3.8 Исходные данные для расчета толщины тепловой изоляции:

а) масса горячей воды в водонагревателе, кг, принятая в пункте 1.5

М=363 кг

б) заданное (допустимое) снижение температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети ∆Т=1,6 ⁰С;

в) температура горячей воды в водонагревателе Т₂=90 ⁰С;

г) температура воздуха в помещении, в котором установлен водонагреватель, Т₀=15 ⁰С;

д) материал тепловой изоляции – шлаковая минеральная вата марки 200, коэффициент излучения покровного слоя, нанесенного на ее наружную поверхность – высокий;

е) нормируемая (по соображениям безопасности) температура наружной поверхности водонагревателя Т_пв=35 ⁰С;

ж) толщину тепловой изоляции боковой поверхности, дна и крышки водонагревателя принять одинаковой.

Цель расчета – определение δ. Значение δ определяют по каждому из двух вышеуказанных условий и затем принимают наибольшее значение.

3.9 Порядок расчета δ по заданному снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети:

1. Количество теплоты, Дж, которое теряет вода в водонагревателе при остывании ее на разность температур ∆Т:

Q=M·c·∆T, (35)

Q=363·4190·1,6=2433552 Дж

2. Средний тепловой поток, Вт, теряемый горячей водой в окружающую среду при остывании на 1 час на разность температур ∆Т:

, (36)

Вт

3. Требуемое термическое сопротивление теплопередаче от воды к окружающей среде, ⁰С/Вт:

, (37)

⁰С/Вт

4. С учетом допущений, принятых в пункте 3.7, термическое сопротивление R_Т складывается из термического сопротивления слоя тепловой изоляции и термического сопротивления теплоотдаче наружной поверхности водонагревателя:

, (38)

где λ_из – теплопроводность материала тепловой изоляции, Вт/м·⁰С;

А – площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, м²;

α_н – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, Вт/м²·⁰С.

λ_из=0,07+0,198·10^-3·Т_ср

(39)

λ_из=0,06+0,198·10^-3·65°=0,073 Вт/м·^°С

Площадь А приближенно может быть подсчитана по внутренней поверхности бака водонагревателя как сумма трех составляющих (площади дна, площади боковой цилиндрической поверхности и площади крышки):

, (40)

м²

Значение α_н для нашего расчета, при высоком коэффициенте излучения α_н=11,5 Вт/м²·⁰С.

Искомую толщину теплоизоляционного слоя находим из выражения (38):

, (41)

м

3.10 Порядок расчета δ по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.

Для расчета используется условие неизменности теплового потока при прохождении им последовательных участков тепловой цепи (рассматривается стационарный процесс теплопередачи):

, (42)

Левая часть выражения (42) представляет собой тепловой поток, идущий от горячей воды через теплоизоляционный слой к наружной поверхности водонагревателя, а правая часть – тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности водонагревателя в окружающую среду.

Из (42) получается формула для расчета искомой толщины теплоизоляционного слоя δ:

, (43)

После подстановки численных значений температур

, (44)

или

, (45)

м

3.11 Из двух значений δ, полученных по формулам (41) и (45), принимаем окончательно наибольшее.

0,0174>0,0061

δ=0,0174 м

4 Разработка принципиальной электрической схемы управления

Рисунок 4.1 – Принципиальная электрическая схема управления водонагревателем.

5 Выбор силовых проводов

В настоящей курсовой работе задача выбора проводов и кабелей решается в неполном объеме: она сводится к выбору площади сечения только по условию допустимого нагрева провода (кабеля) и по условию его механической прочности. Таблица допустимых длительных токов для различных проводов и кабелей в зависимости от их площади сечения и условий прокладки приведены в ПУЭ [8, стр.17]. Там же в таблице 2.1.1 приведены наименьшие (по условиям механической прочности) сечения токопроводящих жил проводов и кабелей в электропроводках.

Формулы для определения расчетных токов трехфазных электроприемников.

а) для группы ТЭНов электроводонагревателя.

, (46)

где Р_с – расчетная активная мощность секции (группы), Вт;

В нашем случае проектируемый нестандартный водонагреватель имеет две группы ТЭНов. В нижней части бака располагается 6 ТЭНов, в верхней части бака – 3 ТЭНа. Мощность каждого ТЭНа при рабочей температуре составляет 2714 Вт.

Рассчитаем мощность группы (секции) ТЭНов:

Р_1с=3·1602=4806 Вт;

U_н – номинальное линейное напряжение сети; U_н=220 В.

Рассчитаем ток для нижней группы (секции) ТЭНов:

А

Выбор проводов для каждой группы и для магистрали.

Допустимые длительные токи для проводов с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами [8] указаны в таблице 5.1

Таблица 5.1 – Допустимые токи

Стандартные сечения токопроводящей жилы, мм^2	Ток (в Амперах) для проводов проложенных
	Открыто	В одной трубе
		2-х одно-жильных	3-х одно-жильных	4-х одно-жильных	5-х одно- жильных
2	21	19	18	15	12
2,5	24	20	19	19	16
3	27	24	22	21	18
4	32	28	28	23	20
5	36	32	30	27	21
6	39	36	32	30	27
8	46	43	40	37	34
10	60	50	47	39	35
16	75	60	60	55	50
25	105	85	80	70	65

1. Расчетный ток для группы (секции) ТЭНов равняется I₁=12,63 А. С учетом данных таблицы 5.1, выбираем провод для верхней группы ТЭНов АПВ-3 (1х2,5), проложенный в одной трубе. Этот провод (четыре одножильных изолированных провода, проложенные в одной трубе) длительно выдерживает ток I_доп=19 А, что больше расчетного I_доп=19А>I=12,63А.

Кабель АПВ-3 (1х2,5) проходят по механической прочности F_cеч=2,5мм² согласно ПУЭ изд. 7 от 2008г. п. 2.1.14 табл. 2.1.1.

6 Выбор аппаратуры управления и защиты

1. Выбор предохранителей FU1-FU3 для группы (секции) ТЭНов.

Выбор предохранителей осуществляется по номинальному напряжению U≤U_н, номинальному току плавкой вставки I₁≤I_вст., номинальному току предохранителя I₂≤I_н.пр.

Выбираем предохранитель ПН2-100 с U_н=220 В; I_вст.=30 А

U=220 В=U_н=220 В; I=12,63 А<I_вст=30 А; I=12,63 А <I_н.пр=100 А.

2. Выбор электромагнитного пускателя КМ2 для верхней группы (секции) ТЭНов.

Выбор пускателя осуществляется по номинальному напряжению U≤U_н, номинальному рабочему току главной цепи пускателя I≤I_н.раб.

Выбираем пускатель ПМЛ2100 с U_н=220 В; I_н.раб.=25 А

U=220 В=U_н=220 В; I₁=12,63 А<I_н.раб.=25 А.

3. Выбор рубильника QS.

Выбор рубильника осуществляется по номинальному напряжению U≤U_н, номинальному току рубильника I≤I_н.р.

Выбираем рубильник РБ31 с U_н=220 В; I_н.р=100 А

U=220 В=U_н=220 В; I=12,63 А<I_н.р.=100 А.

7 Эксплуатация и техника безопасности

Электроводонагреватели предназначены для горячего водоснабжения объектов производственно-технического и сельскохозяйственного назначения, где отсутствуют источники горячей воды.

В животноводстве нагретая вода требуется для поения животных, приготовления кормов нужной консистенции и гигиенических целей.

Электроводонагреватель должен устанавливаться в помещениях с невзрывоопасной средой без повышенной пожарной опасности.

Перед тем как включить электроводонагреватель в работу, необходимо наполнить его резервуар водой до вытекания ее через трубопровод горячей воды. Следует иметь в виду, что включение электроводонагревателя под напряжение при отсутствии воды в резервуаре приводит к быстрому перегоранию нагревательных элементов (ТЭНов).

В трубопроводе холодной воды обязательно должны быть: вентиль-клапан, который пропускает воду из водопроводной магистрали в резервуар электроводонагревателя, но не выпускает ее обратно, а также тройник со спускным краном, служащий для освобождения резервуара электроводонагревателя от воды при его очистки и ремонте.

При монтаже электроводонагревателей, а также при их реконструкции не допускается сборка трубопровода холодной воды без обратного клапана. При отсутствии обратного клапана или при его неисправности возможно вытягивание горячей воды из резервуара электроводонагревателя в водопроводную магистраль с опасными при этом последствиями.

В электроводонагревателях надежность работы электронагревательных элементов (ТЭНов) в значительной степени определяется характеристикой воды, которая изменяется в широких пределах. Образование на ТЭНах накипи, обладающей низкой теплопроводностью, приводят к нарушению теплового баланса ТЭНа и перегоранию его нагревательного элемента. Скорость образования накипи в первую очередь зависит от жесткости воды, которая имеет соединения кальция и магния. В трубчатых электронагревателях толщина накипи не должна превышать 2 мм. Периодичность очистки ТЭНов от накипи в зависимости от жесткости воды и загрузки их в течение суток определяют по номограмме. Своевременная очистка ТЭНов от накипи предотвращает преждевременный выход их из строя. Основные меры защиты от поражения электрическим током состоят в занулении водонагревателей и парогенераторов, подключении их к водопроводной сети через изолирующие вставки, выравнивании потенциалов в помещениях.

Элементные водонагреватели должны быть запулены. Изолирующие вставки в трубопроводах холодной и горячей воды нужны во всех случаях, за исключением тех, когда водонагреватели снабжены аппаратами защитного отключения и если они установлены и снабжают горячей водой помещения с искусственным или естественным выравниваем потенциалов. В помещениях без устройств выравнивания потенциалов необходимо местное выравнивание потенциалов у водонагревателя и в местах разбора воды.

Элементные водонагреватели, обеспечивающие горячей водой душевые, должны иметь изолирующие вставки. Душевые кабины и места раздевания следует оборудовать устройствами выравнивания потенциалов в виде металлической сетки с ячейками размером не более 0,3 х 0,3 м², заложенной в бетон на глубину 20...30 мм от поверхности пола и соединенной сваркой с трубопроводами холодной и горячей воды, и канализационными.

Список использованной литературы

1. Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2009. – 853 с.

2. Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. – М.: КолосС, 2006. – 344с.

3. Файн В.Б. Курсовая работа по электротехнологии: Учебное пособие – Челябинск: ЧИМЭСХ, 1988. – 48с.

4. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.: Агропромиздат, 1986. – 288с.

5. Электротехнология/ А.М. Басов, В.Г. Быков, А.В. Лаптев, В.Б. Файн. – М.: Агропромиздат, 1985. – 256с.

6. Казимир А.П., Керпелева И.Е. Эксплуатация электротермических установок в сельскохозяйственном производстве. – М.: Россельхозиздат, 1984. – 208с.

7. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.Н. Шлаф, В.Ч. Афонин, Е.А. Соболенская. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504с.

8. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Под ред. Б.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера.- М.: Энергоатомиздат, 1981. – 408с.

9. Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. – М.: Колос, 1975. – 384с.