44.Расчет электродных систем и выбор водонагревателей. Контрольные работы

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра электротехнологии
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДНЫХ СИСТЕМ
И ВЫБОР ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Методические указания к контрольной работе
для студентов специальности 1 - 74 06 05 – «Энергетическое обеспечение
сельскохозяйственного производства» (заочное обучение)
Издание второе, переработанное и дополненное
Минск
2006
УДК 621.371: 621.31 (07)
ББК 31.292 - 5я7
Р 24
Составители: д.т.н., проф. Заяц Евгений Михайлович;
к.т.н., доц. Дубодел Иннеса Борисовна;
к.т.н., доц. Пашинский Василий Антонович;
к.т.н., доц. Кардашов Павел Владимирович.
Рецензент: В.В. Гурин, к.т.н., профессор
Методические указания к контрольной работе для студентов заочного
обучения специальности 1- 74 06 05 – «Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства» / Заяц Е.М., Дубодел И.Б., Пашинский В.А.,
Кардашов П.В. – Мн.: ротапринт БГАТУ, 2006. – 11с.:ил.
ISBN
Изложены индивидуальные задания, основные методические положения
расчета задачи контрольной работы. Методические указания к контрольной
работе по «Электротехнологии» для студентов заочного обучения специальности 1 - 74 06 05 – «Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного
производства» рассмотрены на заседании методической комиссии агроэнергетического факультета и рекомендованы к изданию на ротапринте БГАТУ
(протокол № 4 от 14 декабря 2005 года).
УДК 631.371: 621.31 (07)
ББК 31.292 – 5я7
ISBN
Заяц Е.M.;
Дубодел И.Б.;
Пашинский В.А.;
Кардашов П.В.
(Ответственный за выпуск Пашинский В.А., ответственный за набор,
верстку оформление Дубодел И.Б.)
Содержание
Введение ……………………………………………….…….….……….4
1.Задание……………………………………………….…….….……….4
2. Расчет электродной системы……………………….…….….……….7
3. Выбор электродного водонагревателя…………….…….….………..8
Литература……………………………………………………………….12
3
Введение
Электрические водонагреватели и парогенераторы являются наиболее
распространенным электротермическим оборудованием в сельском хозяйстве.
Цель контрольной работы состоит в углублении и закреплении самостоятельно изученного студентами раздела электротехнологии "Электрические водонагреватели и парогенераторы".
Задачи работы включают:
1. изучение устройства и принципа действия, особенностей эксплуатации, эффективных областей использования электрических водонагревателей
и парогенераторов;
2. усвоение методики расчета электродных систем водонагревателей;
3. изучение электрических схем управления электродными водонагревателями.
Эти задачи решают изучением рекомендуемой литературы /1…4/, выполнением расчетов, согласно заданию, выбором водонагревателя и принципиальной электрической схемы управления.
1 Задание
Рассчитать электродную систему электродного водонагревателя, выбрать его
тип и принципиальную электрическую схему управления.
Вариант задания выбирают из таблицы I по номеру зачетной книжки.
Для этого под последними двумя цифрами записывают буквенные индексы
вариантов. Затем по цифрам номера зачетной книжки по вертикали выбирают индексы вариантов. Например, для шифра 94073 запись имеет вид 94073
аб
вг
Таким образом, индексы а и в берут по седьмому варианту, б и г – по
третьему варианту, т.е. исходные данные – Vτ=1,6 м3/ч, t2= 85 0С, ρ20=25 Ом·м,
номер схемы электродной системы – 3.
4
Таблица 1. Исходные данные для контрольной работы
Индексы вариантов
а
б
в
г
Удельное соНомера
вариантов Производительность
Конечная тем-
противление
Номер схемы
пература
воды при 20
электродной
0
воды
С
системы из
таблицы 2
Vτ
м3/ч
t2
0
ρ20
-
C
Ом·м
-
1
0,5
95
15
1
2
0,75
90
20
2
3
1,0
85
25
3
4
1,2
95
30
4
5
1,4
90
15
1
6
1,5
85
20
2
7
1,6
95
25
3
8
1,7
90
30
4
9
1,8
85
15
3
10
2,0
95
20
4
Для всех вариантов: напряжение электрической сети 380/220 В; водонагреватели работают по замкнутой системе водоразбора; температура обратной воды, возвращаемой в электродный водонагреватель
t1=700С.
5
Таблица 2. Схемы и параметры электродных систем
№
Конструктивная
Эквивалентная
Фазное сопротивление,
схемы
схема
электрическая
геометрический коэффи-
схема
циент
1
А В СN
h – высота
Uл
A BC
2
N
Uл
Rф =
А
3
В
k = l
Rф
l
h в
k = l
Rф
С
rt l
Rф =
В
А
l
Примечание
электрода;
в – ширина
электрода
в
rt l
h 2в
- // -
2в
С
A B C N
Uл
А
Rф =
В
k = l
Rф
Uф
rt l
h 2в
- // -
2в
С
4
B
C
D
dв
A
N
А
Uф
Uл
dв – диаметр
В
Rф =
rt
D
ln
2p h d b
1
D
k =
ln
2p
db
Rф
С
6
внутреннего
электрода;
D– диаметр
наружного
электрода
2 Расчет электродной системы
1.Расчетная мощность, Вт,
водонагревателя
РР =
Vt × r × C × ( t2 - t1 )
hT
,
где Vτ – производительность водонагревателя, м3/с;
ρ=1000 кг/м3 – плотность воды;
С=4190 Дж/(кг·°С) – удельная теплоемкость воды;
t1, t2 – температура воды на входе и выходе водонагревателя, °С;
ηТ – термический КПД водонагревателя, о.е.
2. Мощность одной фазы P1 = PP / 3 .
3. Межэлектродное расстояние l = U / E ,
где U – напряжение, приложенное к электродам, В;
Е - напряженность электрического поля между электродами в воде,
В/м, не должна превышать Ед, которое находят по величине ρ20 на рисунке 1.
4. Принимают ширину b или диаметр dв электрода (таблица 2). Можно
рекомендовать
b≥0,1м;
dв≥0,03м.
5. Диаметр наружного электрода, м,
D = d в + 2l .
Следует стремиться к оптимальному отношению D / d в = 2, 72 .
6. Геометрический коэффициент k рассчитывают по формулам таблицы2.
7. Длина электрода, м,
h=
40Vt r Ck r 20 t2 + 20
ln
3U 2hT
t1 + 20 .
8. Результаты расчета проверяют по мощности и плотности тока. Мощность водонагревателя при расчетных размерах электродов Р (она же средняя мощность) должна быть равна мощности РР
7
P = PP = 3
U 2h
rср k ,
где 3 – число фаз;
ρср – среднее удельное сопротивление воды, Ом·м.
rср =
40 r 20 t2 + 20 .
ln
t2 - t1 t1 + 20
Плотность тока на электродах j не должна превышать допустимую величину jдоп (рисунок 1).
j=
kнU
rt 2l
или
j=
kнU
rt kb ,
где kн=1,1...1,4 – коэффициент учитывающий неравномерность распределения плотности тока по поверхности электрода;
ρt2 – удельное сопротивление воды при конечной температуре t2.
Удельное сопротивление воды при температуре t
rt =
40 r 20
.
t + 20
3 Выбор электродного водонагревателя
1. По результатам расчета принимают геометрические размеры электродной системы. При этом необходимо стремиться к размерам металлических листов и труб, выпускаемых промышленностью.
2. Вычерчивают в масштабе общий вид электродной системы.
3. По мощности и типу электродной системы выбирают подходящий
электродный водонагреватель (таблицы 3; 4). В таблице 2 даны упрощенные
электродные системы, несколько отличающиеся, но схожие с электродными
системами промышленных водонагревателей.
4. Рассчитывают длину изолирующей вставки (рисунок 2), которая
должна быть не менее 1 м.
8
lВ = 1, 4 ×104 d в2 / rt 2 ,
где
dв – внутренний диаметр изолирующей вставки, примерно равный
наружному диаметру водопроводящих патрубков водонагревателя, м.
5. Вычерчивают принципиальную электрическую схему управления выбранным водонагревателем и описывают кратко ее работу.
Таблица 3. Технические данные электродных водонагревателей типа
ЭПЗ напряжением 0,4 кВ (температура воды на входе 70, на выходе 95 0С)
ЭПЗ-25
ЭПЗ-100
ЭПЗ-100
ЭПЗ-250
ЭПЗ-400
Параметры
И2
И3
И3
И1
И3
Мощность, кВт
25
100
100
250
400
0,85
3,4
3,4
8,75
14,0
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
100…50
100…25
100…25
100…25
100…25
20
20
20
20
20
Подача воды, м3/ч
Максимальное избыточное давление, МПа
Диапазон регулирования
мощности, %
Удельное сопротивление воды при
20 оС, Ом м
9
Таблица 4. Технические данные электродных водонагревателей типа
КЭВ напряжением 0,4 кВ (температура воды на входе 70, на выходе 95 0С)
Тип котла
Мощность,
кВт
Диапазон
регулир.
мощности,
%
Удельное
сопротивл.
воды при 20
0
С, Ом·м
КЭВ-9/0,4
9
нерегулир.
20…120
КЭВ-40/0,4
40
10…25
10…170
КЭВ-630/0,4
63
100…25
КЭВ-100/0,4
100
КЭВ-160/0,4
Подача
воды,
м3/ч
Максимальное
избыточ
ное давление,
МПа
Масса
без щита
управл.,
кг
0,07
13
1,4
0,6
94
10…170
2,2
0,6
124
100…25
10…170
3,5
0,6
175
160
100…25
10…170
5,5
0,6
175
КЭВ-250/0,4
250
100…25
10…170
8,6
0,6
248
КЭВ-400/0,4
400
100…25
10…170
13,8
0,6
394
1000
100…25
10…100
34,5
1
890
1000
100…25
10…80
14,4
10
890
КЭВ1000/0,4
КЭВ1000/0,4
*- температура воды на выходе 130 0С.
10
j,
Еg,
д
103 А/м2
5
4
103
В/м2
10
Еg
1
8
2
3
6
2
4
1
2
0
0
jg
20
60
40
80
ρ
20,
Ом·м
Рисунок 1. Зависимость допустимых значений напряжённости электрического поля Eg и плотности тока jg в межэлектродном пространстве от
удельного сопротивления воды ρ20 : 1 – водонагреватели; 2 – парогенераторы
к потребителю
→
2
1
4
3
←
из водопровода
Рисунок 2. Схема включения электродного водонагревателя по замкнутому
контуру: 1 – электродный водонагреватель; 2 – теплообменник; 3 – насос;
4 – изолирующие вставки
11
Литература
1. Карасенко В.А. и др. Электротехнология. - М.; Колос, 1992. - 304с.
2. Расстригин В.Н. Основы электрификации тепловых процессов в
сельскохозяйственном производстве. -М.: Агропромиздат, 1988. - 256с.
3. Герасимович Л.С. и др. Электротермическое оборудование сельскохозяйственных предприятий. - Мн.: Ураджай, 1995. - 416с.
4. Типовые расчеты по электротехнологии/ Под ред. Е.М. Зайца. - Мн.:
УП «Технопринт», 2001. - 204с.
12