Расчет электрокалориферной установке в помещении свинарника для опоросов на 52 места

Подставив в формулу (1.10) значения величин, расчётная  мощность калориферов в помещении  будет равна: 

     Подставив в формулу (1.9) значение Р_Р, расчётная мощность одного калорифера для двух калориферов в помещении будет равна 

2. Выбор стандартной калориферной установки

     По  рассчитанному значению Р = Вт выбираем электрокалориферную установку типа ЭКОЦ – 40 мощностью 43.2 кВт. Для установки в помещение принимаем две электрокалориферных установки ЭКОЦ – 40, тем самым соблюдая условия надежности.

     Выполним  проверку данной электрокалориферной  установки на способность обеспечить требуемый расход воздуха Q_vt = м³/ч, для этого сравним значение Q_vt с номинальной объёмной подачей воздуха Q_vн, которая для электрокалорифера СФОЦ – 40 равна 3500 м³/ч [3]. Так как    Q_vн<Q_vt, то к выбранной установке параллельно подключаем дополнительный вентилятор.

     Выполним  проверку данной электрокалориферной  установки по температуре выходящего воздуха. Фактическая температура  воздуха, выходящего из электрокалорифера, определяется по формуле [3]:

                                         (2,1)

где Р_Н = 43200 Вт – номинальная мощность калорифера;

Q_vн – номинальный объемный расход воздуха через калорифер, м³/с,           

Q_vн =3500/3640 = 0,972 м³/с.

      Предельно допустимая температура на выходе из установок типа ЭКОЦ составляет 50 ^ОС. Таким образом, должно соблюдаться условие [3]:

                                                               (2.2)

     Подставив в формулу (2.1) значения величин, температура  выходящего воздуха будет равна: 
 

      Выполним  проверку данной электрокалориферной  установки по температуре поверхности  оребрения ТЭНов t_пов. Предельно допустимая температура поверхности ТЭНа в электрокалориферах типа СФО t_{пов.пред.} = 180 ^ОС, что связано с необходимостью исключить отрицательное воздействие на животных газообразных продуктов горения мельчайших органических частиц, находящихся в воздухе сельскохозяйственных помещений. Таким образом должно соблюдаться условие [3]:

                                                            (2.3)

      Значение  t_пов определяем для ТЭНа из последнего (по ходу движения воздуха) ряда нагревателей, т.к. в этом ряду ТЭНы омываются наиболее нагретым воздухом и, следовательно, имеют наибольшую температуру поверхности. Фактическая температура поверхности ТЭНа, находящегося в последнем ряду, определяется по формуле [3]:

                                               (2.4)

где Р₁ = 1600 Вт [1] – мощность одного ТЭНа;

R_T – термическое сопротивление теплоотдаче от поверхности ТЭНа к омывающему его воздуху, ^ОС/Вт, которое находится по формуле [3]:

                                                         (2.5)

где α – коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа к воздуху, Вт/(м²*^ОС);

А_р – площадь поверхности оребрения ТЭНа, м², согласно [3, табл.1] принимаем    А_р = 0,32 м².

     Коэффициент теплоотдачи α для оребрённых ТЭНов при их шахматном расположении и поперечном обдувании воздухом определяем по формуле[3]: 

                 (2.6)

где λ_в – теплопроводность воздуха, в соответствии с t_вых = 5.63 ^ОС и  [3, табл.2] принимаем λ_в = 0,0248 Вт/м*^ОС;

Р_ч – число Прандтля, в соответствии с t_вых = 5.63 ^ОС и  [3, табл.2] принимаем     

Р_ч = 0,706;

ν – коэффициент кинематической вязкости воздуха, в соответствии с t_вых=5.63 ^ОС и  [3, табл.2] принимаем ν = 0,0000134 м²/с;

s_p = 0,0035 м [3, табл.1] – шаг оребрения ТЭНа;

d_тр = 0,015 м [3, табл.1] – наружный диаметр несущей трубы ТЭНа;

h_р = 0,014 м [3, табл.1] – высота ребра ТЭНа.

V – скорость потока воздуха в электрокалорифере, м/с, которую определяем по формуле [3]:

                                                        (2.7)

где А_Ж – площадь живого сечения электрокалорифера, м², если пренебречь оребрением, то А_Ж определяется по формуле [3]:

                                     (2.8)

где l – высота окна калорифера, м, из [3, табл.3] l = 0,31 м;

L_a =0,48 м – длина активной части ТЭНа;

n₁ – число ТЭНов в одном вертикальном ряду (одной секции), которое определяется по формуле [3]:

                                                   (2.9)

где n₂ – число вертикальных рядов ТЭНов в электрокалорифере, в соответствии с [3] принимаем n₂ = 3. 

     Подставив в формулу (2.8) значение n₁, площадь живого сечения электрокалорифера будет равна: 

     Подставив в формулу (2.7) значение А_Ж, скорость потока воздуха в электрокалорифере будет равна: 

     Подставив в формулу (2.6) значение V, коэффициент теплоотдачи будет равен: 

     Подставив в формулу (2.5) значение α, термическое сопротивление теплоотдачи будет равно: 

     Подставив в формулу (2.4) значение R_T, фактическая температура поверхности ТЭНа будет равна: 

      Как видно условие (2.3) выполняется т.к. t_пов ≤ 180 ^ОС, следовательно принимаем к установке электрокалориферную установку типа ЭКОЦ – 40.

3. Разработка нестандартной  электрокалориферной установки

      В этом разделе разработаем электрокалориферную  установку. Которая обеспечивала бы конкретные значения расчетной мощности Р=41074,5 Вт и объёмной подачи воздуха Q_vt = 3640 м³/ч, определенные ранее в разделе 1.

      Основными технологическими частями электрокалориферной  установки является вентилятор с  электродвигателем и электрокалорифер.

1. Выбор вентилятора

      Вентилятор  подбирают по требуемым значениям  давления p=370 Па из исходных данных и объёмной подачи воздуха Q_vt. Вентилятор выбираем центробежного типа из серии Ц4-70 по методике изложенной в [4].

      Подачу  вентиляторов Q_в (м³/ч) принимаем по значению расчетного воздухообмена Q_vt с учетом подсосов воздуха в воздуховодах [4, с.35]:

                                             (3.1)

где k_п – поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах, принимаем

k_п = 1,1 [4, с.35];

t – температура воздуха, проходящего через вентилятор, т. е. t = t_н = -32 ^ОС;

t_в = 20 ^ОС – температура воздуха в рабочей зоне помещения. 

     Выбор вентилятора производим по номограмме для подбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70 [4, с.39]. в результате выбираем вентилятор Ц4-70 №5, частота вращения которого n = 1300 об/мин, КПД η=0,8.

     Для привода вентилятора используем асинхронный электродвигатель серии 4А. Необходимая мощность на валу электродвигателя определяется по формуле [3]:

                                               (3.2)

где Q_vt – расчетный воздухообмен, м³/с, Q_vt = 3640 / 3600 = 1,011 м³/с;

р –  необходимое давление вентилятора, из исходных данных р = 370 Па;

η_в =0,8 – КПД вентилятора;

η_пер – КПД передачи, принимаем η_пер = 0,95 для клиноременной передачи [3];

k_з – коэффициент запаса, принимаем k_з = 1,5 [3]. 

     Из  [6] выбираем электродвигатель 4А80А4У3 с мощностью на валу 1,1 кВт, частотой вращения 1500 об/мин, с cosφ = 0.81. Расхождение в частоте вращения учитывают соответствующими диаметрами шкивов клиноременной передачи между электродвигателем и вентилятором.

2. Расчет  конструктивных параметров нагревательного  устройства

Мощность  одного ТЭНа Р_н определяется, исходя из мощности одного калорифера

Р = 41074 Вт, определенной ранее в разделе 1, и числа ТЭНов в одном калорифере [3]:

                                                          (3.3)

где z – число ТЭНов, принимаем z = 15 [1]. 

Рабочий ток нагревательного элемента с  учетом схемы включения  I_н, А: Iн =Pн/U, Iн=2738,3/220=12.4 А

                                               (3.4)

где t_д – действительная температура нагревателя, принимаем по литературе [3] t_д=180+50=230 ^ОС;

К_м – коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения, по литературе [7] принимаем К_м = 1.5;

К_с – коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения, по литературе [7] принимаем К_с = 0.8 . 

     По  рабочему току и расчетному значению температуры по литературе [7] определяем диаметр (d) и сечение (S) нагревателя:

     d = 1,8 мм;

     S =2,54 мм².

Рабочее сопротивление нагревателя –  запрессованной нихромовой проволоки  R_н, Ом [3]:

                                                         (3.5)

где U_н = 220 В – номинальное напряжение нагревателя. 

Сопротивление нагревателя до опрессовки R_он, Ом [3]:

                                                                     (3.6)

где α₁ – коэффициент изменения сопротивления в результате опрессовки, по литературе [3] принимаем α₁ = 1,3. 

Длина проволоки  до опрессовки l, м [3]:

                                                        (3.7)

где ρ_д – удельное сопротивление нихромовой проволоки при действительной температуре t_д = 230 ^ОС, которое определяем по формуле [3]:

                                            (3.8)

где ρ₂₀ – удельное сопротивление материала при температуре 20 ^ОС, для нихрома по литературе [7] ρ₂₀ = 1,17 Ом*м;

α – температурный коэффициент изменения сопротивления, для нихрома по литературе [7] α = 35*10^-6 . 

     Подставив в формулу (3.7) значение ρ_д, длина проволоки до опрессовки будет равна: 

Диаметр спирали (d_c, мм) равен [3]:

                                                   (3.9) 

Шаг спирали (h, мм) равен [3]:

                                                   (3.10)