Promienniki i instalacje do ogrzewania zwierząt podczerwienią

W rolnictwie jako źródła promieniowania podczerwonego do ogrzewania zwierząt stosuje się żarówki ogólnego przeznaczenia, lampy żarowe, emitery rurowe i rurowe grzejniki elektryczne (TEN).

Żarówki.

Żarówki różnią się napięciem, mocą i konstrukcją. Konstrukcja lamp żarowych zależy od ich przeznaczenia. Szklana bańka, której średnica zależy od mocy lampy, jest u podstawy wzmocniona specjalnym mastyksem. Na podstawie znajduje się gwint do mocowania w gnieździe, za pomocą którego lampa jest podłączona do sieci. Wolfram jest używany do wykonania żarnika lampy. Aby zmniejszyć rozpraszanie wolframu, lampa jest wypełniona gazem obojętnym (np. argonem, azotem itp.).

Główne parametry żarówki:

• Napięcie nominalne,

• energia elektryczna,

• Strumień świetlny,

• średni czas palenia.

Żarówki ogólnego przeznaczenia dostępne są w wersji 127 i 220 V.

Moc elektryczna żarówek jest określana jako wartość średnia dla napięcia znamionowego, dla którego lampa jest zaprojektowana. W rolnictwie stosuje się głównie żarówki o zakresie mocy od 40 do 1500 W.

Strumień świetlny żarówki jest wprost proporcjonalny do mocy elektrycznej lampy i temperatury żarnika; w przypadku lamp, które przepaliły się przez 75% ich nominalnej żywotności, dopuszczalny jest spadek strumienia świetlnego o 15-20% wartości początkowej.

Używając lamp oświetleniowych do ogrzewania zwierząt, należy pamiętać, że wysoki poziom światła może drażnić zwierzęta.

Średni czas palenia się żarówki zależy głównie od rozpylania wolframu. W przypadku większości żarówek ogólnego przeznaczenia średni czas świecenia wynosi 1000 godzin.

Zmiany napięcia sieciowego w stosunku do wartości nominalnej powodują zmiany strumienia emitowanego przez lampę, a także mocy i żywotności. Gdy napięcie zmienia się o ± 1%, strumień świetlny lampy zmienia się o ± 2,7%, a średni czas palenia o ± 13%.

Żarówki z warstwą odblaskową. Aby skierować strumień promieniowania na określony obszar, stosuje się lampy z lustrem i rozproszoną warstwą odblaskową, która jest nakładana od wewnątrz na górną część żarówki.

Lampy emitujące ciepło.

Tymi źródłami promieniowania są emitery „światła” składające się z wolframowej monocewki oraz odbłyśnika, który jest wewnętrzną aluminiowaną powierzchnią żarówki o specjalnym profilu. Krzywa rozkładu strumienia promieniowania Ф (λ) wzdłuż widma dla lamp typu IKZ pokazano na ryc. 1.

Ryż. 1.Rozkład strumienia promieniowania wzdłuż widma lamp IKZ 220-500 i IKZ 127-500.

Ryż. 2. Rozkład strumienia promieniowania wzdłuż widma lamp IKZK 220-250 i IKZK 127-250.

na ryc. 2 przedstawia krzywą rozkładu strumienia promieniowania w widmie lamp typu IKZK 220-250 i IKZK 127-250.

W oznaczeniu typu lamp litery oznaczają: IKZ — zwierciadło na podczerwień, IKZK 220-250 — zwierciadło na podczerwień z malowaną bańką; cyfry po literach oznaczają napięcie sieciowe i moc źródła promieniowania. Lampa to bańka ze szkła paraboloidalnego. Część powierzchni lampy pokryta jest od wewnątrz cienką odblaskową warstwą srebra, aby skoncentrować strumień promieniowania w określonym kierunku.

Bardzo ważnym parametrem baniek szklanych, który wpływa na żywotność lamp, jest ich odporność na ciepło, czyli zdolność do wytrzymania nagłych zmian temperatury. W celu zwiększenia odporności cieplnej poprzez zmianę składu wsadu podczas topienia szkła konieczne jest zmniejszenie jego pojemności cieplnej i współczynnika temperaturowego rozszerzalności liniowej, a także zwiększenie przewodności cieplnej.

W zależności od kształtu bańki lampy mają różny rozkład strumienia promieniowania: albo skupiony wzdłuż osi (przy bańce parabolicznej), albo szeroki, pod kątem bryłowym około 45° (przy bańce sferycznej). Należy zwrócić uwagę na zaletę stosowania lamp z bańką sferyczną w produkcji rolnej, lampy te zapewniają bardziej równomierny rozkład promieniowania w strefie grzewczej.

Korpus żarnika wolframowego jest zamocowany wewnątrz żarówki. Materiał żarnika korpusu żarnika odparowuje w próżni, osadzając się na wewnętrznej powierzchni bańki i tworząc czarną powłokę.Prowadzi to do zmniejszenia strumienia świetlnego w wyniku jego intensywniejszej absorpcji przez szkło.

Aby wydłużyć żywotność lampy i zmniejszyć szybkość parowania korpusu żarnika, kolbę wypełnia się mieszaniną gazów obojętnych (argonu i azotu).

Obecność gazu powoduje straty ciepła w wyniku przewodzenia ciepła i konwekcji. W lampach wypełnionych gazem bańka jest ogrzewana nie tylko przez promieniowanie z żarnika, ale także przez konwekcję i przewodzenie gazu wypełniającego. Tak więc podgrzanie gazu w lampie o mocy 500 W zużywa 9% dostarczonej energii.

W mocnych lampach z masywnym korpusem żarnika wzrost utraty ciepła przez gaz jest w pełni kompensowany przez gwałtowny spadek dyspersji żarnika, dlatego zawsze są one uwalniane wraz z gazem.

W przeciwieństwie do lamp próżniowych temperatura poszczególnych sekcji kolb z gazem obojętnym zależy od ich pozycji roboczej. Na przykład, odwracając kolbę do góry dnem, możesz zmniejszyć ogrzewanie złącza metal-szkło z 383-403 do 323-343 K.

Strumień promieniowania zależy od temperatury ciała włókna. Wzrost temperatury przyspiesza parowanie wolframu i zwiększa udział światła widzialnego w strumieniu promieniowania. Dlatego w lampach typu IKZ, w których skuteczne jest promieniowanie podczerwone, temperatura pracy żarnika zostaje obniżona z 2973 K (jak w żarówce) do 2473 K przy spadku skuteczności świetlnej o 60%. Pozwala to na konwersję do 70% zużywanej energii elektrycznej na promieniowanie podczerwone.

Obniżenie temperatury żarnika umożliwiło zwiększenie żywotności lamp na podczerwień z 1000 do 5000 godzin.Promieniowanie żarzącego się ciała o długości fali większej niż 3,5 mikrona (7-8% całkowitego strumienia) jest pochłaniane przez szkło żarówki, co jest przyczyną częstych przedwczesnych awarii lamp z powodu skoków temperatury.

Napromieniowanie z lampy typu IKZ w ​​odległości 50-400 mm od ogrzewanej powierzchni waha się od 2 do 0,2 W/cm2.

Wykresy promieniowania energetycznego wytworzonego przez zwierciadlaną lampę podczerwieni IKZ o mocy 250 W na wysokości zawieszenia: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Do wymiany ciepła przez promieniowanie można zastosować zwykłe żarówki z cewką wolframową i żarówką w kształcie kuli. Wzrost wydajności promieniowania zapewnia zasilanie napięciem, którego wartość jest o 5-10% mniejsza od nominalnej; dodatkowo w urządzeniu należy zamontować odbłyśniki z polerowanego aluminium.

Rurowe emitery podczerwieni.

Z założenia rurowe źródła promieniowania podczerwonego dzielą się na dwie grupy — z korpusami grzewczymi wykonanymi z opornych stopów metali i wolframu. Pierwsza to rura ze zwykłego lub ogniotrwałego szkła o średnicy 10–20 mm; Wewnątrz tuby wzdłuż osi centralnej znajduje się korpus z gwintem w kształcie spirali, na którego końcach doprowadzane jest napięcie zasilające. Takie emitery nie są powszechnie stosowane. Zwykle służą do ogrzewania pomieszczeń.

Emitery z żarnikiem wolframowym mają konstrukcję podobną do lamp żarowych. Korpus grzejny w postaci spirali wolframowej jest umieszczony wzdłuż osi rurki i jest zamocowany na molibdenowych uchwytach przylutowanych do szklanego pręta. Promiennik rurowy może być wykonany z zewnętrznym lub wewnętrznym odbłyśnikiem utworzonym przez odparowanie srebra lub aluminium w próżni. na ryc.3 przedstawia budowę takiego emitera IR.

Rozkład widmowy promieniowania emiterów rurowych jest zbliżony do rozkładu widmowego emiterów rurowych; temperatura ogrzewania wynosi 2100-2450 K.

Ryż. 3. Budowa konwencjonalnego lampowego źródła IR. 1 — podstawa; 2 — pręt; 3 — sprężyna podtrzymująca pręt; 4 — uchwyty na molibden; 5 — szklany pręt; 6 — elektrody; 7 — nić wolframowa; 8 — szklana rurka.

Grzejniki rurowe o małej mocy (100 W) mają szerokie zastosowanie w rolnictwie do ogrzewania młodych zwierząt i drobiu. Dlatego we Francji używa się ich do podgrzewania młodego drobiu w klatkach. Grzejniki są instalowane bezpośrednio na suficie klatki, na wysokości 45 cm i zapewniają równomierne ogrzewanie dla 40 kurczaków.

Lampy rurkowe z powodzeniem można wykorzystać przy tworzeniu połączonych instalacji napromieniowujących i oświetleniowych dla młodych zwierząt hodowlanych i drobiu, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że lampy UV i lampy do oświetlania rumienia również mają konstrukcję rurkową.

Kwarcowe emitery IR.

Kwarcowe emitery IR są podobne do tych opisanych powyżej, z tą różnicą, że zastosowano rurkę ze szkła kwarcowego. Tutaj ograniczymy się do rozważenia kwarcowych emiterów IR z wolframowymi elementami grzejnymi.

Ryż. 4. Urządzenie do lampy na podczerwień z żarnikiem typu KI 220-1000.

Rycina 4 przedstawia urządzenie kwarcowego emitera rurowego — lampy typu KI (KG). Cylindryczna kolba 1 o średnicy 10 mm wykonana jest ze szkła kwarcowego, które ma maksymalną transmisję w zakresie widmowym IR. 1-2 mg jodu umieszcza się w kolbie i napełnia argonem. Lekki korpus 2, wykonany w formie monocewki, osadzony jest wzdłuż osi tubusu na wolframowych wspornikach 3.

Wejście do lampy odbywa się za pomocą molibdenowych elektrod wlutowanych w kwarcowe nóżki 4. Końce spirali żarnika nakręcane są na wewnętrzną część tulei 5. Cylindryczne podstawy 6 wykonane są z paska niklu ze szwem, w którym zewnętrzne druty molibdenowe są zespawane 7. Temperatura podstaw emiterów kwarcowych nie powinna przekraczać 573 K. W związku z tym obowiązkowe jest chłodzenie promienników podczas pracy w instalacjach napromieniowujących.

W połączeniu z odbłyśnikiem lustrzanym w postaci eliptycznego walca lampy kwarcowe wytwarzają bardzo wysokie natężenie promieniowania. Jeśli lampy lustrzane zapewniają promieniowanie do 2-3 W / cm2, to promieniowanie do 100 W / cm2 można uzyskać z lampy kwarcowej z odbłyśnikiem.

Promienniki kwarcowe z wolframowymi elementami grzejnymi są produkowane przez firmy takie jak Osram, Philips, General Electric itp. W dla napięcia 110/130 i 220/250 V. Żywotność tych lamp wynosi 5000 godzin.

Rozkład energii promieniowania lampy KI-220-1000 w widmie pokazano na ryc. 5. Skład widmowy promieniowania generowanego przez lampy kwarcowe charakteryzuje się tym, że w obszarze długości fal większych niż 2,5 mikrona występuje drugie maksimum, spowodowane promieniowaniem z ogrzewanej rury. Dodanie jodu do żarówki zmniejszy rozpylanie wolframu, a tym samym wydłuży żywotność lampy. W lampach kwarcowych na podczerwień zwiększenie napięcia powyżej wartości nominalnej nie prowadzi do gwałtownego zmniejszenia żywotności, dlatego możliwa jest płynna regulacja strumienia promieniowania poprzez zmianę przyłożonego napięcia.

Ryż. 5. Rozkład widma energii promieniowania lampy typu KI 220-1000 przy różnych napięciach lampy.

Kwarcowe lampy na podczerwień z cyklem jodowym mają następujące zalety:

• wysoka gęstość właściwa promieniowania;

• stabilność strumienia promieniowania w okresie eksploatacji. Strumień promieniowania pod koniec okresu eksploatacji wynosi 98% początkowego;

• małe wymiary;

• zdolność do wytrzymywania długotrwałych i dużych przeciążeń;

• możliwość płynnej regulacji strumienia promieniowania w szerokim zakresie poprzez zmianę dostarczanego napięcia.

Główne wady tych lamp:

• przy temperaturach tulei powyżej 623 K kwarc ulega zniszczeniu na skutek rozszerzalności cieplnej;

• Lampy mogą pracować tylko w pozycji poziomej, w przeciwnym razie korpus żarówki może odkształcić się pod własnym ciężarem i cykl jodowy w wyniku stężenia jodu w dolnej części świetlówki zostanie zakłócony.

Lampy na podczerwień z cyklem jodowym są używane do suszenia farb i lakierów na różnych terenach rolniczych; do ogrzewania zwierząt hodowlanych (cieląt, prosiąt itp.).

Naświetlacze z lampami na podczerwień.

Do ochrony lamp na podczerwień przed uszkodzeniami mechanicznymi i kroplami wody oraz do redystrybucji strumienia promieniowania w przestrzeni stosuje się specjalne oprawy. Źródło promieniowania wraz z oprawą nazywane jest zasilaczem.

Naświetlacze z różnymi lampami na podczerwień są szeroko stosowane w hodowli zwierząt do lokalnego ogrzewania młodych zwierząt gospodarskich i drobiu.