Расчет электрокаллориферной установки в коровнике на 200 голов

Чертеж.098cdw.dwg

Чертеж76.dwg

КАЛОРИФЕРНАЯ УСТАНОВКА
Наименование механизма
Условное обозначение
Марка и сечение кабеля
Ном. ток предохранителя
Номинальное напряжение
Ток сраб. расцепителя
Ном. ток расцепителя
Ном. напряжение автомата
Автоматический выключатель
Ток срабат. расцепителя

Документ Microsoft Word.doc

Факультет инженерный
По дисциплине: электротехнологии в сельском хозяйстве
1. выбор исходных данных
Пусть по шифру зачетной книжки выбраны следующие данные:
тип помещения - коровник;
число голов N = 200 гол;
удельный объем помещения V0 = 16 мгол;
напор воздуха вентилятора Н = 600 Нм2;
температура внутри помещения = 14°С;
средняя температура наружного воздуха = -25 °С;
средняя температура за отопительный период = -16 °С;
тепловая характеристика помещения q0=3 кДж(м);
Коровы стельные вес 400кг;
расположение ТЭНов в нагревательном блоке - шахматное.
2. Расчет основных показателей
1.1 Определение мощности электрокалорифера
Теплопроизводительность электрокалорифера в кДжч для отопительно
вентиляционной системы животноводческих помещений определяется из уравнения
где - теплопотери через ограждения помещений кДжч;
- теплопотери обусловленные вентиляцией кДжч;
-теплота выделяемая животными кДжч.
Теплопотери через ограждения определяем по формуле:
где - тепловая характеристика помещения т.е. количество теплоты теряемое за 1 час одним кубическим метром объема при разности температур в 1°С кДж(м3Сч);
V - объем помещения м3;
- соответственно температура внутри и снаружи помещения С.
Объем помещения находим по числу N голов и объему V0 приходящемуся на одну
Подставляя числовые значения в формулу (2) найдем
Q= 33200(14-(-25)) = 374400
Количество тепла теряемого с вентиляцией:
где - производительность вентиляционных установок м3 ч;
= 10 кДж(кг°С) - удельная теплоемкость воздуха;
= 12 кгм3 - плотность воздуха.
Для определения производительности вентиляционных установок предварительно найдем расход воздуха по удалению избыточной влаги и углекислоты на одну голову в час. В качестве расчетного примем большее значение расхода полученного для указанных вредностей.
Расход воздуха по удалению влаги:
где W - выделение влаги внутри помещения г(голч);
и - влагосодержание соответственно наружного и внутреннего воздуха гм3.
Влага выделяемая внутри помещения определяется формулой:
где - влага выделяемая дыханием и кожей животным г(голч);
W2 = 014 - количество влаги испаряющейся с пола стен потолка и с технологического оборудования г(гол×ч).
Влага выделяемая животными определяется формулой
где - поправочный коэффициент учитывающий изменение количества выделяемой влаги в зависимости от температуры воздуха внутри помещения
- норма выделения влаги на 1кг веса животного.
Для коров стельных норма выделения влаги на 1кг живой массы составляет 250гч. =121. Таким образом при живой массе М=400кг получим
Тогда = 014 = 014 302.5= 42.35
и W = 302.5 + 42.35 = 344.9.
Влагосодержание наружного и внутреннего воздуха при влажности =70% внутри помещения и =80% снаружи:
Тогда по формуле (4):
Расход воздуха по углекислоте:
где 1 2 - коэффициент учитывающий выделение углекислоты микроорганизмами;
КСОг- количество углекислоты выделяемое животными л(гол×ч);
Свн Сн - допустимое содержание СО2 внутри помещения и снаружи.
Концентрация СО2 в наружном воздухе в сельской местности составляет 03÷0.4 лм3.
Количество углекислоты выделяемое животными:
где - поправочный коэффициент зависящий от температуры в помещении
- норма выделения СО2 на 1кг живой массы л(гол×ч).
Приняв С = 3 лм3 и С=04 л м3 по формуле (7) вычислим
Т.к. > принимаем = =53.
Определив вентиляционную норму на голову и зная число животных в помещении вычислим необходимую производительность вентиляционной установки:
Проверяем производительность вентиляционной установки на допустимую кратность воздухообмена в помещении:
что удовлетворяет требованиям: допустимая кратность воздухообмена в животноводческих помещениях в отопительный сезон .
По формуле (3) вычисляем количество тепла теряемое с вентиляцией:
Количество тепла Qж в кДжч выделяемое животными:
где - теплота выделяемая одним животным кДж(голч).
Для вычисления воспользуемся формулой:
где - поправочный коэффициент зависящий от температуры в
- норма выделения теплоты на 1 кг живой массы Вт.
7 Вт = 437 Джс = 4373600 Джч = 1573.2 кДжч.
Тогда =1447200=314640 кДжч и по формуле (1) определяем производительность электрокалориферов:
Общая мощность системы отопления
В животноводческих помещениях рекомендуется принимать мощность одной калориферной установки не более 50кВт при четном числе отопительно-вентиляционных установок. При числе отопительно-вентиляционных установок более четырех или шести следует предусмотреть несколько помещений с целью установки в одном помещении не более четырех или шести калориферов. Расположение отопительно-вентиляционных установок должно быть таким чтобы обеспечивалось равномерное распределение теплового потока в помещении.
Определяем число Z отопительно-вентиляционных установок:
Приняв Z=3 найдём расчётную мощность одного калорифера:
1.2 Тепловой расчёт нагревательных элементов
В качестве нагревательного устройства в электрокалориферах используем геометрические нагревательные элементы (ТЭНы) смонтированные в конструктивный блок. Порядок расчёта следующий:
а)Выбор скорости воздушного потока
Для обеспечения эффективной термической нагрузки ТЭНов не приводящей к перегреву нагревателей обеспечивают движение потока воздуха в зоне нагревателей со скоростью не менее 6 мс. Учитывая возрастание аэродинамического сопротивления конструкций воздушного канала и нагревательного блока с ростом скорости потока воздуха ограничивают последнюю до 10мс. Поэтому принимаем
б)Определение критерия Рейнольдса
Критерий Рейнольдса который определяет режим обтекания ТЭНов воздухом вычисляется по формуле:
где VВ - скорость воздушного потока мс;
= 185 - коэффициент кинематической вязкости воздуха.
Приняв D = 12·10-3 м вычисляем Rе = =518919.
в) Определение критерия Нуссельта
Критерий Нуссельта позволяет определить коэффициент теплоотдачи нагревателей в зависимости от расположения ТЭНов в пучке. Различают коридорное и шахматное расположения нагревателей в пучках.
Формулы для вычисления критерия Нуссельта имеют следующий вид:
для шахматных пучков труб:
при Rе Nи = 049Rе (12)
приRе> Nи = 035Rе (13)
где Nи - критерий Нуссельта;
Rе - критерий Рейнольдса.
Для шахматного расположения ТЭНов при Rе=518919>1103 вычисляем Nи по формуле (13):
Nu = 035 5189.19 = 593.
г) Определение коэффициента конвективного теплообмена
Зная критерий Нуссельта определим коэффициент конвективного теплообмена по формуле
= 0027 Втм°С - коэффициент теплопроводности воздуха.
д) Определение температуры воздушного потока
Температуру воздушного потока определяем по выражению:
где = -23 °С - средняя температура воздуха за отопительный период;
= 50 °С - температура воздуха на выходе калорифера.
д) Расчет площади теплоотдающей поверхности всех ТЭНов
Площадь F теплоотдающей поверхности всех ТЭНов:
где - полный тепловой поток переданный от нагревателя воздуху равный мощности
к - коэффициент конвективного теплообмена вычисленный по
формуле (16) Вт(м3×0С);
- соответственно температура теплоотдающей поверхности нагревателя
Температура теплоотдающей поверхности нагревателя принимаем равной 380°С и по
е )Выбор марки и количества ТЭНов
Выбираем нагревательный элемент №8 марки ЭТ-140 который имеет следующие технические данные:
номинальная мощность Р=25кВт;
номинальное напряжение 220В;
номинальный ток 114А;
развернутая длина =1400мм;
удельная поверхностная мощность 535Втсм2;
Площадь теплоотдающей поверхности выбранного ТЭНа
Исходя из требуемой площади Рн теплоотдающей поверхности всех нагревательных элементов определяем расчетное число ТЭНов:
соблюдая правило: ZT = 3n (18)
где - выбранное число ТЭНов;
п - положительное целое число при этом п 8.
Следовательно количество ТЭНов в одном калорифере должно быть не более двадцати четырех.
Вычисляем расчетное число ТЭНов:
Округлим расчетное число ТЭНов до24 для лучшего расположения в калорифере.
Согласно условию ) принимаем ZТ= 24. При этом расчетная мощность одного ТЭНа
что удовлетворяет условию
ж) Компоновка нагревательного блока
Выбрав марку и определив число ТЭНов производим предварительную компоновку нагревательного блока располагая 24 нагревателей в 6 рядов по 4 нагревателя в каждом ряду.
з) Определение среднего коэффициента теплоотдачи
Средний коэффициент теплоотдачи (коэффициент конвективного теплообмена) пучка труб определяем по формулам:
для шахматных пучков (19)
где т - количество рядов труб в пучке нагревательного блока;
ак - коэффициент конвективного теплообмена вычисленный ранее.
Для коридорных пучков при т = 6 вычисляем
и) Проверка условия охлаждения нагревателей 1-го ряда
Конструкцию сформированного нагревательного блока следует проверить по условию охлаждения первого ряда нагревателей находящихся в наиболее неблагоприятных условиях.
Для первого ряда нагревателей скомпонованного нагревательного блока должно выполняться условие:
где - действительная средняя температура поверхности нагревателей первого ряда пучка °С;
- средний коэффициент конвективного теплообмена вычисленный ранее;
Р - суммарная мощность нагревателей первого ряда ТЭНов Вт;
-температура воздушной среды °С;
F- суммарная площадь теплоотдающей поверхности первого ряда ТЭНов м2.
Значения определяются из параметров выбранных ТЭНов:
где k - число ТЭНов в ряду;
Выполняем расчет по условию (23):
Условие выполняется. Значит данный нагреватель скорость воздуха и конструкция блока выбраны правильно.
1.3 Выбор вентилятора и определение мощности электродвигателя для его привода
Производительность одного вентилятора
Требуемую подачу вентилятора с учетом потерь и подсосов воздуха в воздуховодах определяем по формуле:
где - коэффициент учитывающий потери (подсос) воздуха в воздухо- водах.
Для стальных асбоцементных и пластмассовых воздуховодов длиной до 50м коэффициент =11.
Зная подачу и напор вентилятора по номограмме выбираем вентилятор Ц4-70 № 5 и находим рабочую точку определяющую КПД вентилятора =075 и безразмерный коэффициент А=6000 по которому вычисляем частоту вращения вентилятора:
Мощность электродвигателя для привода вентилятора определяем по
где - подача вентилятора м3с;
Нв - полный напор Нм2;
k3 - коэффициент запаса.
Значение коэффициента запаса принимаем равным 11 (из интервала 11÷115). Полагая что скорости вращения вентилятора и электродвигателя совпадают принимаем =1 и вычисляем
Вентиляторы рекомендуется комплектовать трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором серий АИР 5А; при этом электродвигатели серии 5А полностью взаимозаменяемы с соответствующими типами электродвигателей серий 4А и АИР.
Выбираем электродвигатель типа АИР80А4 с синхронной частотой вращения 1500мин. Его технические данные:
= 11 кВт; =1410 мин; = 75% ;
Номинальный ток выбранного двигателя:
1.4 Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства
В расчет конструктивных параметров блока ТЭНов входит определение расстояний (в просвете): х - между нагревателями в ряду;
х2 - между рядами нагревателей а также определение внешних размеров блока.
Для расчета х определяем «живое» сечение блока нагревателей т.е. не занятую ТЭНами площадь воздушного канала:
где расчетная воздухопроизводительность вентилятора м3с; Vв — принятая в тепловом расчете скорость воздуха мс.
Расстояние между нагревателями в ряду х определяем по выражению:
- активная длина ТЭНа м.
Расстояние между рядами нагревателей х2 определяем из условий:
При выбранном D=12мм 226 > =18 поэтому по условию
Высоту H и ширину В блока нагревателей определяем из выражений:
где l - развернутая длина ТЭНа мм.
Для значений =226мм D =12мм и l = 1400мм вычисляем:
Глубину С блока нагревателей определяем из выражения:
С = (т + 1)х2+тD (31)
где т - число рядов ТЭНов.
При т = 6 С = (6 + 1)226 + 6·12 = 2302мм.
По результатам расчета выполняем эскиз нагревательного блока и разрез неоребренного (гладкого) ТЭНа.
Рис.1. Эскиз нагревательного блока
1.5 Расчет сети подключения выбор аппаратуры управления
Расчет силовой сети электрокалориферной установки и линии ее подключения а
также выбор аппаратуры управления и защиты производится по рабочим токам.
Для линии электрокалорифера величина рабочего тока определяется по формуле:
а для линии электродвигателя - по формуле:
где РК1 - мощность калорифера кВт;
Uн - номинальное напряжение на зажимах калорифера равное линейному напряжению сети В;
kЗД - коэффициент загрузки электродвигателя.
Коэффициент загрузки электродвигателя учитывает несоответствие значений
расчетной мощности и номинальной мощности а также характер нагрузки рабочей
машины учитываемый коэффициентом загрузки рабочей машины kЗМ.
Для вентиляторов рекомендуется принимать коэффициент загрузки kЗМ =1. С учетом
этого обстоятельства имеем:
Вычисляем по формулам (32) и (33):
Рабочий ток для линии секции электрокалорифера:
Рабочий ток магистрали питающей электрокалориферную установку равен сумме рабочих токов калорифера и двигателя:
Для магистрали максимальный ток равен сумме рабочего тока линии калорифера и пускового тока двигателя:
Пусковой ток двигателя:
где - кратность пускового тока двигателя.
Для выбранного двигателя IПУСК = 55 28 = 154А тогда максимальный ток магистрали
По вычисленным рабочим токам выбираем питающий кабель
для линии электрокалорифера - кабель ВВГ 4×16;
для линии электродвигателя - кабель АВРГ 4×25;
для магистрали - кабель ВВГ 4×16.
Подключение к сети магистрали и линии электродвигателя осуществляем с помощью
автоматических воздушных выключателей :
Для подключения магистрали выбираем автоматический выключатель ВА47-100 с
комбинированным расцепителем удовлетворяющий вышеуказанным условиям:
Для подключения двигателя выбираем выключатель
ВА47-29 нос IН.РАСЦ=15А>IД=2А
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-63 :
Номинальное напряжение 380В;
Номинальный ток предохранителя 63А;
Ток плавкой вставки =40А > = 25.3А.
Включение электрокалорифера и двигателя вентилятора осуществляем магнитными
пускателями исходя из условий:
Для включения электрокалорифера выбираем магнитный пускатель ПМЕ-312 с
а для включения электродвигателя - магнитный пускатель ПМЕ-002 (тоже с тепловым реле):
1.6 Разработка схемы управления электрокалориферной установкой
Схема управления предусматривает автоматический и ручной режимы работы. В автоматическом режиме универсальный переключатель SA1 ставят в положение А. Получают питание катушки магнитных пускателей KM1-KM3 и включают все три секции нагревательных элементов калорифера о чем сигнализируют лампы HL2-HL4.
Когда температура воздуха в отапливаемом помещении выше установленной срабатывает температурный регулятор KМ6 размыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя KM1 который отключает одну секцию калорифера.
Если температура продолжает увеличиваться регулятор температуры KМ6 лишает питания магнитный пускатель KM2 который прекращает работу второй секции. Третья секция работает аналогично.
Регуляторы KK3-КК5 защищают нагреватели от перегрева размыкая свои контакты в цепи магнитных пускателей KM1-KM3 когда температура на поверхности (оребрения) нагревательных элементов превысит 180° С. В этом случае прекращают работу нагревательные элементы а при понижении температуры включаются вновь. Ввод нагревателей в действие возможен лишь после включения вентилятора автоматическим выключателем QF2 блок-контакты которого находятся в цепях управления магнитными пускателем KM4.
В ручном режиме переключатель SA1 ставят в положение Р а работой нагревательных секций электрокалорифера управляют при помощи ключа SA2: в положении 1 включена первая секция калорифера в положении 2 первая и вторая в положении 3 — все три секции.
Рассчитанная электрокалориферная установка схожа с установкой типа СФОЦ- 60.
Сравнивая ее с базовой СФОЦ- 25 устанавливаем что она мощнее в 3 раза применяется двигатель мощностью 2.2 кВт с частотой вращения 1500 об мин. В установке применяется вентилятор №5. Максимальная производительность выше на 2000 м³час.
Список используемой литературы
Кудрявцев И.Ф. Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология: Учеб.пособие. - М.: Колос 1975.
Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве: Учебник. - М.: Агропромиздат 1986.
Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве. - М.: Колос 1995.
Алиев А.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов. - Ростов-на-Дону: Феникс 2004.
Оберюхтин В.А. Светотехника и электротехнология. Часть 2. Методические указания по изучению дисциплины и задания для курсовой работы. -М.: Рос.гос.аграр.заоч.ун-т. 2004.