МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО
КУРСУ
«СВЕТОТЕХНИКА И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ»
Орел 2008
Cоставители:
доцент Виноградов А.В.
ассистент Колесов М.А.
Методические указания предназначены для студентов специальности 110302 “Электрификация и автоматизация с/х” изучающих дисциплину «СВЕТОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ». Могут рекомендоваться так же студентам других специальностей. Содержат описания лабораторных и практических работ по курсу «ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЯ».
Работа одобрена методической комиссией инженерного факультета ОГАУ (протокол № ___) в качестве методических указаний к лабораторным работам для студентов специальности 110302
Рецензент: к.т.н., доцент Астахов С.М.
Орел ГАУ 2008
Содержание
Практическая работа №1. Определение температуры
элементов электротермической установки (ЭТУ).
Практическая работа №2 Технико-экономическое
обоснование толщины тепловой изоляции, расчеты
коэффициента полезного действия и мощности
электронагревательной установки.
Практическая работа №3. Расчет электрических
нагревателей сопротивления по удельной мощности.
Практическая работа №4 Расчет электродных и
водонагревателей сопротивления.
Практическая работа №5 Расчет
электрообогреваемых полов.
Требования к выполнению отчета.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1
Определение температуры элементов
электротермической установки.
Цель работы.1: Научиться производить расчет температуры элементов электротермической установки.
Содержание работы. Для усвоения методики расчета необходимо, пользуясь приведенным в методических указаниях примером, рассчитать параметры электротермической установки по данным своего варианта.
Пример:
Условия задачи: Теплоизоляция электрической печи состоит из слоя шамота внутри, а затем слоя вермикулита, есть внутренний и наружный металлический кожуха. Тепловой поток потерь через всю поверхность электрической печи (тепловая мощность потерь) составляет Фпот= 5 · 103 Вт. Форма печи внутри и снаружи – куб с ребром lш.вн.=0,8м по внутренней поверхности шамота, толщина слоя шамота δш=0,1м. Температура на внутренней поверхности шамота tш.вн.=500˚С. Температура на наружной поверхности вермикулита tв.нар.=50˚С. Определить толщину слоя вермикулита δв, м.
Термическим сопротивлением теплопроводности металлических кожухов корпуса печи можно пренебречь.
Расчеты справедливы для стационарного процесса нагрева электрической печи и слоях теплоизоляции, не изменяющегося во времени. Процесс изменения температуры вдоль слоев теплоизоляции показан на рисунке 1.
Рис.1 Разрез теплоизоляционной печи.
Температура на границе i-того слоя t˚ гр.сл.i многослойной стенки определяется по формуле:
,
где tовн – температура на внутренней поверхности 1-го
слоя, оС;
Ф – постоянный тепловой поток через все слои тепло
изоляции, Вт;
- сумма полных термических сопротивлений
теплопроводности всех слоев до рассматривае
мого граничного слоя, оС/Вт.
Теплопроводность материала определяется по формуле:
,
где , - постоянные коэффициенты, величина которых зависит от материала изоляции, для вермикулита , , для шамота
Средняя температура изоляционных слоев, для шамота:
,
где tш.вн – температура на внутренней поверхности шамо
та,оС;
tш.нар – температура на наружной поверхности шамота, равная температуре на внутренней поверхности вермикулита tв.вн, и равная соответственно температуре граничного слоя tГР.СЛ.
Средняя температура для вермикулита:
,
где tв.нар – температура на наружной поверхности вермикулита, оС.
Термическое сопротивление теплопроводности, удельное:
,
где δ – толщина тепловой изоляции, м;
λ – теплопроводность материала, Вт/К·м.
Полное термическое сопротивление теплопроводности всей площади стенки:
, К/Вт
где А – площадь поверхности, м2
Термические сопротивления определяются отдельно для каждого из слоев теплоизоляции, при этом берется средняя площадь поверхности слоя. Например, для вермикулита:
, К/Вт
Площадь поверхности А зависит от формы печи. Для печи в форме куба площадь определится:
- средняя площадь поверхности вермикулита, м2.
- средняя площадь поверхности шамота, м2 .
- площадь внутренней поверхности шамота, м2
- площадь наружной поверхности шамота, м2.
- площадь наружной поверхности вермикулита.
Определяем тепловой поток через всю поверхность, Вт:
где Δto =t1o-tno – разность температур между внутренней поверхностью первого слоя и наружной поверхностью последнего слоя изоляции.
- суммарное термическое сопротивление тепловой изоляции, К/Вт.
В нашем случае оно определится:
Пользуясь приведенными выше формулами, определить толщину слоя вермикулита, полную толщину тепловой изоляции и ее термическое сопротивление.
Контрольные вопросы:
Поясните понятие удельной теплоёмкости, его физический смысл.
Каким образом влияет термическое сопротивление на температуру элемента ЭТУ.
С какой целью необходимо определять температуру элементов ЭТУ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2
Технико-экономическое обоснование выбора электронагревательных установок.
Цель работы.2: Научиться производить расчет температуры элементов электротермической установки.
Содержание работы. Для усвоения методики расчета необходимо, пользуясь приведенным в методических указаниях примером, произвести технико-экономическое обоснование выбора электронагревательной установки по данным своего варианта.
Упражнение. Технико-экономическое обоснование выбора электронагревательных установок.
В таблице 4.1 приведены экономические показатели аккумуляционных электрических и жидкостных водонагревателей. Произвести технико-экономическое сравнение вариантов выбора водонагревателей для прифермской молочной на 200 голов и оценить по удельным приведенным затратам стоимость единицы тепла в обоих вариантах. Коэффициент отчислений на амортизацию и ремонт для электрических водонагревателей принять kэ = 0,15, для топливных kт = 0,23.
Таблица 4.1 |
||
|
Водонагреватели |
|
Показатели |
электрические |
топливные |
Годовая выработка теплоты, ГДж/год , Qгод |
620 |
620 |
Капиталовложения, К, руб. |
800 |
1450 |
Стоимость, руб/год: |
|
|
Электроэнергии, Сээ |
2005 |
— |
Топлива, Стт |
— |
1420 |
Зарплата обслуживающего персонала, Зп, руб/год |
100 |
430 |
Решение. Обозначим величины, относящиеся к электрическим водонагревателям индексом «э», а к топливным индексом «т».
Отчисления на амортизацию и ремонт:
Оэа = kа∙Кэ = 0,15∙800 =120 руб/год,
Ота = kт∙Кт = 0,23∙1450 = 334 руб/год.
Ежегодные издержки:
Иэ = Оэа + Сээ + Зпэ = 120 + 2005 + 100 = 2225 руб/год,
Ит = Ота + Стт + Зпт = 334 + 1420 + 430 = 2184 руб/год.
Как видно, Иэ>Ит, а Кэ<Кт.
Приведенные затраты:
Зэ = Оэа + Иэ = 0,15∙800+2225 = 2345 руб/год,
Зт = Ота + Ит = 0,15∙1450 + 2184 = 2402 руб/год.
Поскольку Зэ<3т, то вариант с электрическими водонагревателями экономически более целесообразен.
Стоимость единицы теплоты:
Задание на самостоятельное решение. 1. Пароснабжение прифермской молочной может быть осуществлено от топливного котла КВ-300, работающего на жидком топливе, или от электродного котла КЭП-250/0,4. Технико-экономические показатели обоих вариантов приведены ниже.
КВ-300 КЭП-250/0.4
Производительность по пару, кг/ч 300 334
Капиталовложения, руб 703 2502
Ежегодные издержки, руб/год 1740 771
Произвести выбор экономически целесообразного варианта и определить фактический срок окупаемости дополнительных капиталовложений в электродный котел.
2. В годовых издержках предыдущего примера стоимость электроэнергии, исчисленная по тарифу 1 коп./кВт-ч, составляет 90%. Сопоставить варианты при тарифе на электроэнергию 2 коп./кВт-ч.