 |
Расчет мощности электротермических установок
|
|
|
|
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКОТЛА ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ В КОРОВНИКЕ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ НУЖД
Выполнил: студент 432 гр. Рыболовлев И.А.
Проверил: Олин Н.Л.
Ижевск 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОБЪЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ…………..
1 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА…
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК……
2.1 Расчет мощности электротермических установок…………………
2.2 Расчет тепловой изоляции……………………………………………….
3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ…………………………………
3.1 Расчет электрокалориферной установки……………………………
3.1.1 Расчет тепловой нагрузки животноводческих помещений……..
3.1.2 Выбор вентиляторов……………………………………………………
3.1.3 Тепловой и конструктивный расчет нагревательного блока электрокалорифера……………………………………………………………..
3.2 Расчет горячего водоснабжения………………………………………..
3.2.1 Расчет теплоаккумуляционной установки…………………………
3.2.2 Расчет электродного водонагревателя…………………………….
4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ……………………………………………………………..
5 РАСЧЕТ ВНУТРЕННИХ СИЛОВЫХ СЕТЕЙ И ВЫБОР ПУСКОЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ ……………………………...……….
6 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ……………………………………………………………….
7 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ…………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………….
ВВЕДЕНИЕ
Развитие сельскохозяйственного производства связано с широким потреблением тепловой энергии в процессах обработки материалов, создания микроклимата, получения искусственного холода. Наиболее универсальными источниками тепловой энергии в современных технологиях являются электронагревательные установки.
|
|
|
Повышение эффективности использования электронагрева и совершенствование нагревательных установок требует подготовки высококвалифицированных специалистов, глубоко понимающих физические процессы электронагрева.
Целью курсовой работы является закрепление, углубление и обобщение знаний, полученных студентами во время изучения курса «Электротехнологии»; развитие навыков самостоятельного решения инженерных задач по применению электротехнологии в процессах сельскохозяйственного производства.
На основе новейших достижений науки и техники в области электротехнологии необходимо разработать наиболее прогрессивные электронагревательные установки. При этом решения, принятые в работе, должны отличаться экономической эффективностью.
Выполнение курсовой работы должно продемонстрировать
знания студентов устройства, работы, технических данных, способов управления и автоматизации электротехнологического оборудования; умение студентов обосновывать технико-экономическими расчетами применение электронагрева и электротехнологии в технологических процессах сельского хозяйства;
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Проектирование ЭТУ технологических процессов. В роли ЭТУ выступает водогрейный электрокотёл накопительного типа косвенного нагрева. В установке используется нагрев сопротивлением с помощью переменного тока частотой 50 Гц.
Заданная ЭТУ предназначена для нагрева воды для технологических нужд (прогрев воздуха) в коровнике на 220 голов с содержанием телят до 7-8 месячного возраста(801-2-45.84).
Температурный режим: t нач =8C, t конеч =60 C, t среды =10.
При использовании установки для нагрева воды для прогрева воздуха на 1 голову будет затрачено 3 кг/ сут. Исходя из того, что в коровнике 220 голов КРС, в сутки нужно 660 кг горячей воды.
|
|
|
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Электротермический процесс представляет собой совокупность приемов и операций, направленных на перевод материала или продукта из исходного состояния к необходимому конечному состоянию. Схема на рисунке 1.1
ЭТУ – электрокотёл для косвенного нагрева воды, накопительного типа, с трубчатыми нагревательными элементами (ТЭНами).
Холодная вода поступает в котёл из водопровода, нагревается в нём до заданной температуры и под давлением холодной воды вытекает из бака через выходной патрубок с вентилем.
Температура воды в котле измеряется с помощью датчика и термометра. Регулирование температуры в котле осуществляется с помощью терморегулятора. Терморегулятор связан с ЭТУ с помощью схемы управления.
С помощью задатчика устанавливается необходимый уровень температуры воды в баке.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Расчет мощности электротермических установок
Исходные данные расчёта:
Определим расчетную мощность и тепловой КПД электротермической установки для нагрева 150 кг воды от 8 до 60 оС за 1.5 часа. Вода нагревается в баке из малоуглеродистой стали с внешним диаметром d2 = 0,54 м, высотой h = 0,7 м, с толщиной стенок dс = 0,002 м. Коэффициент теплопроводности стенки lс = 50,5 Вт/(м×оС). Теплоемкость воды св = 4,19 кДж/(кг×оС), температура окружающей среды tо = 10 оС.
Производительность установки
, (2.1)
где V – объем нагреваемого материала, 
; t – время работы установки, ч; 
– плотность материала, кг/
Определяем полезную мощность
, (2.2)
где m – масса нагреваемой жидкости, кг; св = 4,19 кДж/(кг×оС) - теплоемкость воды; t1 – начальная температура жидкости, оС; t2 – конечная температура жидкости, оС.
Внутренним контактным термическим сопротивлением 1/a1 при переходе теплоты от воды к баку можно пренебречь ввиду его малости.
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бака
, (2.3)
где 
t – разница температур.
Внутренний диаметр бака
, (2.4)
где d2 – внешний диаметр бака, м; 
- толщина стенки бака, м.
Термическое сопротивление боковой цилиндрической стенки бака на 1 м длины
|
|
|
, где lс - коэффициент теплопроводности стенки lс = 50,5 Вт/(м×оС); 
- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бака, Вт/(м×оС); d2 – внешний диаметр бака, м.
Термическое сопротивление боковой поверхности бака
, (2.6)
где h – высота бака, м; Rlб - термическое сопротивление боковой цилиндрической стенки бака на 1 м длины (м×оС)/Вт.
Термическое сопротивление торцевой поверхности бака
, (2.7)
где - толщина стенки бака, м; lс - коэффициент теплопроводности стенки lс = 50,5 Вт/(м×оС); 
- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности бака, Вт/(м×оС);
Площадь боковой поверхности бака
, (2.8)
где Н – высота бака, м; d2 – внешний диаметр бака, м.
Площадь торцевой поверхности
, (2.9)
Тепловой поток, теряемый через боковую поверхность
, (2.10)
где t – разница температур; Fбок - площадь боковой поверхности бака, м; Rбок - термическое сопротивление боковой поверхности бака (м×оС)/Вт.
Тепловой поток, теряемый через торцевую поверхность
, (2.11)
где t – разница температур; Fт - площадь торцевой поверхности бака, м; Rт - термическое сопротивление торцевой поверхности бака (м×оС)/Вт.
Общие потери
, (2.12)
где Рбок - тепловой поток, теряемый через боковую поверхность, Вт; Рт - тепловой поток, теряемый через торцевую поверхность, Вт.
Расчетная мощность
, (2.13)
где Рпол - полезная мощность, Вт; Рпот – общие потери, Вт.
Тепловой КПД
, (2.14)
где Рпол - полезная мощность, Вт; Ррасч – расчетная мощность, Вт.
Установленная мощность
, (2.15)
Мощность нагревательных элементов должна соответствовать расчетной мощности. Шесть ТЭНов мощностью по 2 кВт будут удовлетворять условию.
12,0кВт 
11,9 кВт
Выбираем в роли нагревательных элементов трубчатые электронагреватели ТЭН 73В 13/2.0 Р 220 – 6 шт.
ТЭН – трубчатый электронагреватель;
73 – развёрнутая длина нагревателя, см;
В – длина контактного стержня в заделке(100 мм);
13 – наружный диаметр трубки, мм;
2.0 – номинальная мощность, кВт;
Р – обозначение нагреваемой среды (вода);
220 – номинальное напряжение 220 В.
|
|
|
Расчет тепловой изоляции
Для водонагревателей тепловая изоляция выполняется в виде внешнего кожуха (двухслойной стенки). Пространство между колом и кожухом заполняется теплоизоляционным материалом. Применение такого варианта дает возможность не только снизить потери тепла, но и исключить конденсацию капель жидкости на внешней поверхности котла, что повысит уровень безопасности при работе с данной установкой.
В роли теплоизоляционного материала выберем асбестовую ткань АТ с хлопком.
Плотность р=500 кг/ 
, коэффициент теплопроводности lи = 0,139 Вт/(моС), удельная теплоемкость с=0,83 кДж/(кг×оС), допустимая температура t=200 оС.
Оптимальная толщина изоляции для плоской стенки определяется:
(2.15)
где Sэ - стоимость электроэнергии, руб/(кВт×ч);
lи - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м×оС);
t - число часов работы установки в течение года, ч/год;
Dt - среднегодовая разность температур между нагреваемым материалом и окружающей средой, оС;
pа - коэффициент отчислений на амортизацию;
Eн - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, Eн = 0,15 1/год;
Sи - стоимость 1 м3 изоляционного материала, руб/м3;
a1, a2 - коэффициенты теплоотдачи от нагреваемой среды внутренней стенке и от наружной стенки к окружающей среде, Вт/(м2×оС);
dс, lс - толщина, м, и коэффициент теплопроводности металлической стенки, Вт/(м×оС).
Для цилиндрических тел уменьшение тепловых потерь наступает при условии:
(2.16)
Условие соблюдается, следовательно, теплопотери снижаются.
Изоляция должна иметь коэффициент теплопроводности:
(2.17)
Условие соблюдается, следовательно, величина термического сопротивления изоляции достаточна для снижения наружной температуры установки.
|
|
|
