Элементный непроточный водонагреватель аккумуляционного типа для горячего водоснабжения (стр. 2 из 3)
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 Lп – 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 Тпов.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.
2. Термическое сопротивление трубки оболочки ТЭНа
°Сгде λст= 45 Вт/мּºС- теплопроводность стали
dоб.вн – внутренний диаметр трубки оболочки ТЭНа, м
3. Термическое сопротивление наполнителя (периклаза)
где lн – теплопроводность н наполнителя (периклаза), Вт/м×°С;
Кс – коэффициент, учитывающий различия условий теплообмена в реальной конструкции нагревателя и в эквивалентной составной трубе;
dс.нар – наружный диаметр спирали, м
ммКоэффициент Кс определяется по формуле
Теплопроводность наполнителя (периклаза)
где П – пористость периклаза в готовом ТЭНе, %
Тп – средняя температура периклаза, °С.
Пористость периклаза в готовом ТЭНе
где r1 – плотность периклаза после опрессовки, кг/м3 (принимается согласно исходных данных).
r0=3570 кг/м3 – плотность периклаза с нулевой пористостью.
Средняя температура периклаза
Поскольку значение Тс пока не определено, принимаем ориентировочно Тс=500°С
4. Температура спирали ТЭНа
где Тпов.об – температура наружной поверхности оболочки ТЭНа, °С
При серийном изготовлении ТЭНа с алюминиевым оребрением термическое сопротивление между оболочкой ТЭНа и несущей трубкой оребрения незначительно, поскольку обеспечивается хороший контакт между ними. Поэтому при расчете температуры спирали ТЭНа с алюминиевым оребрением принимают температуру наружной поверхности оболочки равной температуре поверхности оребрения, т.е.
Тпов.об=Тпов.
5. Значение Тс, полученное при первичном расчете, является ориентировочным и может быть уточнено за счет более точного определения величин Р1 и Rт2. Уточняющий расчет проводят в следующем порядке.
Удельное электрическое сопротивление материала проволоки при рабочей температуре.
Электрическое сопротивление спирали ТЭНа при рабочей температуре.
Мощность ТЭНа при рабочей температуре.
Далее, уточняем значение Тп:
Уточняем значение lн :
Уточняем значение Rт2 :
Уточняем значение Тс :
3.2 Расчет толщины тепловой изоляции d
Расчет толщины тепловой изоляции проводится на основании двух условий:
а) по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети;
б) по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.
Затем принимают наибольшее значение.
1. Количество теплоты, которое теряет вода в водонагревателе
2. Средний тепловой поток, теряемый горячей водой в окружающую среду при ее остывании за 1 час на разность температур DТ
3. Требуемое термическое сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде
4. Толщина изоляции
а) по заданному (допустимому) снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети:
где lиз – теплопроводность материала тепловой изоляции. Для шлаковой минеральной ваты марки 250
lиз=0,07+0,198×10-3×Тср
lиз=0,07+0,198×10-3×65=0,082 Вт/м×°С
А – площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя
aн – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, aн=11,5 Вт/м2×°С.
б) по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя:
Выбираем наибольшее значение: 0,0196
4.Разработка принципиальной электрической схемы управления ЭТУ
Базовая часть схемы управления электроводонагревателем должна обеспечивать:
1) защиту водонагревателя и схемы управления от токов короткого замыкания;
2) ручное и автоматическое управление каждой группой ТЭНов;
3) световую сигнализацию о подаче напряжения от сети на схему управления и о включении групп ТЭНов.
В курсовой работе эта схема подвергается усовершенствованию. В нашем случае усовершенствованием является сигнализация о перегорании тэнов.
5.Выбор силовых проводов
Выбор проводов осуществляется только для силовой части схемы. Для каждой группы ТЭНов и для общей магистрали.
Формулы для определения расчетных токов, трехфазных электроприемников.
Для секции электрокалорифера и группы ТЭНов электроводонагревателя
водонагреватель аккумуляционный аппаратура провод
Где Рс – расчетная активная мощность секции (группы), Вт;
Uн – номинальное линейное напряжение сети; Uн = 380 В.
Выбираем провод: АПВ
6.Выбор аппаратуры управления и защиты
6.1 Магнитный пускатель КМ
Принимаем магнитный пускатель марки ПМЛ 3110
UKM UC
380 B 380 B
IHKM I
40 A 32,2 A
IP54
6.2 Предохранители FU
Выбираем предохранители марки ПР-2-60
Uн = 380 В
IHПЛ I
35А32,2А
6.3 Реле времени КТ
Принимаем реле времени марки 2РВМ
Uн = 220 В
f = 50 Гц
Программное реле времени 2РВМ предназначено для автоматического управления двумя независимыми электрическими цепями при коммутации этих цепей по временным программам с повторяющимся суточным циклом.
Суточный ход при температуре окружающего воздуха (20±5) "С, мин, не более ±2
Температурный коэффициент суточного хода, с/оС, не более: 2
Суммарное время работы двигателя в течение суток, мин: 4
Потребляемая мощность двигателя, Вт, не более: 0,4
Количество независимых программ: 2
Характеристика программы I
Число отверстий на внешней окружности программного диска: 96
Цена деления, мин: 15
Минимальный интервал времени между двумя смежными командами, мин: 30
Характеристика программы II
Число отверстий на внутренней окружности программного диска: 72