Физика / Дипломная работа: Электрический расчет и автоматизация электротермической установки

Дипломная работа: Электрический расчет и автоматизация электротермической установки

Выполнил: студент факультета

электрификации и автоматизации

736б группы Лузик А.С.

Проверил: Новожилов Ф.А.

Кострома 2009

Аннотация

В курсовой работе выполнены расчеты нагревательных элементов для: электро-калорифера, бытового тепловентилятора, проточного электроводонагревателя приближенным методом по рабочему току. Произведен расчет нихромовой спирали бытового тепловентилятора по удельной мощности и сравнение результатов расчетов с предыдущими. Приведен обзор материалов, используемых при изготовлении нагревателей (электрокалорифера,проточного водонагревателя) и конструктивные особенности ЭТУ. Рассмотрены симметричные и неполнофазные режимы трехфазного электрокалорифера для различных схем их включения. В разделе по автоматизации электрокалорифера принята базовая принципиальная схема установки и рассмотрены варианты ее усовершенствования. Даны основные положения техники безопасности при эксплуатации электрокалорифера.

Пояснительная записка содержит 27 страниц, 8 иллюстраций, 1 график, 5 таблиц. Библиографический список содержит 7 источников. Графический материал содержит один лист формата А1.

Введение

Электричествов настоящее время – основная энергетическая база животноводства, птицеводства, ремонтного производства, стационарных процессов растениеводства. Уровень электровооружённости труда определяет рост производительности труда в этих областях.

В развитии сельской электрификации всё большее внимание уделяется надёжности электроснабжения, рациональному использованию электроэнергии, безаварийной эксплуатации электрооборудования, а также внедрению процессов и установок, в которых электроэнергия применяется не только как энергоноситель, но и как технологический фактор. В последнем случае речь идёт об электротехнологии.

Под электротехнологией понимают область науки и техники, охватывающую изучение и использование технологических процессов, в которых электрическая энергия участвует непосредственно, преобразуясь в рабочей зоне в тепловую, электромагнитную, химическую, механическую и в другие виды энергии.

Сельское хозяйство - крупный потребитель тепловой энергии: в общем энергопотреблении приходится на тепловые процессы. Существует несколько способов преобразования электрической энергии в тепловую, которые различаются по нескольким признакам: по виду «греющего» электрического тока или электромагнитной волны, по способу создания электрического тока или электромагнитной волны и по частоте тока или поля.

По этим признакам в настоящее время различают следующие способы электрического нагрева: сопротивлением, дуговой нагрев, индукционный нагрев, диэлектрический, электролучевой, лазерный, ионный, плазменный, инфракрасный и термоэлектрический нагрев.

Электронагрев в с/х. используется для: подогрева воды для технических нужд, подогрева воздуха в установках микроклимата, обогрева с/х животных и птицы, подогрева почвы и воздуха в парниках и теплицах, сушки зерна, сена, овощей, фруктов, санитарно-гигиенической обработки животных и оборудования и т.д.

Для этих целей используют выпускаемые нашей промышленностью электротермическое оборудование сельскохозяйственного назначения: комбинированные инфракрасные и ультрафиолетовые облучательных установки, инфракрасные облучатели, брудеры, электронагреватели - термосы, проточные электродные и элементные водонагреватели, электродные паровые котлы, электрообогреваемые панели, коврики, электрокалориферные установки и специальный нагревательный провод. Количество и мощность ЭТУ в с/х производстве непрерывно увеличиваются. Большим потенциальным потребителем электронагрева должны стать растениеводство и плодоводство (обогрев парников и теплиц, термообработка продукции).

Таблица 1. Классификация электротермического оборудования по способу нагрева.

Вид электротермического оборудования	Основные области применения	Примеры оборудования
Электропечи (электротермические устройства сопротивления)	Нагрев воздуха, воды, почвы, сушка и тепловая обработка с/х материалов и кормов, приготовление пищи	Электрокалориферные установки, электропечи, электроводонагреватели, котлы, установки для сушки и активного вентилирования зерна, сена, бытовые электронагревательные приборы, электропечи сопротивления ремонтного производства: нагревательные, плавильные, соляные, щелочные, масляные ванны
Дуговые электропечи	Электросварка, резка, наплавка металлов	Сварочные трансформаторы сварочные выпрямители, сварочные генераторы
Индукционные электропечи	Поверхностная закалка металлических деталей, нагрев под термообработку и пластическую деформацию (ковка, штамповка), косвенный нагрев воды (индукционный нагрев воды), обогрев трубопроводов	Индукционные закалочные и нагревательные установки средней и высокой частоты: средняя- 20 кГц, высокая- 66 кГц и выше, индукционные водонагреватели промышленной частоты
Диэлектрические электропечи	Нагрев диэлектриков и полупроводников, комбинированная высокочастотно- конвективная сушка, стерилизация продуктов, приготовление пищи	Установки диэлектрического нагрева: пресс порошков, резин, дерева, консервной продукции, сушилки семян селикционных центров, СВЧ печи для приготовления пищи
Электронно- лучевые печи	Термообработка, плавка, сварка тугоплавких (вольфрам tпл= 3600 С) и химически активных металлов в вакууме	Электронные плавилрные, нагревательные и сварочные установки
Лазерные электропечи	Резка, сварка, поверхностная обработка (закалка) металлов, нанесение покрытий, предпосевная обработка семян, селекционные работы	Установки лазерной технологии в машиностроении и ремонтном производстве, установки предпосевной и селекционной обработки семян
Ионные электропечи	Химикотермическая обработка металлов	Установки ионно- плазменного азотирования, цементация поверхностного покрытия металлов
Плазменные электропечи	Плавка, резка, термообработка металлов и сплавов	Дуговые и высокочастотные плазмотроны
Электропечи инфракрасного нагрева (эл.нагрев ИК- облучения при условии, что спектральные ИК характеристики излучателя соответствуют поглощательным характеристикам установок	Местный обогрев молодняка животных и птицы, сушка материалов и с/х продуктов, приготовление пищи, обработка кормов и семян	Установки ИК обогрева животных и птицы, сушилки фруктов, пастеризаторы молока,термоэлектрические устройства
Термоэлектрические устройства, нагрев сред теплотой «переносимой» от источника, имеющего температуру более высокую, чем температура потребителя	Обогрев воздуха	Термоэлектрические (полупроводниковые) установки, тепловые насосы, теплохолодильное оборудование

1. Материалы, применяемые при изготовлении электрокалорифера и проточного электроводонагревателя

1.1 Конструкция нагревателей

Электрический нагреватель — основной элемент электротермической установки, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Конструктивное исполнение электрического нагревателя определяется нагреваемой средой, характером нагрева, мощностью, технологическим назначением и другими условиями.

В зависимости от конструкции и технологического назначения электрические нагреватели выполняют с электрической изоляцией, защитными устройствами, а также с устройством для крепления и подвода электрического тока.

По исполнению различают открытые, защищенные и герметические нагреватели.

В нагревателях открытого исполнения резистивное тело — нагревательное сопротивление не изолируют от нагреваемой среды, а размещают непосредственно в ней.

Нагреватели из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением изготовляют в виде проволочных или ленточных зигзагов, проволочных спиралей и крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке (электрокалориферы) или в воздушном пространстве (электропечи) электротермических установок.

Достоинство открытых нагревателей— простота устройства, ремонтоспособность и возможность обеспечения высокого коэффициента теплоотдачи с поверхности нагревательного элемента. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий срок службы, невысокую механическую прочность и невозможность использования в агрессивных средах.

В нагревателях защищенного исполнения нагревательные сопротивления, изготовляемые из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, размещают в защитном корпусе, предохраняющем их от механических повреждений и от нагревательной среды.

Наиболее совершенными и универсальными являютсягерметические трубчатые электронагреватели (ТЭН). Их эффективно используют в электрокалориферах, водонагревателях, электрических печах, теплоаккумулирующих установках, электрокипятильниках, бытовых плитах и др. Промышленность выпускает ТЭН напряжением от 12 до 380 В, мощностью от 100 до 25000 Вт, развернутой длиной от 0.25 до 6.3 м и диаметром трубки от 6 до 16 мм.

ТЭН (рис.1) представляет собой тонкостенную металлическую трубку 6 (оболочку), в которую запрессована спираль из проволоки 4 с большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали приварены к контактным стержням 3, снабженным с внешней стороны контактными устройствами 1,2 для подключения к сети. Спираль изолируется от стенок трубки наполнителем 5 из периклаза (плавленная окись магния), обладающим высокими диэлектрическими свойствами и теплопроводностью. В качестве наполнителя допускается использовать кварцевый песок, электрокорунд и другие материалы. Торцы трубки герметизируют тепловлагостойким составом и изолирующими втулками 7, что исключает доступ воздуха и влаги внутрь ТЭН.