3.8 Исходные данные для расчета толщины тепловой изоляции:
а) масса горячей воды в водонагревателе, кг, принятая в пункте 1.5
М=363 кг
б) заданное (допустимое) снижение температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети ∆Т=1,6 0С;
в) температура горячей воды в водонагревателе Т2=90 0С;
г) температура воздуха в помещении, в котором установлен водонагреватель, Т0=15 0С;
д) материал тепловой изоляции – шлаковая минеральная вата марки 200, коэффициент излучения покровного слоя, нанесенного на ее наружную поверхность – высокий;
е) нормируемая (по соображениям безопасности) температура наружной поверхности водонагревателя Тпв=35 0С;
ж) толщину тепловой изоляции боковой поверхности, дна и крышки водонагревателя принять одинаковой.
Цель расчета – определение δ. Значение δ определяют по каждому из двух вышеуказанных условий и затем принимают наибольшее значение.
3.9 Порядок расчета δ по заданному снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети:
1. Количество теплоты, Дж, которое теряет вода в водонагревателе при остывании ее на разность температур ∆Т:
Q=M·c·∆T, (35)
Q=363·4190·1,6=2433552 Дж
2. Средний тепловой поток, Вт, теряемый горячей водой в окружающую среду при остывании на 1 час на разность температур ∆Т:
, (36)
Вт
3. Требуемое термическое сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде, 0С/Вт:
, (37)
0С/Вт
4. С учетом допущений, принятых в пункте 3.7, термическое сопротивление RТ складывается из термического сопротивления слоя тепловой изоляции и термического сопротивления теплоотдаче наружной поверхности водонагревателя:
, (38)
где λиз – теплопроводность материала тепловой изоляции, Вт/м·0С;
А – площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, м2;
αн – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, Вт/м2·0С.
λиз=0,07+0,198·10-3·Тср
(39)
λиз=0,06+0,198·10-3·65°=0,073 Вт/м·°С
Площадь А приближенно может быть подсчитана по внутренней поверхности бака водонагревателя как сумма трех составляющих (площади дна, площади боковой цилиндрической поверхности и площади крышки):
, (40)
м2
Значение αн для нашего расчета, при высоком коэффициенте излучения αн=11,5 Вт/м2·0С.
Искомую толщину теплоизоляционного слоя находим из выражения (38):
, (41)
м
3.10 Порядок расчета δ по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.
Для расчета используется условие неизменности теплового потока при прохождении им последовательных участков тепловой цепи (рассматривается стационарный процесс теплопередачи):
, (42)
Левая часть выражения (42) представляет собой тепловой поток, идущий от горячей воды через теплоизоляционный слой к наружной поверхности водонагревателя, а правая часть – тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности водонагревателя в окружающую среду.
Из (42) получается формула для расчета искомой толщины теплоизоляционного слоя δ:
, (43)
После подстановки численных значений температур
, (44)
или
, (45)
м
3.11 Из двух значений δ, полученных по формулам (41) и (45), принимаем окончательно наибольшее.
0,0174>0,0061
δ=0,0174 м
4 Разработка принципиальной электрической схемы управления
Рисунок 4.1 – Принципиальная электрическая схема управления водонагревателем.
5 Выбор силовых проводов
В настоящей курсовой работе задача выбора проводов и кабелей решается в неполном объеме: она сводится к выбору площади сечения только по условию допустимого нагрева провода (кабеля) и по условию его механической прочности. Таблица допустимых длительных токов для различных проводов и кабелей в зависимости от их площади сечения и условий прокладки приведены в ПУЭ [8, стр.17]. Там же в таблице 2.1.1 приведены наименьшие (по условиям механической прочности) сечения токопроводящих жил проводов и кабелей в электропроводках.
Формулы для определения расчетных токов трехфазных электроприемников.
а) для группы ТЭНов электроводонагревателя.
, (46)
где Рс – расчетная активная мощность секции (группы), Вт;
В нашем случае проектируемый нестандартный водонагреватель имеет две группы ТЭНов. В нижней части бака располагается 6 ТЭНов, в верхней части бака – 3 ТЭНа. Мощность каждого ТЭНа при рабочей температуре составляет 2714 Вт.
Рассчитаем мощность группы (секции) ТЭНов:
Р1с=3·1602=4806 Вт;
Uн – номинальное линейное напряжение сети; Uн=220 В.
Рассчитаем ток для нижней группы (секции) ТЭНов:
А
Выбор проводов для каждой группы и для магистрали.
Допустимые длительные токи для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами [8] указаны в таблице 5.1
Таблица 5.1 – Допустимые токи
Стандартные сечения токопроводящей жилы, мм2 |
Ток (в Амперах) для проводов проложенных |
||||
Открыто |
В одной трубе |
||||
2-х одно-жильных |
3-х одно-жильных |
4-х одно-жильных |
5-х одно- жильных |
||
2 |
21 |
19 |
18 |
15 |
12 |
2,5 |
24 |
20 |
19 |
19 |
16 |
3 |
27 |
24 |
22 |
21 |
18 |
4 |
32 |
28 |
28 |
23 |
20 |
5 |
36 |
32 |
30 |
27 |
21 |
6 |
39 |
36 |
32 |
30 |
27 |
8 |
46 |
43 |
40 |
37 |
34 |
10 |
60 |
50 |
47 |
39 |
35 |
16 |
75 |
60 |
60 |
55 |
50 |
25 |
105 |
85 |
80 |
70 |
65 |
1. Расчетный ток для группы (секции) ТЭНов равняется I1=12,63 А. С учетом данных таблицы 5.1, выбираем провод для верхней группы ТЭНов АПВ-3 (1х2,5), проложенный в одной трубе. Этот провод (четыре одножильных изолированных провода, проложенные в одной трубе) длительно выдерживает ток Iдоп=19 А, что больше расчетного Iдоп=19А>I=12,63А.
Кабель АПВ-3 (1х2,5) проходят по механической прочности Fcеч=2,5мм2 согласно ПУЭ изд. 7 от 2008г. п. 2.1.14 табл. 2.1.1.
6 Выбор аппаратуры управления и защиты
1. Выбор предохранителей FU1-FU3 для группы (секции) ТЭНов.
Выбор предохранителей осуществляется по номинальному напряжению U≤Uн, номинальному току плавкой вставки I1≤Iвст., номинальному току предохранителя I2≤Iн.пр.
Выбираем предохранитель ПН2-100 с Uн=220 В; Iвст.=30 А
U=220 В=Uн=220 В; I=12,63 А<Iвст=30 А; I=12,63 А <Iн.пр=100 А.
2. Выбор электромагнитного пускателя КМ2 для верхней группы (секции) ТЭНов.
Выбор пускателя осуществляется по номинальному напряжению U≤Uн, номинальному рабочему току главной цепи пускателя I≤Iн.раб.
Выбираем пускатель ПМЛ2100 с Uн=220 В; Iн.раб.=25 А
U=220 В=Uн=220 В; I1=12,63 А<Iн.раб.=25 А.
3. Выбор рубильника QS.
Выбор рубильника осуществляется по номинальному напряжению U≤Uн, номинальному току рубильника I≤Iн.р.
Выбираем рубильник РБ31 с Uн=220 В; Iн.р=100 А
U=220 В=Uн=220 В; I=12,63 А<Iн.р.=100 А.
7 Эксплуатация и техника безопасности
Электроводонагреватели предназначены для горячего водоснабжения объектов производственно-технического и сельскохозяйственного назначения, где отсутствуют источники горячей воды.
В животноводстве нагретая вода требуется для поения животных, приготовления кормов нужной консистенции и гигиенических целей.
Электроводонагреватель должен устанавливаться в помещениях с невзрывоопасной средой без повышенной пожарной опасности.
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.
Список использованной литературы
-
Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2009. – 853 с.
-
Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС, 2006. – 344с.
-
Файн В.Б. Курсовая работа по электротехнологии: Учебное пособие – Челябинск: ЧИМЭСХ, 1988. – 48с.
-
Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Агропромиздат, 1986. – 288с.
-
Электротехнология/ А.М. Басов, В.Г. Быков, А.В. Лаптев, В.Б. Файн. – М.: Агропромиздат, 1985. – 256с.
-
Казимир А.П., Керпелева И.Е. Эксплуатация электротермических установок в сельскохозяйственном производстве. – М.: Россельхозиздат, 1984. – 208с.
-
Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.Н. Шлаф, В.Ч. Афонин, Е.А. Соболенская. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504с.
-
Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Под ред. Б.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера.- М.: Энергоатомиздат, 1981. – 408с.
-
Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. – М.: Колос, 1975. – 384с.