Курсовая работа: Разработка аккумулирующего электроводонагревателя электродного типа

- Предохранительные термоограничители препятствующие увеличению температуры воды, например, в случае отказа терморегулятора.

Потребность в предохранительных термоограничителях, устанавливаемых вместе с терморегуляторами, объясняется возможностью возникновения аварийных ситуаций в результате выхода из строя терморегулятора.

1 Разработка технологической схемы нагревателя и краткое описание

работы его основных узлов

Корпус рассчитываемого аккумулирующего нагревателя представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд с двумя полусферами с его торцов. Корпус выполнен из нержавеющей стали, и конструктивно состоит из трёх частей, снабжённых фланцами, и соединённых между собой болтовыми соединениями через резиновую уплотнительную прокладку, для исключения течи в соединениях. Такая конструкция корпуса позволяет легко разбирать и собирать нагреватель для его очистки и доступа к внутренним элементам с целью их замены или ремонта. Подвод холодной воды от централизованной системы водоснабжения осуществляется через двухдюймовый водопроводный вентиль, сетчатый фильтр и предохранительный клапан с нижней стороны бака нагревателя. Фильтр необходим для очистки воды с целью предотвращения загрязнения нагревателя и преждевременного выхода его из строя. Предохранительный клапан предназначен для отвода избыточного количества воды из рабочего бака при её нагреве и закрытом вентиле холодной воды. Отвод горячей воды из нагревателя осуществляется из верхней его части, так как в процессе нагрева тёплая вода поднимается кверху. На отводе горячей воды установлен водопроводный вентиль. В самую нижнюю точку корпуса вварен отвод с дюймовым вентилем для осушения ёмкости в случае ремонта или плановой очистки нагревателя. Все отводы до ближайшего вентиля или клапана выполнены из труб из нержавеющей стали и вварены в корпус нагревателя. Блок пластинчатых электродов выполнен из нержавеющей стали и расположен в нижней части корпуса, так как более холодная вода собирается внизу. Пластины электродов в разрезе представляют собой равносторонний треугольник соединяются в звезду с нулевым проводом и подвешены на четырёх токоведущих стержнях из нержавеющей стали диаметром 20 мм. Для большей механической прочности и исключения возможности возникновения короткого замыкания, вследствие незначительной деформации токоведущих стержней, пластины соединены между собой болтовым соединением через изолирующие эбонитовые втулки и шайбы. Токоведущие стержни выходят и верхней части бака нагревателя, располагаются друг относительно друга в вершинах равностороннего треугольника с центром расположенным на продольной оси бака, изолированы от корпуса резиновыми конусами и являются вводами для подключения силового кабеля. Использование резиновых конусов позволяет не только электрически изолировать стержни от основного корпуса, но и предотвратить течь воды наружу вдоль стержней. Для защиты нагревателя от «сухого» хода и отключения питания при уровне воды в баке ниже установленного в верхней части корпуса предусмотрен датчик электродного типа, изолированный таким же способом как и силовые токоведущие стержни. Если уровень воды в баке опустится ниже нижнего конца электрода, сопротивление между электродом и корпусом резко возрастёт и схема управления снимет питание с нагревателя и подаст соответствующую сигнализацию. Для измерения температуры воды на среднем уровне боковой поверхности корпуса расположен датчик температуры, сигнал с которого поступает на схему управления нагревателем. Измерительным органом датчика температуры является чувствительный терморезистор, изменяющий своё сопротивление пропорциональную температуре среды в которой он расположен, в данном случае воды. Для большей надёжности системы выше датчика температуры расположено термореле, измерительным органом которого является биметаллическая пластина. Реле отстроено на замыкание контактов при температуре превышающей 90°С. В целях электробезопасности корпус нагревателя заземляется. В нормальном режиме эксплуатации нагревателя вентили горячей и холодной воды должны быть открыты для беспрепятственного выталкивания горячей воды обратно в систему водоснабжения в случае если вентили у непосредственного потребителя закрыты, а вентиль осушения закрыт. Клапан избыточного давления является не рабочим а аварийным. Величина уставки давления срабатывания для клапана выбирается в зависимости от давления в системе водоснабжения на уровне установки нагревателя. Для снижения тепловых потерь снаружи корпус электронагревателя теплоизолирован.

2 Вычисление мощности и тока нагревателя и параметров электродов

Вычисление объёма бака нагревателя.

В соответствии с исходными данными объём будет состоять из суммы объёмов цилиндра диаметром 1200мм и высотой 1750мм и сферы диаметром 1200мм:

=3.49 (м3)

Вычисление массы воды в нагревателе.

Плотность горячей воды равна γ = 990 кг/м3

Вычисление мощности нагревателя.

где:

C=4.2 кДж/кг°С – теплоёмкость воды;

tн=15 °С – начальная температура воды;

K=1.1 – коэффициент запаса;

η=0,75 – коэффициент полезного действия нагревателя;

τ=6 часов – время нагрева воды в нагревателе от начальной до конечной температур.

По условиям задания нагреватель обеспечивает нагрев воды в ночное время в целях экономии средств (в ночное время электроэнергия стоит дешевле) и выравнивания суточного графика нагрузки. Поэтому целесообразно выбрать время нагрева около 6-7 часов. В сокращении времени нагрева нет необходимости, так как это повлечёт за собой неоправданное увеличение мощности нагревательных элементов и потребляемого тока, а следовательно и увеличение стоимости всего силового оборудования (кабели, электрические коммутационные и защитные аппараты).

Выбор напряжения сети и вычисление линейного и фазного токов нагревателя.

Мощность рассчитываемого нагревателя составляет приблизительно 70кВт поэтому питаться он будет от трёхфазной сети переменного тока напряжением 380В. Использование сети для питания электроводонагревателя с напряжением выше 380В не допустимо из-за повышенной опасности поражения электрическим током, т.к. в нем тепло выделяется непосредственно в воду, которая сама является сопротивлением. Использование для питания электроводонагревателя сети с напряжением менее 220В не представляется возможным из-за больших токов.

Электроды нагревателя соединены по схеме звезда с нулевым проводом.

Вычисление фазного сопротивления.

Вычисление площади и линейных размеров электродов.

Расстояние λ между электродами примем равным 2см.

Удельное сопротивление хозяйственно-питьевой воды ρ=500 Ом*см.

Принимаем электроды квадратной формы со стороной