабочем режиме понижается до 1200 Вт. Это связано с минимальными размерами (толщина 0,04 мм, ширина 20 мм) оксидированной алюминиевой фольги.
Место и порядок установки нагревателя в модернизируемую стиральную машину определяются типом имеющегося нагревателя и ее конструктивными особенностями. В случае стиральной машины «Эврика-ЗМ» наиболее простым вариантом представляется установка трубчатого электронагревателя в пространстве между вращающимся барабаном и стенкой стирального бака. Работа эта требует тщательности, так как необходимо исключить возможное задевание ТЭНом вращающегося барабана. Радиус изгиба ТЭНа подбирается экспериментально. Предпочтительным вариантом является монтаж ТЭНа со стороны панели управления стиральной машиной. Правда, в этом случае несколько нарушается ее внешний вид, так как крепление выводов ТЭНа приходится как раз на надпись — «Эврика-ЗМ». Наружные выводы нагревателя и подводящий кабель должны быть надежно изолированы и защищены от попадания влаги.
Очевидно, что использование для этой цели обычных бытовых термометров ограничивается конструктивными соображениями. Специальные датчики-реле температуры типа ДРТ-А или ДРТ-Б, которые отрегулированы на 40, 60 или 90 °C и конструкция которых специально рассчитана для установки в стиральных машинах, мало доступны. Разумеется, что контроль температуры можно производить с помощью соответствующих электронных автоматических устройств (самодельных или промышленного производства). Но гораздо проще воспользоваться методом опосредованного контроля температуры, например, по времени. Для этого можно использовать, например, реле времени типа РВ-6 или РВ-6К (в каплезащитном исполнении) от стиральной машины либо любой другой таймер, способный управлять нагрузкой порядка 30 А при напряжении 220 В. Можно также использовать метод косвенного измерения температуры моющего раствора в баке стиральной машины по температуре ее корпуса. В этом случае очень удобно подключать нагреватель через устройство типа ЦТКБ-44 (датчик температурный камерный биметаллический). Порог срабатывания у него находится в диапазоне от + 10 до + 30 °C и плавно регулируется. Датчик укрепляется на корпусе стиральной машины. Предварительная установка требуемого значения температуры на датчике производится по показанию термометра, опущенного в бак стиральной машины, в который залита подогреваемая вода. Погрешность срабатывания (размыкания контактов) у прибора ДТКБ-44 около 2 °C. Поэтому точность достижения температуры в этом случае, разумеется, будет относительно невысокой, но вполне достаточной для практических целей. Габариты прибора 95х90х58 мм.
Таким образом, в моем конкретном случае модернизация стиральной машины марки «Эврика-3М» включала следующие работы:
— во-первых, прокладка трехпроводного кабеля (элекгроудлинителя) в соответствии с описанием;