CC BY
35
УДК 621.365:641.5.35
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНФОРОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КУХОННЫХ ПЛИТ
Канд. техн. наук, доц. КИРИК И. М., канд. техн. наук СМАГИН Д. А.
Могилевский государственный университет продовольствия
Электрические кухонные плиты относятся к универсальным тепловым аппаратам и позволяют осуществлять значительную часть основных и вспомогательных процессов тепловой обработки пищевых продуктов. Наиболее широкое распространение плиты получили в сфере общественного питания, где на их долю приходится до 40 % общего энергопотребления технологическими аппаратами.
Эффективность работы плиты в первую очередь определяется эксплуатационными характеристиками конфорки (срок службы, соответствие формы и размеров форме и размерам наплитной посуды, величина КПД, соответствие температурного режима требованиям технологического процесса, удобство санитарно-гигиенической обработки и т. д.). По отношению к конфоркам важными показателями эффективности их работы являются инерционность и степень коробления.
Под инерционностью понимают способность конфорки сохранять первоначальную температуру в процессе нагревания. Данный показатель характеризует продолжительность разогрева конфорки до заданной температуры и длительность перехода от одного температурного режима к другому. Конфорки традиционных конструкций из-за большой инерционности остаются включенными в течение всей рабочей смены, что приводит к перерасходу электроэнергии и созданию высоких температур в производственных цехах.
Под короблением понимают вспучивание или искривление рабочей поверхности конфорки под воздействием высоких температур. Температура по площади конфорки распределена неравномерно: в центральной части выше, к периферии снижается, что обусловлено потерями теплоты с боковых поверхностей в окружающую среду. Неравномерный нагрев приводит к неравномерному расширению корпуса
конфорки, и как результат - к неравномерной деформации. Максимальное вспучивание конфорки происходит в центре. Поставленная на деформированную конфорку наплитная посуда соприкасается с нагретой поверхностью не всей площадью дна, а отдельными участками, что приводит к потерям теплоты и, следовательно, к перерасходу электроэнергии и увеличению продолжительности тепловой обработки. Кроме того, многократное повторение цикла «нагревание - вспучивание - охлаждение - восстановление формы» приводит к усталости металла и образованию трещин. Образование трещин ускоряется при наличии «термических ударов», т. е. резком охлаждении участка нагретой поверхности в результате пролива жидкости.
Конфорки традиционной конструкции характеризуются высокой степенью инерционности и коробления, что обусловлено особенностями их устройства (нагреватель закрытого типа, состоящий из массивного чугунного корпуса, в пазах которого уложены нихромовые спирали, теплоизолирующей массы, запрессованной в корпусе конфорки, и защитного кожуха).
На основании проведенных теоретических исследований была разработана конструкция усовершенствованной электрической плиты, включающая малоинерционную конфорку с составным настилом (рис. 1). Предложенная конструкция конфорки позволяет значительно снизить степень инерционности и температурной деформации.
Основным элементом предлагаемой конфорки является плитный настил, состоящий из основания прямоугольной в плане формы и центрального вкладыша, выполненного в форме круга. Центральный вкладыш расположен по отношению к основанию с зазором 1,5 мм и в своей центральной части имеет отверстие. В качестве нагревателей используются ТЭНы
из нержавеющей стали, расположенные с воздушным зазором по отношению к настилу. ТЭНы расположены симметрично и удерживаются с помощью опорной рамки. Тепловая изоляция выполнена из асбестового картона и отражающего экрана из полированной нержавеющей стали, расположенных внутри тонколистового наружного кожуха, соединенного с плитным настилом с помощью элементов крепления. Для обеспечения подвода электроэнергии в нижней части кожуха расположена клеммная колодка.
Рис. 1. Схема малоинерционной конфорки с составным настилом: 1 - основание; 2 - вкладыш; 3 - нагревательные элементы; 4 - отражающий экран; 5 - теплоизоляция; 6 -кожух; 7 - клеммная колодка; 8 - крепежные изделия (патент РБ № 1018)
Для уменьшения инерционности конфорки вместо массивного чугунного литого корпуса используется тонкий стальной лист, что позволяет снизить массу конфорки примерно в два раза.
Для уменьшения степени коробления целостность настила нарушена зазором между основанием и вкладышем и отдельными частями основания. Так как вкладыш выполнен в виде круга, при нагревании он равномерно расширяется во все стороны, а наличие в его центре отверстия позволяет частично снять температурные напряжения в центральной части конфорки. При этом величина зазора между центральным вкладышем и основанием конфорки определяется по формуле
Лшп =а^в - Ч X
где а - коэффициент температурного расширения твердого тела, град- ; Ь - определяющий
геометрический размер вкладыша, м; tв - температура рабочей поверхности вкладыша, °С; t0 - то же окружающей среды, °С.
Для подтверждения эффективности предлагаемой конструкции конфорки был разработан научно-исследовательский стенд и проведены экспериментальные исследования.
Экспериментальные исследования проводились на конфорках традиционной и усовершенствованной конструкции с площадью рабочей поверхности 0,17 м . Мощность конфорок измерялась при номинальном напряжении ваттметром, температура рабочей поверхности -с помощью хромель-алюмелевых термопар с термоэлектродами диаметром 0,5 мм, работающих в комплекте с милливольтметром. Величина коробления рабочей поверхности конфорки определялась с помощью индикаторов часового типа, которые соединялись с рабочей поверхностью конфорки через металлические стержни и устанавливались на высоте 250-300 мм. Испытания на термоудары проводились путем периодического выливания на раскаленную рабочую поверхность конфорки холодной воды в количестве 300 мл. Полученные данные обобщались путем определения средней арифметической величины.
Технические характеристики усовершенствованной и традиционной конфорок приведены в табл. 1. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 2, 3.
Таблица 1
Технические характеристики усовершенствованной и традиционной конфорок
Показатель Усовершенствованная конфорка Конфорка традиционной конструкции
Площадь рабочей поверхности, м2 0,17 0,17
Потребляемая мощность, кВт 4,0 4,0
Температура рабочей поверхности на максимальной ступени нагрева, °С 444 400
Масса, кг 15 30
Удельная энергоемкость, кВт/м2 23,5 23,5
Удельная металлоемкость, кг/м2 88,3 176,5
500
450
400
р 350
ср 300
га о 250
Ф г 200
:>
н 150
100
50
0
___
/
10
20 30 40 Время, мин
50
60
Рис. 2. Зависимость температуры конфорки от времени разогрева;--предлагаемая конструкция;---- традиционная конструкция
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Предлагаемая Традиционная конструкция конструкция
Рис. 3. Зависимость величины температурной деформации от характера эксперимента: И - рабочий режим; Н - термоудар; ЦП - остывание
По данным, приведенным в табл. 1 и на рис. 2 и 3, можно сделать следующие выводы:
• удельная металлоемкость усовершенствованной конфорки приблизительно в два раза меньше по сравнению с традиционной;
• продолжительность нагревания усовершенствованной конфорки до рабочей температуры (400 °С) приблизительно в три раза меньше;
• величина коробления усовершенствованной конфорки меньше на: 15 % - в рабочем режиме, 35 % - при термоударе, 32 % - после остывания.
В Ы В О Д Ы
Результаты экспериментов подтверждают предположения, выдвинутые в ходе теоретических исследований, проведенных с целью создания усовершенствованной конфорки, характеризующейся низкой степенью инерционности и коробления.
Результаты исследований внедрены в производство на РПУП «Барановичский завод торгового машиностроения». В 2002 г. был выпущен опытно-промышленный образец плиты электрической малоинерционной ПЭМ-0,51Ш, успешно прошедший производственные испытания в детской школе искусств г. Могилева. В 2003 г. налажен серийный выпуск ПЭМ-0,51Ш. В настоящее время данный аппарат выпускается малыми партиями под заказ организаций.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Голубев, В. И. Энергетические показатели работы электротепловых аппаратов общественного питания: ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук / В. И. Голубев. - М.: МИНХ им. Г. В. Плеханова, 1987. - 19 с.
2. Гордон, Л. И. Методы экспериментального исследования рабочих тел и теплообмена в малой тепловой аппаратуре / Л. И. Гордон. - М.: МИНХ им. Г. В. Плеханова, 1975. - С. 182-196.
3. Груданов, В. Я. Энергосберегающие технологические машины и аппараты общественного питания: дис. ... д-ра. техн. наук / В. Я. Груданов. - Могилев, 1991. - 304 с.
4. Груданов, В. Я. Малоинерционная конфорка / В. Я. Груданов, К. Н. Тупальский // Общественное питание. - 1985. - № 3. - С. 39.
5. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко,
B. А. Осипова, А. С. Сукомел. - М.: Энергия, 1985. -
C. 378-384.
6. Электроконфорка с залитыми ТЭНами / Д. А. Шур [и др.] // Общественное питание. - 1989. - № 10. -С. 19-20.
Поступила 27.02.2007
0
