Элементный непроточный водонагреватель аккумуляционного типа для горячего водоснабжения

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Электрификации и автоматизации сельского хозяйства и производства

Кафедра Применение электрической энергии в сельском хозяйстве

ЭЛЕМЕНТНЫЙ НЕПРОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ АККУМУЛЯЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Пояснительная записка

ПЭСХ. ЭНВА. 00. 000 ПЗ

Студент Харрасов Д.М..

Группа 402

Нормоконтролёр

к.т.н., доцент Файн В.Б.

Руководитель

доцент, к.т.н. Файн В.Б.

2007

Введение

Общий подъем сельскохозяйственного производства неразрывно связан с развитием его теплофикации. Около 20% всей тепловой энергии, потребляемой народным хозяйством страны, расходуется на нужды сельского хозяйства. Во всех возрастающих количествах потребляется она на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение производственных, жилых и общественных зданий, создание искусственного микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, сооружениях защищенного грунта, производство кормов для животных и птицы, сушку сельскохозяйственных продуктов, получение искусственного холода и на многие другие цели. Поэтому непрерывное совершенствование теплотехнического оборудования систем теплоснабжения и теплоиспользования оказывает большое влияние на дальнейшее развитие всех отраслей сельского хозяйства, перевод его промышленную основу. Основные производственные потребители теплоты в сельском хозяйстве – это животноводство и защищенный грунт.

Создание и поддержание оптимального микроклимата в животноводческих помещениях, комплексов и ферм, на птицефабриках – один из определяющих факторов в обеспечении здоровья животных, птиц, их воспроизводительной способности и получения от них максимума продукции при высокой рентабельности производства. Это имеет также важное значение для продления срока службы конструкций зданий, улучшение эксплуатации технологического оборудования и условий труда обслуживающего персонала.

1.Определение требуемых параметров ЭТУ

Основными параметрами элементного непроточного водонагревателя, которые необходимо знать для его выбора или проектирования, являются вместимость V, л, и расчетная мощность Р_р, Вт.

Согласно таблице принимаем удельные (325 голов) суточные нормы расхода нагретой воды на каждую операцию, осуществляемую в помещении.

Таблица 1 - Основные нормы расхода нагретой воды на животноводческих фермах.

Операция, для которой нужна нагретая вода	Температура воды Тсi, оС	Расход воды в кг., по часам				Суточная норма, кг.
		4-5	5…6	19…20	20…21
Обмывка вымени перед дойкой	32…38	195		146,25		341,25
Мытьё подойной посуды	50…65		227,5		227,5	455

Обычно электроводонагреватель выдает горячую воду с температурой Т₂=90°С, а воду с температурой Т_с, нужной для выполнения той или иной операции, получают, смешивая в нужной пропорции горячую и холодную воду. Массу горячей воды, необходимой для i-ой операции находят по формуле

где Т₁ – температура холодной воды, °С

Mi – масса нагретой воды, расходуемой на эту операцию для всего поголовья животных за сутки

Для обмывки вымени перед дойкой Mi= 341,25кг

Для мытья подойной посуды Mi=455 кг

Для обмывки вымени перед дойкой:

Для мытья подойной посуды:

 

Масса горячей воды, необходимой для выполнения всех операций в помещении за сутки:

где m – количество операций

 

 

Полезный тепловой поток водонагревателя.

Для водонагревателя выбираем полностью аккумуляционный режим. Тогда М=М_г,

Время нагрева первого периода t_н можно принять 9 ч.

 

где с – удельная теплоемкость воды; с=4190 Дж/кг×°С;

М – масса воды, нагреваемой в водонагревателе, кг;

t_н – время, за которое водонагреватель должен нагревать воду массой М, с.

Расчетная мощность электроводонагревателя:

где К_з – коэффициент запаса, учитывающий необходимость увеличения мощности из–за старения нагревателей, возможности снижения питающего напряжения, увеличения тепловых потерь в процессе эксплуатации (К_з=1,1…1,2);

h_т – тепловой КПД водонагревателя h_т=0,92…0,97.

Расчетная вместимость бака водонагревателя

2.Выбор стандартной ЭТУ

По рассчитанным значениям Р_р и V выбирают один или несколько элементных водонагревателей типа САОС соответствующего типоразмера.

Выбираем 1 водонагреватель САОС – 400.

Технические данные водонагревателя САОС – 400.

Таблица 1

Мощность, кВт	12
Вместимость резервуара, л	400
Максимальная температура воды в конце нагрева, °С	90
Время нагрева воды на 80°С, ч	3,3

3.Разработка нестандартной ЭТУ

В этом разделе разрабатывают элементный аккумуляционный водонагреватель, который обеспечил бы требуемые конкретные значения расчетной мощности Р_р и вместимости V, определенные ранее.

Конструкцию нестандартного водонагревателя принимают такой же, как и в серийном водонагревателе САОС.

Высоту Н и диаметр D бака водонагревателя следует определить из соотношения

приняв Н=2,5×D

(здесь V- вместимость водонагревателя, м³).

Мощность одного ТЭНа

Конструктивный расчет ТЭНа.

Целью конструктивного расчета ТЭНа является определение диаметра проволоки d, потребной длины проволоки для изготовления спирали ТЭНа l_потр, среднего диаметра витка спирали d_с, расстояния между витками спирали h, активного числа витков n_а, полной длины трубки ТЭНа L.

Значение удельной поверхностной мощности на проволоке спирали Р^¢_А следует принять равным 38×10⁴ Вт/м², а значение удельной поверхностной мощности на трубке ТЭНа Р^²_А=11×10⁴ Вт/м². (по данным завода “Миассэлектроаппарат”).

1.  Диаметр проволоки

где r - удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре, Ом×м. (ρ=1.15·10^-6)

2.  Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре

3.  Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при температуре 20°С

где К_т – поправочный коэффициент, учитывающий изменение электрического сопротивления материала в зависимости от температуры. Кт= 1,029- (по таблице 8)

4.  Электрическое сопротивление спирали до опрессовки ТЭНа

где а_r – коэффициент, учитывающий изменение сопротивления проволоки в результате опрессовки (ориентировочно можно принять равным 1,3), значение а_rподлежит уточнению после изготовления пробного образца ТЭНа.

5.  Длина проволоки в рабочей части ТЭНа

6.  Предусматривается навивка проволочной спирали на стержень диаметром

7.  Средний диаметр витка спирали

8.  Длина одного витка спирали до опрессовки

где 1,07 – коэффициент, учитывающий увеличение » на 7% среднего диаметра витка проволоки (ввиду ее пружинности) при навивке на стержень.

9.  Активное число витков

10.  Длина активной части трубки ТЭНа после опрессовки

11.   Длина активной части трубки оболочки ТЭНа до опрессовки

где g=1,15 – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки методом обсадки.

12.   Расстояние между витками спирали

13.   Потребная длина проволоки для изготовления спирали ТЭНа с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 20 витков спирали на конец стержня

14.   Полная длина трубки ТЭНа

где L_п – длина пассивного конца трубки. Можно принять равным 0,05 м.

После конструктивного расчета проверяется возможность размещения нужного количества разработанных ТЭНов в корпусе водонагревателя (при этом учитывается, что ТЭНы имеют U – образную форму). Затем выполняется проверочный расчет.

3.1  Проверочный тепловой расчёт расчет ТЭНа

Целью проверочного расчета является определение температуры спирали и сравнение ее с максимально допустимой рабочей температурой материала спирали.

Значение Т_пов.об принимается равным 105°С, значение плотности периклаза после опрессовки принимается согласно исходных данных.

1.  Мощность ТЭНа на первом этапе расчета принимается равной Р₁=2600 Вт.