А. А. ЗАХАРЕНКО
В. Н. ПАВЛЮК
С. Н. ПИЛЬКЕВИЧ

В связи с ростом цен на энергоносители возникла необходимость в разработке долговечного, надежного и маломощного обогревателя. Такой обогреватель был сконструирован и изготовлен в НТУУ «Киевский политехнический институт» (патент Украины 31917, кл. АО1К 1/015, бюл. 7-2, 2000 г). При разработке этого обогревателя была поставлена задача создания устройства с малой тепловой инерционностью и способностью работать в режиме автоматического отслеживания температуры поверхности обогревателя, что, в конечном счете, позволило бы уменьшить его потребляемую мощность и упростить обслуживание. Эта задача была решена с использованием нагревательного элемента с малым электрическим температурным коэффициентом и постоянной величиной удельного электрического сопротивления, при этом уменьшение мощности обогревателя и снижение его тепловой инерционности было достигнуто с помощью быстродействующей системы регулирования мощности, которая учитывала такие факторы, как температуру греющей поверхности корпуса обогревателя, температуру воздуха, его влажность и скорость движения над обогревателем, колебания напряжения в сети питания, количество молодняка животных на обогревателе и их возраст.

Общий вид предложенного обогревателя представлен на рисунках 1-6. В состав электрического обогревателя входят (рис. 1-4) обогреватель 1, понижающий трансформатор 2 и система автоматического управления 3 обогревателя. Обогреватель 1 состоит из корпуса 4, на внутренней стороне которого с помощью двух гребенок 5, токоизолирующей обмазки высокой теплопроводности закреплен нагревательный элемент 6, который изолирован от контакта с окружающей средой с использованием термоизоляционного перекрытия 7. Нагревательный элемент 6 соединен с выходом трансформатора 2 с помощью провода 8, расположенного в стояке 9. Вторичная обмотка трансформатора 2 выполнена двухсекционной с возможностью установки на его выходе двух разных по значению напряжений электрического тока.

Система автоматического управления 3 выполнена (рис. 1, 5, 6) двухпороговою и содержит соединенные параллельно датчики температуры 10, установленные между витками нагревательного элемента 6 на внутренней стороне корпуса 4 по его длинной оси с шагом более частым в его периферийной зоне, чем в центральной зоне, а также имеет источник питания 11 системы управления, делитель напряжения 12, задатчик напряжения 13, датчик рассогласования 14, релейный преобразователь 15 и реле коммутации 16. Делитель напряжения 12 предназначен для выработки напряжения, пропорционального интегральной температуре поверхности корпуса 4, а задатчик напряжения 13 — для установки на нем задающего воздействия в виде напряжения, пропорционально той оптимальной температуре, которая необходима для обогрева молодняка животных. Датчик рассогласования 14 необходим для сравнения напряжения, пропорционального температуре корпуса 4, и задаваемого напряжения. Релейный преобразователь 15 представляет собой измерительный прибор, который реагирует на изменение температуры на поверхности корпуса 4, а реле коммутации 16 является исполнительным устройством для автоматического включения в работу обогревателя 1 и системы управления 3 или их отключения. Источник питания 11 системы управления выполнен в виде дополнительного понижающего трансформатора, подключенного к сети питания.

Предложенный обогреватель является системой с несколькими факторами, воздействующими на нее, и которые можно отслеживать в автоматическом режиме с использованием только одного задающего параметра — температуры, а от нее в конечном счете зависит мощность обогревателя. Температура на поверхности обогревателя при отсутствии на нем животных распределяется неравномерно. Это объясняется тем, что в аэродинамическом пограничном слое воздуха на обогревателе, который имеет более высокую температуру, чем температура окружающей среды, наблюдается течение воздуха, направленное от периферии корпуса к его центру, что приводит к повышению температуры воздуха при его перемещении к геометрическому центру обогревателя, а это в свою очередь способствует повышению температуры поверхности корпуса в центральной зоне и уменьшению температуры в его периферийной зоне. При появлении на обогревателе животных свободное течение воздуха уменьшается, а это снижает неравномерность распределяемой температуры поверхности корпуса в его центральной зоне и уменьшает температуру в его периферийной зоне, при этом передача тепла в окружающую среду происходит в основном за счет теплопроводности. Появление животных на обогревателе сопровождается возникновением дополнительной энергии, которая передается ему от их тел, что способствует повышению температуры корпуса нерегулируемого обогревателя. Поддержание температуры обогревателя на заданном уровне осуществляется с помощью системы автоматического регулирования, где в качестве задающего фактора используется интегральная температура корпуса обогревателя, которая измеряется датчиками температуры, установленными с неравномерным шагом, что обусловлено неравномерностью нагрева корпуса (в центральной зоне обогревателя температура распределяется более равномерно, чем в периферийной зоне). Двухпороговая система управления позволяет поддерживать температуру корпуса обогревателя в температурном диапазоне от Т1 до Т2: когда температура обогревателя опускается ниже температуры Т1, то система управления включает в работу нагревательный элемент, в результате чего температура корпуса начинает повышаться, и когда она превысит температуру Т2, то система управления отключит нагревательный элемент от сети питания, после чего корпус обогревателя охлаждается до тех пор, пока его температура не станет ниже температуры Т1. Таким образом, система управления автоматически поддерживает заданную интегральную температуру Тинт, устанавливаемую с помощью задатчика напряжения и задаваемую исходя из зоотехнических условий содержания молодняка животных.

При наличии на обогревателе животных и повышении температуры Тинт выше заданной происходит отключение обогревателя от сети питания и его охлаждение, при этом с большей скоростью охлаждается не занятая животными поверхность обогревателя, что приводит к падению температуры Тинт ниже заданной. При увеличении возраста животных площадь их размещения на обогревателе будет возрастать — поэтому нагревательный элемент будет отключаться чаще.

Оценивая работу предложенной системы автоматического управления, можно сказать, что она будет учитывать ту теплоту, которая передается от тел животных корпусу обогревателя, что способствует более эффективной работе такой системы. Более частое отключение нагревательного элемента будет также и при повышении температуры окружающей среды или при повышении напряжения электрического тока.

При установке режима обогрева животных (летний или зимний обогрев) нагревательный элемент обогревателя присоединяется к первой или второй секции вторичной обмотки понижающего трансформатора.

Технико-экономические показатели обогревателя:

• полезная площадь обогрева — 0,6 м2 (1,2 м0,5 м);

• температура корпуса — 28-34°С;

• среднегодовая мощность — 90-130 Вт;

• средний срок эксплуатации — 5 лет;

• масса — 17 кг.

Использование понижающего трансформатора позволяет снизить напряжение питания с 220 В до 24—32 В, тем самым обеспечивая два тепловых режима обогрева животных.

В течение последних пяти лет в хозяйствах с различными условиями содержания молодняка животных была испытана опытная партия обогревателей в количестве 800 шт. Испытания проводились на свинофермах Ассоциации пайщиков им. Бузницкого (г. Мироновка), агрофирмы «Узинская» (г. Узин), КСП «Синявское» (сгт Рокитное), КСП «Гребинковское» (сгт Гребинки) и др. Исходя из результатов приемно-сдаточных испытаний в УкрНИИ по испытанию с/х техники, обогреватель рекомендован к серийному производству. ❑