Расчет электрокалориферной установки для отопительно-вентиляционных систем
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И
ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВАЯ РАБОТА
По Светотехнике и электротехнологии
На тему: Расчет электрокалориферной
установки для отопительно-вентиляционных систем
Выполнил: студент IV курса
Зянкин А.В
Глазов 2009 год
Содержание
Введение
. Задание
курсовой работы
2.
Характеристика объекта
. Определение
мощности электрокалорифера
. Тепловой
расчет нагревательных элементов
. Выбор вентилятора
и определение мощности электродвигателя для его привода
. Расчет
конструктивных параметров нагревательного устройства
. Расчет сети
подключения, выбор аппаратуры управления и защиты
. Разработка
схемы управления электрокалориферной установкой
Литература
Введение
Актуальным вопросом в сельском хозяйстве является создание и
строительство полностью механизированных и автоматизированных процессов. Цикл
работы в них будет осуществляться автоматически, т.е. без вмешательства
человека. При введении данных новшеств функции человека будут сводиться к
контролю за работой и эксплуатацией оборудования.
Излишнее содержание углекислоты, аммиака и влаги в воздухе, а также
отклонение температуры от допустимых пределов, приводит к снижению
продуктивности и ухудшению здоровья животных.
Известно, что несоблюдение указанных норм приводит к снижению молочной
продуктивности коров на 10-15 %, уменьшению привеса свиней на 20-30 %, снижению яйценосности кур на 15-20%. При разработанной и правильно
установленной отопительно-вентиляционной системе эти недостатки невозможны.
1. Задание курсовой работы
. Определить мощность электрокалорифера.
. Произвести тепловой расчет нагревательных элементов.
. Выбрать вентилятор и определить мощность электродвигателя для его
привода.
. Рассчитать конструктивные параметры нагревательного устройства.
. Рассчитать сети подключения, выбрать аппаратуру управления и защиты.
. Разработать схему управления электрокалориферной установкой.
2. Характеристика объекта
.Тип помещения - свинарник;
.Число голов -80 шт.;
.Удельный объем помещения V0=12 м3/гол.;
.Напор воздуха вентилятора Н=400 Н/м2;
.Температура внутри помещения Θвн =20 ºС;
.Средняя температура наружного воздуха Θн =
-26 º С;
. Средняя температура за отопительный период Θср=-2,3
º С;
.Тепловая характеристика объекта q=3 кДж/(м3* º С);
. Расположение тенов в нагревательном блоке - шахматное;
. Свиноматки подсосные с поросятами, вес 100 кг.
3. Определение мощности электрокалорифера
Определяем объем помещения по числу голов свиней, :
, (1)
где : N=100 - количество свиней, гол;
=12 - уд.объем помещения, /гол.
10012=1200 .
Определяем теплопотери через ограждения, кДж/ч:
(2)
где: 3 - тепловая характеристика помещения, кДж/();
20
-26
=31200(20-(-26))=165000 кДж/ч.
Определяем влагу, выделенную свиньями, г/голч.:
=, (3)
где: =1,5 - поправочный коэффициент, учитывающий изменения
количества выделяемой влаги в зависимости от температуры воздуха внутри
помещения;
100 - живая масса свиньи, кг;
=282 - норма выделения влаги на 1 кг веса свиньи, г/ч.
1,5100282=42300 г/голч.
Определяем количество влаги, испаряющейся с пола, стен, потолка и с
технологического оборудования, г/голч.
, (4)
0,14 42300=5922 г/голч.
Определяем влагу, выделяемая внутри помещения, г/голч.
, (5)
W=42300+5922=48222
г/голч.
Определяем расход воздуха по удалениям влаги, / ч:
, (6)
где: =10,3 - влагосодержание внутри помещения , г/м3;
=0,3 - влагосодержание наружного воздуха, г/.
Определяем количество углекислоты, выделяемой свиньями, л/голч:
, (7)
где: =0,9 - поправочный коэффициент, зависящий от температуры в
помещении;
=88 - норма выделения на 1 кг живой массы свиньи, л/ч.
л/гол*ч.
Определяем расход воздуха по углекислоте,
, (8)
где: дополнительное содержание углекислоты в воздухе !! внутри
помещения, л/
содержание углекислоты в воздухе снаружи помещения, л/
Так как < , принимаем .
Проверяем производительность вентиляционной установки на допустимую
кратность воздухообмена в помещении:
(9)
.
Определяем количество тепла ,теряемое вентиляцией, кДж/ч:
, (10)
где : удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг);
плотность воздуха, кг/
кДж/ч.
Определяем теплоту, выделяемую свиньями, кДж/(голч):
, (11)
где : поправочный коэффициент, зависящий от температуры в
помещении;
норма выделения теплоты на 1 кг живой массы свиньи, кДж/ч.
кДж/(голч).
Определяем теплопроизводительность электрокалорифера, кДж/ч :
, (12)
165600+266185-117705,6=314079,4 кДж/ч
Определяем общую мощность системы отопления, кВт:
(13)
кВт.
Определяем число относительно-вентиляционных установок:
, (14)
.
Определяем расчетную мощность одного калорифера, кВт:
, (15)
кВт.
4. Тепловой расчет нагревательных элементов
В качестве нагревательного устройства в электрокалориферах используем
герметические нагревательные элементы ,смонтированные в конструктивный блок.
Учитывая обеспечение эффективной термической нагрузки ТЭНов, принимаем скорость
потока воздуха м/с.
Для определения режима обтекания ТЭНов воздухом, определяем критерий
Рейнольдса:
(16)
где: скорость воздушного потока, м/с;
диаметр ТЭНа,м;
коэффициент кинематической вязкости воздуха, /с.
Определяем критерий Нуссельта, который позволяет определить коэффициент
теплоотдачи нагревателей в зависимости от расположения теннов в пучке. По
заданию расположение нагревателей шахматное, поэтому формула примет вид:
(17)
.
Определяем коэффициент конвективного теплообмена, Вт/:
, (18)
где: коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/.
133,5 Вт/.
Определяем температуру воздушного потока, :
(19)
где: средняя температура воздуха за отопительный период, ;
температура воздуха на выходе калорифера.
Определяем площадь теплоотдающей поверхности всех ТЭНов,
(20)
где: полный тепловой поток, переданный от нагревателя воздуху,
равный мощности калорифера, кВт;
температура теплоотдающей поверхности нагревателя, ;
.
По приложению 7 выбираем нагревательный элемент №8 марки ЭТ-140, который
имеет следующие технические данные:
· номинальная мощность кВт;
· номинальное напряжение 220В;
· номинальный ток 11,36А;
· развернутая длина l=1440 мм;
· активная длина мм;
· удельная поверхностная мощность 5,35 Вт/;
· диаметр D=12
мм.
Определяем площадь теплоотдающей поверхности выбранного ТЭНа , мм2:
, (21)
м2.
Исходя из требуемой площади теплоотдающей поверхности всех
нагревательных элементов, определяем расчетное число ТЭНов :
(22)
Определяем расчетную мощность одного ТЭНа:
(23)
Этот расчет удовлетворяет условию . Выбрав марку и определив число
ТЭНов, производим предварительную компоновку нагревательного блока, располагая
19 нагревателей в 4 ряда: по 5 нагревателей в первых трех рядах и 4 нагревателя
в четвертом ряду.
Рисунок 2. Расположение нагревателей в блоке.
Определяем средний коэффициент теплоотдачи пучка труб, Вт/м2:
(24)
где: m=4количество рядов труб в пучке
нагревательного блока;
Вт/м 2.
Конструкцию сформированного нагревательного блока следует проверить по
условию охлаждения первого ряда нагревателей, находящихся в наиболее
неблагоприятных условиях.
Для первого ряда нагревателей скомпанованного нагревательного блока
должно выполняться условие:
, (25)
где: суммарная мощность нагревателей первого ряда ТЭНов, Вт;
суммарная площадь теплоотдающей поверхности первого ряда
ТЭНов, м 2.
.
Данное условие выполняется. Значит, данный нагреватель, скорость воздуха
и конструкция блока выбраны правильно.
5. Выбор вентилятора и определение мощности электродвигателя
для его привода
Определяем производительность одного вентилятора, м3/ч:
(27)
где : расход воздуха, м3/ч;
число отопительно - вентиляционных установок.
м3/ч.
Определяем требуемую подачу вентилятора с учетом потерь и подсосов
воздуха в воздуховодах, м3/ч:
, (28)
где: коэффициент, учитывающий потери воздуха в воздуховодах.
м3/ч м3/с.
Зная подачу и напор вентилятора, по номограмме на с.36 в /2/ выбираем
вентилятор Ц4-70 №4 и находим рабочую точку, определяющую КПД вентилятора и безразмерный коэффициент А=5100, по
которому определяем частоту вращения вентилятора, мин-1:
(29)
мин-1.
Определяем мощность электродвигателя для привода вентилятора, кВт:
(30)
где: полный напор;
КПД вентилятора;
КПД передачи;
коэффициент запаса.
кВт.
По приложению 8 выбираем электродвигатель типа АИР71А4 с синхронной
частотой вращения 1500 об/мин. Его технические данные: кВт; мин-1; ;
Определяем номинальный ток выбранного двигателя, А:
(31)
6. Расчет конструктивных параметров нагревательного
устройства
Для расчета конструктивных параметров блока ТЭНов определяем расстояние
(в просвете): х1- между нагревателями в ряду и х2 - между
рядами нагревателя, а также определяем внешние размеры блока.
Определяем « живое» сечение блока нагревателей, м2:
, (32)
м2.
Определяем расстояние между нагревателями в ряду, мм :
х1, (33)
где: k=5 число ТЭНов в ряду;
активная длина ТЭНа, м.
мм.
Определяем расстояние между рядами нагревателей из условия:
=1,2 х1, (34)
=1,2 13=16 мм.
Определяем высоту блока нагревателей, мм:
+, (35)
где: диаметр ТЭНа, мм.
+ мм.
Определяем ширину блока нагревателя, мм:
, (36)
где развернутая длина ТЭНа, мм.
Определяем глубину блока нагревателей:
, (37)
мм.
7. Расчет сети подключения, выбор аппаратуры управления и
защиты
Расчет силовой сети электрокалориферной установки и линии ее подключения,
а также выбор аппаратуры управления и защиты производиться по рабочим токам.
Определяем величину рабочего тока для линии электрокалорифера, А:
, (38)
где: расчетная мощность одного калорифера, кВт;
напряжение сети, В.
Определяем коэффициент нагрузки электродвигателя:
, (39)
где: расчетная мощность двигателя, кВт;
номинальная мощность двигателя, кВт;
коэффициент загрузки машины.
Определяем величину рабочего тока для линии электродвигателя, A:
, (40)
где: номинальный ток двигателя, A.
A.
Определяем рабочий ток для линии секции электрокалорифера:
, (41)
.
Определяем рабочий ток магистрали, питающей электрокалориферную
установку, :
, (42)
.
Определяем пусковой ток двигателя, :
, (43)
где: кратность пускового тока.
.
Определяем максимальный ток магистрали, :
, (44)
.
По вычисленным рабочим токам выбираем согласно приложению 9:
· для линии электрокалорифера - кабель АВРГ 325;
· для электродвигателя - кабель АВРГ 32,5;
· для магистрали - кабель АВРГ 325+1
Подключение к сети магистрали и линии электродвигателя осуществляется с
помощью автоматических воздушных выключателей, которые выбираем по приложению
10, исходя из условий:
· номинальное напряжение выключателя В;
· номинальный ток автомата равен рабочему току или превышает его т.е.
· номинальный ток расцепителя автомата также должен быть равен
рабочему току или превышает его, т.е. . ;
· срок срабатывания автомата .
Для подключения магистрали выбираем по приложению 10 автоматический
выключатель А-3114/1 с комбинированным расцепителем , удовлетворяющий
вышеуказанным условиям:
В;
;
;
Для подключения двигателя выбираем тот же выключатель АЕ 2036 , но с и
Защиту секций электрокалорифера от коротких замыканий выполняем с помощью
плавких предохранителей, которые выбираем из условия:
,
где: номинальный ток плавкой вставки;
рабочий ток для линии секции электрокалорифера.
Каждую секцию электрокалорифера защищаем от коротких замыканий
предохранителями ПРС-20 (приложение 11):
· номинальное напряжение 380В;
· номинальный ток предохранителя 63А;
· ток плавкой вставки ;
Включение электрокалорифера и двигателя вентилятора осуществляется
магнитными пускателями, которые выбираем по приложению 12, исходя из условий:
;
.
Для включения электрокалорифера выбираем магнитный пускатель ПМЕ-212:
;
.
Для включения электродвигателя - магнитный пускатель ПМЕ-002 (с тепловым
реле):
;
.
электрокалорифер привод мощность тепловой
8. Разработка схемы управления электрокалориферной установкой
1. Система стационарная, контактная.
. Схема работает в 2х режимах: ручном и автоматическом.
Переключение осуществляется тумблером поз. SA1.
. Переключатель поз. SA1 устанавливает на “P”(
ручной режим). Вентилятор ( поз. М) включается магнитным пускателем поз. КМ1,
который включается кнопочным постом поз. SB3. В схеме предусмотрена блокировка пусковой кнопки с
соответствующим контактом магнитного пускателя поз. КМ1.1. Секции
электрокалорифера поз. ЕК1; поз. ЕК2; поз. ЕК3 включается магнитным пускателем
поз. КМ2; поз. КМ3; поз.КМ4 соответственно. Эти пускатели в свою очередь
включаются переключателями поз.SA2;
поз. SA3; поз. SA4.
. Переключатель поз. SA1 устанавливаем на “A”
(автоматический режим), при этом включается регулятор температуры поз. РТ1
(ПТР-2) и промежуточное реле поз. KV1, который в свою очередь своим контактом KV1.1 включает магнитный пускатель поз. КМ2. Этот пускатель
включает первую секцию калорифера поз. ЕК1. При температуре воздуха менее 100С
терморегулятор своими контактами поз. РТ1.1 и поз. РТ1.2 включает магнитные
пускатели поз. КМ3; поз. КМ4 соответственно. Эти пускатели включают вторую и
третью секцию калорифера. Когда температура воздуха достигнет 200С
контакт РТ1.2 размыкается и отключает третью секцию калорифера. Если
температура продолжает расти и достигнет 220С размыкается контакт
терморегулятора поз. РТ1.1, который отключит вторую секцию калорифера. При
понижении температуры до 150С контакт поз. РТ1.1 замкнётся и включит
магнитный пускатель поз. КМ3 ( 2 секция калорифера поз. ЕК2). Если температура
продолжает падать и достигнет 100С замкнётся контакт поз.РТ1.2 и
включит магнитный пускатель поз. КМ4 ( 3 секция калорифера поз. ЕК3).
. Схема имеет блокировку от преждевременного включения секции
калорифера. Она осуществляется контактом магнитного пускателя поз. КМ1.2.
а. HL1- сигнализация сети.
б. HL2, HL3, HL4-сигнанализация
включения 1,2,3 секций калорифера соответственно.
в. HL5- аварийное отключение секции
калориферов при перегреве токов.
. В схеме предусмотрена защита от токов К3 всех секций калорифера
(предохранитель FU1- FU9). Электродвигатель защищен
автоматическим выключателем QF2 и
тепловым реле КК1. Также в схеме имеется вводный автомат QF1. Цель управления однополюсным
автоматическим выключателем SF1.
Защиту теннов от перегрева осуществляет датчик температуры поз. SK,который отключает промежуточное реле
поз. KV2.1 . Это реле отключает цепочку
управления секциями калорифера.
Список литературы
1. Электротехнология:
Учеб. пособие /А.М. Басов, В.Т. Быков, А.В. Лаптев, В.Б. Файн. - М.:
Агропромиздат,1985.
. Кудрявцев
И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология: Учеб. пособие.-
М.: Колос, 1975.
. Применение
электрической энергии в сельскохозяйственном
производстве:
Справочник / Под ред. П.Н. Листовав. - М.: Колос,1974.
.Светотехника
и электротехнология. Часть 2: Методические указания по изучению дисцмплины /
Рос. гос. аграр. заоч. ун-т; Сост. В.А. Оберюхтин. М., 2004. 30 с.