Разработка электропривода вентиляции на ферме КРС на 200 голов

Р_н=Р_к1/Z_н

 

Р_н=27,03/18=1,502, кВт

 

Число ТЭНов Z_н  принимают кратным 3, причем мощность одного ТЭНа при этом не должна превышать 3 - 4 кВт. Далее определяем рабочий ток нагревательного элемента с учетом схемы включения, а также расчетная температура t_расч нагревателя:

t_расч=t_д*К_м*К_с

где t_д—действительная температура нагревателя, °С;

       К_м —коэффициент монтажа, учитывающий ухудшение охлаждения;

       К_с—коэффициент среды, учитывающий улучшение охлаждения.

 

t_расч=600*0,4*1,5=360°С

 

Действительная температура (t_д) может быть предварительно определена с учетом ее превышения над температурой поверхности ТЭНа на 50—100°С, значение коэффициентов К_м и К_с.

По рабочему току и расчетному значению температуры определяется диаметр (d) и сечение (S) нагревателя.          

        d=0,7 мм  ;             S=0,385мм²

I_н= P_н/ U_н=1502/220=6,83, А

Рабочее сопротивление нагревателя—запрессован нихромовой проволоки. Ом:

R_н=U_н/ I_н

 

R_н=220/6,83=32,21, Ом

 

Сопротивление нагревателя до опрессовки:

R_он=R_н

,

 

R_он=32,21*1,3=41,87, Ом

 

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)],

 

д =1,1*10^-6 [1+16,3* 10^-6 (500-20)]=1,1086*10^-6 ,Ом _*м.

 

где ₂₀—удельное сопротивление материала при температуре 20°С, Ом.м;

—температурный коэффициент  изменения сопротивления, 1/1°С.

Значение удельного сопротивления ( ₂₀) и температурного коэффициента ( ) для различных материалов электрических нагревателей приведены в

Диаметр спирали (D_сп) равен, мм:

D_сп =(8-18)d=10*0,7=7, мм

 шаг спирали (в мм) равен:

h=(2-4)d=2*0,7=1,4, мм

 а число витков:

Внутренний диаметр трубки ТЭНа (D_н) равен:

D_н =(2,5-3) D_cп=2,5*7=17,5,мм

 

Длина активной части трубки ТЭНа в м (L_а) после опрессовки равняется длине спирали (L_сп):

L_а= L_сп=10^-3

h n=1,4*660*10^-3=0,924, м

а до опрессовки:              

L_оа=L_a/

=0,924/1,15=0,804, м

где —коэффициент, учитывающий изменение длины трубки при опрессовке, =1,15.

Полная длина ТЭНа в м

L=L_a+2L_n

где  L_n— длина пассивной части трубки ТЭНа может быть принята равной L_n=0,05 м.

 

 L=0,924+2*0,05=1,024,м

 

Потребное количество проволоки для  одного ТЭНа с учетом необходимой навивки на концы контактных стержней из расчета 15—20 витков на стержень:

 

потр= +( 15 - 20) ,

потр=14,5418* =14,936, м

В заключение этой части расчета  определяется удельная мощность в Вт/см² поверхности активной части трубки ТЭНа:

W=Р_н/L_a

D= 1502/(92,4*3,14*1,75)=2,96 ,Вт/см²

которая для трубки, выполненной  из стали Ст. 10, при использовании в качестве наполнителя кварцевого песка или периклаза должна составлять величину 3—5 Вт/см² при работе ТЭНов в калориферах.

 

5. Тепловой расчет нагревательных  элементов (ТЭНов).

В задачу теплового расчета ТЭНов входит определение действительной температуры и удельной (поверхностной) мощности нагревательной спирали и трубки ТЭНа.

По эскизу калорифера с учетом расположения ТЭНов (шахматное или коридорное) определяют живое сечение калорифера F_к и по известной подаче вентилятора определяют скорость воздуха в м/с:

 

V_в=L_в/ F_к

 

V_в=1543/(0,07138*3600)=6,01, м/с.

 

F_к = L*b=1,024*0,0697=0,07138, м²

 

Скорость воздуха должна быть в  интервале 6 – 11 м/с. Приняв для всех вариантов температуру воздуха  на выходе из калорифера t₂=50°С, определяют среднюю температуру воздуха:

t_ср=(t₁+t₂)/2 = (-3,5+50)/2=23,25, °С

где t₁—средняя температура воздуха на входе в калорифер за период работы установки, °С.

Коэффициент теплоотдачи ( ) от ТЭНа к воздуху находится по методике, изложенной в литературе [1], или могут быть использованы следующие формулы.

Коэффициент теплоотдачи ( ) в Вт/(м² С) равен:

=

где N_u—критерий Нуссельта;

      

— коэффициент теплопроводности воздуха, =0,027, Вт/(м °С); = , Вт/(м² С)

 

       D_в—внешний диаметр трубки ТЭНа, м.

 

D_в= D_н+2*h=17,5+2*0,8=19,2, мм

 (1)

 при шахматном расположении  ТЭНов

N_u=0,37R_e^0,6    =0,37*6206,27 ^0,6    =69,807                                                                           (2)

где R_e —критерий Рейнольдса.

Критерий   Рейнольдса   определяет режим обтекания ТЭНов воздухом и равен:

R_e=(V_a*D_в)/

=(6,01*0,0192)/18,5*10^-6=6206,27

где V_в  скорость воздуха, м/с;

 - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м/с, ( 18,5* 10-6).

Формулы (1) и (2) позволяют определить значение коэффициента теплоотдачи, а для ТЭНов третьего и всех последующих рядов в пучке. Если теплоотдачу третьего ряда ТЭНов принять за единицу, то в шахматных и коридорные пучках теплоотдача первого ряда составляет около 0,6, а второго—в шахматных пучках около 0,7 и в коридорных—около 0,9. Расчет проводится для ТЭНов первого ряда, работающих в наиболее тяжелых условиях.

Удельное контактное термическое  сопротивление ТЭНа в

R_т=

=1/98,166=0,01019

Контактное сопротивление нагревателя  длиной 1 м в 

 

 

Термическое сопротивление одного метра наполнителя  в С/Вт

=

 

 

= С/Вт

 

 

где — коэффициент теплопроводности наполнителя =1,5, Вт/(м_*°С).

х=

  y=   К=

х=

  y=   К=

Термическое сопротивление трубки длиной 1 м, м_*°С/Вт

,

где —коэффициент теплопроводности стенки, =40, Вт/(м_*°С).

 

= Вт/(м_*°С).

 

Общее термическое сопротивление  теплопроводности 1 м ТЭНа

=0,0389+0,0003691=0,03927

Общее термическое сопротивление 1 м нагревателя ТЭНа, м_*°С/Вт

Общее удельное термическое сопротивление, м_*°С/Вт

R_т

= =0,20824*3,14*0,01213=0,00793, м_*°С/Вт

D_э—диаметр эквивалентного цилиндра в м.

           Диаметр  эквивалентного цилиндра определяется  из уравнения

=   ,

 

D_э=12,13, мм

 

Удельная мощность на поверхности  трубки ТЭНа, Вт/м²

W=

= , Вт/м²

Предельно допустимая удельная нагрузка активной поверхности ТЭНа выполненного из стальной трубки при скорости движения воздуха не менее 6 м/с 'равна 6 Вт/см². Удельная погонная мощность ТЭНа, Вт/м

W₁=W

D_в=15407,26*3,14*0,0192=928,87, Вт/м

Температура спирали ТЭНа может быть определена из формулы

t_сп=t_тен+W₁r_т

=180+36,48=216,5

или

t_сп=t_ср+W₁r_т

=23,25+193,4=216,7

и не должна превышать максимально  допустимое значение для материала  нагревателя (Л—1).

Удельная поверхностная мощность нагревательной опирали, Вт/м²

W_сп=

= , Вт/м²

где r_т —термическое сопротивление теплопроводности

 

Раздел 2.2.Автоматизация технологического процесса

Рисунок 1. Функциональная схема вентиляции на ферме.

Рисунок 2. Разрез фермы.

 

Функциональную схему вентиляции коровника на 200 голов,где мы указали  вентиляциооные шахты показали расположение двигателей ,также показан терморегулятор и щит управления датчиком. Терморегулятор ОВЕН ТРМ10 предназначен для измерения температуры или другой физической величины (веса, давления, влажности и т. п.), импульсного или аналогового управления нагрузкой по пропорционально-интегрально-дифференциальномуПИД-закону, а также для формирования дополнительного сигнала, который может быть использован для сигнализации о выходе параметра за установленные границы или для двухпозиционного регулирования.

Прибор ОВЕН ТРМ10  рекомендуется  применять для управления объектами, обладающими повышенной инерционностью, где обычное двухпозиционное регулирование не обеспечивает необходимую точность. При использовании в качестве терморегулятора ОВЕН ТРМ10 может управлять как процессом нагрева, так и процессом охлаждения объекта. [http://www.owen.ru/catalog/94103916]

На втором чертеже показано фасадная часть коровника, на этом чертеже более подробно показано схема нашей вентиляции  и на третьем чертеже вид сверху.

Щит управления вентиляцией представляет собой полный комплект оборудования и приборов для присоединения потребителей к тепловым сетям. По результатам измерений температур и опроса входных датчиков ЩУВ управляет работой вентилятора и жалюзи, а также положением запорно-регулирующего клапана КЗР для поддержания заданной температуры в системе отопления.Перед началом работы ЩУВ осуществляет прогрев калорифера. Время прогрева определяется пользователем, исходя из эксплуатационных параметров системы. Для более быстрого разогрева системы контроллер формирует команду на выключение вентилятора, закрытие жалюзи и полное открытие КЗР.Управление приточной вентиляцией обеспечивается поддержанием температуры приточного воздуха на заданном уровне, защитой от превышения температуры обратной воды, защитой от замораживания воды в калорифере. Температура приточного воздуха в системе задается пользователем при программировании контроллера. Нагрев приточного воздуха осуществляется теплоносителем, проходящим через калорифер.Контроллер по температуре уставки с помощью выходных реле управляет жалюзи и вентилятором, подающими приточный воздух, а также положением КЗР, подающим теплоноситель в калорифер. Управление КЗР осуществляется кратковременными импульсами (ШИМ) по ПИД-закону регулирования, что позволяет поддерживать заданную температуру с высокой точностью.Управление температурой обратной воды осуществляется в зависимости от температуры наружного воздуха в соответствии с графиком зависимости. График обратной воды строится контроллером автоматически по заданным пользователям точкам (подробней в документации контроллера).При падении температуры приточного воздуха или температуры обратной воды ниже заданной пользователем критической температуры, либо возникновения неисправности входных датчиков (обрыв или короткое замыкание), система переходит на работу в режиме защиты от замораживания воды в калорифере. Для максимально быстрого повышения температуры контроллер формирует команду на полное открытие КЗР, выключение вентилятора и закрытие жалюзи.Дежурный режим предусмотрен для случаев, когда в работе приточной вентиляции нет необходимости (ночное время суток, выходные дни и т.п.). В этом режиме контроллер контролирует только температуру обратной воды, вентилятор выключен, жалюзи закрыты.В летнем режиме управление температурой приточного воздуха не осуществляется. КЗР при этом полностью закрыт, и циркуляция воды через калорифер прекращена. ЩУВ автоматически переводит систему на работу в летнем режиме при повышении температуры наружного воздуха заданного пользователем значения

 

 

 

 

 

2.3.Электрическое освещение объекта.