РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ» Расчетно-графическая работа по дисциплине «Светотехника и электротехнология» Тема проекта: «Расчет водонагревательной установки» Автор работы: Колесник А.А. Группа АИБ-424 (Эл) Шифр 120152 Вариант 11(1) Руководитель: / к.т.н., доцент Виноградов А.В. Орел 2015 АННОТАЦИЯ Расчетно-графическая работа содержит пояснительную записку объемом 11 листов, включающих 1 таблицу. В расчетно-графической работе был произведен расчет водонагревательной установки с выбором трубчатого электронагревателя. Произведен выбор пускозащитной аппаратуры и питающего провода. ABSTRACT Cash-graphic work contains an explanatory note of 110 liters, including 1 table. In the settlement and graphic works had been calculated water heating installation with a choice of tubular electric heater. Produced puskozaschitnoy choice of equipment and the supply wires. РГР. 03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Подпись Дата Аннотация Лит. Лист Листов 2 11 Оловский ГАУ АИБ-424 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение...................................................................................................................4 1. Задание к выполнению расчетно- графической работы..................................5 2. Тепловой расчет водонагревательной установки............................................6 3. Выбор пускозащитной аппаратуры и питающего кабеля ..............................9 4. Заключение.........................................................................................................10 5. Список использованных источников ..............................................................11 РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ОГЛАВЛЕНИЕ Лист Листов 3 11 Орловский ГАУ АИБ-424 ВВЕДЕНИЕ Электрический нагрев – процесс преобразования электрической энергии в тепловую для дальнейшего использования. Электронагрев в сельском хозяйстве используется в основном для следующих целей: * подогрева воды для технических нужд; * перегрева воздуха в установках микроклимата на предприятиях сельского хозяйства; * обогрева молодняка сельскохозяйственных животных и птицы; * подогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах; * сушки зерна, сена, овощей, фруктов; * регенерации масла, наплавки деталей, электросварки и др. Электрический нагреватель – основной элемент электротермической установки, преобразующий электрическую Конструктивное исполнение электрического энергию в тепловую. нагревателя определяется нагреваемой средой, характером нагрева, мощностью, технологическим назначением и другими условиями.[3] В зависимости от назначения электрические конструкции и нагреватели выполняют технологического с электрической изоляцией, защитными устройствами, а также с устройством для крепления и подвода электрического тока. РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ВВЕДЕНИЕ Лист Листов 4 11 Орловский ГАУ АИБ-424 1 ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО- ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ В расчетно- графической работе необходимо определить мощность и тип трубчатого электронагревателя (ТЭН) для водонагревателя, выполненного в виде стального прямоугольного параллелепипеда (размеры указаны в таблице 1.1), с толщиной стенки 5 мм. Определить потери тепла в окружающую среду с нижней, боковых и верхней стенок нагревателя при отсутствии теплоизоляции. Выбрать толщину теплоизоляции исходя из условия, что температура наружной стенки не должна превышать 370С. Рассчитать и выбрать необходимое сечение кабеля для питания водонагревателя и выбрать защитный аппарат для защиты питающей линии водонагревателя от короткого замыкания. [2] Таблица 1.1 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,4х 0,5х 0,6х 0,7х 0,8х 0,9х 1х 1х 0,5х0,3 0,3х1 0,4х1 0,5х1 0,6х1 0,7х1 0,8х1 0,9х1 1х1 1х0,3 х1 tнач 5 2 20 25 8 10 5 5 2 20 tкон 90 70 95 80 55 90 95 90 70 95 tокр 10 20 15 5 20 20 10 10 20 15 Размеры,м 0,3х Время нагрева равно 2ч. РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ЗАДАНИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО - ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ Лист Листов 5 11 Орловский ГАУ АИБ-424 2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 2.1 Расчет объема водонагревателя и массы нагреваемой воды:[2] 𝑉 = 𝑎 ∙ 𝑏 ∙ 𝑐 = 0,3 ∗ 0,3 ∗ 1 = 0,09м3 , (1) 𝑚 = 𝜌в ∙ 𝑉 = 1000 ∙ 0,09 = 90 кг, (2) где a, b, c- ширина, длина и высота водонагревателя, м 𝜌в - плотность воды, кг/м3 2.2 Расчет полезной мощности при нагреве воды: Фпол = 𝑚∙𝑐∙(𝑡кон −𝑡нач ) 𝑡 , Вт (3) где m – масса материала, кг.; с – удельная теплоемкость материала, кДж/кг·оС; tкон, tнач – конечная и начальная температура нагреваемого материала, о С; t – время нагрева, с; 90 ∙ 420 ∙ (90 − 5) = 446,25 Вт 7200 2.3 Расчет мощности расходуемой на нагрев конструкции Фпол = водонагревателя: Фк = ∑𝑛𝑖=1 𝑚𝑖 ∙𝑐𝑖 ∙(𝑡кон −𝑡нач ) 𝑡 , Вт (4) где mi, ci – масса и удельная теплоемкость элементов конструкции, выполненных из разных материалов. 𝑚 = 𝜌с ∙ 𝐹 ∙ 𝛿𝑐т , кг (5) где 𝜌с − плотность стали, кг/м3 𝐹 − площадь поверхности водонагревателя, м2 𝛿𝑐т − толщина стенки, м РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Лист Листов 6 11 Орловский ГАУ АИБ-424 𝑚 = 7900 ∙ 1,38 ∙ 0,005 = 54,5 кг 𝑛 54,5 ∙ 486 ∙ (90 − 5) = 312,7 Вт 7200 Фк = ∑ 𝑖=1 2.4 Расчет оптимальной толщины теплоизоляции:[4] В качестве изоляции выбираем вспененный каучук с коэффициентом теплопроводности 0,036 Вт /м3*С; 𝛿= 𝜆из ɑм ∙ 𝑇2 −𝑇П 𝑇П −𝑇0 , мм (6) где 𝜆из - коэффициент теплопроводности, 𝜆из =0,036, Вт /м3*С; ɑм - коэффициент теплоотдачи, Вт /м3*С; 𝑇0 - температура окружающей среды, 0С; 𝑇П - температура поверхности изоляции обращенной к окружающей среде, 0С; 𝑇2 - температура материала нагревателя, 0С. 𝛿= 0,036 90 − 37 ∙ = 0,0072 = 7,2 мм 9,4 37 − 10 2.5 Расчет тепловых потерь:[2] Ф= ∆𝑡 𝑅𝑡 , Вт (7) где ∆𝑡 − разность температур, 0С 𝑅𝑡 − тепловое сопротивление, м2/0С∙Вт 𝑅𝑡 = 1 ɑн ∙𝐹н + 𝛿ст 𝜆ст ∙𝐹ст + 1 ɑв ∙𝐹в + 𝛿из 𝜆из ∙𝐹из , м2/0С∙Вт (8) где ɑн , ɑв −коэффициент теплоотдачи, Вт/м3∙0С 𝛿𝑐 − толщина стенки, м 𝛿из −толщина изоляции,м 𝜆ст − коэффициент теплопроводности, Вт/м∙0С 𝐹ст, 𝐹н , 𝐹в , 𝐹из − площадь поверхности, м2 𝑅𝑡 общ = 2𝑅𝑡 верт1 + 2𝑅𝑡 верт2 + 𝑅𝑡 верх + 𝑅𝑡 низ ,м2/0С∙Вт РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 7 4 Для вертикальных стенок и труб ɑ= 3,26· √∆𝑡( Вт м2 ∙ С) , 4 𝑎 = 3,26 ∙ √90 − 5 = 9,89 Вт/м3∙0С Для горизонтальных поверхностей, обращенных 4 поверхностью вверх ɑ= 2,55· √∆𝑡( Вт м2 теплоотдающей ∙ С) 4 𝑎 = 2,55 ∙ √90 − 5 = 7,7 Вт/м3∙0С Для горизонтальных поверхностей, обращенных 4 поверхностью вниз ɑ= 1,63· √∆𝑡( Вт м2 теплоотдающей ∙ С) 4 𝑎 = 1,63 ∙ √90 − 5 = 4,9 Вт/м3∙0С 𝑅𝑡 верт1 = 1 0,003 1 0,01 + 74,4∙0,3 + 9,89∙((0,3+0,01)∙(1+0,01)) + 0,036∙((0,3+0,01)∙(1+0,01)) 9,89∙0,3 = 1,55 м2/0С∙Вт 𝑅𝑡 верт2 = 1 0,003 1 0,01 + + + 9,89∙0,3 74,4∙0,3 9,89∙((0,3+0,01)∙(1+0,01)) 0,036∙((0,3+0,01)∙(1+0,01)) = 1,55 м2/0С∙Вт 𝑅𝑡 верх = 𝑅𝑡 верх = 1 0,003 1 0,01 + 74,4∙0,12 + 7,7∙((0,3+0,01)∙(0,3+0,01)) + 0,036∙((0,3+0,01)∙(0,3+0,01)) 7,7∙0,12 1 0,003 1 + 74,4∙0,12 + 4,9∙((0,3+0,01)∙(0,3+0,01)) 4,9∙0,12 + 0,01 0,036∙((0,3+0,01)∙(0,3+0,01)) = 5,32м2/0С∙Вт = 6,7м2/0С∙Вт 𝑅𝑡 общ = 2 ∙ 1,55 + 2 ∙ 1,55 + 5,32 + 6,7 = 18,22 м2/0С∙Вт Ф= 80 12,76 = 4,39, Вт 2.6 Расчет полной мощности ТЭНа Фп = Фпол + Фк + Ф, Вт (9) Фп = 446,25 + 312,7 + 4,39 = 763,34Вт На основании расчетов выбираем ТЭН-32А13/1,0кВтJ220 , значение номинального тока ТЭНа принимаем согласно каталога Iном.т=4.5 А. РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 8 3 ВЫБОР ПУСКОЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ И ПИТАЮЩЕГО КАБЕЛЯ Выбор питающего кабеля производим из условия Iд> Iном.т Iд - допустимый ток кабеля, А; Iном.т - номинальный ток ТЭНа, 4,5 А Данному условию соответствует кабель ВВГнг-LS 1х1.5 с допустимым током 16А.[ПУЭ] Iд> Iном.т 16А>4,5А Определяем ток комбинированного расцепителя 𝐼𝑘 = 𝑘 ′ ∙ 𝐼ном.т = 1,4 ∙ 4,5 = 6,3 А где 𝑘 ′ - коэффициент учитывающий пусковые токи; 𝐼ном.т − номинальный ток ТЭНа, А. Выбираем автоматический выключатель Resi9 1P 10A с номинальным током комбинированного расцепителя Iуст=10А. Проверяем сечение кабеля на соответствие расчетному току комбинированного расцепителя: 𝐼д ≥ 1,25 ∙ Iуст 𝐼д − допустимый ток кабеля, А. 16 ≥ 1,25 ∙ 10 16 ≥ 12,5 Защита кабеля от короткого замыкания и перегрузок выполняется. РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ВЫБОР ПУСКОЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ И ПИТАЮЩЕГО КАБЕЛЯ Лист Листов 9 11 Орловский ГАУ АИБ-424 4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В расчетно- графической работе был произведен расчет водонагревательной установки с выбором трубчатого электронагревателя. По результатам расчета был выбран ТЭН-32А13/1,0кВтJ220, так же был выбран питающий кабель марки ВВГнг-LS 1х1.5 и автоматический выключатель Resi9 1P 10A. РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Лист Листов 10 11 Орловский ГАУ АИБ-424 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. А. В. Виноградов, М. В. Бородин, С. В. Амелин Светотехника и электротехнология. Курсовое и дипломное проектирование. Часть 1. Орел-2012 2. А.В. Виноградов // Применение электроэнергии. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РЕФЕРАТА И КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ: методические указания. – Орёл: Изд-во Орёл ГАУ, 2014. – 15с. 3. Интернет ресурс: http://www.4living.ru/items/article/energy-electrowater-heating/ 4. Интернет ресурс: http://pro-uteplenie.ru/vybor/481-teploizolyacionnyetrubki-iz-vspenennogo-kauchuka РГР.03.35.03.06.120152.ПЗ Изм. Лист № докум. Разраб. Колесник А.А. Провер. Виноградов Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ Лист Листов 11 11 Орловский ГАУ АИБ-424
