автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электронагреватели на основе силикатных связок для агропромышленных и других потребителей

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.И.Полэунова

РГ6 ол

- 5 ЙЮ9 Ш.95

На-правах рукописи УДК 621.316.86

ГОРЕЛОВ СЕРГЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТНЫХ СВЯЗОК ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ И ДРУГИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность: a5.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства . 05.14.12 - техника высоких напряжений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1995

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ икени И.Н.Полэунова

На правах рукописи УДК 621.316.86

ГОРЕЛОВ СЕРГЕИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТНЫХ СВЯЗОК ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ И ДРУГИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность: 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства 05.14.12 - техника високих напряжений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1995

О

Работа выполнена в Новосибирской государственной Академии йодного транспорта (11ГЛВТ)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Тоны-

шев Владимир Федорович Научный консультант - доктор технических наук, профессор Горелов Валерий Павлович

Официальные оппоненты -доктор тенническия наук, профессор Ушаков Насилий Яковлевич -кандидат технических наук, доцент Вид-рин Игорь Петрович

Ведущее предприятие - Сибирский научно-нсследовательский институт энергетики (г.Новосибирск)

Защита диссертации состоится "23-" 1гсня 1ЭЭ5 г. в 10 чагон на заседании специализированного Советз К 064.29.03 б Алтайском государственном техническом университете по адресу: 656059, * г.Барнаул, ул. Ленина, 45.

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке Алтайского государственного технического университета.

Автореферат разослан "23_" мая 1995 г.

Ученый секретарь Совета

кандидат технических нау*

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ: С начала 70-х годов повсеместно отмечается рост потребления электрической энергии сельским хозяйством, промышленностью и жилищно-бытовым сектором. П агропромышленных комплексах для систем микроклимата разработаны тепловыделяющие устройства малой мощности - "доводчики" обогрева зон содержания молодняка животных и птицы, имеющих температурные условия отличимо от осповних для помещений.

Отопление промышленных и жилых зданий осуществляется комбинированием тепловых и электроотопительных приборов небольшой мощности, а также только электрообогревательными устройствами, которые характеризуются поверхностно-распределенным тепловыделением и осуществляет один из видов резистивкого нагрева при протекании электрического тока в токопроводящем элементе, применяемые электронагревательные приборы отличаются большим разнообразием используемых материалов, конструктивных решений и приемов изготовления. Известность получили низкотемпературные поверхностные электронагреватели из наполненных полимеров, силита, бетэла, рапита, отечественного и зарубежного производства. Однако дефицитность сплавов высокого сопротивления, сложность изготовления подобных электронагревателей и другие причину вызвали необходимость разработки новых резистивных кемп." .щи->нных материалов (РКМ), и конструктивного исполнения на их основе электронагревателей пластинчатого типа и ночных резисторных установок.

С прикладной точки зрения актуальность такой работы заключаете, в расширении областей применения композиционных резисторов ил электропроводного бетона (бетэла) в качестве электронагревателей, здзек-лителей, для повышения надёжности электроснабжения сельских- потребителей. С физической стороны, актуальность работы заключается в г.нл-лизе существующих теорий и определении преобладающих механизмов электропроводности сложных гетерогенных систеп с наполнителями из переходных форм углерода.

ЦЕЛЬ работы. Разработка научно-технически* сснсв промышленной те>дчологии и конструирования электронагревателей нд базе нзучожп путей управления комплексными характеристиками резистивных композиционных материалов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы. Разработаны научно-обоснованные рекомендации получения нового РКМ, обладающего регулируемой электропроводность и при высоких физико-механических параметрах.

Экспериментально установлено, что для стабилизации электропроводности РКМ необходимо создать структуру с микронаполнителями, обладающими электронным характером электропроводности, а в качестве последних целесообразно применять , например отходы угольных электродов и золы тепловых электростанций, позволявших одновременно решать экологические задачи.

Предложена физико-математическая модель системы полупроводник-диэлектрик-полупроводник, устанавливающая принципиальные зависимости электрофизических и физико-механических характеристик от технологии изготовления РКМ.

Определены пути повышения электрофизических и теплофизических о параметров РКМ путем введения различных компонентов и совершенствования контактного узла электронагревателей пластинчатого типа.

Разработаны научные основы конструирования композиционных , электронагревателей с защитным покрытием с учетом температурных деформаций . ,

Обоснована методика высоковольтной тренировки и разбраковки электронагревателей из РКК.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ :

- оптимальные составы (РКК) с силикатными связками;

- модель структуры РКК; •

- обоснование областей применения композиционных электронагревателей;

- технологические приёмы целенаправленного регулирования комплексных параметров РКМ;

- результаты экспериментальных исследований электронагревателей;

- конструктивные особенности электронагревательного устройства с элементами РКМ;

- методика бесконтактной диагностики РКК.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов работы заклвчается в разработке новых сложных композиций и электронагревателей на их основе.

1. Сформулированы требования к ингредиентам РКМ для агрессивных сред.

г

2. Сформулированы физико-технологические принципы изготовления композиционного электронагревателя, обоснованные совокупность» научных результатов работы.

3- Разработан композиционный электронагреватель из РКМ на основе силикатных связок.

4. Проведена конструкторская проработка электронагревательного устройства с учётом использования в агропромышленных комплексах.

Научные результаты работы использованы при опытно-промышленном производстве на ВНПО "Энерготехпрок" (г. Москва)¡Учреждении УФ-Э5/8 службы исправительных дел и социальной реабилитации УВД Новосибирской области и опытном участке г. Яровое Алтайского края.

Теоретические и методологические положения работы используются при чтении лекций и на лабораторных практикумах по дисциплинам "Теоретические основы электротехники" , "Электротехнические материалы", "Техника высохих напряжений", а также в научно-исследовательских работах и дипломном проектировании студентов.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ЛОСТОВЕРНОСТЬ полученных в работе результатов объясняются высокой адекватностью математической модели реальной структуре сложных резистивних композиций, корректным использованием • математических методов. Автором самостоятельно разработана часть современных методов испытаний. В лабораторных условиях подтверждены выводы и рекомендации теоретических исследований. Достоверность подтверждена расчетами, выполненными с применением методов математической статистики, и положительным результатом опытно-пронызяенного производства электронагревателей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на МежвуэоЕской конференции "Научный потенциал Сибири", г.Новосибирск, 1993 г., Сибирской иежбассейновой научно-практической конференции, г. Омск, 1993 г.; Научной конференции с международным участием. Новосибирский государственный технический университет, г.Новосибирск, 1993 г.; Научно-техническом семинаре "Энергетика: Экология, надежность", Томский политехнический университет, г.Томск, 1994 г.; Конференции "Стратегии стабилизации экономики региона, проблемы и решения", г. Новосибирск, 1995 г., а также ежегодных научных конференциях Новосибирской государственной Академии водного транспорта в 1993-1995 г.г.

О

Результаты работы изложены в 27 научных трудах, из которых 12 статей, 15 отчетов по научно-исследовательским работам.

Изготовленные в процессе исследований реэистивные композиционные материалы и электронагреватели на их основе экспонировались на ежегодных выставках "Ярмарка Сибири" (г.Новосибирск) в 1991-1995 г.г.

Работа выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой на 1986-1990 г.г и до 2000 года: N 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства"; принятой РЛСХН в 1993 г. "Концепцией энергетического обеспечения сельскохозяйственного производства в условиях многоукладной экономики"; теме ГКНТ N 0.Ц.003 п.0.01.06.05. 114; планами научных работ Новосибирской государственной Академии водного транспорта.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав,списка литературы, приложений к изложена на 205 страницах машинописного текста,включающего 3 2 таблицы и 66 рисунков; список использованных источников содержит 137 наименований; 15 приложений представлены на 97 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. Проведен анализ технико-экономических показателей нагревательных элементов (НЭ) различных типов и электронагревательных устройств (ЭНУ) на их основе с точки зрения технико-экономической целесообразности применения в сельском хозяйстве, промышленности и на транспорте. Дана классификация РКМ и рассмотрены способы повышения электро- и теплофизических, физико-механических параметров композитов объемного и плёночного типов.

Вторая глава. Дается обзор феноменологических и теоретических исследований по электропроводности резко неоднородных композиций с зернистт* структурой, идеализированную схему которой можно представить как равномерные среднестатистические контакты проводника. Удельное сопротивление последних зависит от гранулометрии, объемной концентрации проводника, зазора между частицами, напряженности электрического поля и температуры. Для наиболее простой системы из двух контактирующих частиц сферической формы комплексное сопротивление складывается из последовательно соединенных сопротивлений стяги-

вания RCt< сопротивления зазора r3 и сопротивлений собственно материала проводящих частиц RM. Величина зазора зависит от структуры распределения дисперсного проводника з объеме, т.е. от состава кон-позиции .технологических приемов ее приготовления и формования изделий. Определявшее влияние на величину зазора оказывают структура и свойства новообразований на поверхности частиц проводника, которые обусловлены составом связки, термовлажностными режимами обработки изделий.

Для управления электропроводностью резистивних композиций весьма эффективными является:

- уменьшение величины напряжения, приходящегося на одиночный контакт (зазор), путём увеличения числа контактов на единице длину цепочки, т.е. увеличение дисперсности проводника;

- применение способов принудительной укладки частиц проводника и их сближение за счёт оптимального способа приготовления смесей,токовой формовки и прессования их в изделия;

- подбор оптимальных режимов твердения и термической обработки изделий с учётом физико-химического взаимодействия связующего с поверхностью проводника, а в некоторых случаях искуственного введения присадок, обеспечивающих это взаимодействие.

Обвим для резистивних композиционных материалов является наличие повышенной концентрации технического углерода на границах контактирующих между собой глобул из диэлектрических частиц. Специфической особенностью рассматриваемых резистивних материалов является наличие значительного количестза электропроводного компонента из переходных форм углерода, обеспечивающего стабильные электрофизические характеристики. Повышенные теплофизические свойства РКМ обеспечиваются введением в композицию различных диэлектрических наполнителей. Особенностью РКМ является изотропность по электрической проводимости.

в последнее время при изучении структуры РКМ всё более широко применяются методы математического моделирования на ЭВМ. При этом возможно получение модели наиболее приближённой к реальной структуре, например электропроводного бетона. Адекватность физической модели и реальной композиции оценивается по совпадению результатов расчёта с экспериментальными данными. Необходимым условием является внутреннее совершенство модели, т.е. степень соответствия модели реальной структуре РКМ. Исследования показали, что структура РКМ с силикатными связками не может быть строго отнесена х матричному или статистическому типу.К плотной укладке частиц структуры рассматриваемых РКМ относят такую, которая по своему эффекту аналогична угшот-

перию зерен снеси з сухон состоянии под внешним давлением, при котором не происходит разрушение зерен с последующим заполнением всех пустот водой.

При рассмотрении электропроводности гетерогенных систем исполь-ауят физический, геометрический и вероятностный подходы. Вероятностный подход является основой теории эффективных сред и перколяциониой теории, не рассматривающих явления на границах раздела сред. Распределение композиции на условные части, обладающие характеристиками исходных компонентов, лежит в основе геометрического подхода. При этом упрощаетря возможность получения аналитических выражений электропроводности системы. Предпочтение отдают барьерно-туннельному механизму электропроводности. При этом рассматривается физика процессов в локальных элементах• гетерогенных систем с учётом явлений на границах раздела контактирующих элементов и характеристик контактирующих поверхностей.Перенос носителей заряда через прослойку в месте контакта электропроводящих частиц объясняется действием ряда механизмов, например Шоттки, Френкеля-Пула, тока ограниченного объемным зарядом, прыжкового и др.

В теории прыжковой проводимости наиболее важнуо роль играет задачи протекания (перколяции) по случайным узлам. Исследования показали, что электрическая проводимость в неупорядоченной системе с локализованными состояниями осуществляется за счет прыжков электронов и следует рассматривать процесс протекания. Теория протекания сеязы-вает большое число элементов определенным способом. При этой связь каждого макроскопического элемента с соседними носит случайный характер. У сложных РКМ, к ко-юрым относят бетэл, отмечаются 3 фазы: 1) частицы из переходных форм углерода; 2) цементные гели и микроскопичное поры; 3) диэлектрический наполнитель и макроскопические поры. Электропроводность .подобной сильно неоднородной композиции записывают:

б - (Рс - Р'а)1

где а - доля объема, занимаемая первыми двумя фазами; Рс - порог протекания; I - критический индекс.

Проведенные расчеты с использованием метода наименьших квадратов показывают,что критический индекс для технического углерода типа ПМ-15 и ПМЭ-100 В равен соответственно tз = 2,54 ± 0,55 и » 2,554 ±0,12.

Геометрический и физический подходы анализа механизма проводн-

э

мости сложных гетерогенных систем наиболее- полно учитывают процессы на границе контактирующих проводящих частиц, свойства исходных компонентов. На наш взгляд уравнение полного тока контактирующих полупроводниковых частиц достаточно хорошо описывает электропроводность в зависимости от напряженности электрического поля в контакте ■(ЕJ , температуры (Т), ширины зазора (S) и диэлектрической приницае-мости (£) материала в зазоре контактирующих полупроводниковых частиц дл» прямоугольного потенциального барьера. Проведенные по уравнению расчеты на ЭВМ дали зависимости электрической проводимости системы полупроводник-диэлектрик-полупроводник от напряженности электрического поля,температуры, ширины зазора и диэлектрической проницаемости материалов в зазоре.

Замена вакуумной прослойки на реальный диэлектрик и применение метода последовательных изображений позволяют корректировать выражение изменения потенциальной энергии электрона при влиянии сил электрического изображения.

Третья rjfifea. Планирование и методика экспериментов включает зопросы выбора аппаратуры и образцов для исследований в слабых и сильных электрических полях.Обработка данных проводилась с использованием методов математической статистики и программы "Stadia" на ЭВМ типа IBM. Для экспресс-анализа параметров РКМ разработана методика бесконтактной разбраковки с помощью рентгеновского томографа и тепловизора. Электрическую тренировку и высоковольтные испытания проводили на разработанных генераторах импульсных токов, с запасаемой энергией до 22 к Дж.

Проведен детальный анализ способов совершенствования параметров электронагревательных конструкций из РКМ, сплавов высокого сопротивления и керамики в России и за рубежом. Рассмотрены энергетические параметры РКМ в режимах длительного, кратковременного и импульсного включения под допустимое напряжение.

Четвертая глава. 'Выбор ингредиентов РКМ проводили с учетом областей применения электронагревателей. РКМ являются сложными гетерогенными системами и относятся к классу структур со взаимопроникающими электропроводными и диэлектрическими компонентами.

Связка в РКМ должна обеспечивать достаточные прочностные характеристики электронагревателей при минимальной пористости и стабил: -ной электропроводности.

Большую роль при этой играет теплоемкость и теплопроводность связки. Кроме того связка должна обладать высокими диэлектрическими свойствами. Резистивные материалы получаст,используя целый ряд полимерных материалов (жидкое стекло, смолы, фосфатные связки,полимеры). В качестве связки в применяют ценект и силикат натрия.

Применяемый щлакопортландцемент является гидравлическим вяжущим веществом, твердеющим в воде или на воздухе, размеры его частиц находятся в пределах от 102 до 104 нм, а минимальные размеры . хаотически распределенных пор не превышают 103 нм. Свойства бетона, типичного представителя капиллярно-пористого тела, функционально зависят от пористости. С этих позиций необходимо рассматривать его электрофизические и фиЬико-неханические свойства.

Стремление к повышению тепло- и электрофизических параметров РКН обусловило применение силикатной связки- натриевого жидкого стекла вместо цемента. Материалы на основе натриевого жидкого стекла имеют: повышенную нагревостойкость, позволяющую длительное время работать при температурах достигающих 1300 К ; стойкость к воздействию минеральи "■: кислот большой концентрации; высокие адгезивные свойства, позволяющие при максимальном количестве компонентов получать необходимые механические свойства; высокую механическую прочность в воздушно-сухом состоянии.

Перспективным является применение шлахощелочного вяжущего. Щелочными компонентами являются техническая сода, щелочь, метасиликат натрия, вводимые в композицию в виде раствора. В общей случае шлако-щелочное вяжущее подобно полимерцементному вяжущему. Как илакоцелоч-ное вяжущее представляет собой двухкомпонентную систему из молотого шлака и раствора соединений щелочного металла, так и полинерцемент является смесью портландцемента и раствора органического полимера.

Диэлектрические наполнители не только участвуют со связкой в создании'структуры композиции, но и оказывают решающее влияние на физико-механические, тепло- и электрофизические свойства.

В рассматриваемых РКМ чаще используют кварцевый песок (ЭхОг), корунд (А120з) и периклаз (МдО), имеющие повышенные теплофизические параметры и малые температурные коэффициенты линейного расширения. Тальк и глина,являясь очень мягкими материалами, н^шли применение в качестве наполнителей в шлакощеяочном бетэле.

Использование в качестве связки цементов различных типов, силиката натрия вызывает необходимость применения технической воды, нит-

I'

11

ридов и хлоридов кальция, магния, натрия, участвующей в структуроой-раэовании бетэла.

При изготовлении мощных резисторов пластинчатого типа из композиционных материалов в условиях пониженных температур, например при монтаже сборных изделий, применяют противомороэные лобавки (одной из которых является нитрид-нитрат-хлорид кальция), с одноерененнык электрообогревом композиционного материала.

Основным элементом резистивпых композиций является проводящая фаза, в качестве которой применяют мелкодисперсные метаялическиз порошки (недь, алюминий, железо), оксиды металлов,технические полупроводники , углеродистые материалы. В зависимости от распределения электропроводной фазы в композиции изменяются электрофизические, физико-механические и теплофизические свойства изделий.

Пример сложных составов приведён в таблице:

Наименование компонентов смеси Количественное соотношение компонентов в составах (вес, %)

N1 пап N2 _Ори_ N3 тах N4 N5 N6 N7

1. Цемент 14,0 14,0 14", 0 14,0 0,001 0,001 50,0

2. Кварцевый лесок 42,0 40,0 38,0 30,0 7,0 8,0 33,0

3. Силикат натрия 0,001 0,001 0,001 0,001 20,0 12,0 0,001

4. Алейиниевая пудра 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,001 0, 001

5. Оксид кальция 14,0 14,0 15,0 15,0 0,001 4,0 0,001

6. Гранулированный до-

менный или феррошлак 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 58,0 0,001

7. Технический углерод 0,001 0,041 0,001 15,0 15,0 10,0 5,0

8. Нейтрализованная

смола СНГЗ 0,5 1,0 1/5 1,0 0,001 0,001 0,00]

9. Нитрит-нитрат-хлорид

кальция 11НХК 0,001 6,5 10,0 »6,5 0,001 0,001 0,001

аЬ . Гипс 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 6,0 0,003

11 : Техническая вчда о с тал ь Н О е

* . <»

Проведенные исследования показали эффективность применения углеродистых материалов переходной формы, получаемых при температуре свыше 1500 К. В целях утилизации отходов и для решения экологических задач, в качестве электропроводной фазы композиций были нсследс^аны материалы Новосибирского олектротродного завода. В качестве сравниваемого материала принимали пековый электродный кокс, который хорошо зарекомендовал себя при изготовлении бетэловых изделий.

Стабилизация электрофизических параметров РКМ дотигается применением различных типов технического углерода в основном печных марок: ПК-15, ГШ-50, ПМЭ-100 Б. РсзиСтивные композиционные материалы с техническим углеродом представляют собой сложные многофазные гетерогенные системы. Технический углерод образует в композиции цепочечные сетчатые структуры, обеспечивающие электрическую проводимость РКМ.

Пята^ глава. Комплексные исследования РКМ привели к разработке технологических основ получения электронагревателей и мощных резис-тивных конструкций.Производство последних предъявляет ряд требований к электропроводным и связующим компонентам сложных гетерогенных систем, к методам термовлажносгной обработки материалов для получения заданных электрофизических и физико-механических характеристик.

Объемные композиционные нагревательные элементы изготавливают в виде цилиндров и пластин различных размеров. В' режиме длительного включения их мощность определяется условиями баланса тепловой энергии, рассеиваемой в активной части НЭ и отдаваемой в окружающую среду. При этом рассмотрение ведут в диапазоне температур 230-470К, не вызывающих необратимые изменения РКМ.

Защита поверхности НЭ от механического воздействия, атмосферных осадков и солнечной радиации, а также повышение предельного градиента напряжения по поверхности НЭ достигается применением в качестве защитных покрытий кремнийорганических эмалей типа КО-174 и электроизоляционного бетона. Излагаются физико-технологические и конструкторские принципы, необходимые для разработок мощных НЭ различного назначения. Экспериментально доказана целесообразность изготовления кз РКМ НЭ пластинчатого типа, способных в режиме длительного включения вьшолнять роль электронагревательных устройств. Определены технические параметры опытных ЭНУ на основе силикатных связок* для поддержания микроклимата сельскохозяйственных и промышленных помещений, для благоустройства жилых зданий.

г 13

Регулирование свойств бетэла осуществляется выборок типа и объемной концентрации проводящей фазы, гранулометрией ингредиентов смесей, режимов твердения. Установлен характер распределения плотности РКМ, который объясняется особенностью распределений механических напряжении в объеме образца при его изготовлении методом прессования. Это позволяет, объяснить причины отказа НЭ в приповерхностной зоне и наметить пути совершенствования внутренней структуры РКМ технологическими методами.

Свойства и надежность НЭ из РКМ на оснопе силикатных связок определяются не только ингредиентами сложных составов, технологией изготовления, но и качеством контактных устройств, применяемых в качестве токовводов и для последовательно-параллельного соединения НЭ. Трудность решения проблемы заключается в значительном переходном сопротивлении на границе РКМ - металлический электрод.

Хорошие результаты получены при устройстве электродов из двойного провода типа ПЩ. Значительного снижения контактного сопротивления удалось добиться за счет, предварительной обмазки прОБода ПП1 электропроводящей пастой или аквадагом.

Шестая глава. Сопротивление РКМ зависит от температуры. При этом, кроме, изменения проводимости собственно ингредиентов композиции .от температурных воздействий, на электрическую проводкгюсть гетерогенной системы оказывают влияние также механические деформации, изменяющие зазор в контактах зернистого проводника и размер контактного пятна. В зависимости от состояния контакта определяется изменение сопротивления.

Температурные -..ависикости электропроводности РКМ позволяют изучать процессы,происходящие в композиционных объемных НЭ. Экспериментально установлено, что измерения ТКК в слабых полях разнятся с данными при измерениях в сильных полях. Однако общие качестке\;нке закономерности сохраняются в обоих случаях. Зависимость относ.-.тельного изменения сопротивления от тенпературы особенно значительна длч РКМ на основе силикатных связок.При отрицательном ТКК изменение величины сопротивления достигает 30%.

' Протекание тока через электропроводную матрицу РКМ сопровождается выделением тепловой -энергии, источниками которой являются контакты между частицами проводниковых компонентов, например, технического углерода. Относительно высокие значения теплофизическнх пара-

метров (удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности) компонентов сложных составов способствуют быстрому распределению тепловой энергии во всем объеме РКЛ. Поэтому проведение расчётов требует наличия данных об изменении теплофизических параметров в интересующем диапазоне изменения температуры окружающей среды 270-500 К. Было определено, что максимальное изменение вышеуказанных теплофизических параметров для резистивных композиций на основе силикатов было менее 20%. •

основной причиной разрушения РКМ являются термические напряжения, обусловленные различием температурных коэффициентов длины компонентов ,возникающих при быстром нагреве резистивных элементов. Однако и при охлаждении могут возникать сжимающие тангенциальные напряжения на поверхности резистивных элементов. Из анализа экспериментальных данных принято решение подвергать готовые НЭ из РКМ электрической тренировке на высоковольтных генераторах импульсных токов после термовлажностной обработки.

Нагревательные элементы из РКМ являэтся комплектующими изделиями стеновых и напольных панелей различных габаритов и назначения." Для напольньРх панелей в помещениях, теплицах, животноводческих помещениях, важным фактом является электрическая и тепловая изоляцияспа-нели от подстилающего слоя полз. Был выполнен комплекс -исследований ■ по разработке композиции, обладающей высоким удельным сопротивлением и малым коэффициентом теплопроводности. Дополнительно при этом решалась экологическая задача по утилизации . зол тепловых станций при различных способах золоудаления, например рапой из озера Яровое в Алтайском крае. По результатам исследований начат выпуск опытно-про-кышленных партий электронагревателей в Учреждении УФ -91/8 СИД г. CP УВД Новосибирской области и изделий из изоляционных РКМ в г.Яровое. *

ВЫВОДЫ:

1. Развитие энергосистемы России, рост потребления электрической энергии сельским хозяйством требуют расширения средств отопления производственных и жилиц зданий, повышения надежности электроснабжения агропромышленных комплексов. К числу таких средств относятся электронагреватели и нагревательные устройства на их основе, имеющие узкую область применения из-за отсутствия технических решений.

2. Анализ условий работы электронагревателей различных типов.

обобщение опыта их эксплуатации определили основное направление исследований, результатом которых явилось создание композиционных ЭН пластинчатого типа. На основании принципа актуализации и совмещения функций показана целесообразность электронагрева с помощью ЭН из РКМ.

3. Проведено изучение комплекса взаимосвязанных вопросов по свойствам ингредиентов сложных составов, распределению их Е конструкции ЭН для обеспечения требуемой электропроводности в слабых и сильных электрических полях при наличии различных агрессивных сред. Сформулированы требования к электропроводным и диэлектрическим составляющим и разработаны РКМ с заданными электро- и теплофизическиии характеристиками.

4. Из анализа структурно- механической модели РКМ, относящейся к взаимопроникающей матричной системе, выявлены основные закономерности влияния последней на электрофизические и физико-механические характеристики ЭН. Определены оптимальные соотнооения структурообразующих ингредиентов при разработке технологии промышленного выпуска ЭН.

5. Обоснована физико-математическая модель системы ПДП сильно неоднородных сред. Отдавая предпочтение барьерно-туннельноку механизму, сделано заключение о преобладающем влиянии на электропроводность в слабых полях теории протекания, а в сильных полях - термоав-тоэлектронкой эмиссии с учетом метода последовательных изображений.

6. Достижение стабильных электрофизических характеристик РКМ основано на введении в состав композиции из силикатной связки диэлектрических добавок, тонкодисперсной электропроводной фазы из переходных форм углерода. Утилизация отходов электродного завода и зол ТЭЦ для РКМ одновременно решает экологические задачи.

7. Экспериментально определены закономерности регулирования технологическими приемами электро-, тепло- и физико-механических характеристик РКМ, обоснована технология изготовления РКМ с оптимальными составами, разработаны технологические условия промышленного производства ЭН.

8. Предложены новые бесконтактные методы контроля РКМ с использованием тепловизора и рентгеновского томографа, «проектированы высоковольтные генераторы импульсных токов для тренировки и разбраковки ЭН после термовлажностной обработки. Технологические правила на изготовление ЭН предусматривают обязательные высоковольтные испытания каждого элемента.

9. Разработаны и освоены в опытно- промышленной производстве

оригинальные конструкции унифицированных эленентоп электронагревателей. Сконструированы электронагревательные панели на основе ЭН и электроизоляционных РКМ. В Учреждении 7Ф 91/8 СИД и СР УВД Новосибирской области, на производственном участке г.Яровое Алтайского края созданы опытно-промышленные линии по изготовление изделий из электропроводного и теплоизоляционного РКМ и нагревательных панелей . на их основе.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в следующих печатных работах:

1. Перспективы применения электронагревателей композиционного типа на шлюзах /С.В.Горелов, И.В.Автономов, Э.Д.Шумилова и др.: Атома-тнзнрованныи электропривод объектов водного транспорта. Сб.науч.трудов / МРФ РС5>СР. Новосибирск, НИИВТ. 1989. - С.68-72.

2. Особенности использования электропроводного бётона на энергообъектах водного транспорта /С.В.Горелов, Г.В.Шувалов, Й.А.Ющенко, и др. : Автоматизированный электропривод технологических комплексов водного транспорта. Сб.науч.трудов НИИВТ/ - Новосибирск, 1990. -С.96-100.

3. Высоковольтная импульсная испытательная установка /С.В.Горелов, В.П.Горелов, Г.В.Шувалов : Информ.листок N443-90, ЦНТ'Л, Новосибирск, 1990. - Зс.

4. Горелов C.B., Горелов П.В. Резисторные композиционные материалы с полимерной связкой /Тезисы докл.межвуз.науч.конф. "Научный потенциал Сибири". - Новосибирск, 1993. - 120с.

5. Горелов C.B., Горелов П.В. Конструктивное исполнение резисторов из электропроводных композиций / Тезисы док л. межвуз. науч. кс-нф. "Научный потенциал Сибири". - Новосибирск, 1993. - 120с.

6."Горелой C.B., Горелов П.В. Высоковольтный резистор для электрофизических установок / Тезисы докл.науч.-техн. семинара "Энергетика: экология, надежность". Томский политехи, унив-тет. - Томск, 1994. - С.9.

7. Горелов C.B., Горелов П.В. Физические основы электрической проводимости реэистивных композитов / Тезисы докл.науч.-техн. семинара "Энергетика: экология, надежность", Томский политехи, унив-тет. -Томск, 1994. - С.10-11.

8. Экологическое обоснование внедрения новой техники / С.В.Горелов, Н.С.Бурянина, П.В.Горелов / Тезисы докл.научн.-техн. семинара "Энергетика:: экология,, надежность", Тонский политехи, унив-тет. -

Томск, 1994. - С.86.

9. Горелов C.B. Экономическая эффективность применения электронагревателе» из регистивных компогиционных материалов в сельском хозяйстве: Межвуз. сб. науч. трудов, Раздел 1, Алт.ГТУ / -Барнаул, 1395. -С. 262-266.

10. Горелов C.B. Тепловой рас"Ат животноводческого помещения с электронагревательными полами [ta рапнта: Межвуг. сб. науч. трудов. 'Раздел 1, Алт.ГТУ / -Барнаул, 1995. -С. 186-189.

11. Горелов C.B. Электробезопасность при обслуживании электронагревателей на агропромышленных объектах: Медвуз, сб. науч. трудов, Раздел 1, Алт.ГТУ / -Барнаул, 1995. -С. 44-48.

12. Горелов C.B. Механизм электропроводности композиций сельскохозяйственного нззнзчения: Межвуз. сб. науч. трудов, Раздел 1, Алт. ГТУ / -Барнаул, 1995. -С. 363-167.

13. Исследование средств -злектрообогрева помещеыш и оборудования: Отчет о НИР Спромежуточный) / Новое, инст.-т ннж. водного тр-та; Исполнитель С.Э.Горелов.- Инв.Н 02940.002400.-Новосибирск, 1994.

-126 с.

14. Исследование объемных компогиционных электронагревателей: Отчет о НИР (промежуточный) /Новое, икст.-т инк. водного тр-тз; Исполнитель С.В.Горелов.-Инв.Н 02940.003832.-Новосибирск,1994.-153 с.

15. Механизм электропроводности сложных гетерогенных систем: Отчет о НИР (промежуточный) / Новое, гос. Академия водного тр-та; Исполнитель С.В.Горелов.- ине. гос. регистр н 01.88.0004137. -Новосибирск, 1995-. -43 с.

Кроме того, часть материалов диссертации изложена в 12 отчетах

по научно-исследователькой работе.

г

- s

Подписано к печати_1_ мая 1995 г. Формат 1/16

Объём 1,0 п.л. Заказ 40i . Тира* 100 -кз.