Проектирования электрического обогрева и вентиляции птицефермы на 5000 кур

Аннотация.doc

В курсовой работе рассмотрены вопросы проектирования электрического обогрева и вентиляции птицефермы на 5000 кур. Курсовая работа состоит из расчётно-пояснительной записки и из четырёх листов графической части.
Пояснительная записка представлена 32 страницами печатного текста и состоит из следующих частей: введение характеристика объекта расчёт вентиляции расчет отопления расчёт электрического калорифера расчёт и выбор привода вентилятора разработка электрической схемы управления и расчёт параметров регулирования расчёт силовой цепи выбор аппаратуры управления и защиты определения расхода электрической энергии за отопительный сезон.
Графическая часть состоит из четырёх листов формата А2:
План объекта с нанесением вентиляционной системы и силовой цепи электрооборудования.
Эскиз ТЭНа и расположение ТЭНов в ряду калорифера.
Переходной процесс при регулировании температуры.
Принципиальная электрическая схема электрокалориферной установки.

Электрическая схема (БРТ-2).cdw

Сигнализация о подачи
напряжения на катушку
магнитного пускателя
управляющего двигателем
калориферной установки
нагревательных элементов
Сигнальная аппаратура
автоматического режима

Эскиз ТЭНа.cdw

Статическая характеристика.cdw

Переходные процессы в системе с двух-
позиционным регулятором
характеристика регулятора и устано-

План здания.cdw

Наименование помещений
План птичника с нанесением
силовой сети и отопительно-
ветниляционной системы
Экспликация помещений

Пояснительная записка.doc

Задание на курсовую работу.3
Расчет вентиляции птичника.4
Расчет отопления птичника.8
Расчет электрического калорифера.13
Расчет и выбор электродвигателей для привода вентиляторов.19
Разработка электрической схемы управления и расчет параметров регулирования.22
Расчет силовой сети выбор аппаратуры управления и защиты.27
Определение расхода энергии.31
Организм животных находится в постоянном взаимодействии с внешней средой. Поэтому создание благоприятного микроклимата в помещениях является одним из основных условий сохранения животных и повышения их продуктивности.
Под микроклиматом понимают совокупность физических свойств и химического состава воздушной среды помещения. Из всех факторов микроклимата температура воздуха оказывает наибольшее влияние на продуктивность сельскохозяйственных животных и использование ими корма. Это объясняется тем что в организме животного протекают биохимические процессы зависящие от температуры. Чем больше возраст животных тем выше оптимальная температура и тем точнее её нужно поддерживать. При пониженной температуре воздуха организм животного должен для сохранения тепла тела постоянно дополнительно производить тепло. Дополнительная энергия может быть получена из корма которая может быть использована на образование молока мяса яиц.
Если температура воздуха слишком высока то продуктивность так же снижается. Для каждого вида животных и птицы в соответствии с возрастом определяются оптимальные температуры.
Отрицательное влияние на продуктивность животных оказывает влажность. Во влажном помещении животные быстро зябнут чаще заболевают. Немаловажное влияние на продуктивность животных и птицы оказывает газовый состав воздуха.
Главное назначение вентиляции – поддерживать оптимальную температуру и влажность воздуха в помещении удалять вредные газы а так же предусмотреть конденсацию паров на внутренней поверхности ограждений. Величина воздухообмена ограничивается скоростью движения воздуха чтобы в помещении не было сквозняков.
Задание на курсовую работу.
Требуется рассчитать систему вентиляции и отопления птичника
на 5 тыс. кур прародительского стада при следующих условиях:
объем помещения для птицы 76х18х27 м;
расчетная температура наружного воздуха .
Таблица 2.1 – Характеристика строительных конструкций.
Коэффициент теплопроводности
Керамзитобетонные панели
Облегченные плиты на деревянном каркасе
минераловатная плита
Примечание: толщина конструкции - 1 приложение 15 коэффициент теплопроводности - 1 приложение 11.
Расчет вентиляции птичника.
Расчет объема приточного воздуха определяют из условия растворения углекислоты до допустимой концентрации и предельно допустимого содержания водяных паров. В этом случае происходит удаление и других вредностей (аммиак сероводород пыль) выделяющихся в помещении в значительно меньших количествах.
Количество приточного воздуха необходимого для понижения концентрации углекислоты вычисляем по формуле:
где количество выделяемое одним животным или птицей данного вида (1 – Приложение 5) ;
количество птицы данного вида в помещении ;
предельно допустимая концентрация в воздухе помещения (1 - Приложение 2) ;
концентрация в наружном воздухе ().
Количество приточного воздуха необходимого для растворения водяных паров вычисляем по формуле:
где суммарные влаговыделения в помещении ;
соответственно плотность внутреннего и наружного воздуха при соответствующей температуре (1 - Приложение 7) ;
влагосодержание воздуха помещения гкг сухого воздуха ;
влагосодержание наружного воздуха гкг сухого воздуха; ;
соответственно относительная влажность внутреннего и наружного воздуха (1 – Приложение 2).
Общее влаговыделение воздуха в птичнике:
где количество водяных паров выделяемых птицами;
количество влаги испаряющейся из помета.
где выделение влаги одной птицей (1 - Приложение 5) ;
количество птицы данного вида в помещении .
где среднесуточный выход помета от одной птицы (1 - Приложение 8) .
Необходимый воздухообмен принимается по наибольшей из двух величин или .
Правильность расчета проверяется по кратности воздухообмена:
где внутренний объем помещения .
В птичниках кратность воздухообмена должна быть в пределах 9 – 13.
Площадь сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге определяется по формуле:
где скорость движения воздуха в вытяжной шахте мс.
где высота вытяжной шахты (2 10 м) .
расчетная температура внутри помещения (1 - Приложение 2) .
Число вытяжных шахт:
где живое сечение одной шахты .
Подача вентилятора принимается по величине расчетного воздухообмена с учетом поправочного коэффициента на подсосы в воздуховодах: при стальных пластмассовых и асбоцементных воздуховодах длиной 50 м – 11; в остальных случаях – 115.
Расчет отопления птичника.
Микроклимат в птичнике зависит от теплоизоляции здания воздухообмена температуры наружного воздуха и количества тепла выделяемого птицами. В тех случаях когда в зимнее время тепловые потери через ограждения и вентиляцию не компенсируются тепловыделениями животных или птиц помещения необходимо оборудовать системами отопления.
Расчет отопления ведут на основе уравнения теплового баланса.
где тепловой поток через ограждения;
потери теплоты на вентиляцию;
случайные потери теплоты обычно принимаются 10-15% от ;
дополнительные потери теплоты в зависимости от ориентации стен к сторонам света дополнительные потери принимают в пределах 10-15% от половины потерь через стены окна двери;
тепловой поток на испарение влаги из помета;
тепловой поток выделяемый птицами.
Тепловые потери через все наружные ограждения определяются по формуле:
где сопротивление теплопередаче ограждения ;
поверхность ограждения ;
расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха °С;
поправочный коэффициент (для наружных стен и полов на грунте n=1 для чердачных перекрытий с различными видами кровли n=075 09; для ограждений отделяющих отапливаемые помещения от не отапливаемых помещений n=04 07; для перекрытий над подпольями n=04 075).
Сопротивление m ограждения теплопередаче:
где термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения (1 - Приложение 9) ;
- термическое сопротивление теплопроводности отдельных слоев ограждения толщиной выполненных из материалов с коэффициентом теплопроводности ;
термическое сопротивление теплопередаче наружной поверхности ограждения (1 - Приложение 10) .
Для расчета теплового режима необходимо определить площадь всех ограждений по паспорту или плану здания.
Площадь дверей и ворот выходящих наружу .
Площадь дверей выходящих в не отапливаемые помещения .
Площадь стен выходящих в не отапливаемые помещения .
Площадь стен выходящих наружу .
Площадь перекрытия .
Потери тепла через не утепленные полы определяют по зонам шириной 2 м параллельным наружным стенам. Сопротивление теплопередаче для первой зоны расположенной непосредственно у стены составляет 215; для второй 43; для третьей 86; для остальной площади пола – 142 .
Сопротивление теплопередаче для каждой зоны:
Рис. 4.1 – Разбиение пола на зоны.
Потери мощности через полы:
Потери мощности через наружные стены :
Потери мощности через стены выходящие в не отапливаемые помещения :
Потери мощности через перекрытие :
Потери мощности через ворота и двери :
Тепловые потери через все ограждения будут равны:
Определяем потери теплоты на вентиляцию.
где расчетный воздухообмен помещения;
плотность наружного воздуха при ;
теплоемкость воздуха .
Случайные и дополнительные потери будут равны:
Поток свободной теплоты выделяемый птицами:
где тепловой поток выделяемый одной птицей (1 - Прил. 5);
Тепловой поток на испарение влаги из помета определяется по формуле:
Тепловой поток необходимый для отопления птичника:
Расчет электрического калорифера.
Для дальнейшего расчета необходимо выбрать принципиальную схему отопительно-вентиляционной системы учитывая рекомендации:
число вентиляторов определяется из условия что подача одного вентилятора во избежание повышенного уровня шума не должна превышать 8000 - 10000 м3ч;
мощность одного электрического калорифера не должна превышать .
Суммарная подача воздуха тепловой поток на отопление .
Принимаем 4 отопительно-вентиляционные системы.
Мощность калорифера определяется по формуле:
где КПД калорифера в зависимости от места установки: 092 1.
количество калориферных установок.
Расчет производим для одной калориферной установки остальные принимаем аналогичные.
В качестве нагревательных элементов используем ТЭНы. В соответствии с рекомендациями количество ТЭНов должно быть кратным трём а его мощность в пределах 15 3 кВт. Принимаем 24 ТЭНа (4 ряда по 6 шт.) расположение ТЭНов – коридорное.
При электрическом расчете ТЭНа необходимо задаться действительной температурой спирали выполняемой из нихромовой проволоки и определить расчетную температуру.
где действительная температура спирали принимаем ;
коэффициент монтажа (1 - Табл. 4.1) ;
коэффициент среды (1 - Табл. 4.2) .
Определяем рабочий ток:
где напряжение на ТЭНе В.
По расчетной температуре спирали и величине тока ТЭНа выбираем соответствующий диаметр проволоки (1 - Табл. 4.3)
Требуемая длина проволоки нагревательного элемента:
где удельное сопротивление нихрома .
где удельное сопротивление нихрома при ;
температурный коэффициент сопротивления нихрома при .
Средний диаметр витков спирали принимается равным:
Количество витков спирали:
Наружный диаметр трубки (не должен превышать 16 18 мм):
Длина пассивной части трубки ТЭНа:
Тепловой расчет ТЭНов. Расчет заключается в определении действительной температуры поверхности оребрения и удельной поверхностной мощности ТЭНа.
Расстояние между центрами ТЭНов в ряду:
По эскизу калорифера необходимо определить живое сечение калорифера (сечение в области расположения ТЭНов через которое проходит подаваемый воздух).
где размеры воздуховода калорифера;
площадь поперечного сечения всех ТЭНов в ряду.
Рис. 5.1 – Эскиз калорифера.
При коридорном расположении ТЭНов:
где число ТЭНов в ряду .
Площадь поперечного сечения всех ТЭНов:
Живое сечение калорифера:
Температура поверхности оребрения ТЭНа существенно зависит от скорости обтекания ТЭНов воздухом . По известной производительности одного вентилятора скорость обтекания будет равна (должна быть не менее 6 8 мс):
Шаг ребер составит:
Критерий Рейнольдса определяет режим обтекания ТЭНов воздухом:
где коэффициент кинематической вязкости воздуха
Критерий Нульсета равен:
где коэффициенты соответственно равны 0104 и 072 для коридорного расположения ТЭНов.
Коэффициент теплоотдачи:
где коэффициент теплопроводности воздуха .
Площадь оребрения будет равна:
Площадь наружной поверхности ТЭНа свободной от ребер:
Площадь теплоотдающей поверхности ТЭНа:
Средняя температура воздуха в калорифере:
где средняя температура воздуха за отопительный сезон (2 - Приложение 6) ;
температура воздуха на выходе из калорифера ;
расчетный перепад между внутренним и наружным воздухом
Температура оребрения ТЭНа составит:
Температура оребренной поверхности ТЭНа не превышает предельно-допустимого значения .
Удельная поверхностная мощность:
Предельно допустимое значение для ТЭНа выполненного из стальной трубки равно (5 6) Втсм2.
Расчет и выбор электродвигателей для привода вентиляторов.
Напор вентилятора необходимый для преодоления сопротивления в вентиляционном трубопроводе равен:
где потери напора в трубопроводе Па;
потери напора от местных сопротивлений Па;
потери напора в калорифере (1 - Табл. 4.4) .
Потери напора в воздухопроводе:
где коэффициент трения воздуха в трубопроводе ;
скорость воздуха в трубопроводе (10 15 мс);
длина и диаметр трубопровода м;
плотность воздуха в трубопроводе .
Длина трубопровода определяется в соответствии с выбранной принципиальной схемой отопительно-вентиляционной системы .
Сечение воздуховода равно:
Эквивалентный диаметр равен:
Потери напора от местных сопротивлений:
где сумма коэффициентов местных сопротивлений отдельных участков приточной системы: жалюзийная решетка на входе ; четыре колена под углом ; отводы от воздуховода .
По подаче одного вентилятора и требуемому напору выбираем центробежный вентилятор (1 - Приложение 12): Ц-4-70 №6.
Таблица 6.1 - Технические характеристики вентилятора Ц-4-70 №6
Диаметр рабочего колеса мм
Частота вращения обмин
Мощность электродвигателя вентилятора определяем по формуле:
где КПД вентилятора ;
В практических расчетах установленную мощность электродвигателя принимают равной:
где коэффициент запаса (1 - Таблица 4.5) .
Принимаем электродвигатель 4А112М4У3 с синхронной частотой вращения 1500 обмин.
Таблица 6.2 – Технические характеристики электродвигателя.
Разработка электрической схемы управления и расчет параметров регулирования.
Животноводческое или птицеводческое помещение как объект автоматического регулирования с достаточной для практики точностью может быть представлено как апериодическое звено с запаздыванием:
где передаточный коэффициент объекта ;
мощность подводимая к нагреваемому телу ;
время запаздывания ;
постоянная объекта с.
где приращение температуры ;
приращение мощности (теплового потока) .
Постоянная времени объекта определяется по формуле:
где теплоемкость помещения ;
теплоотдача помещения .
где теплоемкость воздуха помещения.
где объем помещения ;
массовая теплоемкость воздуха ;
температура выставленная на регуляторе .
Теплоотдача помещения в окружающую среду:
где мощность тепловых потерь.
Зона неоднородности регулятора в относительных единицах :
Для регулятора БРТ-2 принимаем .
Регулирующее воздействие регулятора в относительных единицах при включении электрокалориферной установки равно:
где мощность тепловых потерь при вентиляционной температуре зимнего месяца.
где расчетная зимняя вентиляционная температура (2 - Прил.6):
Регулирующее воздействие при выключении электрокалориферных установок:
Длительность включения электрокалориферной установки определяется по формуле:
передаточный коэффициент объекта в относительных единицах .
Частота переключений регулятора:
Диапазон колебаний температуры:
Положительная амплитуда температуры:
Отрицательная амплитуда температуры:
Для того что бы найти диапазон колебаний и амплитуды температуры в градусах Цельсия необходимо полученные результаты умножить на :
Температура в помещении колеблется от до . Так как положительная и отрицательная амплитуды не равны то среднее значение температуры в помещении отличается от на величину .
Среднее значение температуры составляет . Следовательно чтобы среднее значение температуры внутри птичника было необходимо увеличить температуру задания регулятора на .
Описание схемы управления электрокалориферной установкой.
Схема электрическая принципиальная управления электрокалориферной установкой представлена на листе графической части. Схема предусматривает работу в ручном и автоматическом режимах.
Для работы в автоматическом режиме переключатель SA1 переводят в положение «2». Управление происходит по сигналу терморегулятора. При снижении температуры ниже заданного значения контакты терморегулятора замыкаются и питание получает катушка промежуточного реле KV1. Замыкающие контакты KV1 замыкаются и питание поступает на катушку магнитного пускателя КМ1 а затем на катушку КМ2. Размыкающийся контакт KV1 исключает возникновение ложных цепей. При достижении температуры заданного значения происходит отключение калориферной установки.
Для работы схемы в ручном режиме переключатель SA1 переводят в положение «1». При нажатии на кнопку SB2 получает питание катушка магнитного пускателя KM1 которая силовыми контактами включает электродвигатель калориферной установки. Через блок-контакт КМ1 получает питание катушка магнитного пускателя КМ2 которая своими силовыми контактами включает в работу нагревательный элемент. Цепи сигнализации сигнализируют о режимах работы. Отключение производиться кнопкой SB1.
Расчет силовой сети выбор аппаратуры управления и защиты.
Электрическими аппаратами пуска управления и защиты называют электротехнические устройства и механизмы предназначенные для включения и отключения обеспечения определенного режима работы и для защиты электроприемников и электрических цепей.
Рис. 8.1 – Расчетная схема силовой цепи (одна группа).
Рассчитаем номинальный ток калорифера рабочий и пусковой токи двигателя.
Номинальный ток калорифера:
Номинальный ток двигателя:
Коэффициент загрузки двигателя:
Рабочий ток двигателя:
Пусковой ток двигателя:
Выбор предохранителей.
Условия выбора предохранителей:
По номинальному напряжению: .
По номинальному току.
где коэффициент зависящий от условий пуска .
Принимаем FU1: ПН–2–250 ( );
Выбор автоматических выключателей.
соответственно номинальное напряжение автоматического напряжения и установки (сети) В;
номинальный ток автоматического выключателя А;
номинальный ток расцепителя А;
ток срабатывания отсечки А;
коэффициент надежности (1 - Таблица 6.10) .
Принимаем QF1: ВА51Г25:
Выбор магнитных пускателей.
Условия выбора пускателей:
Принимаем КМ1: ПМА–6000 ();
КМ2: ПМЛ–221002 () с тепловым реле РТЛ–1016.
Выбор сечений проводов и кабелей и расчет потерь напряжения внутренней силовой сети.
Выбор сечений производиться по допустимому току:
где рабочий ток линии А;
коэффициент защитного аппарата;
ток защитного аппарата А.
Потери напряжения во внутренней силовой сети определяються по формуле:
длина линии (определяется по плану здания) м;
удельное активное и индуктивное сопротивление проводников (1 - Табл. 912).
Выбор сечений и расчет потерь напряжения сведем в таблицу 8.1.
Таблица 8.1 – Выбор проводов и кабелей силовой сети.
Тип защитного аппарата
Определение расхода энергии.
Для определения расхода электроэнергии за сезон надо определить мощность фактически потребляемую электрокалориферными установками.
Мощность потребляемая двигателем вентилятора равна:
где установленная мощность электродвигателя вентилятора
КПД электродвигателя ;
коэффициент загрузки электродвигателя .
Суммарная мощность потребляемая электрокалориферной установкой равна:
где мощность потребляемая одним калорифером
Расход электроэнергии при эксплуатации автоматизированных электрокалориферных установок равен:
где время эксплуатации за сезон (2 - Прил. 6) .
Чёба Б. П. Газалов В. С. Методические указания к курсовой работе – Зерноград - 1991г.- 46 с.
Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Агропромиздат 1986. – 287 с.
Кудрявцев И.Ф. Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. – М.: Колос 1975. – 383 с.
Теплотехнический справочник. Под общей редакцией В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. В 2-х т. Т.2. – М.: Энергия 1976. – 866 с.
Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник А.Э. Кравчик М.М. Шлаф и др. М.: Энергоиздат 1982. – 504 с.
Беляев А.В. Выбор аппаратуры защит и кабелей в сетях 04 кВ. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение 1988. – 176 с.