Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Апреля 2014 в 02:38, курсовая работа
Одним из важнейших мероприятии по повышению продуктивности животных и птицы является создание для них оптимальных условий содержания, объединяемых понятием «микроклимат». Только за счет обеспечения в помещениях воздушной оптимальной среды продуктивность многих видов животных и птицы можно повысить на 25 - 30%. Температура воздуха животноводческих и птицеводческих помещений является одним из важнейших параметров микроклимата.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.
1. ВВЕДЕНИЕ.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРА.
3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА.
4. РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО
УСТРОЙСТВА.
5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (ТЭНов).
6. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.
7. РАСЧЕТ СИЛОВОЙ СЕТИ, ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И
ЗАЩИТЫ.
8. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.
ЛИТЕРАТУРА.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРА.
3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА.
5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (ТЭНов).
6. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.
7. РАСЧЕТ СИЛОВОЙ СЕТИ, ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И
ЗАЩИТЫ.
9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.
ЛИТЕРАТУРА.
Одним из важнейших мероприятии по повышению продуктивности животных и птицы является создание для них оптимальных условий содержания, объединяемых понятием «микроклимат». Только за счет обеспечения в помещениях воздушной оптимальной среды продуктивность многих видов животных и птицы можно повысить на 25 - 30%. Температура воздуха животноводческих и птицеводческих помещений является одним из важнейших параметров микроклимата. Из существующих в настоящее время способов отопления наиболее рациональным и удобным считается воздушное отопление, при котором тепло, необходимое для возмещения потерь через строительные конструкции и на нагрев вентиляционного воздуха, подается в помещение с приточным воздухом путем подогрева его в калориферах.
В системах воздушного отопления различных животноводческих и птицеводческих помещений используют электрокалориферные установки, состоящие из электрического калорифера и вентилятора. Эти установки просты по устройству, надежны, пожаробезопасны, не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала и могут быть сравнительно легко автоматизированы.
Настоящая работа включает в себя задачу полного расчета электрокалориферной установки для подогрева приточного воздуха отопительно-вентиляционной системы животноводческих и птицеводческих помещений. В задачу расчета входит:
1) определение мощности
2) выбор электродвигателя для привода вентилятора;
3) расчет конструктивных
4) тепловой расчет
5) расчет силовой сети и выбор аппаратуры управления и защиты;
6) разработка схемы управления
электрокалориферной
7) определение эксплуатационных показателей.
2.1. Теплопроизводительность электрокалорифера (Qк) в кДж/ч для отопительно-вентиляционной системы животноводческих помещений определяется из уравнения теплового баланса:
Qk=Qогр+Qв-Qж ,
где Qог—теплопотери через ограждения помещений, кДж/ч;
Qв —теплопотери, обусловленные вентиляцией, кДж/ч;
Qж —тепло, выделяемое животными, кДж/ч.
Теплопотери через ограждения могут быть определены по формуле:
Qогр = qo·V· (tвнутр-tнар),
где qo—тепловая характеристика помещения;
V=V0·N=17·200=3400 м3 — объем помещения;
tвнутр и tнар —соответственно температура внутри и снаружи помещения, 0С.
Qогр= 2,5·1000· (10-(-24,5)) = 86250 кДж/ч;
Количество тепла Qж в кДж/ч, выделяемого животными:
Qж =Q1·N= 1666,8·100=166680 кДж/ч,
где Q1= qж = 3600∙0,463 =1666,8 кДж/ч — количество тепла, выделяемого одним животным,
N – количество животных,
Количество тепла, теряемого с вентиляцией:
Qв=Lв·Св·
где Lв— подача вентиляционных установок, м3/ч;
Св— массовая теплоемкость воздуха, Св=1,0 кДж/(кг · 0С);
в — плотность воздуха, в =1,2 кг/м3;
Кв— часовая кратность воздухообмена;
V— объем помещения, м
Подача вентиляционных установок Lв при определении мощности устройств отопления находится по удалению избыточной влаги и углекислоты.
Содержание Н2О в воздухе:
где w = 230 г/час – выделение влаги одним животным при t=20 оС,
=1,2 кг/м3 – плотность воздуха,
d1 ,d2 – влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, определяемые по H-d диаграмме.
d1 =5,3 г/кг
Содержание СО2 в воздухе:
где = 72 л/ч – выделение СО2 одним животным при t=20 оС,
с1, с2 – концентрация СО2 в воздухе внутри и снаружи помещения
с1 = 2,5 л/м3 с2 =0,3 л/м3
> , следовательно принимаем Lв= =3848,73
Qв=3848,73·1·1,2·(10-(-24,5)) = 159337,35 кДж/ч
Qk=86250+159337,35 -166680 = 78907,35 кДж/ч
2.2. Кратность воздухообмена в помещении равна:
Кв=
2.3. Общая мощность системы отопления:
Рк =
Следовательно, мощность одного электрокалорифера Рк1 будет равна:
Рк1=
а подача одного вентилятора в м3/ ч:
Lв1=
где Z=1 - число вентиляционных установок.
Требуемая подача вентилятора с учетом потерь и подсосов воздуха в воздуховодах определяется по формуле
Lв1= м3/ ч
где k1—коэффициент, учитывающий потери или подсос воздуха в воздуховодах.
Коэффициент k1=1,1 для стальных, асбоцементных и пластмассовых воздуховодов длиной до 50 м.
Для электрокалориферных установок животноводческих помещений рекомендуется использовать центробежные вентиляторы способные развивать высокое давление при достаточно большой подаче. Наилучшими аэродинамическими свойствами обладают вентиляторы типа Ц4-70.
Принимаем вентилятор Ц4-70 №4с ηвен.=0,54; nвен.= 650 об/мин
Мощность электродвигателя для привода вентилятора определяется по формуле:
Ррасч= ,
где Lв—подача вентилятора, м3/с;
Hв—полный напор, Н/м2;
в — КПД вентилятора;
Кз — коэффициент запаса.
Значение коэффициентов запаса принимается равным 1,1 - 1,5. Вентиляторы рекомендуется комплектовать трехфазными асинхронными электродвигателями серии 4А.
Выбираем двигатель серии 4А80В8У3.
Технические данные:
Pн=0,55 кВт
nн= 700 об/мин
ηн=0,64
cosφ=0,65
Мощность одного ТЭНа Рн определяется, исходя из мощности одного калорифера Рк1 и числа Zн ТЭНов в одном калорифере:
Принимаем в каждой фазе секции по два нагревателя, включенных параллельно. Определяем рабочий ток нагревательного элемента с учетом схемы включения (звезда):
а также расчетную температура tрасч нагревателя:
tрасч=tд∙Км∙Кс=700∙0,4∙1,5=
где tд—действительная температура нагревателя, °С;
Км —коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения;
Кс—коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения.
По рабочему току и расчетному значению температуры по литературе [1] определяется диаметр (d) и сечение (S) нагревателя:
Нихром тройной (Х15Н60-Н) d=1 мм S=0,785 мм2
Рабочее сопротивление нагревателя—запрессованной нихромовой проволоки. Ом:
Rн=
Сопротивление нагревателя до опрессовки:
Rон=Rн
где — коэффициент изменения сопротивления в результате опрессовки, =1,3.
Длина проволоки до опрессовки в м:
где д—удельное сопротивление нихромовой проволоки при действительной температуре, Ом∙м.
Удельное сопротивление д определяют по формуле
д =
20 [1+
(t-20)]= 1,1∙10-6[1+16,3∙10-6(700-20)]=
где 20=1,1∙10-6 Ом∙м —удельное сопротивление материала при температуре 20°С;
=16,3∙10-6 0С-1 —температурный коэффициент изменения сопротивления.
Диаметр спирали (Dсп) равен, мм:
Dсп =(8-10)d=(8-10)∙1=8-10мм;
принимаем Dсп = 10 мм
шаг спирали (в мм) равен:
h=(2-4)d=(2-4)∙1=2-4 мм;
принимаем h = 2 мм
а число витков:
Внутренний диаметр трубки ТЭНа (Dн) равен:
Dн =(2,5-3) Dcп=(2,5-3)∙10=25-30мм
принимаем Dн =25 мм
Длина активной части трубки ТЭНа в м (Lа) после опрессовки равняется длине спирали (Lсп):
Lа= Lсп=10-3∙h∙n=0,001∙2∙580,67=
а до опрессовки:
Lоа=
где —коэффициент, учитывающий изменение длины трубки при опрессовке,
=1,15.
Полная длина ТЭНа в м
L=La+2∙Ln=1,1613 +2∙0,05=1,2613 м
где Ln— длина пассивной части трубки ТЭНа может быть принята равной Ln=0,05 м.
Потребное количество проволоки для одного ТЭНа с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 15—20 витков на стержень:
потр= +( 15 - 20) =
,
Определяем удельная мощность в Вт/см2 поверхности активной части трубки ТЭНа:
W=Рн/La
По эскизу калорифера с учетом расположения ТЭНов (шахматное) определяем живое сечение калорифера Fк:
Скорость воздуха должна быть в интервале 6 – 11 м/с. Приняв для всех вариантов температуру воздуха на выходе из калорифера t2=50°С, определяют среднюю температуру воздуха:
tср=(t1+t2)/2=(-3,5+50)/2=23,
где t1—средняя температура воздуха на входе в калорифер за период работы установки, °С.
Коэффициент теплоотдачи ( ) от ТЭНа к воздуху находится по методике, изложенной в литературе [1], или могут быть использованы следующие формулы.
Коэффициент теплоотдачи ( ) в Вт/(м2 С) равен:
=
где Nu—критерий Нуссельта;
— коэффициент теплопроводности воздуха, =0,027, Вт/(м °С);
Dв—внешний диаметр трубки ТЭНа, м.
Nu=0,37Re0,6
где Re —критерий Рейнольдса.
Критерий Рейнольдса определяет режим обтекания ТЭНов воздухом и равен:
Re=(Vв*Dв)/ =8,44*27/(18,5∙10-6)=12317,84
где Vв – скорость воздуха, м/с;
- коэффициент кинематической вязкости воздуха, м/с, ( 18,5∙10-6).
Nu=0,37Re0,6 = 0,37∙12317,840,6 = 105,32
=
Формула (1) позволяет определить значение коэффициента теплоотдачи, а для ТЭНов третьего и всех последующих рядов в пучке. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то в шахматных и коридорные пучках теплоотдача первого ряда составляет около 0,6, а второго—в шахматных пучках около 0,7 и в коридорных—около 0,9. Расчет проводится для ТЭНов первого ряда, работающих в наиболее тяжелых условиях.
Удельное контактное термическое сопротивление ТЭНа в
Rт=
Контактное сопротивление нагревателя длиной 1 м в
Термическое сопротивление одного метра наполнителя в С/Вт
где — коэффициент теплопроводности наполнителя =1,5, Вт/(м °С).
х = y = К=
Термическое сопротивление трубки длиной 1 м, м °С/Вт
= ,
где —коэффициент теплопроводности стенки, =40, Вт/(м °С).
Общее термическое сопротивление теплопроводности 1 м ТЭНа
Общее термическое сопротивление 1 м нагревателя ТЭНа, м °С/Вт
Общее удельное термическое сопротивление, м °С/Вт
Rт =
Dэ—диаметр эквивалентного цилиндра в м.
Диаметр эквивалентного цилиндра определяется из уравнения
,
Rт =
Удельная мощность на поверхности трубки ТЭНа, Вт/м2
W=
Температуру ТЭНа принимаем равной 180ºС.
W=
Предельно допустимая удельная нагрузка активной поверхности ТЭНа выполненного из стальной трубки при скорости движения воздуха не менее 6 м/с 'равна 6 Вт/см2.
Удельная погонная мощность ТЭНа, Вт/м
W1=W Dв=16500∙3,14∙0,027=1398,87 Вт/м
tсп=tтен+W1rт =180 + 1398,87∙0,09691=315,56 ºС
или
tсп=tср+W1rт =23,25+1398,87∙0,2089=315,47 ºС
и не должна превышать максимально допустимое значение для материала нагревателя (Л1).
Удельная поверхностная мощность нагревательной опирали, Вт/м2
Wсп= Вт/м2
где rт —термическое сопротивление теплопроводности.
6. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.
В связи с тем, что в настоящей работе решаются задачи использования электрической энергии для подогрева наружного воздуха в прямоточной системе вентиляции, совмещенной с отоплением, и принимая во внимание стоимость электроэнергии, ставится вопрос об экономичном расходовании электроэнергии для отопления и вентиляции. Положительное решение этого вопроса возможно только при использовании электроподогрева воздуха в автоматизированных отопительно-вентиляционных системах.