СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

2. ВВЕДЕНИЕ.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРА.

4. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА.

5. РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО

УСТРОЙСТВА.

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (ТЭНов).

7. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

8. РАСЧЕТ СИЛОВОЙ СЕТИ, ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И

ЗАЩИТЫ.

9. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ.

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

ЛИТЕРАТУРА.

 

     ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

    ВАРИАНТ - 96

1. Тип здания – телятник
2. Число животных – N=200 шт.
3. Температура внутри помещения -
4. Температура наружного воздуха - (для Москвы)
5. Средняя температура за отопительный сезон - (для Москвы)
6. Удельный объем помещения –
7. Расположение ТЭНов в нагревательном блоке – коридорное
8. Схема соединения – Δ
9. Регулятор температуры – РТ
10. Тепловая характеристика помещения – q₀ = 3,0
11. Напор воздуха – Н= 400 Н/м²

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. ВВЕДЕНИЕ.

 
 

       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 электрокалорифера;

    2) выбор электродвигателя для привода  вентилятора;

    3) расчет конструктивных параметров, нагревательного устройства;

    4) тепловой расчет нагревательных  элементов;

    5) расчет силовой сети и выбор аппаратуры управления и защиты;

    6) разработка схемы управления  электрокалориферной установкой;

    7) определение эксплуатационных показателей. 

    2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОКАЛОРИФЕРА.

 

    2.1. Теплопроизводительность электрокалорифера   (Q_к) в кДж/ч для отопительно-вентиляционной системы животноводческих помещений определяется из уравнения теплового баланса: 

    Q_k=Q_огр+Q_в-Q_ж  , 

    где Q_ог—теплопотери через ограждения помещений, кДж/ч;

            Q_в —теплопотери, обусловленные вентиляцией, кДж/ч;

            Q_ж —тепло, выделяемое животными, кДж/ч. 

    Теплопотери через ограждения могут быть определены по формуле: 

    Q_огр = q_o·V· (t_внутр-t_нар), 

    где    q_o—тепловая характеристика помещения;

              V=V₀·N=12·200=2400 м³ — объем помещения;

            t_внутр и t_нар —соответственно температура внутри и снаружи помещения, ⁰С. 

    Q_огр= 3,0·2400· (10-(-24,5)) = 248400 кДж/ч; 

    Количество  тепла Q_ж в кДж/ч, выделяемого животными: 

    Q_ж =Q₁·N= 889,2·200=177840 кДж/ч, 

    где Q₁= q_ж = 0,247·3600 = 889,2 кДж/ч — количество тепла, выделяемого одним животным,

           N – количество животных, 

      Количество тепла, теряемого с вентиляцией: 

    Q_в=L_в·С_в·

в·(t_внутр.-t_нар.)=К_в·V·С_в· _в· (t_внутр-t_нар), 

    где   L_в— подача вентиляционных установок, м³/ч;

             С_в— массовая теплоемкость воздуха, С_в=1,0 кДж/(кг · ⁰С);

             _в — плотность воздуха, _в =1,2 кг/м³;

             К_в— часовая кратность воздухообмена;

             V— объем помещения, м                       Подача вентиляционных установок L_в при определении мощности устройств отопления находится по удалению избыточной влаги и углекислоты.

    Содержание  Н₂О в воздухе:

,

    где w = 141 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                                        d₂ = 0,32 г/кг

    Содержание  СО₂ в воздухе:

    

    где = 57 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 L_в= =5332,329  

Q_в=5332,329·1·1,2·(10-(-24,5)) = 220758,434 кДж/ч 

Q_k=248400+220758,434-177840 = 291318,434 кДж/ч 

    2.2. Кратность воздухообмена в помещении равна:

    К_в=

    2.3. Общая мощность системы отопления:

    Р_к =

    Следовательно, мощность одного электрокалорифера  Р_к1 будет равна:

    Р_к1=

кВт,

    а подача одного вентилятора в м³/ ч:

    L_в1=

= 1333,082 м³/ ч

    где Z=4 - число вентиляционных установок.

Эскиз плана  животноводческого помещения с  размещением электрокалориферных  установок и распределительных  воздуховодов приведен на листе 1 графической части.

3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРА.

 

    Требуемая подача вентилятора с учетом потерь и подсосов воздуха в воздуховодах определяется по формуле

    L_в1= 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 η_вен.=0,45; n_вен.= 875 об/мин 

    Мощность  электродвигателя для привода вентилятора определяется по формуле:

    Р_расч= ,

    где  L_в—подача вентилятора, м³/с;

    H_в—полный напор, Н/м²;

     _в — КПД вентилятора;

    К_з — коэффициент запаса.

    Значение  коэффициентов запаса принимается  равным 1,1 - 1,5. Вентиляторы рекомендуется комплектовать трехфазными асинхронными электродвигателями серии 4А. 

    Выбираем  двигатель серии 4А71В6У3.

    Технические данные:

    P_н=0,55 кВт

    n_н= 900 об/мин

    I_н=1,7 А

    η_н=0,675

    cosφ=0,71

    μ_п=2,0

    μ_кр=2,2

    4. РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА.

 

    Мощность  одного ТЭНа Р_н определяется, исходя из мощности одного калорифера Р_к1 и числа Z_н ТЭНов в одном калорифере:

    

кВт

    Принимаем в каждой фазе секции по два нагревателя, включенных параллельно. Определяем рабочий ток нагревательного элемента с учетом схемы включения (Δ):

    

      а также расчетную температура t_расч нагревателя:

    t_расч=t_д∙К_м∙К_с=700∙0,5∙1,5=525°С

    где t_д—действительная температура нагревателя, °С;

           К_м —коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения;

           К_с—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=0,15 мм           S=0,0177 мм²

    Рабочее сопротивление нагревателя—запрессованной нихромовой проволоки. Ом:

    R_н=

      Сопротивление нагревателя до опрессовки:

    R_он=R_н

,

    где — коэффициент изменения сопротивления в результате опрессовки, =1,3.

    Длина проволоки до опрессовки в м: 

    

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(700-10)]=1,11∙10^-6 Ом∙м,