Вентилятор сельскохозяйственной установки.
Вентилятор сельскохозяйственной установки в сельском хозяйстве применяются в системах микроклимата животноводческих помещений, хранилищ сельскохозяйственных продуктов, а также при сушке зерна и сена. Мощность электродвигателя для привода вентилятора, кВт
где k – коэффициент запаса (k = 1,05…1,15); L- подача вентилятора, /с; Н – полный напор вентилятора, выбираемый из условия подачи воздуха к самой удаленной точке воздухопровода, Па (Н = 400…500 Па); – к.п.д. вентилятора (для вентиляторов с большой подачей = 0,4…0,6,с малой подачей - = 0,1…0,2); – к.п.д. передачи (для клиноременной = 0,90…0,95; при непосредственном соединении - - 1,0). Требуемую подачу воздуха системой вентиляции в животноводческом помещении определяют по выделению углекислого газа, водяных паров и по избытку тепла в помещении. Расход воздуха на удаление аммиака обычно не определяют, так как вентиляционная норма по углекислому газу обычно обеспечивает удаление аммиака. Расход воздуха на удаление избыточного количества углекислого газа /ч где 1,2 – коэффициент, учитывающий выделение углекислого газа микроорганизмами и разлагающейся подстилкой; n – поголовье животных в помещении; - выделяемые одним животным количество углекислого газа (100…150 л/ч для коров массой 300…400 кг); – допустимое содержание С в воздухе внутри помещения ( = 2,5 л/ ); – содержание С в наружном воздухе (в сельской местности = 0,3…0,5 л/ ). Расход воздуха на удаление избыточной влаги, /ч где W= – выделение влаги внутри помещения, г/ч; - выделение влаги животными при дыхании и через кожу, г/ч (у коровы – 250…350 г/ч); = 0,14 - испарение влаги с пола и кормушек, г/ч; - содержание влаги внутри помещения, г/ ( = 6,68 г/ при температуре = +8 и относительной влажности = 80%);
- содержание влаги в наружном воздухе, г/ ( г/ при температуре = -20 и относительной влажности = 90%); Расход воздуха на удаление избыточного тепла, /ч где - излишнее тепло, выделяемое животными, кДж/ч ( = 2696 кДж/ч при массе коровы 300 кг и суточном удое до 10 л, = 4916 кДж/ч при массе 400 кг и удое 30 л, = 7862 кДж/ч при массе 400 г и удое до 50 л); - 1/273 – температурный коэффициент; C = 1,251…1,262 кДж/() – теплоемкость воздуха. Из рассчитанных значений расхода воздуха , и выбирают наибольший и по нему определяют подачу L вентиляционной устоновки. Рассчитанное значение мощности необходимо округлять до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при .
45. Скреперная навозоуборочная установка. Используется при беспривязно-боксовом содержании КРС. Ветви установки поочередно совершают рабочий и холостой ход, перемещая накопившийся навоз по продольному каналу навозоудаления к поперечному транспортеру. Потребная мощность электродвигателя. кВт где F - усилие для перемещения скреперов в канале. Н; - средняя скорость движения скреперов ( = 0,2...0,4 м/с); - к.п.д. передачи ( = 0.85..,0,90). Усилие, необходимое для перемещения транспортера со скреперами в канале. Н F = FP + FX + Fи + Fн, где FP - сопротивление движению рабочей ветви, Н; FX - сопротивление перемещению холостой ветви, И; Fи - усилие на преодоление инерции при реверсировании, Н; Fн - сопротивление от натяжения набегающей ветви каната, Н. Сопротивление движению рабочей ветви, Н FP = 9,8I [ ], где - количество скреперов на одной ветви (в зависимости от обслуживаемого поголовья nc - I...4); Gc - масса одного скрепера, кг (Gc = 30...60 кг); Gh - масса навоза, накапливаемого в канале к моменту уборки, кг; fnp - приведенный коэффициент трения (fnp = 1,8...2,0); q - масса погонного метра длины каната, кг (q = 0,4...0,5 кг);
Lp - рабочий путь скрепера, м (LP = 40...50 м); fH - коэффициент трения каната по навозу (Гц = 0,5...0,6). Масса порции навоза, накапливаемого к моменту уборки, кг где m - обслуживаемое поголовье, гол.; - суточный выход навоза от одной коровы, кг ( = 45 кг); — кратность уборки в сутки (kv = 6). Сопротивление перемещению холостой ветви, П Сопротивление на преодоление инерции при реверсировании, Н Fи = (2 nс Gc+ q LP) СР /t, где СР - средняя скорость скреперов, м/с ( СР = 0.25 м/с); t - время разгона, с (t = 10 с). - коэффициент заполнения канала ( = 0,3). Сопротивление от натяжения набегающей ветви каната, Н где μ- коэффициент трения каната о ролик (μ = 0,1...0,2); α - угол охвата ролика канатом, рад. (α = 2,1...3,1 рад.). Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при n0 = 1500 об/мин.
46. Многоскреперная установка для транспортировки навоза используется в поперечных каналах для подачи навозной массы в навозосборник. Мощность электродвигателя, кВт где F - усилие для перемещения скреперного транспортера, Н; - средняя скорость движения скреперов ( = 0,2...0,4 м/с); - к.п.д. передачи ( = 0,85..,0,90). Усилие, необходимое для перемещения каната со скреперами в канале, Н F = FT + Fн + FK, где FT - усилие, возникающее между транспортером со скреперами и транспортируемой массой. Н; Fн - сопротивление, обусловленное перемещением навоза по каналу, Н; Fx - сопротивление транспортера на холостом ходу. Н: к - коэффициент бокового давления, зависящий от размеров канала и типа подстилки (к = 0,5...0,6); f- коэффициент трения навоза по дну канала (по стали f = 0,7... 1,1; по бетону и древесине f = 0,7... 1,2); В - ширина канала, м (В = 0,8 м); H - глубина канала, м (Н = 0,0,8 м); ρ - объемная масса навоза, кг/ (ρ = 900 кг/ ); t- шаг скреперов, м (t = 1,2...3,3 м); φ — коэффициент заполнения канала (ф = 0,3); F3- усилие, возникающее при заклинивании навоза между скребком и боковой стенкой канала, Н (для навоза без подстилки F3 = 3,5 Н; при использовании торфяной подстилки F3 = 3 Н; соломенной подстилки - F3 = 1,5 Н); L - длина транспортера, м; - коэффициент увеличения сопротивления при образовании тела волочения (kF = 1,0... 1,2);
Fx - усилие на холостом ходу транспортера (Fx = 2,5 Н/м). Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при 𝜼0 = 1500 об/мин.
47. Цепочно-скребковый навозоуборочный транспортер. Мощность электродвигателя, кВт где F - полное усилие на цепочно-скребковом транспортере, Н; ϑ - скорость цепи, м/с (ϑ= 0,15...0,20 м/с) - к.п.д. передачи ( = 0,75...0.85); Полное сопротивление движению где к - коэффициент, учитывающий неравномерность накопления навоза в интервалах между уборками и добавочные усилия, связанные с перемещением навоза по каналу (k = 3...5); - суточный выход навоза от одного животного, кг/сут. (для молочной коровы с учетом добавления подстилки = 50 кг/сут.); m - число животных, обслуживаемых одним транспортером; Кв - число включений транспортера в течение суток (Кв = 4...б); - коэффициент трения навоза о желоб (f| = 0,7... 1.2); L - длина цепи, м: - ширина стойла, м ( = 0,9... 1,2 м); Fc - усилие, приходящееся на один скребок, Н (Fc = 15...30 кН); tc - шаг скребков, м (tc = 0,6... 1,0 м); - погонная масса транспортера, кг/м (mTP = 3...5 кг/м); - опытный коэффициент (f2 = 0,4...0,5). Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при 𝜼о = 1500 об/мин. 48. Пилорама. Мощность электродвигателя, кВт где kп - поправочный коэффициент, учитывающий степень затупления пилы (кп = 1,14... 1,50); F - усилие резания, Н; ϑ - средняя скорбеть пилы, м/с; - к.п.д. станка ( = 0,8); - к.п.д. передачи. Усилие резания, Н где k - удельное сопротивление резанию, зависящее от породы дерева, МПа (для сосны k = 100 МПа, для ели k = 120 МПа, для березы k =130 МПа, для дуба k= 150 МПа, для ясеня k = 200 МПа); b - толщина пилы, равная ширине пропила, мм (b = 2...4 мм); ∆ - подача, мм (∆ = 3...8 мм); Н - ход пильной рамки, мм (Н = 400...500 мм); - суммарная высота пропила, мм: 0,75- коэффициент использования формы бревна; z — число пил в пилораме, шт.; d - диаметр среднего сечения бревна, мм (d = 450 мм). Средняя скорость пилы, м/с ϑ = 2 Н n / 60, где n - частота вращения кривошипа, об/мин (n = 250 об/мин).
Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при 𝜼о = I500 об/мин.
49. Строгальный станок для древесины. Мощность электродвигателя для ножевого вала строгальных станков с ножевыми головными фрезами, кВт где F - среднее касательное усилие резания на резце, Н; ϑ - скорость резания, м/с (ϑ = 10.,.20 м/с); - к.п.д. станка ( = 0,8); - к.п.д. передачи. Среднее касательное усилие резания на резце, Н где k- удельное сопротивление резанию, зависящее от породы древесины и скорости подачи, МПа (k = 10...46 МПа): b - ширина снимаемого слоя древесины, мм (Ь = 300,..600 мм); h - толщина снимаемого слоя, мм (h = 1,5...2 мм); u - скорость подачи, м/с: где uz - подача па один нож (uz = 0,3...3,0 мм); n- частота вращения ножевой головки-фрезы, об/мин (n= 1300;3350; 3600 об/мин); z - число ножей (z = 1; 2; 4); Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при 𝜼0 = 3000 об/мин.
50. Кран-балка. Мощность электродвигателя для привода механизма подъема, кВт где G - масса поднимаемого груза (грузоподъемность), кг; Gn - масса грузозахватного устройства (подвески), кг (Gп = 25 кг); -скорость подъема груза, м/с ( = 0,08...0,80 м/с); - к.п.д. механизма подъема ( = 0,7...0,9). Мощность электродвигателя механизма горизонтального перемещения кран-балки с грузом, кВт где к - коэффициент, учитывающий трение реборд колеса о рельсы (к =1,3); GT- масса механизма передвижения (тележки), кг (GT = 600... 1200 кг); - коэффициент трения скольжения шейки оси колеса в подшипнике ( =0,01); r— радиус шейки оси колеса, м (r = 0,025 м); f2 - коэффициент трения качения колеса кран-балки (f2 = 0,03); R - радиус колеса кран-балки, м (R = 0,1 м); - скорость перемещения тележки с грузом, м/с ( = 0,32...0,42 м/с); - к.п.д. механизма передвижения ( = 0,7..0,9). Рассчитанное значение мощности необходимо округлить до стандартного значения и выбрать по каталогу электродвигатель при 𝜼0 = 1500 об/мин.
Методические указания к решению задачи 5 1. Электрообогрев пола в свинарнике для проведения опоросов. Определить основные параметры электрообогреваемого пола в станках для содержания свиноматок с подсосными поросятами. Ширина обогреваемой полосы В = 1,3 м. Напряжение питания U = 220 В. Глубина, закладки провода ПОСХВ в массиве пола h =0,08 м. Параметры провода: диаметр = 1,1- м; наружный диаметр с изоляцией D = 2,9 = м; теплопроводность материала изоляции провода = 0,17 Вт/(м ∙°С). Теплопроводность бетона = 0,85 Вт/(м∙°С). Решение. В каждом ряду станков устраивают общую обогреваемую полосу шириной В (рис. I), на которой чередуются площадки для свиноматок и для поросят. Принимаем схему укладки проводов, при которой каждый отрезок провода используется для обогрева всех станков данного ряда. В данном случае обеспечиваются надежность устройства, удобное соединение нагревателей и подключение их к сети. При этом на каждой обогреваемой площадке укладывают нечетное число отрезков провода. Для равномерной нагрузки фаз в каждой обогреваемой полосе размещаем по три отрезка провода.
Рис. 1. К расчету электрообогрева пола в спинаринке-маточнике. Площадь обогрева одной площадки для свиноматки, м2 для поросят где В - ширина обогреваемой полосы (принимаем В = 1,3 м); - длина площадки для свиноматки вдоль кормушки (принимаем =0,9m); L2 - длина площадки для поросят: m - количество поросят в станке, гол.; = фронт кормления поросят, = 0,15 м. Поверхностная плотность теплового потока на площадке для свиноматки, Вт/м2 Вт/ , где α - коэффициент теплоотдачи пола, Вт (м2 ∙°С) (принимаем α= 10 Вт/(м2∙°С); - температура пола для свиноматок (принимаем = 20 °С); - температура воздуха в свинарнике-маточнике ( = 14°С). 𝜼 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в фунт (при наличии гидро- и теплоизоляции 𝜼 = 0,8...0,85); Поверхностная плотность теплового потока на площадке для поросят, Вт/м2 где - температура пола для поросят, = 30 °С. Число параллельных отрезков провода на площадках для свиноматок и поросят ; ; где - шаг укладки провода для площадок под свиноматками и поросятами соответственно (принимаем = 0,137 м и = 0,047 м); - температура поверхности провода для площадок под свиноматками и поросятами (принимаем = 40 °С и = 57 ℃). Рассчитанные значения необходимо принять целыми и кратными трем. Длина провода под одним станком, м Длина отрезка провода, включаемого на напряжение 220 В (при удельном напряжении на участок провода длиной 1 м = 1,3 В/м), м . Общая длина трех отрезков провода для обогрева одного ряда станков, м L = 3l. Число станков в ряду, обогреваемых тремя отрезками провода n = L/ . По результатам расчета принимаем целое число станков.' Мощность для обогрева одного ряда станков, Вт Мощность отрезка провода, включаемого на напряжение 220 В, Вт = Р / 3. Тепловой поток провода длиной 1 м, Вт/м Рпог = Р/l. В задаче необходимо записать основные данные рассчитанной системы электрообогрева.
2, Электрообогрев пола в свинарнике-маточнике. Определить основные параметры электрообогреваемого пола в свинарнике-маточнике при использовании обогревательного провода ПОСХП с удельной нагрузкой ∆Р = 10 Вт/м. Температура пола θП = 24 °С, размер обогреваемой площадки на один станок 1,2 м2. Температура воздуха в помещении θ= 14 °С, питание нагревательных элементов от сети 220/380 В. Решение. Мощность 1 обогреваемого пола, Вт , где а - коэффициент теплоотдачи от пола к воздуху, Вт/ ( °С); 𝜼 = 0,75...0,85 - коэффициент полезного действия обогреваемой полосы. Общий размер обогреваемой площади, S = Z / ∆Z, где Z - общее поголовье животных, гол; ∆Z - плотность посадки, гол/ . Общая расчетная мощность электрообогреваемого пола, кВт Р = P0S∙ . Мощность одной секции, кВт где n - число секций на каждую фазу (n = 1). Длина провода на одну фазу, м Шаг укладки провода в пол, м а = S / . Значение a необходимо округлить вверх до ближайшего целого числа. Количество параллельных ветвей в фазе при их соединении по схеме "звезда" где - фазное напряжение, В ( = 220 В); r - сопротивление одного погонного метра провода, Ом/м (r = 0,194 Ом/м).
3. Электрокалорифер вентиляционной установки. Определить потребную мощность, основные электрические и конструктивные параметры электрокалорифера для нагрева воздуха в системе приточной вентиляции коровника с заданным поголовьем m. Напряжение питания U = 220/380 В. Решение. Потребное количество тепла (кДж/ч) находим из уравнения теплового баланса помещения где - тепло, теряемое через ограждения, кДж/ч; - тепло, уносимое с вентилируемым воздухом, кДж/ч; - тепло, выделяемое в помещении животными, кДж/ч. Количество тепла, отдаваемое зданием коровника в окружающую среду, кДж/ч где отопительная характеристика здания, кДж/() ( = 1,25...2,93 кДж/(м3∙°С); V - объем здания по наружным обмерам, ; - температура воздуха внутри помещения, °С (согласно нормам зоогигиены = 8... 10 °С); - температура воздуха снаружи помещения, °С (принимаем = 20°С). Количество тепла, уносимое с вентилируемым воздухом при 4-кратном часовом воздухообмене, кДж/ч, где С - удельная теплоемкость воздуха (С = 1,004 кДж/(кг∙°С); γ - плотность воздуха (при 8... 10 °С γ = 1,247... 1,257 кг/м3). Количество тепла, выделяемое в помещении животными, кДж/ч где qK - количество тепла, выделяемого животными, кДж/ч (qK = 2696 кДж/ч при массе коровы 300 кг и суточном удое до 10 л, qK = 4916 кДж/ч при массе 400 кг и удое до 30 л, qK = 7862 кДж/ч при массе 400 кг и удое до 50 л); m - количество голов скота. Потребная мощность калориферной установки, кВт где QK - потребная теплопроизводительность, кДж/ч; - коэффициент полезного действия калорифера ( = 0,84... 0,90). При трехфазном питании нагревательной установки принимаем число параллельных секций = 2 по три нагревательных элемента в каждой. Ток одного нагревательного элемента, А где - фазное напряжение сети, В ( = 220 В). Принимаем диаметр нихромовой проводки в интервале dnp= 1...3 мм и по кривым зависимости ее сечения S от силы тока при различных температурах нагрева (рис. 2) находим величину установившейся температуры . Рис. 2. Зависимость сечения нихромовой проволоки от силы тока при различных температурах нагрева (проволока расположена горизонтально в спокойном воздухе).
Расчетная (рабочая) температура нагревательной проволоки, °С где - коэффициент монтажк (для спирали, навитой на керамику, =0,85); - коэффициент среды (для спирали, обдуваемой воздушным потоком, = 1,4). Удельное электрическое сопротивление нихромовой проволоки при температуре , Ом∙м где _ удельное электрическое сопротивление нихромовой проволоки при температуре 20 °С, Ом м ( = 1,1∙ Ом. м); α - температурный коэффициент сопротивления при 20 °С (α = 0,000165 ). Длина нагревательного провода для одного элемента, м где S - сечение нихромовой проволоки, мм: . Длина провода для всей нагревательной установки, м Шаг спирали, мм hc = (2...4) . Средний диаметр витка спирали, мм Dc = (5...8) . Число витков спирали Длина спирали, м В задаче необходимо записать основные данные по рассчитанному калориферу.
4. Электрокалорифер-воздухоподогреватель. Определить мощность и основные параметры спиральных нагревательных элементов электрокалорифера из нихромовой проволоки при заданном расходе приточного воздуха Q. Температура воздуха на выходе из калорифера = 30°С, наружная температура воздуха = -10 °С, средняя плотность воздуха = 0,3 кг/ удельная изобарная теплоемкость Св = 1 кДж/(кг∙0С). Решение. Мощность электрокалорифера, кВт где 𝜼 - К.П.Д. калорифера (𝜼 = 0,95...0,98). Принимаем число секций электрокалорифера nс = 3, число параллельных спиралей одной секции к = 4. Мощность Рс (Вт) и сила тока Iс (А) одной спирали при их соединении в каждой секции по схеме «звезда» Электрическое сопротивление спирали, Ом Диаметр сечения проволоки, м где δ - допустимая плотность тока, А/м2 (δ = 8 • 106 А/м2). Длина проволоки одной спирали, м где - удельное электрическое сопротивление материала нагревательной проволоки (для нихрома = 1,1∙ Ом∙ м). Скорость воздуха в электрокалорифере, м/с v = Q/F, где F - площадь поперечного сечения нагревательной камеры (принимаем F = 0,25 м2). Коэффициент теплоотдачи спиралей по формуле Аше Коэффициент теплоотдачи спиралей по критериальному уравнению конвективного теплообмена где 𝝀 - теплопроводность воздуха (𝝀 = 2,76 ∙ Вт/(м2 ∙ °С) при атмосферном давлении и температуре = 40°С; RE - число Рейнольдса RE = v ϑ; ϑ — кинематическая вязкость воздуха (ϑ = 16,96 ∙ м2/с при атмосферном давлении и температуре = 40°С). Принимаем максимальное значение теплоотдачи из рассчитанных выше. Площадь поверхности проволоки, м2 Температура поверхности проволоки, °С Шаг спирали проволоки, мм hc = 3 Диаметр спирали проволоки, мм Dc= Ю Число витков спирали, шт. Длина проволоки, м При решении задачи необходимо записать основные параметры по рассчитанному калориферу.
5. Проточный подогреватель питьевой воды. Рассчитать закрытые спиральные нагреватели (спираль на керамическом основании в защитном металлическом корпусе) для проточного подогревателя питьевой воды заданной мощности Р при начальной температуре воды = 5 ℃, конечной - =18°С и напряжении питания U = 220/380 В. Решение. Для регулирования мощности в диапазоне 50-100% предусматриваем две трехфазные секции по три нагревателя в каждой, соединенные по схеме «звезда». Следовательно общее количество нагревателей n = 6. Мощность одного нагревателя, кВт = Р/п. Рабочий ток нагревателя, А где Uл - линейное напряжение сети, В (Uл = 380 В); - число нагревателей на каждой фазе. Для спиралей в качестве материала выбираем нихром (удельное электрическое сопротивление нихромовой проволоки при 20°С = 1,1 ∙ Ом ∙ м; температурный коэффициент сопротивления при 20°Сα= 16,5∙ ). Расчетная температура нагревательной проволоки спирали, °С где - рабочая (установившаяся) температура проволоки, °С ( - 500°С); - коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение теплоотдачи от нагревателя (для проволочной спирали на огнеупорном керамическом основании = 0,7...0,8); - коэффициент среды, учитывающий улучшение теплоотдачи вследствие влияния нагреваемой среды (при омывании нагревателя потоком жидкости = 3...3,5). Необходимый диаметр ннхромовой проволоки, соответствующий рабочему току и расчетной температуре ее нагрева (табл. 12). Таблица 12. Нагрузка в амперах, соответствующая определенной температуре нагрева нихромовой проволки, подвешенной горизонтально в спокойном воздухе при температуре 20℃.
|