РефератыБотаника и сельское хоз-воРаРасчет электрокалориферной установке в помещении свинарника для опоросов на 52 места

Расчет электрокалориферной установке в помещении свинарника для опоросов на 52 места

Исходные данные

Объектом расчёта является электрокалориферная установка в помещении свинарника для опоросов на 52 места и поросят отъемышей на 380 мест. Геометрические размеры помещения:


· длина a=78 м;


· ширина b=18 м;


· высота c=3 м.


Тем самым объем помещения V= 4212 м3
.


В ходе выполнения курсового проекта пользуемся методикой изложенной в [3].


В соответствии с заданием давление p=370 Па, расчетная зимняя температура наружного воздуха tH
= -32 о
С.


В соответствии с [4, прил.2] расчетная температура воздуха в помещении свинарника откормочника tВ
=20 о
С.


1. Определение требуемых параметров
электрокалориферной установки

Основными параметрами электрокалориферной установки, которые необходимо знать для ее выбора или проектирования, является расчётная мощность электрокалорифера P, Вт, и объемная подача вентиляторной установки Qvt
, м3
/с.


1.1. Определение объемной подачи вентиляторной установки

При определении объемной подачи вентилятора электрокалориферной установки Qvt
учитываем, что в животноводческом помещении обычно имеется просачивание (инфильтрация) воздуха через неплотности наружных ограждений (притворы окон, дверей, ворот). Общее количество инфильтрующегося воздуха ориентировочно принимаем равным 20% от объёмного расхода вентиляционного воздуха Qv
. Тогда объемный расход воздуха, который должен обеспечиваться приточными вентиляторами, можно оценить как [3]:


, (1.1)


С учетом этого требуемая объемная подача вентилятора одной калориферной установки равна [3]:


(1.2)


где n – число вентиляционных установок в помещении.


Значение QV
определим из расчета воздухообмена в помещении. Расчет проводим по методике, изложенной в литературе [4] по условиям удаления избытков влаги и углекислого газа.


Необходимый воздухообмен при повышенной концентрации углекислого газа в помещении QCO
2
определяем по формуле [4, с.26]:


(1.3)


где VCO2
– количество углекислого газа, выделяемого в помещении, м3
/ч;


СН
=0,3 л/м3
[4, с.29] – концентрация углекислоты в наружном приточном воздухе;


СВ
=2,5 л/м3
[4,с.28] – допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещения.


Количество углекислого газа, выделяемого в помещении по формуле [4, с.29]:


(1.4)




где С1Ж
=100 л/ч [4, прил.7] – норма выделения углекислоты одним животным


(для опоросов);


где С2Ж
=39 л/ч [4, прил.7] – норма выделения углекислоты одним животным


(для отъемышей);



– количество животных, из исходных данных n1Ж
=52, n2Ж
=380



Подставив численные значения в формулу (1.3), получим численное значение расчетного воздухообмена по углекислому газу:



Воздухообмен при условии удаления из помещения избыточной влаги QW
находим по формуле [4, с.26]:


(1.5)


где W – масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;



=15 г/кг – влагосодержание внутреннего воздуха найденное по H-d-диаграмме [4, прил.11] для температуры воздуха внутри помещения свинарника по исходным данным tВ
=20°С и, определяемой по [4, прил.2], влажности воздуха fВ
=75 %;



=0.5 г/кг – влагосодержание наружного приточного воздуха найденное по H-d-диаграмме [4, прил.11] для расчетной зимней температуры наружного воздуха tН
=-32°С и влажности воздуха fН
=80 % [3];


r – плотность воздуха при температуре помещения, кг/м3
.


Суммарные влаговыделения в помещении для животных рассчитываем по формуле [4, с.148]:


(1.6)


где WЖ
– влага, выделяемая животными, г/ч;


WИСП
– влага, испаряющаяся с поилок, кормушек, пола и других мокрых поверхностей, г/ч.


Влагу, выделяемую животными, определяем по формуле [4,с.148]:


(1.7)




где n1=52, n2=380 – количество животных;


W1=320 г/ч , W2=124 г/ч [4, прил.7] – норма выделения водяных паров одним животным;


kt
=1,5 [4, прил.8] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;


Подставив в формулу (1.7) значения величин, масса выделяемой влаги будет равна:





Массу влаги WИСП
принимаем равной 10%WЖ
[4, с.148]:



Для барометрического давления Р=99,3 кПа, являющегося среднегодовым в Центральном районе России плотность сухого воздуха в зависимости от температуры определяют по формуле [4, с.26]:


(1.8)


где t = tB
= 20°C – температура внутреннего воздуха;



Подставив в формулу (1.6) значения величин, станет известно значение воздухообмена по избыточной влажности:



Так как значение воздухообмена по углекислоте больше значения воздухообмена по избыточной влаге, то воздухообмен по углекислоте принимаем за расчетный воздухообмен Qv
:



Подставив в формулу (1.2) значение Qv
,объемная подача вентилятора одной калориферной установки для двух калориферов в помещении будет равна:



1.2. Определение расчетной мощности электрокалорифера

Расчётная мощность одного калорифера [3]:


(1.9)


где Pp
– расчётная мощность калориферов в помещении;


n – число вентиляционных установок в помещении.


Расчётная мощность калориферов в помещении [1]:


(1.10)


где кз
=1,05…1,10 [1] – коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение питающего напряжения и старение нагревателей, принимаем кз
=1,07;


Фп
– полезный тепловой поток отопительных установок, Вт;


ηк
=0,95…1,00 [1] – тепловой КПД, учитывающий потери от корпуса электрокалорифера и воздуховодов, принимаем ηк
=0,96;


β– доля расчётной энергии, которая должна быть обеспечена от калорифера, %, принимаем β=100% [3].


Полезный тепловой поток отопительных установок Фп
, Вт определяется из уравнения теплового баланса помещения [3]:


(1.11)


где Фо
– тепловой поток через наружные ограждения помещения, Вт;


Фв
– тепловой поток, теряемый с вентиляционным воздухом, Вт;


Фисп
– тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения, Вт;


Фж
– тепловой поток, выделяемый животными, Вт.


Тепловой поток Фо
определяем приближенно по выражению [3]:


(1.12)


где qот
=0,407 Вт/м3

С[4,с.124]–удельная отопительная характеристика помещения;


V – объем помещения, м3
, из исходных данных =4212 м3
;



–температура внутреннего воздуха помещения, из исходных данных tв
=20 о
С;



–расчетная зимняя температура наружного воздуха,из исходных данныхtн
=-32 о
С;


а – поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности температур на значение qот
[3]:


(1.13)


Подставив численные значения в (1.13) получим значение поправочного коэффициента:



Подставив в формулу (1.12) значения величин, найдем тепловой поток через наружные ограждения:



Тепловой поток, теряемый с вентиляционным воздухом [4, с.149]:


(1.14)


где Qv
– объемный расход вентиляционного воздуха из пункта 1.1 Qv
=9100 м3
/ч ;


ρв
– плотность воздуха при температуре из пункта 1.1


ρв
=1,181 кг/м3
;


ср
=1 кДж/кг*о
С [3] – удельная изобарная теплоемкость воздуха.



Поток теплоты, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения, находим по формуле[4, с.149]:


(1.15)


где 2,49 – скрытая теплота испарения воды, кДж/г;


Wисп – масса испаряемой влаги из пункта 1.1. Wисп = 9564 г/ч.



Поток свободной теплоты, выделяемой животными, находим по формуле [4, с .149]:


(1.16)




где n1=52 , n2=380 – количество животных;


q –поток свободной теплоты выделяемой одним животным, из [3, прил.7]


q1=558, q1=215 Вт;


kt
=1,5 [3, прил.8] – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;





Подставив в формулу (1.11) значения величин, значение полезного теплового потока отопительных установок будет равно:



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



Подставив в формулу (1.9) значение РР
, 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 Qvt
= м3
/ч, для этого сравним значение Qvt
с номинальной объёмной подачей воздуха Qv
н
, которая для электрокалорифера СФОЦ – 40 равна 3500 м3
/ч [3]. Так как Qv
н
<Qvt
, 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 РН
= 43200 Вт – номинальная мощность калорифера;


Qv
н
– номинальный объемный расход воздуха через калорифер, м3
/с,


Qv
н
=3500/3640 = 0,972 м3
/с.


Предельно допустимая температура на выходе из установок типа ЭКОЦ составляет 50 О
С. 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 tпов
. Предельно допустимая температура поверхности ТЭНа в электрокалориферах типа СФО tпов.пред.
= 180 О
С, 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 tпов
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;


RT
– термическое сопротивление теплоотдаче от пове

рхности ТЭНа к омывающему его воздуху, О
С/Вт, которое находится по формуле [3]:


(2.5)


где α – коэффициент теплоотдачи от поверхности ТЭНа к воздуху, Вт/(м2

С);


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


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


(2.6)


где λв
– теплопроводность воздуха, в соответствии с tвых
= 5.63 О
С и [3, табл.2] принимаем λв
= 0,0248 Вт/м*О
С;


Рч
– число Прандтля, в соответствии с tвых
= 5.63 О
С и [3, табл.2] принимаем


Рч
= 0,706;


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


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


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



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


(2.8)


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


La
=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 АЖ
, 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 RT
, фактическая температура поверхности ТЭНа будет равна:



Как видно условие (2.3) выполняется т.к. tпов
≤ 180 О
С, 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 Qvt
= 3640 м3
/ч, определенные ранее в разделе 1.


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


3.1. Выбор вентилятора

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


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


(3.1)


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


kп
= 1,1 [4, с.35];


t – температура воздуха, проходящего через вентилятор, т. е. t = tн
= -32 О
С;



= 20 О
С – 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 Qvt
– расчетный воздухообмен, м3
/с, Qvt
= 3640 / 3600 = 1,011 м3
/с;


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


ηв
=0,8 – КПД вентилятора;


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



– коэффициент запаса, принимаем kз
= 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.


3.2. Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства

Мощность одного ТЭНа Рн
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 Iн
, А: Iн =Pн/U,Iн=2738,3/220=12.4 А


(3.4)


где tд
– действительная температура нагревателя, принимаем по литературе [3] tд
=180+50=230 О
С;


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


Кс
– коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения, по литературе [7] принимаем Кс
= 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 Rн
, Ом [3]:


(3.5)


где Uн
= 220 В – номинальное напряжение нагревателя.



Сопротивление нагревателя до опрессовки Rон
, 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 ρд
– удельное сопротивление нихромовой проволоки при действительной температуре tд
= 230 О
С, которое определяем по формуле [3]:


(3.8)


где ρ20
– удельное сопротивление материала при температуре 20 О
С, 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 ρд
, длина проволоки до опрессовки будет равна:



Диаметр спирали (dc
, мм) равен [3]:


(3.9)



Шаг спирали (h, мм) равен [3]:


(3.10)



Число витков (n) равно [3]:


(3.11)



Внутренний диаметр трубки ТЭНа (dв
, мм) равен [3]:


(3.12)



Длина активной части трубки ТЭНа (La
, м) после опрессовки равняется длине спирали (Lсп
, м) равна [3]:


(3.13)



а до опрессовки (Loa
, м) равна [3]:


(3.14)


где γ1
– коэффициент, учитывающий изменение длины трубки при опрессовке, из литературы [3] γ1
= 1,15.



Полная длина ТЭНа L, м равна [3]:


(3.15)


где Ln
– длина пассивной части трубки ТЭНа, по литературе [3] принимаем Ln
=0,05 м.



Потребное количество проволоки для одного ТЭНа с учётом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 15 – 20 витков на стержень [3]:


(3.16)



Удельная мощность W, Вт/см2
поверхности активной части трубки ТЭНа определим по формуле [3]:


(3.17)



Удельная мощность по литературе [3] для трубки, выполненной из стали Ст.10, при использовании в качестве наполнителя кварцевого песка или периклаза должна составлять 3 – 5 Вт/см2
при работе ТЭНов в калориферах. Как видно это условие соблюдается, следовательно делаем вывод о том, что расчёты выполнены верно и ТЭН с данной конфигурацией применим в калориферах.


4. Расчет силовой сети, выбор аппаратуры управления и защиты

Расчет силовой сети электрокалориферной установки и линии её подключения, а также выбор аппаратуры управления и защиты производится по расчётным токам.


Для линии электрокалорифера величина расчётного тока (Iк
, А) определяется по формуле [3]:


(4.1)


где – мощность калорифера, кВт;


UH
= 380 В – номинальное напряжение на зажимах калорифера.



Для линии электродвигателя величина расчетного тока (Iд
, А) определяется по формуле [3]:


(4.2)


где – мощность электродвигателя, кВт;


UH
= 380 В – номинальное напряжение на зажимах электродвигателя;


сosφ – коэффициент мощности электродвигателя, из пункта 3.1. сosφ= 0.81;


Кзд
– коэффициент загрузки электродвигателя.


Коэффициент загрузки электродвигателя учитывает несоответствие между значением расчетной мощности и установленной (номинальной) мощностью электродвигателя, характер нагрузки рабочей машины, учитываемый коэффициентом загрузки рабочей машины Кзм
. Для вентиляторов по литературе [3] принимаем Кзм
= 1.


С учётом этого коэффициент загрузки электродвигателя определяем по формуле [3]:


(4.3)


где Ррасч
– необходимая мощность на валу электродвигателя для привода вентилятора, из пункта 3.1. Ррасч
= Рдв
= 738,3 Вт;


Рном
–номинальная мощность выбранного электродвигателя из пункта 3.1 Рном
=1100Вт.



Подставив в формулу (4.2) значение Кзд
, расчетный ток для линии электродвигателя будет равен:



Расчетный ток магистрали, питающей электрокалориферную установку, определяется суммой расчетных токов калорифера и двигателя [3]:



Сечение проводов и кабелей линий электрокалорифера и вентилятора, а также линии подключения определим по условиям нагревания [1, с.29]:


(4.4)


где Iдоп
– длительно допустимый ток нагрева для данного способа прокладки, числа жил и сечения провода, А;


Iрасч
– расчетный ток для участка сети, который принимаем равным в зависимости от участка сети Iк
, Iд
, Iм
.


По литературе [1, табл. П.1.19] определяем сечение жил кабеля АВВГ для каждого участка. Выбор этого типа кабеля обусловлен тем, что помещение свинарника особо сырое с химически активной средой, а этот тип кабеля допускается к прокладке в таких помещениях. Кабель принимаем четырехжильный.


Сечение жилы кабеля:


· на магистральном участке: S = 2,5 мм2
, ;


· на участке калорифера: S = 2,5мм2
, ;


· на участке электродвигателя : S = 2,5 мм2
, ;


Как видно условие (4.4) соблюдается для всех участков сети.


Для защиты сети от перегрузок используем автоматический выключатель Е203/80r с номинальным током 80А.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет электрокалориферной установке в помещении свинарника для опоросов на 52 места

Слов:2896
Символов:25915
Размер:50.62 Кб.