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 Θ_вн =20 ºС;

.Средняя температура наружного воздуха Θ_н = -26 º С;

. Средняя температура за отопительный период Θ_ср=-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.