Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство сельского хозяйства и продовольствия
Республики Беларусь
Белорусский Аграрный Технический Университет
Кафедра Электрооборудования с/х предприятий
Автореферат
по дисциплине «Электротехнология»
на тему
4эпт группы Федосеев А.А.
Минск – 2008
Введение
Микроклимат –это совокупность условий окружающей среды в некотором ограниченном пространстве, например в помещении или его части. Благоприятный микроклимат стимулирует жизнедеятельность и продуктивность животных и птицы, рост растений в сооружения защищенного грунта, способствует сохранности сельскохозяйственной продукции в хранилищах.
Важнейший параметр микроклимата –температуру –поддерживают в помещениях с помощью систем отопления и вентиляции или кондиционирования воздуха.
Электротермическое оборудование применяют в животноводческих, птицеводческих, подсобных и вспомогательных помещениях, сооружения защищенного грунта и хранилищах сельскохозяйственной продукции.
Создав оптимальный микроклимат, можно при одинаковом уровне кормления увеличить прирост живой массы КРС на 20…25%, надой молока на 15…20%, сократить отход молодняка на 10…15%, снизить потери продукции в хранилищах на 10…20%, получать в течение года свежие овощи, а также продлить срок службы оборудования или помещений.
По функциональному назначению различают:
- оборудование общего отопления;
- местного обогрева;
- смешанное.
По способу использования электрической энергии:
- прямого (с аккумуляцией теплоты и без нее) отопления;
- косвенного (с тепловыми насосами и теплообменниками) отопления.
В зависимости от применяемого оборудования существуют следующие виды отопления: элетрокалориферное, электрокотельное, электропечное, элементное, лучистое и комбинированное.
Для общего отопления в животноводческих помещениях, в основном, применяют электрокалориферные установки, электрокалориферы, электропечи, электрокотельные, электротепловые насосы и кондиционеры воздуха. Для местного –электрообогреваемые полы и панели, установки инфракрасного, напольного и комбинированного обогрева.
1 Расчет мощности электрокалориферной установки
Расчет ведем по методике, описанной в пункте 3 [1].
Расчётный тепловой поток для помещения молочно-товарной фермы определяем по формуле (1) [1] :
(1.1)
где qo –отопительная характеристика здания, Вт/(м3.C), из исходных данных qo = 0.55Вт/(м3.C);
V –внутренний объем помещения, м3;
в –плотность воздуха, в = 1.29кг/м3 (пункт 3 [1]);
Cв –удельная теплоемкость воздуха, Cв = 1000 Дж/(кг.С);
L –подача вентиляционного воздуха, м3/с;
tв –температура воздуха внутри помещения, из исходных данных tв = +14С;
tн –расчетная температура наружного воздуха, из исходных данных tн = -8С;
Фж –поток теплоты, выделяемый от животных, Вт.
Расчетный объем помещения определяем по формуле (2) [1]:
(1.2)
где V0 –удельный объем помещения (на одну голову скота), из исходный данных V0 = 0,4м3/гол;
N –количество животных в помещении, из исходных данных N = 30000гол.
Подставляя числовые значения в формулу (1.2), получаем:
0,4*30000=12000,м3
Подачу вентиляционного воздуха приближенно определяем по формуле (3) [1]:
(1.3)
где l –удельная подача воздуха, для коров принимаем
l = 750м3/(кг.ч) (таблица 10.11 [3]);
m1 –средняя масса одного животного, из исходных данных
m1 = 1кг;
.8 –Коэффициент учитывающий дополнительный приток воздуха за счёт инфильтрации. Подставляя числовые значения в формулу (1.3), получаем:
L=(0/8*0,75*10^3*1*30000)/3600=5 м3/с,
Поток теплоты от животных определяем по формуле (4) [1]:
(1.4)
где Ф1 –явные тепловыделения одним животным, для коров принимаем Ф1 = 8,49Вт/гол (таблица 10.9 [3]).
Подставляя расчетные значения в формулу (1.4), получаем:
Фж=8,49*30000=254700Вт
Используя полученные данные, определяем расчётный тепловой поток по формуле (1.1):
Ф=(0,55*12000+1.29*1000*5)*(14+8)-254700=32400 Вт
Установленную мощность электрокалориферной установки (ЭКУ) определяем по формуле (5) [1]:
(1.5)
где Кз –коэффициент запаса, в соответствиями с рекомендациями пункта 3 [1], принимаем Кз = 1,1;
–коэффициент полезного действия (КПД) установки, принимаем = 0,9.
Получаем:
Р=1,1*32400/0,9=39,6 кВт
Затем, по установленной мощности ЭКУ определяем единичную мощность установки Pэку, и их количество nэку. При выборе руководствуемся:
- соображениями надежности снабжения;
- равномерностью распределения подогретого воздуха;
- возможностью размещения установок в помещении.
Выбираем 4 ЭКУ мощностью каждая по 9,9 кВт. Ближайшая большая мощность в размерном ряду –кВт.
Определяем количество трубчатых нагревательных элементов (ТЭНов) в установке:
10/1.8=6 шт
Принимаем zэку = 6 шт. Число ТЭНов должно быть кратным 3 (количество фаз), кратным числу ступеней регулирования nсек = 2 (таблица 4 [1]).
Определяем количество ТЭНов в фазе установки:
1 шт
Принимаем Zфв=1 ТЭН.
Действительная мощность установки определяется по формуле (9):
(1.6)
Получаем:
Рэку.д=3*2*1*1.8=10,8 кВт
Предельное отклонение полученного значения действительной мощности ЭКУ Pэку.д. допускается в пределах от –% до +10%. В нашем случае это условие выполняется:
Суммарная мощность всех калориферных установок определяется по формуле (8) [1]:
(1.7)
Имеем:
Расчет ведем по методике описанной в пункте 4 [1].
Исходные данные к расчету:
Исходя из предварительных расчетов, подбираем высоту окна калорифера для данного случая. Из таблицы 6 [1] выписываем основные размеры калорифера СФО-10/0,5Т-И1 и заносим их в таблицу 4.1.
Таблица 2.1 Основные размеры калорифера СФО-10/0,5Т.
|
Тип калорифера |
Размеры, мм |
|
H |
H1 |
A |
B |
|
|
СФО-10/1Т-И1 |
ТЭНы размещаем вертикально в шахматном порядке в 3 ряда. В каждом ряду размещаем 2 ТЭНа. Проверим возможность размещения ТЭНов в данном калорифере.
Диаметр оребренного ТЭНа - 40мм (в среднем), Расстояние между осями ТЭНов – 50 … 60мм. Следовательно: 50 * 2 = 100мм <= H = 140мм –условие выполняется, следовательно, для данного случая принимаем типовые размеры калорифера СФО-10/0,5Т-И1.
Выбираем сплав сопротивления для спирали и материал оболочки. Для спирали используем нихромовый сплав Х20Н80–Н, для оболочки ТЭНа используем углеродистую сталь.
Обосновываем рабочую температуру спирали tсп, исходя из условий:
где tдоп –максимальная допустимая температура для нихромового сплава Х20Н80–Н, из таблицы 5.4 [2] tдоп = 1100C
Получаем: 0,6.tдоп = 0,6.1100 = 660C. Принимаем tсп = 630C.
Предварительно определяем диаметр проволоки спирали d, в следующей последовательности:
(2.1)
где - коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления ТЭНа при опрессовке, = 0.77.
(2.2)
Имеем:
(2.3)
где kм –коэффициент монтажа, принимаем kм = 0.85;
kс –коэффициент среды, принимаем kс = 1.3;
Подставляя числовые значения, получаем:
Затем, определяем геометрические параметры ТЭНа, руководствуясь рекомендуемыми соотношениями (5.57) [2]:
(2.4)
(2.5)
где h –шаг спирали, мм;
dсп.нар. –наружный диаметр спирали, мм;
dтр.вн. –внутренний диаметр трубки. Толщина оболочки приближенно равна 0.1.dтр.нар., следовательно:
(2.6)
Получаем:
Пользуясь соотношениями (2.4) и (2.5), получаем:
Определяем необходимую длину проволоки спирали по формуле (4.59) [2]:
(2.7)
где 20 –сопротивление нихрома при 20С, 20 = 1.1.10-6Ом.м (таблица 5.4 [2]);
–температурный коэффициент сопротивления нихрома, = 16.8.10-6С-1 (таблица 5.4 [2]);
В итоге имеем:
Число витков спирали определяем по формуле (15) [1]:
(2.8)
где dсп –средний диаметр витка спирали, для данного случая принимаем dсп = dсп.нар. -d= 8,3-0,6 =0,005м.
Получаем:
Активную длину ТЭНа определяем по формуле (16) [1]:
ТЭНа 2.9)
Окончательно получаем:
Величина Lакт должна быть равной 0.48м. Допустимое отклонение –не более 3%.
Проверяем:
Так как допустимое отклонение 0,8% <= 3% в пределах нормы, то делаем вывод, что диаметр проволоки d подобран верно, параметры ТЭНа dсп, h определены правильно.
Задача этого расчета состоит в определении температуры поверхности оболочки tтр спроектированного ТЭНа и температуры спирали tсп.
Температура трубки ТЭНа определяется по формуле (19) [1]:
(2.10)
где P –мощность ТЭНа, P =1,8 кВт;
tв –средняя температура воздуха в калорифере, С;
–коэффициент теплоотдачи от ТЭНа к воздуху, Вт/(м2.С).
Средняя температура воздуха в калорифере определяется по следующей формуле:
(2.11)
где t1 –температура поступающего (холодного воздуха), из условия задания t1 = -8 С;
t2 –температура выходящего (нагретого) воздуха, определяется по формуле (17) [1]:
(2.12)
где L –стандартная подача ЭКУ
Имеем:
Подставляя числовые значения в формулу (2.11), определяем среднюю температуру воздуха в калорифере:
Коэффициент теплоотдачи от ТЭНа к воздуху определяем по номограмме 3 [1] при следующих параметрах:
Скорость воздуха в калорифере определяется по формуле (21) [1]:
(2.13)
где f –площадь поперечного сечения канала калорифера в месте наиболее заполненном нагревателями, определяется по формуле (22) [1]:
(2.14)
где H –высота канала (окна), H = 140мм;
zр –число ТЭНов в одном вертикальном ряду, zр = 2.
В итоге, имеем:
По формуле (2.13) определяем скорость движения воздуха в калорифере:
Окончательно, определяем = 45Вт/(м2.С).
Подставляя рассчитанные значения определяем температуру трубки tтр:
Полученная температура трубки удовлетворяет следующие условия:
Температуру спирали определяем по формуле (23) [1]:
(2.15)
где н –теплопроводность наполнителя (для периклаза н = 1Вт/(м.С));
(2.16)
Kсп –коэффициент, учитывающий различие условий теплообмена на модели и в реальном нагревателе, определяется по формуле (24):
Подставляя ранее рассчитанные значения, получаем:
Окончательно имеем:
Рассчитанная температура спирали удовлетворяет условию пункта 4[1] и не превышает допустимую для материала проволоки: 335,1С<=630С;
Согласно указаниям пункта 5 [1] подбираем электродвигатель для вентилятора. Необходимая подача воздуха вентилятором ЭКУ с учетом потерь и подсосов воздуха в воздуховодах определяем по формуле (25) [1]:
(3.1)
где k –коэффициент, учитывающий потери и подсос воздуха в воздуховодах. Для стальных воздуховодов длиной до 50м принимаем k = 1.1.
Подставляя числовые значения, получаем:
В ЭКУ типа СФОЦ используют центробежные вентиляторы, способные развивать высокое давление при достаточно большой подаче. По номограмме пункта 8.7 [3] по расчетному напору вентилятора P = 350Па (из задания на проектирования) и необходимой подаче воздуха L = 871,2 м3/ч выбираем центробежный вентилятор типа ВЦ 4-75 марки Е3.15.105-1.
Мощность электродвигателя для привода вентилятора определим по формуле (26) [1]:
(3.2)
где kз –коэффицент запаса, принимаем kз = 1,4;
п –КПД передачи п = 1;
в –КПД вентилятора, принимаем в = 0.9;
В итоге имеем:
По таблице 8.16 [3] определяем двигатель, которым комплектуется вентилятор. Двигатель асинхронный короткозамкнутый серии 4АА63В4.
Данные по комплектации вентиляционного агрегата сводим в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 Комплектность вентиляционного агрегата с вентилятором ВЦ 4-75.
|
Обозна-чение |
Вентилятор ВЦ 4-75 |
Электродвигатель |
|
Номер |
Диаметр колеса, % номинального |
Частота вращения, мин-1 |
Тип |
Мощность, кВт |
Частота вращения, мин-1 |
Мас-са, кг. |
|
|
Е3.15.105-1 |
,15 |
АА63В4 |
,37 |
,1 |
Выбор и проверочный расчет серийной ЭКУ.
Задача выбора серийной ЭКУ состоит в определении типоразмера установки и их числа. Выбор производим по трем основным параметрам:
Для нашего случая выбираем установку типа СФОЦ10/0,5-И1. Технические данные данной установки заносим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 Технические данные установки СФОЦ10/0.5-И1.
|
Установленная мощность, кВт |
В том числе электрокалорифера, кВт |
Подача воздуха, м3/ч |
Напор вентилятора, Па |
Число секций электрокалорифера, шт |
Число ТЭНов, шт |
Мощность секции, кВт |
|
10 |
,6 |
,8 |
|
Температура выходящего воздуха, не более, С |
Напряжение сети, В |
Частота тока, Гц |
Число фаз, шт |
Схема соединения |
|
50 |
/220 |
Y |
Задача проверочного расчета состоит в определении температуры воздуха на выходе из калорифера, которая не должна превышать 50С и температуры поверхности ТЭНов, допустимое значение которой 180С
Необходимость в проверочном расчете возникает в том случае, если условия работы ЭКУ отличаются от тех, которые указаны в паспорте.
Определяем температуру воздуха на выходе из калорифера по формуле (27) [1]:
(4.1)
Получаем:
Среднюю температуру внутри калорифера определим по формуле (2.11):
Так как геометрические размеры ЭКУ в предварительном расчете мы брали аналогичными размерам СФОЦ10/0,5-И1, то коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа к воздуху будет таким же как и в предыдущем расчете: = 45Вт/(м2.С).
По формуле (2.10) определяем температуру трубки, приняв А1 = 0.27м2:
Ксп будет аналогичным предыдущему расчету: Ксп = 0,93
По формуле (4.15) определяем температуру спирали:
В результате проверочного расчета определили, что температура воздуха на выходе из калорифера не превышает 50С, температура поверхности трубки не превышает 180С, а температура спирали на превышает допустимого значения температуры для нихрома.
Разработка принципиальной электрической схемы силовых цепей ЭКУ, выбор коммутационной и защитной аппаратуры.
Согласно пункту 7 [1] в данном проекте требуется разработать магистрали, питающей ЭКУ, а также защиту электрокалорифера от токов короткого замыкания и двигателя вентилятора от токов короткого замыкания и перегрузки, а также осуществить выбор коммутационной аппаратуры.
Защиту от аварийных режимов электрокалорифера (ТЭНов) будем осуществлять с помощью предохранителей. Защита электродвигателя и питающей магистрали будет осуществляться с помощью автоматического выключателя. В качестве коммутационной аппаратуры используем электромагнитные пускатели.
Выбор аппаратуры, вставок предохранителя и уставок автоматического выключателя производиться по расчетным токам, которые определяются следующим образом:
(1)
(2)
(3)
Подставляя числовые значения в формулы (1), (2), (3) определяем токи:
Определим максимальный (пусковой) ток двигателя по следующей формуле:
(4)
где Kп –коэффициент кратности пуска, примем Kп = 5.
Выбор производится по трем условиям:
Для защиты ТЭНов, установленных в ЭКУ выбираем предохранитель типа ПР-2, осуществляем проверку:
Uн: В <= 1000В;
Iн: .7А <= 60А;
Iн.вст.: .7A <= 10А.
Выбор производится по пяти условиям:
Для защиты электродвигателя выбираем автоматический выключатель серии АЕ2023 с электромагнитным расцепителем. Номинальный ток автомата Iн = 16А, Iн.расц. = 2.0А Осуществляем проверку:
Uн: В <= 660В;
Iн: .4А <= 16А;
Iн.расц.: .4A <= 2.0А;
Iср.э/м: .0A <= 30А.
Аналогичным образом осуществляем выбор автоматического выключателя для защиты линии.
Выбираем автоматический выключатель серии АЕ2056М с электромагнитным расцепителем. Параметры автомата: Iн = 100А, Iн.расц. = 80А.
Выбор электромагнитных пускателей осуществляется по следующим условиям:
Для дистанционного управления фазными группами ТЭНов используем электромагнитные пускатели серии ПМЛ-112002 с Iн = 63А. Осуществляем проверку:
Uн: В <= 660В;
Iн: .7А <= 63А.
Разработка схемы управления и автоматизации.
Cистема управления и автоматизации ЭКУ должна обеспечить:
Для обеспечения вышеперечисленных условий воспользуемся уже разработанной типовой схемой управления ЭКУ типа СФОЦ исп.1. Схемное решение этого исполнения обеспечивают управление ЭКУ СФОЦ-10/0.5Т в ручном и автоматическом режиме работы, обеспечивает ступенчатое регулирование мощности, а, следовательно, и температуры воздуха путем изменения числа включенных ТЭНов электрокалорифера (100, 50% от номинальной мощности). Данная схема также обеспечивает регулирование температуры воздуха на выходе в зависимости от температуры внутри отапливаемого помещения.
Рассмотрим принципиальную электрическую схему.
Установка типа СФОЦ исп.1 предусматривает ручной «Р» и автоматический «А» режим работы (переключатель SA1), ступенчатое включение мощности (SA2), двухпозиционное регулирование температуры регулятором температуры SK1 и SK2, защиту ТЭНов от перегрева (терморегулятор SK3), защита электрокалорифера от включения при неработающем вентиляторе (блок-контакт QF2 в цепи управления).В ручном режиме работы секции электрокалорифера выключателем SA2. В автоматическом режиме секции I и II управляются регуляторами температуры SK1 и SK2.
Рассмотрим работу схемы:
Переключатель SA1 ставим в положение «А», SA2 –в положение 0 или 1/2, в других положениях автоматический режим не работает. Устанавливаем на SK1 - 12С, на SK2 - 16С. Температура в помещении ниже заданной. Включаем автомат QF1 –загорается лампа HL1. Включаем QF2, запускается электродвигатель вентилятора, напряжение подается на катушки пускателей КМ1, КМ2. Пускатели замыкают свои контакты в силовой цепи и включают секции электрокалорифера ЕК. При температуре воздуха 12С размыкается контакт SK1 и отключается секция I, при 16С размыкается SK2 и отключается секция II. При понижении температуры SK2, SK1 замыкают свои контакты и включают секции калорифера.
При температуре оребрения ТЭНов 180С терморегулятор SK3 выключает электрокалорифер.
Определение эксплуатационных показателей.
Мощность, потребляемая электродвигателем вентилятора определяется по формуле :
где Pдв.уст. –установленная мощность электродвигателя, кВт;
Kз –коэффициент загрузки двигателя, Kз = 0,6.
Получаем:
Далее определяем суммарную мощность, потребляемую ЭКУ, по формуле:
где Pэк.уст. –установленная мощность калорифера, Pэк.уст. = 10,8 кВт.
В итоге имеем:
Удельный расход электроэнергии за сезон эксплуатации ЭКУ, кВт.ч/(гол.год), рассчитываем по формуле:
где от –продолжительность отопительного периода, для птичников для кур от = 102 суток/год;
zэку –количество ЭКУ в помещении, шт;
N –количество голов в помещении.
Получаем:
Энергетическая составляющая годовых эксплуатационных затрат, руб/(гол.год):
где c –тариф на электроэнергию, руб/(кВт.час), c = 62 руб/кВт.
Подставляя числовые значения, имеем:
Курсовая работа представлена расчетно-пояснительной запиской на 19 страницах машинописного текста, содержащей 5 таблиц и графической частью, включающей 4 листа формата А3.
В работе выполнены расчеты мощности калориферной установки, трубчатых электронагревателей, выбор электродвигателя для привода вентилятора, выбор и проверочный расчет серийной калориферной установки. Записка также содержит разработку принципиальной электрической схемы силовых цепей и выбор коммутационной и защитной аппаратуры. В процессе выполнения курсового проекта была разработана схема управления и автоматизации и определены эксплуатационные показатели.
Графическая часть работы выполняется на листах формата А3 и включает в себя:
Курсовой проект оформлен на текстовом редакторе MS Word XP, для расчетов была использована система электронных таблиц MS Excel XP