Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

электронагревательных установок




Электронагреватель это тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую.

По принципу нагрева (способу ввода тепловой энергии в объект нагрева) подразделяются на:

1) – прямого;

2) – косвенного нагрева.

По способу превращения электрической энергии в тепловую:

1) – резистивный (сопротивлением) – электрическая энергия преобразуется в тепловую за счет взаимодействия электронов и ионов (носителей электричества) с кристаллической решеткой или атомами и молекулами нагреваемого тела;

2) – электродуговой – электрическая энергия преобразуется в тепловую в дуге, горящей в газовой среде или плазме;

3) – индукционный и диэлектрический состоит в том, что в твердых и жидких телах, помещенных в электромагнитное поле электрическая энергия преобразуется в тепловую за счет раскачки электронов на их орбитах;

4) – электронный обусловлен нагревом тел потоком электронов, ускоренных в электрическом поле в вакууме;

5) – лазерный (световой) состоит в нагреве тел под действием потока когерентных лучей оптического диапазона, индуцированного в оптическом квантовом генераторе (лазере).

В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили первые три способа нагрева.

Э Л Е К Т Р О В О Д О Н А Г Р Е В А Т Е Л И

 

Конструктивно водонагреватели подразделяются:

1. Электродные.

2. Элементные.

3. Индукционные.

 

1. В электродных – прямой нагрев. Между электродами помещается нагреваемое вещество. Нагрев происходит за счет сопротивления нагреваемого вещества. Количество выделенной теплоты (Дж) определяется законом Джоуля-Ленца:

Q = I2×R×t (121)

Как видно из уравнения, при постоянной величине тока и времени нагрева, количество выделенной теплоты пропорционально сопротивлению проводника «R» – отсюда и название способа.

 

Расчет электродных водонагревательных установок

При расчете электроводонагревателя определяется:

1) – мощность, затрачиваемая на нагрев;

2) – конструктивные параметры установки.

При расчете мощности установок периодического действия задаются исходными технологическими условиями:

- масса нагреваемого материала (m), кг;

- начальная и конечная температуры нагрева (q1 и q2), °С;

- удельная теплоемкость нагреваемого материала (С), кДж/кг×°С;

- время нагрева (t), ч.

Для установок непрерывного действия вместо «m» и «t» задается производительность «q = m/t», кг/ч.

 

При нагреве материалов полезная мощность (кВт) определяется:

- установки периодического действия

 

Рпол = [m×C×(q2 - q1)] / 3600×t кВт (122)

 

- установки непрерывного действия

 

Рпол = [q×C×(q2 - q1)] / 3600 кВт (123)

 

Потребляемая мощность

 

Рпотр = Рпол / hэ×hт (124)

 

Установленная мощность

 

Руст = kз× Рпол / hэ×hт (125)

 

где kз – коэффициент запаса, учитывающий необходимость уве- личения мощности из-за старения нагревателей и возможного снижения напряжения от номинального, kз = 1.1 … 1.3;

hэ – электрический КПД установки, учитывающий потери в подводящих проводах, трансформаторах и т.д.;

hт - тепловой КПД установки, учитывающий потери в окружающую среду, на нагрев конструкций установки и т.д.

 

При расчетах электродных водонагревателей приходится учитывать то, что сопротивление воды зависит от температуры воды и, следовательно, количество выделяемой теплоты при нагреве будет изменяться.

Удельная электропроводность зависит от температуры sq = ¦(q).

Удельная проводимость воды определяется по формуле:

 

sq = s20 [1 + a(q- 20)] (126)

 

где s20 – удельная проводимость воды при 20°С,

для сельскохозяйственных водоисточников

s20 = (0.1 … 0.5)×10-3 См×см;

a - температурный коэффициент проводимости

a = (0.025 …0.035)°С-1.

 

 

sq

 

 

s20

q

20°С

Лекция №20

 

Последовательность конструктивного расчета

1). Выбирается тип электродной системы:

Однофазная

а) с плоскими электродами б) с цилиндрическими электродами

 

А N А N

в

d
D

 

трехфазная

в) с плоскими электродами г) с цилиндрическими

 

А В С N А В С N

 

       
   


D d

в

           
   
     
 
 

 


ℓ Δ Y

 

 

Рис.99 Типы электродных систем

 

2) – задаются значением «в» – для плоских электродов,

«d» – для цилиндрических электродов.

 

3) – определяется расстояние между электродами

ℓ = U/Едоп (127)

где U – напряжение сети, В;

Едоп – допустимая напряженность электрического поля в

межэлектродном пространстве, В/см.

Для воды Едоп= 125 … 150 В/см.

4) – определяется высота электродов по формуле

 

h = kз·q·C·(q2 - q1)×k

3.6×U2×sq.ср×h см (128)

 

где kз – коэффициент запаса;

q – производительность;

С – удельная теплоемкость;

k – геометрический коэффициент электродной системы.

Зависит от формы и взаимного расположения электродов.

Для приведенных систем его определяют

а) k = ℓ ∕ в; б) k = ·ℓn(D ∕ d);

в) k = ℓ ∕ (n – 1)в г) k = 1∕ 2π·ℓn(D ∕ d).

U – напряжение сети;

σθ.ср- значение средней удельной проводимости:

σθ.ср = σ20 [1 + a(qср – 20)] (129)

где qср = 0.5(q1+ q2);

h - общий КПД установки

h = hт × hэ

5) – рассчитанная площадь электродов проверяется на допустимую плотность тока:

S= (130)

 

где Iq - рабочий ток при максимальной температуре нагрева;

kн = 1.1 … 1.4 - коэффициент, учитывающий неравномерность

плотности тока на поверхности электродов;

 

jдоп – допустимая плотность тока

- для плоских электродов - jдоп= 0.5 А/см2;

- для цилиндрических - jдоп= 2.0 А/см2.

 

Лучшими электродами являются электроды из нержавеющей стали и титана.

 

 
 


теплоаккумулятор и

компенсатор

 
 

 


горячая вода

водонагре-

ватель

потребитель

(котел) теплоты

       
   
 


холодная вода

 

 

Рис.100 Принципиальная схема работы водонагревательного котла

 

Недостатки электродных нагревателей:

а) – подводящие ток провода должны быть рассчитаны на ток при максимальной температуре (непостоянство тока при нагреве);

б) – электроопасность выше, чем у элементных;

в) – загрязняют воду электронами металла электродов;

г) – при эксплуатации с водой, содержащей большое количество солей, они, оседая на поверхности электродов, снижают плотность тока, что приводит к снижению КПД установки.

 

Элементные водонагреватели

У этого типа нагревателей косвенный нагрев. Ток, проходящий по нихрому, нагревает его. От него нагревается изолирующий материал (кварцевый песок), от которого нагревается корпус нагревателя (медная или из другого материала трубка). От корпуса теплота передается нагреваемому материалу (вода, другая жидкость).

По исполнению различают:

1 – открытые:

2 – закрытые;

3 – герметичные нагреватели.

Расчет элементных водонагревателей состоит в определении активной (теплоотдающей) поверхности, обеспечивающей необходимую тепловую мощность и достаточный срок службы.

Преимущества

- безопасность;

- постоянство тока при нагреве;

- легко заменяются элементы при выходе из работы.

Недостатки

- малый срок службы (нихром перегорает);

- низкий КПД;

- дороже электродных.

-

 

Индукционные водонагреватели

Принцип работы – выделение тепловой энергии непосредственно в нагреваемом теле, помещенном в электромагнитное поле.

Установки индукционного нагрева включают в себя индуктор, высокочастотный генератор и аппаратуру управления.

Основными параметрами, характеризующими режимы индукционного нагрева, являются:

- частота тока;

- КПД = 0.4…0.6

- мощность установки.

 

 

 
 


горячая вода

холодная

вода

       
   
 
 


~U

¦ большая

 

Рис.101 Принципиальная схема индукционного нагревателя

Преимущества

1) – компактность и высокая готовность к работе;

2) – высокое качество нагрева;

3) – высокая скорость нагрева;

4) – высокое санитарное состояние работы установки.

Недостатки

1) – необходимо наличие высокочастотного генератора;

2) – повышенная металлоемкость;

3) удельная мощность нагрева.

 

 

Правила безопасности при монтаже и эксплуатации

электроводонагревателей

1). Разрешается использовать установки только промышленного производства.

2). Электрокотлы разрешается устанавливать только в отдельных изолированных помещениях.

3). Необходимая мощность и напряжение подключения электродных котлов должны соответствовать паспортным данным.

4). Корпуса нагревателей должны быть соединены с нолем.

5). Между котлом и разборной магистралью должны быть элетроизолирующие вставки (рис.102).

 

 

 

 


изолирующие

реле максим. (резиновые) вставки

тока ℓвст³ d2

           
     
 
 

 


Рис.102 Схема заземления и электроизолирующих вставок на

трубопроводе

 

6). Котлы, работающие под давлением должны быть зарегистрированы в Гостехнадзоре.

7). Трубопроводы котлов должны быть заземлены не менее чем в двух точках. Сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом.

8). Все операции по обслуживанию водонагревателей должны производиться только при отключенном напряжении. Квалификация обслуживающего персонала должна быть не ниже 3-го разряда.

9). Запрещается установка запорной арматуры на разборной магистрали.

10). Каждый котел должен быть снабжен табличкой с основными техническими данными, схемами электрического и тепломеханического оборудования.

 

Лекция №21

 

Электрический обогрев животноводческих помещений

Воздухонагреватели (электрокалориферы)

 

Влияние температурного фактора на сохранность молодняка и продуктивность взрослого поголовья животных и птицы ОГРОМНО.

По способу нагрева воздуха различают системы прямого и косвенного типа.

По устройству различают общего и местного электрообогрева.

Тепловой поток (кДЖ/ч), необходимый для электрообогрева, определяется на основании уравнения теплового баланса:

Q = Qогр+ Qв – Qж – Qэм = (qoV + LвrвСв)×(Тв – Тн) – qжN - ∑Рэм (131)

где Qогр, Qв, Qж, Qэм – соответственно, количество теплоты, теряемое

через ограждения, уносимое вентилируемым воздухом, выделяемое

животными и средствами местного электрообогрева, кДж/ч;

qo – тепловая характеристика помещения, кДж/ч×м3×°С;

V – объем помещения по наружному объему, м3;

Lв – минимально допустимый воздухообмен, м3/ч;

rв – плотность воздуха при температуре Тв, кг/м3;

Св – удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг ×°С;

Тв – температура внутри помещения, °С;

Тн – температура наружного воздуха, средняя за сезон, °С;

qж – свободные тепловыделения животных (определяется нормами

технологического проектирования НТП-СХ), кДж/ч×гол;

N – число животных в помещении, гол;

∑Рэм – суммарная мощность средств местного электрообогрева, кВт.

 

Мощность электроотопительных установок определяется

Рп = кВт (132)

где hт – тепловой КПД установки (0.9…0.95).

Потребная тепловая мощность прямого электрообогрева современных животноводческих помещений в зависимости от поголовья и климатических условий колеблется в широких пределах – от 16 до 600 кВт.

В качестве установок для нагрева воздуха применяют

- электрокалориферы;

- нагревательные панели;

- нагревательные провода для обогрева полов.

 

1). Электрокалориферные установки

Могут использоваться:

- для обогрева воздуха животноводческих помещений;

- для сушки зерна горячим воздухом;

- электронагрев парников и теплиц.

Преимущество электрокалориферов состоит в том, что в одном агрегате совмещаются функции отопителя и вентилятора. Имеют простую регулировку теплового потока и количества подаваемого воздуха.

В качестве побудителя движения воздуха используются осевые или центробежные вентиляторы, соединенные с калорифером переходными гибкими вставками. Скорость движения воздуха через калорифер 10…15 м/с. Допустимая температура на поверхности нагревательных элементов до 200°С. Нагревательные элементы выполняются из нихромового или фехралевого провода, который помещается в оребренную снаружи трубку для улучшения теплообмена между нагревателем и воздухом.

Калориферные установки могут быть передвижные или стационарные.

На животноводческих фермах широко используются стационарные типа СФОА с тепловой мощностью 15; 25; 40; 60 и 100 кВт.

Калорифер представляет собой сварную каркасную конструкцию, внутри которой установлены оребренные трубчатые электронагреватели, объединенные в четыре или три секции при включении которых можно получать ступенчатое регулирование мощности в пределах 100; 66,7 и 33,5% от установленной мощности.

Установка рассчитана на питание от сети трехфазного тока с частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В. Максимальная температура воздуха на выходе 50°С.

Преимущества:

1) – постоянно готовы к действию;

2) – не размораживаются;

3) – не требуют постоянного ухода;

4) – достаточно надежны;

5) – легко автоматизируются.

Недостатки:

1) – дорогая электроэнергия;

2) – неравномерность обогрева по высоте.

 

Электрообогреваемые полы
на животноводческих фермах и птицефабриках

 

Системы общего отопления способны обеспечить надежный комфорт только в хорошо отапливаемых и теплоизолированных помещениях. При отсутствии этих условий должный эффект не достигается. Распределение температуры по высоте помещения неравномерно. Вследствие низкой температуры у пола здесь в зимнее время скапливается влага, аммиак, углекислый газ. Это сказывается в первую очередь на молодняке. При совместном содержании взрослых животных и молодняка им необходим различный микроклимат, который невозможно создать системами общего отопления. В этом случае прибегают к устройству систем местного электрообогрева или комбинированных систем.

 

Применение средств местного обогрева позволяет:

1) – сократить отход молодняка в 4…5 раз;

2) – повысить привесы;

3) – снизить расход или полностью отказаться от подстилки.

Средства местного электрообогрева лишь дополняют систему общего отопления.

 

Распространены три вида (способа) местного обогрева:

1) – конвективно-кондуктивный обогрев – электрообогреваемые полы, коврики, маты, панели и др;

2) – лучистый обогрев – инфракрасные лампы, трубчатые и кварцевые излучатели;

3) – комбинированный обогрев.

Электрообогреваемые полы - одно из основных средств местного обогрева молодняка. Передача теплоты к животным осуществляется наиболее эффективным способом – контактным.

Электрообогрев осуществляется путем закладки в бетонный массив нагревательных проводов типа ПОСХВ или ПОСХП, которые имеют токопроводящую жилу из оцинкованной стали диаметром 1.1 мм в полихлорвиниловой (ПОСХВ) или полиэтиленовой (ПОСХП) изоляции.

Допустимая температура нагрева жилы соответственно – 50 и 70°С. Сопротивление одного метра провода – 0.174 и 0.194 Ом/м. Допустимая линейная нагрузка не должна превышать соответственно 19 и 13 Вт/м. Эти данные являются основой для расчета обогреваемых полов.

В бетонное покрытие пола закладывается нагревательный провод в виде зигзага с определенным шагом, определенным расчетом.

Необходимая температура пола устанавливается зоотехническими нормами и зависит от вида и возраста животных:

 

П о к а з а т е л и qпол, °С Руд, Вт/м2
Поросята 22 … 28 150 … 200
Свиньи на откорме 12 … 16 90 … 100
Цыплята   150 … 250
 

Температура пола зависит от плотности укладки нагревательного провода

 
 


а) 50 1

 
 


30…50 2

           
   
 
   
 
 


40…120 3 ▬

 

 
 


100…300 4

 

30…40 5

6

40…50 7

8

 

 
 


б)

 
 


 

п.с.

п.п.

п.п. – площадь для

в) поросят

п.с. – площадь для

свиноматки

 

Рис.103 Схема электрообогреваемого пола

а) разрез; б) и в) способы укладки проводов в полу;

1 – защитная сетка; 2 – нагревательный провод; 3 – бетон; 4 – теп-

лоизоляция (котельный шлак, керамзит и др.); 5 – гидроизоляция;

6 – бетон; 7 – щебень; 8 – утрамбованный грунт.

 

Порядок расчета:

1) – задаются поверхностной плотностью теплового потока обогреваемого пола (Вт/м2), температурой пола (qп) и воздуха (qв);

2) - рассчитывается мощность пола (Вт)

Р = Руд××S (133)

где S – площадь обогреваемого пола, м2;

S = N/DN (134)

где N – общее поголовье животных, гол;

DN – плотность посадки животных, гол/м2;

3) – необходимая длина провода на одну фазу (м)

ℓ =Р/3·DР (135)

где 3 – количество фаз;

DР – линейная нагрузка на провод, Вт/м;

4) – шаг укладки (м)

h = S/ℓ (136)

 

Преимущества обогреваемых полов

1 – наиболее равномерное распределение температуры по поверхности пола, что вызывает интенсивное высушивание его, снижение влажности воздуха и концентрации вредных газов над поверхностью;

2 – пожаробезопасность, надежность;

3 – потребление энергии на обогрев единицы пола на 35 …40% меньше, чем в установках ИК-обогрева;

4 – автоматизация нагрева, что снижает затраты труда на 25%;

5 – большая аккумуляционная способность, что позволяет использовать дешевую ночную электроэнергию.

 

Другим видом местного обогрева являются электрообогреваемые коврики, маты и панели.

Электрообогреваемый коврик выполняется из двух слоев резины, между которыми закладывается нагревательный провод с равномерным шагом укладки.

Коврики п редназначены для обогрева поросят одного опороса. Для повышения электробезопасности напряжение питания коврика - 36 В. Площадь – 0.6 м2, мощность – 200 Вт.

Лучистый обогрев – один из видов местного обогрева. Это инфракрасный обогрев животных (ИК). Поглощение ИК - лучей поверхностными тканями тела вызывает интенсивный приток крови, образуя тепловой барьер, препятствующий переохлаждению организма.

Коротковолновые лучи проникают в более глубокие слои кожи, оказывая благотворное действие на весь организм

- улучшается обмен веществ;

- повышается сопротивляемость организма;

- ускоряется рост и развитие.

Осуществляется переносными или стационарными облучателями, состоящими из ИК-излучателя и арматуры.

Излучатели подразделяются на светлые и темные.

К светлым относятся лампы-термоизлучатели:

а) ИКЗК – 220 – 250 – инфракрасная зеркальная с красной колбой на 220В и 250 Вт;

б) ИКЗ – 220 – 500 – инфракрасная зеркальная на 220 В и 500 Вт;

в) КИ – 220 –1000 – кварцевый излучатель.

В спектре светлых излучателей преобладают коротковолновые ИК-лучи, обладающие наибольшей проникающей способностью.

В отличие от обычных ламп накаливания термоизлучатели имеют более низкую температуру нити накала - 2200°С против 2900°С у ламп накаливания, что увеличивает долю ИК-лучей и срок службы до 2000 ч.

Верхняя часть колбы выполняется зеркальной, что перераспределяет световой поток вниз. У ламп ИКЗК нижняя часть колбы выполняется из красного стекла для уменьшения потока видимых лучей, что благоприятствует отдыху животных и устраняет слепящее действие.

 
 


 

зеркало

 

 

красное стекло

 

Рис.104 Инфракрасная лампа ИКЗК

 

Для устранения повреждений и попадания капель грязи и воды, улучшения использования лучистого потока излучатели оснащаются специальной арматурой типа ИКО – инфракрасный облучатель, ИО и др. Наиболее совершенная конструкция у облучателя ССПО1 – 250 с лампой накаливания ИКЗК – 220 – 250.

Режим работы облучателей такого типа циклический – 45 мин. работа, 15 мин. – пауза.

Темные излучатели – используются ТЭНы.

Температура наружной поверхности трубки ТЭНа 300…700°С. В спектре их излучения только невидимые длинно- и средневолновые ИК-лучи, поглощаемые поверхностными слоями тела.

Преимущество темных излучателей – в их большой надежности и меньшей пожароопасности.

       
   

 


Облучатель ОКБ-1376А имеет

три ТЭНа по 400 Вт каждый.

 

 

Рис.105 Облучатель ОКБ-1376А

 

Суммарная мощность облучателей, устанавливаемых в помещении, определяется по формуле

∑Рл = Рл ·n = (137)

 

где Еn – допустимая облученность (по справочнику), Вт/м2;

S - площадь облучения;

kзап – коэффициент запаса для облучателя (1.1 … 1.25), м2;

hэ – коэффициент эффективности установки, учитывающий то, что не

все тепловые потоки попадают на животных (0.7…0.85);

h - КПД лампы (0.38…0.66),

h = Рт

где Рт – мощность теплового потока;

Р – мощность лампы.

Преимущества установок лучистого обогрева:

1 – возможность непосредственного обогрева животных и птицы без

повышения температуры окружающего воздуха;

2 – быстродействие;

3 – легкость регулирования температуры;

4 – не занимают производственных площадей, легко перемещается с

одного места на другое.

Недостатки:

1 – малый срок службы;

2 – повышенная пожароопасность;

3 – значительный удельный расход энергии из-за потерь в окружаю- щую

среду;

4 – повышенная опасность простудных заболеваний из-за разности

температур воздуха и тела животных.

 

 

Комбинированные системы местного обогрева

Наибольший эффект в помещениях для молодняка достигается при комбинированном обогреве с использованием инфракрасных лучей и обогреваемых полов – т.е. обогрев сверху и снизу. При этом не исключается необходимость применения

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...