Термическое сопротивление трубки оболочки ТЭНа

2.  Термическое сопротивление трубки оболочки ТЭНа

°С

где λ_ст= 45 Вт/мּºС- теплопроводность стали

d_об.вн – внутренний диаметр трубки оболочки ТЭНа, м

3.  Термическое сопротивление наполнителя (периклаза)

 

где l_н – теплопроводность н наполнителя (периклаза), Вт/м×°С;

К_с – коэффициент, учитывающий различия условий теплообмена в реальной конструкции нагревателя и в эквивалентной составной трубе;

d_с.нар – наружный диаметр спирали, м

мм

Коэффициент К_с определяется по формуле

Теплопроводность наполнителя (периклаза)

где П – пористость периклаза в готовом ТЭНе, %

Т_п – средняя температура периклаза, °С.

Пористость периклаза в готовом ТЭНе

где r₁ – плотность периклаза после опрессовки, кг/м³ (принимается согласно исходных данных).

r₀=3570 кг/м³ – плотность периклаза с нулевой пористостью.

Средняя температура периклаза

Поскольку значение Т_с пока не определено, принимаем ориентировочно Т_с=500°С

4.  Температура спирали ТЭНа

где Т_пов.об – температура наружной поверхности оболочки ТЭНа, °С

При серийном изготовлении ТЭНа с алюминиевым оребрением термическое сопротивление между оболочкой ТЭНа и несущей трубкой оребрения незначительно, поскольку обеспечивается хороший контакт между ними. Поэтому при расчете температуры спирали ТЭНа с алюминиевым оребрением принимают температуру наружной поверхности оболочки равной температуре поверхности оребрения, т.е.

 

Т_пов.об=Т_пов.

5.  Значение Т_с, полученное при первичном расчете, является ориентировочным и может быть уточнено за счет более точного определения величин Р₁ и R_т2. Уточняющий расчет проводят в следующем порядке.

Удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре.

Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре.

Мощность ТЭНа при рабочей температуре.

Далее, уточняем значение Т_п:

Уточняем значение l_н :

Уточняем значение R_т2 :

Уточняем значение Т_{с :}

3.2  Расчет толщины тепловой изоляции d

Расчет толщины тепловой изоляции проводится на основании двух условий:

а) по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети;

б) по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.

Затем принимают наибольшее значение.

1.  Количество теплоты, которое теряет вода в водонагревателе

2.  Средний тепловой поток, теряемый горячей водой в окружающую среду при ее остывании за 1 час на разность температур DТ

3.  Требуемое термическое сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде

4.  Толщина изоляции

а) по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети:

где l_из – теплопроводность материала тепловой изоляции. Для шлаковой минеральной ваты марки 250

l_из=0,07+0,198×10^-3×Т_ср

l_из=0,07+0,198×10^-3×65=0,082 Вт/м×°С

А – площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя

a_н – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, a_н=11,5 Вт/м²×°С.

 

б) по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя:

Выбираем наибольшее значение: 0,0196

4.Разработка принципиальной электрической схемы управления ЭТУ

Базовая часть схемы управления электроводонагревателем должна обеспечивать:

1)  защиту водонагревателя и схемы управления от токов короткого замыкания;

2)  ручное и автоматическое управление каждой группой ТЭНов;

3)  световую сигнализацию о подаче напряжения от сети на схему управления и о включении групп ТЭНов.

В курсовой работе эта схема подвергается усовершенствованию. В нашем случае усовершенствованием является сигнализация о перегорании тэнов.

5.Выбор силовых проводов

Выбор проводов осуществляется только для силовой части схемы. Для каждой группы ТЭНов и для общей магистрали.

Формулы для определения расчетных токов, трехфазных электроприемников.

Для секции электрокалорифера и группы ТЭНов электроводонагревателя

водонагреватель аккумуляционный аппаратура провод

Где Р_с – расчетная активная мощность секции (группы), Вт;

U_н – номинальное линейное напряжение сети; U_н = 380 В.

Выбираем провод: АПВ

6.Выбор аппаратуры управления и защиты

 

6.1 Магнитный пускатель КМ

Принимаем магнитный пускатель марки ПМЛ 3110

U_KM  U_C

380 B  380 B

I_HKM  I

40 A  32,2 A

IP54

6.2 Предохранители FU

Выбираем предохранители марки ПР-2-60

Uн = 380 В

I_HПЛ  I

35А32,2А

6.3 Реле времени КТ

Принимаем реле времени марки 2РВМ

Uн = 220 В

f = 50 Гц

Программное реле времени 2РВМ предназначено для автоматического управления двумя независимыми электрическими цепями при коммутации этих цепей по временным программам с повторяющимся суточным циклом.

Суточный ход при температуре окружающего воздуха (20±5) "С, мин, не более ±2

Температурный коэффициент суточного хода, с/^оС, не более: 2

Суммарное время работы двигателя в течение суток, мин: 4

Потребляемая мощность двигателя, Вт, не более: 0,4

Количество независимых программ: 2

Характеристика программы I

Число отверстий на внешней окружности программного диска: 96

Цена деления, мин: 15

Минимальный интервал времени между двумя смежными командами, мин: 30

Характеристика программы II

Число отверстий на внутренней окружности программного диска: 72

Цена деления, мин: 20

Минимальный интервал времени между двумя смежными командами, мин: 40

Продолжительность цикла программ, ч: 24

Погрешность выдачи команд без учета суточного хода, мин, не более: ±5

Характеристика цепей управления

Число контактных пар в каждой программе: 1

Контактное давление, Н, не менее: 0,5

Максимальный переменный ток частотой 50 Гц через одну контактную пару при напряжении 220 В,: 15

Максимальный постоянный ток при напряжении от 12 до 220 В, А : 1,5 Масса, кг, не более : 1,5

Габаритные размеры, мм, не более : 180x175x125

7. Эксплуатация и техника безопасности

 

В животноводстве нагретая вода требуется для поения животных, приготовления кормов нужной консистенции и гигиенических целей.

Одним из основных требований, предъявляемым к водогрейным установкам, является соблюдение правил гигиены при минимальных затратах энергии на подогрев необходимого количества воды до требуемой температуры. Этому требованию наилучшим образом отвечают электроводонагреватели.

Перед тем как включить электроводонагреватель в работу, необходимо наполнить его резервуар водой до вытекания ее через трубопровод горячей воды. Следует иметь в виду, что включение электроводонагревателя под напряжение при отсутствии воды в резервуаре приводит к быстрому перегоранию нагревательных элементов (ТЭНов).

В трубопроводе холодной воды обязательно должны быть: вентиль-клапан, который пропускает воду из водопроводной магистрали в резервуар электроводонагревателя, но не выпускает ее обратно, а также тройник со спускным краном, служащий для освобождения резервуара электроводонагревателя от воды при его очистки и ремонте.

При монтаже электроводонагревателей, а также при их реконструкции не допускается сборка трубопровода холодной воды без обратного клапана. При отсутствии обратного клапана или при его неисправности возможно вытягивание горячей воды из резервуара электроводонагревателя в водопроводную магистраль с опасными при этом последствиями.

В электроводонагревателях надежность работы электронагревательных элементов (ТЭНов) в значительной степени определяется характеристикой воды, которая изменяется в широких пределах. Образование на ТЭНах накипи, обладающей низкой теплопроводностью, приводят к нарушению теплового баланса ТЭНа и перегоранию его нагревательного элемента. Скорость образования накипи в первую очередь зависит от жесткости воды, которая имеет соединения кальция и магния. В трубчатых электронагревателях толщина накипи не должна превышать 2 мм. Периодичность очистки ТЭНов от накипи в зависимости от жесткости воды и загрузки их в течение суток определяют по номограмме. Своевременная очистка ТЭНов от накипи предотвращает преждевременный выход их из строя. Основные меры защиты от поражения электрическим током состоят в занулении водонагревателей и парогенераторов, подключении их к водопроводной сети через изолирующие вставки, выравнивании потенциалов в помещениях.

Элементные водонагреватели должны быть запулены. Изолирующие вставки в трубопроводах холодной и горячей воды нужны во всех случаях, за исключением тех, когда водонагреватели снабжены аппаратами защитного отключения и если они установлены и снабжают горячей водой помещения с искусственным или естественным выравниваем потенциалов. В помещениях без устройств выравнивания потенциалов необходимо местное выравнивание потенциалов у водонагревателя и в местах разбора воды.

Элементные водонагреватели, обеспечивающие горячей водой душевые, должны иметь изолирующие вставки. Душевые кабины и места раздевания следует оборудовать устройствами выравнивания потенциалов в виде металлической сетки с ячейками размером не более 0,3 х 0,3 м², заложенной в бетон на глубину 20...,30 мм от поверхности пола и соединенной сваркой с трубопроводами холодной и горячей воды, и канализационными.

Литература

 

1.  Файн В.Б., Курсовая работа по электротехнологии

2.  Казимир А.П., Керпелева И.Е., Эксплуатация электротермических установок в сельскохозяйственном производстве. – М.: Россельхозиздат, 1984.

3.  Методические указания “ Электроснабжение сельскохозяйственного населенного пункта”, Челябинск 2000 г.