Методика выполнения работы

Лабораторная работа 1

Исследование электрокалориферной установки

Цель работы:

1. Изучить устройство, электрическую схему, способы управления и регулирования, назначение и применение электрокалориферной установки СФОЦ.

2. Исследовать рабочие режимы установки и экспериментальным путем получить основные технические и энергетические характеристики.

Приобретаемые компетенции:

1. Готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

2. Способность исследовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и проходящих в них процессов (ПК-18);

3. Способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44).

Основные сведения

Получение максимальной продуктивности в животноводстве и птицеводстве во многом зависит от создания оптимального микроклимата в помещениях. Температура воздуха, его влажность, запыленность, газовый состав, степень освещенности помещения должны постоянно находиться в заданных пределах. Отклонение любого параметра от нормы может привести к снижению продуктивности. Например, при недостаточном воздухообмене увеличивается содержание влаги, вредных газов, в летний период повышается температура в помещении. При большом воздухообмене скорость движения воздуха превышает нормы и возможны простудные заболевания. В зимний период помещения температура резко снижается. Для создания и поддержания необходимых параметров микроклимата животноводческих и птицеводческих помещения оборудуют устройством отопления, вентиляции и освещения.

Электрокалориферные установки серии СФОЦ предназначены для подогрева воздуха в системах воздушной вентиляции, в установках для создания микроклимата на животноводческих и птицеводческих фермах, для подогрева воздуха в зерноочистительно-сушильных пунктах и бункерах активной вентиляции, а также для отопления бытовых помещений, где отсутствует центральная котельная.

Отсутствие продуктов сгорания, простота монтажа и малые капитальные затраты, значительно меньший расход металла на единицу мощности, постоянная готовность к работе, простое автоматическое управление тепловым режимом, высокий коэффициент полезного действия, так как вся электрическая энергия переходит в тепловую, выгодно отличают электрокалориферные установки от огневых тепловых установок, работающих на твердом, жидком и газообразном топливе.

В отдельных случаях нагрев воздуха при помощи электрокалориферных установок позволяет качественно изменить технологию производственного процесса, повысить качество продукции, сэкономить энергию и сократить потребность в обслуживающем персонале.

Электрокалориферные установки сельскохозяйственного назначения на центробежных вентиляторах представляют собой унифицированную серию электрокалориферов типа СФО, состоящую из семи типоразмеров мощностью 5,10,16, 25, 40, 60 и 100 кВт.

Установки допускают нормальную работу при температуре окружающего воздуха от -40°С до +40°С, относительной влажности воздуха до 100%, содержании аммиака до 0,09 r/м³ и сероводорода до 0,08 г/м³. Питание электрокалориферных установок осуществляется от сети трехфазного тока напряжением 380/22ОВ, частотой 50 Гц.

Электрокалориферная установка (рисунок 1.1) состоит из электрокалорифера 1, переходного патрубка 2, мягкой вставки 3, центробежного вентилятора с электродвигателем 4, установленного на виброизоляторах, рамы 5 и станции управления. В вентиляционно-отопительных системах животноводческих и птицеводческих помещениях используют электрокалориферные установки типа СФОЦ. Технические характеристики электрокалориферных установок приведены в таблице 1.1.

Структура условного обозначения:

С – нагрев сопротивлением,

Ф – электрокалорифер,

О – окислительная среда в рабочем пространстве,

Ц – центробежный вентилятор.

Рисунок 1.1 - Электрокалориферная установка СФОЦ- 25/0,5: 1 - электрокалорифер; 2 - переходной патрубок; 3 - мягкая вставка; 4 - центробежный вентилятор; 5 - рама.

Электронагревательные элементы калориферов секционированы и допускают ступенчатое изменение мощности на 100, 66,6 и 33,3% от полной мощности. Переключение ступеней может осуществляться автоматически и вручную в зависимости от температуры в обогреваемом помещении, для чего в комплекте установок имеются два выносных датчика температуры типа ДТКБ-53Т, по сигналу которых происходит переключение ступеней мощности в сторону уменьшения или увеличения.

Электрокалорифер состоит из кожуха и оребренных трубчатых электронагревательных элементов, которые включаются по схеме «звезда».

Трубчатый нагревательный элемент (рисунок 1.2), представляет собой стальную трубку 1, внутри которой по оси расположена нагревательная спираль 2 из проволоки высокого омического сопротивления (нихром или вольфрам). Внутреннее пространство трубки, между спиралью и ее стенками, заполнено спрессованной керамической массой 3 периклазом (кристаллическая окись магния), которая является хорошим изолятором и проводником тепла от спирали к стенкам трубки. Контактные выводы 4 изготовляют из стальной проволоки, на концах выводов делают резьбу, а затем надевают керамические
втулки-изоляторы 5 и по две металлические гайки с шайбами. Сверху трубки нагревателя имеется ребристая рубашка 6 с развитой теплоотдающей поверхностью. Рубашка выполнена из мягкого алюминиевого сплава марки АД-1М и плотно, без зазора, охватывает нагреватель.

Таблица 1.1 - Технические характеристики электрокалориферных установок.

Параметры	СФОЦ- 16/0,5	СФОЦ- 25/0,5	СФОЦ- 40/0,5	СФОЦ- 60/0,5	СФОЦ- 100/0,5
Установленная мощность. кВт	16,1	23,6	47,2	69,7	97,5
В том числе электрокалорифера, кВт	15,0	22,5	45,0	67,5	90,0
Производительность по воздуху, м³/ч
Число нагревательных секций, шт.
Количество нагревательных элементов, шт.
Мощность секции, кВт	7,5	7,5		22,5
Перепад температуры нагреваемого воздуха, °С
Аэродинамическое сопротивление электрокалорифера, Па

Электрическая схема установки СФОЦ- 25/0,5 приведена на рисунке 1.3. Установка включается под напряжение рубильником SA1. Нагреватели калорифера можно включить лишь после включения двигателя вентилятора автоматическим выключателем QF1, блок - контакты которого находятся в цепи реле KV. При установке переключателя SA2 в положение А осуществляется автоматическое регулирование двух секций калорифера по температуре воздуха в помещении, которая контролируется датчиками температуры SK2 и SK3, установленными в помещении.

Один из датчиков размыкает свой контакт при нормальной температуре воздуха в помещении, а второй - при повышении температуры выше допустимой. Универсальный переключатель SA3 позволяет отключать отдельные секции калорифера и этим регулировать мощность нагрева при работе калорифера вручную (установив переключатель SA2 в положение Р).

Датчик температуры SK1 находится на оребрении нагревателей и срабатывает при температуре 180 °С и с помощью контактов промежуточного реле KV отключает нагреватели. В схеме предусмотрена световая сигнализация

подачи напряжения на щит управления (HL1), работы секции нагрева (HL2, HL3, HL4) и вентилятора (HL5).

Рисунок 1.2 - Оребренный трубчатый нагреватель (ТЭН).

1 - стальная трубка;

2 - нагревательная спираль;

3 - наполнитель (периклаз);

4 - контактные выводы;

5 - втулки — изоляторы;

6 – оребрение.

Для выбора электрокалориферной установки для отопления помещения определяют расчетную мощность электрокалориферной установки:

(1.1)

где - КПД электрокалориферной установки,

По расчетной мощности с учетом коэффициента запаса из каталога выбирают необходимую электрокалориферную установку.

Рисунок 1.3 - Электрическая схема установки СФОЦ- 25/0,5

Программа работы

1. Изучить конструкцию, технологические характеристики и область применения электрокалориферных установок.

2. Изучить принцип работы схемы управления и защиты установки.

3. Определить воздухопроизводительность установки.

4. Снять разгонную характеристику установки.

5. Исследовать зависимость теплопроизводительности, температуры нагрева, удельного расхода электроэнергии и КПД установки от мощности.

Методика выполнения работы

Измерение и расчет основных параметров электрокалориферной установки выполняют при установившемся режиме работы, когда температура выходящего из калорифера нагретого воздуха постоянна.

Контроль за температурой и скоростью воздуха осуществляется с помощью термометра и анемометра, которые устанавливаются в выходном патрубке вентилятора.

Воздухопроизводительность электрокалориферной установки определяется по формуле:

(1.2)

где F - площадь поперечного сеченая выхода патрубка вентилятора, м²;

- скорость воздуха, =4 м/с;

Тепловая производительность калорифера определяется по формуле:

(1.3)

где с - теплоемкость воздуха, с = 1,12 кДж/(кг°С);

- плотность воздуха, (1,2 кг/м³);

t₁ - температура входящего воздуха, °С;

t₂ - температура выходящего воздуха, °С.

Разгонная характеристика установки t₂= f ( ) снимается при одной работающей секции калорифера до установившегося режима. Значение изменяющейся температуры необходимо записывать в таблицу 1.2 через каждые 5 минут.

Режим можно считать установившемся, если на протяжении 5 минут разность температур t₂ – t₁ изменяется не больше чем на 1°С.

Мощность нагревательных элементов Р_н определяется вычитанием мощности, потребляемой электродвигателем Р_д, из общей мощности, потребляемой установкой Р_у= 2 кВт, Р_Н= 1,7 кВт.

Мощность двигателя вентилятора определяют по показанию ваттметра при отключенных секциях калорифера.

Удельная поверхностная мощность секции определяется из выражения:

(1.4)

где Р_н - мощность нагревательных элементов калорифера, Вт;

F_H - боковая поверхность нагревательных элементов секций калорифера, м² (для калорифера СФОЦ - 25, F_H = 0,2 м²);

Удельный расход электроэнергии на нагрев воздуха равен

(1.5)

где Р_у - мощность установки, кВт.

Коэффициент полезного действия установки определяется из выражения:

(1.6)

Таблица 1.2 - Результаты измерения температуры воздуха из вентилятора.

Количество включенных секций	Время мин.
1 секция	Температура, °С
2 секции	Температура, °С

Таблица 1.3 - Результаты измерений и вычислений.

Измерено

Вычислено

F, м²

, мин

U_ф, В

I, А

Uс, В

Р_д, Вт

Р_у кВт

t₁, °С

t₂, °С

V, м/с

L, м³/ч

Q, кДж/ч

Р_н, Вт

W, Вт/м²

t, °С

а,

, %

1 секция

2 секции