Практичне заняття №2

Тема: Розрахунок потужності та вибір електронагрівальних установок.

Навчальна мета:

Знати: методику розрахунку потужності електронагрівальних установок.

Вміти:розраховувати потужність проточного водонагрівача, гартувальної печі та установки для обігріву тваринницького приміщення.

Основні питання заняття

1. Визначення потужності електронагрівальних установок.

Література:

4. Кудрявцев И.Ф. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок. – М.: Агропромиздат, 1988. – 480 с.

5. Живописцев Е.Н., Косицын О.А. Электротехнология и электрическое освещение. – М.: Агропромиздат, 1990. – 303 с.

1. Визначення потужності електронагрівальних установок.

Тепловий розрахунок електронагрівальних установок полягає у визначенні їх потужності, основних конструктивних розмірів, в розрахунку теплової ізоляції, визначенні теплового ККД. При тепловому розрахунку електронагрівачів, які входять до складу установки, основна задача полягає у визначенні необхідної активної (тепловіддаючої) поверхні.

Електричний розрахунок полягає у виборі напруги живлення та частоти струму, розробці електричної схеми з’єднання електронагрівачів та способу регулювання потужності, визначенні електричного ККД та коефіцієнта потужності (cos φ), а при розрахунку електронагрівачів, основна полягає у визначенні їх геометричних розмірів

Розрахунок потужностей електронагрівальної установки виконують в такій послідовності:

.

Корисна теплова потужність установки (Р_кор) – це потужність, яка витрачається на зміну ентальпії матеріалу (власне нагрівання) або на зміну фазового стану матеріалу (випаровування, плавлення). Корисну теплову потужність (кВт) визначають за наступними формулами.

При нагріванні матеріалів:

а) для установок періодичної дії

;

б) для установок безперервної дії

;

При плавленні або випаровуванні матеріалів:

а) для установок періодичної дії

;

б) для установок безперервної дії

;

де m – маса матеріалу, що нагрівають, кг;

m – продуктивність установки, кг/с;

Θ₁, Θ₂ – початкова та кінцева температури нагрівання, °С;

h₁, h₂ – початкова та кінцева ентальпії матеріалу, кДж/кг;

с – питома теплоємність матеріалу, що нагрівають, ;

t – тривалість нагрівання, с.

g – питома теплота фазового перетворення, .

Корисна теплова потужність визначається тільки масою, теплоємністю тіла та граничними температурами нагрівання.

Розрахункова потужність установки (Р_розр) окрім корисної потужності враховує і всі види теплових втрат в установці (нагрівання конструктивних елементів, втрати в навколишнє середовище тощо):

;

де ∆Р_Т – теплові втрати;

η_Т – тепловий ККД установки.

Споживана потужність установки (Р_спож) – це потужність, споживана установкою з мережі. Вона більша за розрахункову на суму втрат потужності в електричних елементах установки (нагрівання проводів лінії, якою установка приєднана до мережі, втрати в понижуючому трансформаторі тощо):

;

де ∆Р_Е – втрати потужності в електричних елементах установки;

η_Е – електричний ККД установки;

η – загальний ККД установки, η = η_т · η_Е.

Встановлена потужність установки (Р_вст) більша за споживану потужність і враховує можливі втрати потужності при відхиленні електричних параметрів електричної енергії від номінальних (U < U_н; f < f_н). Ці втрати враховуються застосуванням коефіцієнту запасу k_з, який приймають рівним 1,1…1,3:

.

Тепловий, електричний та загальний ККД електронагрівальної установки визначається наступним чином:

;

;

;

Задача 1. Визначити корисну Р_кор та встановлену Р_вст потужності проточного водонагрівача продуктивністю Q = 0,12 м³/год. Початкова температура води Θ₁ = = 20°С, кінцева Θ₂ = 90°С. Коефіцієнт запасу k_з = 1,15. Загальний ККД установки η = 0,95. Питома теплоємність води с_в = 4,19 кДж/кг·°С. Густина води γ_в = 10³ кг/м³.

Розв’язання.

Визначимо корисну теплову потужність установки:

.

Спочатку визначимо продуктивність установки в кг/год:

кг/год;

тоді

Дж/год.

Виразимо корисну потужність в кіловатах:

кВт.

Визначимо встановлену потужність установки:

кВт.

Скориставшись таблицею 2.1, виберемо водонагрівач.

Таблиця 2.1

Тип водонагрівача	Номінальна потужність, кВт	Робоча температура, °С	Продуктивність, м3/год
ЭПВ-2А	12	16…90	0,16
ВЭП-600	10,5	10…22	0,15
СА3-800/90-И1	18	16…90	0,21

Обираємо проточний водонагрівач ЭПВ-2А з номінальною потужністю 12 кВт і продуктивністю 0,16 м³/год.

Задача 2. Визначити корисну Р_кор та розрахункову Р_розр потужності, а також тепловий ККД η_т гартувальної печі. В піч одночасно поміщають n = 6 деталей. Деталь представляє собою стальний стержень діаметром d = 80 мм і довжиною l = 350 мм. Тривалість нагрівання t = = 2 години. Температура гартування Θ₂ = 870°С. Температура повітря в приміщенні Θ₁ = 20°С. Теплові втрати в печі ∆Р_т = 1780 Вт. Питома теплоємність сталі с_ст = 0,482 кДж/кг·°С. Густина сталі γ_ст = 7,8 кг/дм³.

Розв’язання.

Оскільки гартувальна піч є електронагрівальною установкою періодичної дії, то корисна потужність може бути визначена за формулою:

.

Визначимо масу деталей:

,

де m_стр – маса одного стержня,

n – кількість деталей.

;

кг.

Визначимо енергію, необхідну для нагрівання деталей:

кДж/год.

Визначимо корисну потужність печі в кіловатах:

кВт.

Визначимо розрахункову потужність печі:

кВт.

Визначимо тепловий ККД печі:

.

Задача 3. Визначити корисну (Р_кор) потужність електрокалорифера для підігрівання приточного повітря в свинарнику-відгодівельнику на n = 100 голів. Середня норма повітрообміну на одну голову L = 15 м³/год, температура зовнішнього повітря Θ_зовн = 5°С, мінімальна температура повітря в приміщенні Θ_пр = 10°С. Густина повітря γ_п =  1,3 кг/м³. Теплоємність повітря с_п = 1 кДж/кг·°С.

Розв’язання.

Визначимо корисну теплову потужність електрокалорифера:

.

Спочатку визначимо продуктивність електрокалорифера, розрахованого на підігрівання приточного повітря в свинарнику-відгодівельнику на n = 100 голів в кг/год:

кг/год.

Тоді визначаємо корисну потужність

кДж/год.

Таким чином, корисна потужність електрокалорифера в кіловатах:

кВт.

Контрольні питання

1. Які основні параметри електронагрівальних установок визначаються при тепловому розрахунку?

2. Які основні параметри електронагрівальних установок визначаються при електричному розрахунку?

3. В якій послідовності виконується розрахунок теплових та електричних потужностей електронагрівальної установки?

4. Яка потужність називається корисною потужністю електронагрівальної установки та як вона визначається для установок періодичної та безперервної дії?

5. Яка потужність називається розрахунковою та як вона визначається?

6. Яка потужність називається споживаною та як вона визначається?

7. Яка потужність називається встановленою та як вона визначається?

8. Як визначається тепловий, електричний та загальний тепловий коефіцієнти корисної дії електронагрівальної установки?