Федеральное агентство по образованиюГосударственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования
«Тюменский Государственный НефтегазовыйУниверситет»
Технологический институтКурсовой проект
по дисциплине: Оборудование предприятий общественногопитания
Проектирование электрического пищеварочного котла емкостью250 дм3
Исполнитель студент гр. ТПП-02-1 Е. В. СтудентРуководитель
ст. преподаватель Л.С. Препод
Тюмень 2006
Введение
Варочное оборудованиешироко применяется не только на предприятиях массового питания, но и на предприятияхмясной, молочной и консервной промышленности. Варка – один из основных видов тепловойобработки пищевых продуктов. Это процесс гидротермической обработки пищевых продуктовв жидкой среде: воде, бульоне, молоке, соусе и т. п.
Варка ряда пищевыхпродуктов протекает в специфических условиях теплообмена.
Конструкции варочныхаппаратов должны соответствовать технологическим требованиям конкретного процессаварки пищевого продукта или кулинарного изделия в целом.
Основные технологическиетребования, предъявляемые к конструкциям варочных аппаратов сводятся к получениювысококачественного готового продукта с максимальным сохранением пищевых (белков,жиров, углеводов), минеральных, экстрактивных веществ, витаминов при минимальныхзатратах теплоты.
В последние годынаметилась тенденция на использование в конструкциях аппаратов греющих элементов,состоящих из унифицированных листоканильных панелей.
Такое конструктивноерешение создает оптимальные условия для унификации основных узлов, уменьшения металлоемкости,улучшает технологические и эргономические показатели и улучшает условия труда обслуживающегоперсонала.
Правильный выбор и эффективная эксплуатация технологического оборудованияпозволяют повысить уровень обслуживания клиентов предприятий общественного питания,интенсифицировать труд обслуживающего персонала, снизить затраты физического труда,уменьшить потери сырья и удельные расходы энергии.
Кроме отечественного оборудования на российском рынке широко представленыи зарубежные машины и аппараты. К сожалению, иногда технический уровень некоторыхвидов оборудования не соответствует рекламным параметрам и уровню цен. Насыщениерынка происходит на фоне появления большого количества однотипного оборудования,поставляемого различными зарубежными фирмами, при прекращении производства и продажиотечественных аналогов.
В представленном курсовом проекте освещаются вопросы, связанные с назначением,классификацией, устройством, особенностями эксплуатации, а также принципами расчетаи конструирования оборудования.
Целью работы является проектирование электрического пищеварочного котла емкостью250 л.
Для реализации цели необходимо решить задачи:
- проанализировать существующие конструкции пищеварочных котлов;
- описать проектируемый котел;
- выполнить теплотехнический расчет электрического пищеварочного котлаемкостью 250 дм³;
- определить геометрические характеристики электрического пищеварочногокотла;
- выполнить графическую часть.
1. Обзорная часть
1.1 Рынок технологического оборудования
Современный рынок технологического оборудования представлен, как отечественнымипроизводителями, так и зарубежными.
Oscartielle — один из ведущих итальянских производителей холодильного оборудованиядля магазинов и супермаркетов, была основана более 40 лет назад и имеет огромныйопыт работы в данной сфере бизнеса. Продукция Oscartielle получила широкое признаниерынка в Италии и Европе, а также хорошо известна в других странах, в том числе ив России, где активно продается уже более семи лет. Выбор в пользу продукции этойкомпании уже сделали крупные сети Москвы, Екатеринбурга, Тюмени.
«IFI» — лидер в производстве барных стоек и мебели для баров и ресторановлюбого формата. Сотрудничая с известными итальянскими дизайнерами, такими как ValterPanaroni, Massimo Simonetti, компания IFI создает барные стойки уникального дизайнасо встроенным технологическим оборудованием высокого качества.
«EMMEPI»- это технологическое оборудование для столовых, баров и ресторанов.Профессиональное тепловое оборудование EMMEPI отличается широким выбором функциональныхвозможностей. Основными характеристиками оборудования EMMEPI являются: высокое качествоматериалов, высокая производительность, простота в исполнении, долговечность, практичность,высокий уровень безопасности.
Предлагают тепловое оборудование серий 600/650, 700, 750, 900 для предприятийобщественного питания в зависимости от их пропускной способности, ассортимента ипроизводительности.
Все оборудование изготовлено из нержавеющей стали, легко и удобно в обслуживании,отвечает самым высоким стандартам безопасности и гигиены. Оборудование EMMEPI выпускаетсяв двух вариантах: электрическое и газовое.
«Nuova Simonelli» — представлена на рынке более 60 лет и является мировымлидером по производству кофемашин и барного оборудования. В ассортименте компанииболее ста автоматических и полуавтоматических кофемашин для приготовления эспрессо,каппуччино и напитков на основе кофе. Машины Nuova Simonelli отличаются оригинальнымдизайном, высокотехнологичны, просты в использовании и техническом обслуживании.
Итальянская компания Sigma работает на рынке технологического оборудованияболее тридцати лет, специализируясь на производстве оборудования для приготовлениятеста. Особое внимание конструкторы компании уделяют эргономичности оборудования,легкости и безопасности в использовании. Оборудование Sigma надежно, долговечно,проходит обязательное сертифицирование и прекрасно подходит для использования впомещениях с небольшой площадью.
Компания CAS производит весы и измерительное электронное оборудование дляторговли, промышленности, сельского хозяйства. Оборудование CAS успешно продаетсяболее чем в ста странах мира и прекрасно зарекомендовало себя на российском рынке.
Итальянская компания Elettrobar, основана в 1969 году, и является одним излидеров в производстве профессиональных посудомоечных машин Ассортимент посудомоечныхмашин фирмы насчитывает более 40 моделей (конвейерные, с фронтальной загрузкой икупольного типа).
Компания Carimali работает на рынке практически 90 лет и за внушительный срокработы сумела занять лидирующие позиции среди производителей профессиональных кофемашин.Модельный ряд Carimali насчитывает более 30 машин для использования в кафе и барахсамого различного формата.
Компания BERTOS была создана в 1974 году. Занимается разработкой, производствомтеплового оборудования для предприятий общественного питания. Компания BERTOS поставляетсвою продукцию в 75 стран мира, оборудование Berto's отличает универсальность использования,надежность и прочность, что гарантирует долгую эксплуатацию даже при жестком режимеиспользования.
Компания Enofrigo представлена на рынке холодильного технологического оборудованияоколо 30 лет и предлагает клиентам широкий спектр элитного оборудования для ресторановбаров кафе. В ассортименте компании охлаждаемые кондитерские витрины, салат-бары,шкафы для демонстрации бутилированного вина, буфеты.
Компания Fimar — итальянский лидер по производству электромеханического технологическогооборудования и современной кухонной техники. Продукцией «Fimar» можно полностьюоснастить кухонное пространство и барную стойку. Это тепловое оборудование: фритюрницы,мармиты, тостеры, контактные грили, грили SALAMANDER, тепловые поверхности, блинницы,печи для пиццы, тепловые витрины и многое другое; электромеханическое — миксеры,блендеры, соковыжималки, барные комбайны, льдодробители, планетарные миксеры, тестораскатки,слайсеры, фаршемешалки, мясорубки, сыротерки, кухонные комбайны, овощерезки.
Компания GARBIN (Италия) предлагает конвекционные печи и расстоечные шкафыспециально созданные для работы с полуфабрикатами из замороженного теста.
Компания SIRMAN занимает лидирующие позиции среди итальянских производителейоборудования для предприятия общественного питания и супермаркетов, постоянно находитсяв процессе своего развития и расширения.
Компания Tecnoinox – одна из ведущих компаний, выпускающих тепловое оборудованиедля профессиональной кухни. Продукция фирмы имеет сертификат ISO 9001-94. В разработкемодельного ряда, участвуют опытные конструкторы. Небольшие габариты делают привлекательнымиспользование оборудование этой серии в баре и кафе. Оборудование TECNOINOX полностьювыполнено из нержавеющей стали, удобно в эксплуатации и обслуживании.
Итальянская фирма Afinox, основанная в 1980 году, производит высокотехнологичноехолодильное оборудования элит класса для ресторанов, кафе, баров – охлаждаемые столы,линии для приготовления пиццы, салат-бары, кондитерские и винные витрины. Все моделиAfinox выполнены из экологически безопасных материалов и имеют сертификаты качества.
Derby — один из европейских лидеров по производству оборудования для продажимороженого и замороженных продуктов. Оборудование Derby это надежность в эксплуатациии высокие технические показатели.
Polair — совместный российско-итальянский проект по производству холодильногооборудования бизнес класса. Завод работает на отечественном сырье и итальянскомоборудовании по импортным технологиям. Под торговой маркой «Polair» выпускают однокамерныеи двухкамерные холодильные шкафы. Оборудование отличается высокой степенью надежности,срок службы изделий — не менее 12 лет.
Golfstream с 1996 года, выпускает холодильное оборудование для презентаций,торговли и хранения продовольственных продуктов. Оборудование максимально приближенок европейскому уровню качества, благодаря использованию современных технологий иместному контролю продукции и тестирования производственного процесса на всех этапах.
1.2 Требования, предъявляемые к конструкции оборудования
Тепловые аппараты, применяемые на предприятиях общественного питания отличаютсяустройством, принципом действия, конструктивным исполнением, назначением и правиламиэксплуатации. Однако можно выделить общие требования, предъявляемые к тепловым аппаратам,которые условно группируют на: технологические, эксплуатационные, энергетические,экономические, безопасности и дизайна. Все приведенные группы требований связаныи взаимообусловлены между собой — одна группа требований предопределяет другие.
Технологические требования.Конструкция аппарата должна прежде всегоудовлетворять технологическим требованиям процесса тепловой обработки продуктов.
Технологические требования заключаются в максимально возможном соответствиирежима работы, параметров, устройства рабочей камеры, загрузочного и разгрузочногоустройства аппарата физическим и химическим изменениям, происходящим в пищевых продуктахпри их тепловой обработке, которая существенно влияет на качество готового изделия.
Под технологическими параметрами понимают температуру, относительную влажностьвоздуха, давление в аппарате, скорость движения продукта через аппарат и т. д. Приэтом необходимо, чтобы конструктивные и эксплуатационные показатели аппарата обеспечивалиоптимальные режимы технологического процесса, т.е. процесс должен осуществлятьсяза возможно минимальный промежуток времени с получением наилучшего результата (высокиеорганолептические показатели, максимальное сохранение пищевых, ароматических веществи вкусовых качеств, максимальный выход и другие качественные показатели готовогопродукта).
Соответствие конструкции аппарата требованиям технологического процесса являетсянаиболее важным фактором в повышении качества кулинарной продукции. В связи с этимна предприятиях общественного питания эксплуатируется большое количество специализированныхаппаратов, предназначенных для реализации одного или нескольких технологическихпроцессов (котлы, фритюрницы, сковороды, кипятильники, шкафы и др.), наиболее полноудовлетворяющих требованиям конкретного процесса.
К эксплуатационным требованиямотносят соответствие режима работы,конструктивных особенностей машины или аппарата его рациональной эксплуатации. Эксплуатационныетребования к аппаратам предусматривают в качестве непременного условия простотуих обслуживания с минимальной затратой труда; устойчивость к коррозии, которая можетвозникнуть при воздействии обрабатываемых продуктов, воздействии окружающей среды(кислорода воздуха) и моющих средств; доступность аппарата для осмотра, чистки,ремонта; высокая надежность и экологичность. Эксплуатационные требования предопределяютнеобходимость автоматизации контроля и регулирования параметров технологическогопроцесса. Автоматизация обеспечивает более точное проведение технологического режимав аппарате (по сравнению с ручным), упрощает его обслуживание, ведет к уменьшениючисленности обслуживающего персонала, экономит энергию и способствует повышениюкачества кулинарной продукции.
Энергетические требования.Энергетические требования отражают возможностьмашины или аппарата затрачивать минимальное количество энергии на выполнение технологическогопроцесса, т.е. аппараты должны быть энергосберегающими. Существенным резервом улучшенияэнергетических показателей тепловых аппаратов является снижение потерь теплоты.Одним из основных энергетических показателей работы аппаратов является удельныйрасход энергии на единицу готовой продукции.
Конструктивные требования. Сущность этих требований заключается в соответствииконструкции аппарата современным условиям машиностроения.
Конструктивные требования, предъявляемые к аппаратам, связаны с их проектированием,изготовлением, транспортировкой и монтажом. Важными конструктивными требованиямиявляются:
— технологичность, т.е. соответствие конструкции технологическому процессу;
— унификация и нормализация деталей и узлов, максимальное использование стандартизированныхдеталей и изделий. Соблюдение этих требований позволяет организовать поточностьпроизводства и контроль качества;
— секционность, которая улучшает условия его эксплуатации, облегчает разборку,а при необходимости и замену, доступность при осмотре и ремонте;
— техническое совершенство, работоспособность и надежность.
Техническое совершенство аппарата характеризуется периодом, в течение которогоаппарат по своим основным показателям соответствует современному уровню развитиятехники.
Под надежностью машиныили аппарата понимается их способность выполнятьсвои технологические функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределахв течение требуемой наработки.
Наработка — продолжительность или объем работы машины или аппарата, измеряемыев единицах времени или весовых (объемных) единицах по перерабатываемому сырью.
Надежность машины или аппарата зависит от их безотказности, долговечности,ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказностьхарактеризует способность машины или аппарата сохранятьработоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
Долговечность— это способность машины или аппарата сохранять работоспособностьдо предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживанияи ремонта. Долговечность характеризуется ресурсом или сроком службы до одного извидов ремонта.
Ремонтопригодность характеризует приспособленность машины или аппарата к предупреждению,обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения плановых профилактическихосмотров и ремонтов.
Сохраняемость отражает свойство машины или аппарата сохранять эксплуатационныепоказатели в процессе их транспортировки и хранения при соблюдении условий, рекомендуемыхзаводом-изготовителем.
Конструктивными достоинствами аппарата являются также простота его устройства,небольшая масса и габариты, изготовление из недорогих и доступных материалов, удобствоэксплуатации.
Экономические требования.Данные требования отражают минимальные затратына изготовление, монтаж и эксплуатацию машины или аппарата при сохранении их высокихтехнико-экономических показателей. К числу таких показателей относятся производительность,удельный расход энергии, коэффициент полезного действия, текущие расходы на обслуживание.
1.3 Материалы, применяемые для изготовления оборудования предприятий общественногопитания
Материалы, которые применяются для изготовления оборудования предприятий общественногопитания, должны обеспечивать его надежность при минимальных габаритах и массе. Материалынепосредственно контактирующие с пищевыми продуктами, должны соответствовать требованиямсанитарного надзора.
Такие материалы не должны подвергаться коррозии в результате контакта с пищевымипродуктами, кроме того, они должны легко очищаться от остатков продуктов и не разрушатьсяпод влиянием моющих средств.
По назначению материалы могут быть подразделены на три группы: конструкционные,теплоизоляционные и электротехнические.
В качестве конструкционных материалов применяют черные, цветные металлы, сплавы,пластмассы и другие синтетические материалы.
К черным металлам относятся железо и его сплавы, важными из которых являютсячугун и стали.
Чугун представляет собой высокоуглеродистый сплав железа с углеродом. Углеродав чугуне содержится от 2 до 4,5%. Марки чугуна составлены следующим образом: первыебуквы обозначают название чугуна (СЧ – серый чугун), первые две цифры – предел прочностина растяжение в кг/мм², вторые две цифры – предел прочности на изгиб в кг/мм².Например, для изготовления корпусных деталей механического оборудования, испытывающихнебольшие нагрузки, применяют чугун марок СЧ 15-32, СЧ 21-40, СЧ 35-56; конфоркиплит изготовляют обычно из чугуна СЧ 18-36 и СЧ 21-40.
Сталь – это сплав железа с углеродом. Углерода в стали обычно содержится от0,04 до 2,0%. В качестве добавок используют марганец (0,1 – 1,0%), кремний (до 0,4%)и др. Сплавы с указанными пределами изменения состава называются углеродистой сталью.По качеству эти сплавы подразделяются на сталь углеродистую обыкновенного качестваи сталь углеродистую качественную.
Из стали углеродистой обыкновенного качества изготовляют сварные корпусныедетали, крышки, кожухи и другие детали, не несущие больших нагрузок и не соприкасающиесяс пищевыми продуктами.
Чтобы придать железоуглеродистым сплавам определенные свойства, к ним добавляютразличные элементы. Так, при добавлении хрома повышается твердость и прочность сплавов;при добавлении никеля – прочность,
пластичность и устойчивость к коррозии; молибдена и вольфрама – твердостьи жароустойчивость; кремния – прочность, коррозионная стойкость; марганца – прочность,износоустойчивость и твердость.
В зависимости от основных свойств качественные стали и сплавы можно подразделитьна три группы:
- коррозийонно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостьюк электрохимической и химической коррозии (щелочной, кислотной, соленой, атмосфернойи др.);
- жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостьюк химическому разрушению в газовых средах при температурах выше 550° С; эти сталии сплавы могут работать в ненагруженном или слабо нагруженном состояниях;
- жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состояниипри высоких температурах в течение определенного времени и обладающие достаточнойтермостойкостью.
Те или иные качественные стали и сплавы применяются в зависимости от условийэксплуатации, величины нагрузки, наличия или отсутствия контакта с пищевыми продуктами.Так, для изготовления деталей, испытывающих большие нагрузки (валы, шестерни, тяги,рабочие инструменты), применяются качественные углеродистые и нержавеющие сталимарок 45, 50, 40Х, 65Г, 15, 20Х, I2ХНЗ. Для изготовления деталей машин и аппаратов,непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами, применяется сталь легированнаяконструкционная марок 20Х и 40Х, сталь инструментальная легированная марок Х12,9ХС и 9ХВТ, стали и сплавы высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростойкие ижаропрочные марок Х18Н9, Х18Н9Т, 1Х13 и др.
Из цветных металлов для изготовления оборудования предприятий общественногопитания наиболее широко применяются алюминий и его сплавы (с марганцем, магниеми кремнием). Собственно алюминий применяется для изготовления посуды и деталей аппаратов,непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами. Для этих же целей применяютсплавы алюминия с кремнием (силумины). Для лужения стальных деталей непосредственноконтактирующих с пищевыми продуктами, используется олово.
Пластмассы и некоторые другие синтетические материалы используют для изготовлениядеталей, испытывающих средние нагрузки (шестерни, шкифы). Преимущество пластмасс– в их легкости, антикоррозийности, бесшумности в работе, технологичности. Однакопластмассы обладают низкой термостойкостью, что затрудняет использование их длятеплового оборудования.
Теплоизоляционные материалы применяются для уменьшения потерь тепла в окружающуюсреду и снижения температуры наружных поверхностей тепловых аппаратов.
Теплоизоляционные материалы бывают минерального (асбест, глина, кизельгур,гипс), растительного (пробка, древесные опилки, измельченный торф) и животного (шерсть,шелк, войлок) происхождения.
По конструктивному оформлению все теплоизоляционные материалы можно подразделитьна четыре группы: засыпные (перлит в засылке, минеральная вата, торфяная крошка);пластичные (асбозурит, совелит мастичный); оберточные гибкие (асботкань, маты ивойлок из минеральной ваты, строительный войлок); формовочные (скорлупы, цилиндрыи плиты из минеральной ваты, сегменты и торфоплиты, плиты перлитовые).
Теплоизоляционные материалы должны отвечать следующим требованиям: иметь низкиекоэффициенты теплопроводности и теплоемкости, небольшую плотность, высокую термостойкость,достаточную прочность, низкую гигроскопичность, биостойкость, антикоррозийность,безвредность, а также быть удобными при монтаже и дешевыми.
Электротехнические материалы могут быть подразделены на две основные группы:материалы с высоким удельным сопротивлением и электроизоляционные.
Материалы с высоким удельным сопротивлением предназначены для изготовлениясобственно нагревательных элементов, в которых электрическая энергия преобразуетсяв тепловую. Помимо высокого удельного сопротивления (1,0 – 1,5 Ом·мм²/м), такиематериалы должны иметь высокую температуру плавления, незначительный температурныйкоэффициент линейного расширения, быть стойкими к окислению при сильном и продолжительномнагревании в воздушной среде, выдерживать высокие температуры и резкие колебанияее без изменения механических свойств. Этим требованиям отвечают так называемыенихромы – сплавы никеля с хромом и фехрали – железохромалюминиевые сплавы. В зависимостиот марки нихрома оптимальная рабочая температура его колеблется в пределах от 950до 1250°С; для фехрали эта температура находится в пределах от 650 до 900° С. Широкоераспространение получили нихромы, так как фехраль хотя и дешевле нихрома, но болеехрупка в нагретом состоянии, и поэтому чаще выходит из строя.
Электроизоляционные материалы не должны содержать веществ, которые при температуре900 – 1100°С могут вступать в химические реакции с нагревательными элементами. Кромеэго, они должны обладать высокой электрической и механической прочностью, иметьхорошую теплопроводность и малую влагопоглощаемость, обладать способностью противостоятьрезким колебаниям температуры. Этим требованиям отвечают периклаз (плавленая окисьмагния), кварцевый песок, шамот (прокаленная и измельченная огнеупорная глина),слюда, кварцевое стекло, фарфор и керамика.
Максимальной рабочей температурой является: для периклаза – 1400 – 1700° С,шамота – 1400 – 1500, фарфора – 500 – 600° С.
1.4 Направления развития конструирования
Анализ конструктивныхи эксплутационных особенностей таких серийно выпускаемых аппаратов массового производства,как пищеварочные котлы, позволяет сделать вывод о чрезмерной разнотипности их конструкций,которая приводит к тому, что аппараты имеют мало общих узлов и деталей в пределахсвоего типоразмерного ряда.
Например, котлыемкостью 40 и 60 литров на электрическом обогреве имеют несколько модификаций икоренным образом отличаются от котлов емкостью 100, 160 и 250 л.
Еще большие различиянаблюдаются при изготовлении аппаратов одного и того же технического назначения,но при использовании разных видов обогрева: пар, газ, электроэнергия и твердое топливо.
Это обстоятельствосводит к минимуму возможность унификации, уменьшения металлоемкости и упрощенияизготовления аппаратов.
Принцип модулированияприобрел широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Современныегорячие цеха оснащаются модульными аппаратами, скомплектованными в линии.
Однако этот принциптребует нового конструктивного оформления аппарата, оказывает влияние на его выходныепараметры с технико-экономические показатели. Расчеты показывают, чем больше модуль,тем труднее конструировать аппарат, но тем больше возможность унификации узлов идеталей.Оценивая серийные тепловые аппараты, сконструированные не по модульномупринципу, можно выявить следующие недостатки:
— малая степеньунификации;
— усложненнаятехнология изготовления;
— низкие эргономическиепоказатели;
— увеличеннаяпроизводственная площадь.
При сопоставленииметаллоемкости серийных котлов за сравнительную единицу принимают массу котла, отнесеннуюк единице его емкости – кг/дм3.
Расчеты показывают,что при использовании листоканальных панелей средний коэффициент уменьшения удельнойметаллоемкости панельного котла по отношению к серийному составляет Р=0,55.
Как показываетанализ, панельные котлы превосходят серийные по следующим показателям: металлоемкости,технологичности при изготовлении, эргономичности благодаря приспособленности к функциональнойтаре, возможности унификации в результате применения одинаковых панельных эффектов,надежности в следствии жесткости панельных систем, к.п.д.
Следует такжеотметить, что панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов,перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансформаторов;дает возможность по меньшей мере на 50% улучшить качество аппаратов, включая такиеих показатели, как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность,упрощает заводскую оснастку и производство.
2. Описание проектируемогоаппарата
2.1 Структурная схема
Принципиальная схема устройства электрического котла показана на рисунке 1
/>
Рисунок 1 – Принципиальная схема устройства электрического котла
1 – парогенератор; 2 – паровая рубашка; 3 – тепловая изоляция; 4 – корпус;5 – кожух; 6 – варочный сосуд; 7 – крышка; 8 – клапан-турбинка; 9 – двойной предохранительныйклапан; 10 – манометр; 11 – наполнительная воронка; 12 – клапан уровня
/>
Рисунок 2 – Электрический котел КПЭ-250:
1 –крышка; 2 – варочный сосуд; 3 – теплоизоляция; 4 –пароводяная рубашка;5 –станция управления; 6 – клапан-турбинка; 7 – патрубок; 8 – противовес 9 –крануровня; 10 – пароотводная трубка; 11 – вентиль (отвода пара); 12,13 – рукоятки вентилейподачи воды; 14 –наполнительная воронка; 15 –двойной предохранительный клапан; 16– электроконтактный манометр; 17 – отражатель; 18 – двухстенная крышка; 19 – прижимныеболты; 20 – сливной кран; 21 – наружный корпус; 22 – постамент.
Котел (рис. 2) состоит из варочного сосуда, выполненного из нержавеющей стали,наружного корпуса из листовой конструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутоепространство между варочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой.
В пространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляция.К нижней части наружного корпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельномщитке смонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов).
Варочный сосуд закрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустеннойкрышкой, уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечивается прокладкойиз термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными винтами.Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеется сливной кран с сеткой.
Каждый котел оборудован контрольно-измерительными приборами и арматурой: электроконтактнымманометром, грузовым предохранительным клапаном, заливной воронкой с краном, клапаном-турбинкой,краном уровня и электродом «сухого хода», смонтированным в корпусе парогенератора.
Котел оборудован трубопроводами холодного и горячего водоснабжения, служащимидля заполнения варочного сосуда водой и его санобработки.
Электроконтактный манометр – это контрольно-измерительный прибор, с помощьюкоторого автоматически регулируется нагрев котла в зависимости от давления парав пароводяной рубашке.
Предохранительный клапан состоит из двух клапанов: верхнего – парового – длясброса давления из пароводяной рубашки при повышении его сверх 0,5 кгс/см и нижнего– воздушного – для пропуска воздуха в пароводяную рубашку при остывании котла иустранения тем самым вакуума.
В предохранительном клапане в процессе его эксплуатации возможно прикипаниеклапанов, что может привести к взрыву котла или его смятию. Для предупреждения авариив предохранительном клапане предусмотрен рычаг, с помощью которого производитсяподрыв клапанов.
Заливная воронка с краном предназначена для заполнения парогенератора водой.Кран воронки служит воздушным клапаном, так как используется для выпуска воздухаиз пароводяной рубашки котла в момент его разогрева.
Клапан-турбинка с отражателем и пароотводной трубкой, смонтированные на крышкекотла, служат для отвода из варочного сосуда пара, образуемого в результате кипениясодержимого котла.
Кран уровня служит для контроля за верхним уровнем воды в парогенераторе.Нижний уровень воды автоматически контролируется с помощью электрода «сухого хода»,подключенного к схеме защиты.
Пищеварочный котел может поставляться со съемной подставкой под раздаточныйбачок и вставкой-вкладышем для варки рыбы и овощей на пару. Электрокотел снабженавтоматическим управлением тепловым режимом и защитой тэнов от «сухого хода».
Двухступенчатое регулирование нагрева осуществляется по давлению пара в пароводянойрубашке. Разогрев содержимого котла происходит на полной мощности, варка – на />.
Элементы автоматического управления тепловым режимом котла и система защитытэнов от «сухого хода» смонтированы в специальном шкафу станции управления.
2.2 Описание режимов работы электрического котла КПЭ-250
Режим I – доведение содержимогокотла до кипения на полной мощности и автоматический перевод его на /> мощности для осуществленияпроцесса варки. Режим используется при варке супов, овощей и других блюд.
Режим II – доведение содержимогокотла до кипения на полной мощности и доваривание его за счет аккумулированноготепла без расхода электрической энергии (котел отключен от электросети). Режим используетсяпри варке крупяных изделий, кипячении молока, чая и др.
2.3 Электрическая схема котла КПЭ-250
Котлы имеют шесть тэнов. Сильный нагрев достигается включением всех тэновдвойным треугольником или двойной звездой в зависимости от напряжения питающей сети,слабый нагрев – включением одного из тэнов.
Различное соединение тэнов для получения сильного нагрева достигается изменениемположения перемычек на клеммной панели.
Пищеварочные котлы КПЭ-100, КПЭ-160 и КПЭ-250 имеют одинаковую электрическуюсхему (см. рис. 3) и различаются только мощностью тэнов.
/>
Рисунок 3 – Электрическая схема котлов типа КПЭ
Включение аппаратов осуществляется пакетным выключателем Q, а переключение режима работы – переключателем S3. При этом напряжение из сети подается на силовые контакты магнитныхпускателей К1, К2, трансформатор Т и цепь управления катушкой магнитного пускателяК2.
Если электрод Е7 находится в воде, то цепь катушки реле К5 замкнута и релесрабатывает. Контакт 1К5 этого реле, замыкаясь, подготавливает к работе магнитныйпускатель К2, а контакт 2К5 включает сигнальную лампу Н2 Для удобства обслуживаниякотел имеет две кнопочные станции (S1, S2), одна из которых находится на станции управления, а другая– непосредственно на котле. При нажатии на любую из кнопок «Пуск» под напряжениемоказывается катушка магнитного пускателя К2, который включает один тэн Е2, сигнальнуюлампу Н4 и подает питание на нижнюю часть цепи управления. При этом под напряжениемоказывается катушка магнитного пускателя К1, который включает остальные пять тэнови сигнальную лампу Н3. В зависимости от режима (РI, РII), установленного переключателем режимов работы S3, кнопка «Пуск» будет сблокирована контактом 4К2 или 4К1.
По достижении в паровой рубашке котла максимального давления замкнется контакт2F электроконтактного манометраи сработает реле К3. Контакты этого реле отключат магнитный пускатель К1, отсоединивпять тэнов и выключив сигнальную лампу Н3, сблокируют подвижную стрелку электроконтактногоманометра с контактом 2F и подготовятреле К4 к работе.
Если переключатель режимов работы S3 был установленв положении РII, происходит отключение и магнитного пускателяК2. При этом все нагреватели будут выключены и сигнальная лампа Н4 погаснет. Еслиже переключатель режимов был установлен в положение РI,то магнитный пускатель К2 будет продолжать работать, обеспечивая питание одноготэна Е2. При этом мощность котла уменьшится в шесть раз.
В случае понижения давления в паровой рубашке котла до минимального значения(при работе котла на /> мощности) замкнется контакт 1F электроконтактного манометра F и включится реле К4, контакт которого1К4 разорвет цепь катушки реле К3. Реле К3 выключится и возвратит свои контактыв исходное положение. При этом вновь включатся пять тэнов и загорится сигнальнаялампа Н3.
При понижении уровня воды в парогенераторе оголится электрод Е7 и разорветсяцепь катушки реле К5.
Реле отключится и его контакты 1К5, 2К5 придут в исходное положение. При этомвыключатся все тэны и загорится сигнальная лампа Н1 («Сухой ход»).
Котел устанавливается непосредственно на полу (рис. ) и крепится четырьмяанкерными болтами. К котлу подводятся трубопроводы холодной и горячей воды и трубопроводдля отвода конденсата в канализацию.
Два задающих контакта ЭКМ (электроконтактного манометра) устанавливаются пошкале манометра на минимальный предел давления 0,05 – 0,1 кгс/см/>и максимальный —0,45 кгс/см/>
2.4 Технические характеристики котла КПЭ-250
Полезная вместимость, дм³………………………………………250
Продолжительность разогрева при номинальной мощности, мин..........55
Мощность, кВт:
номинальная…………………………...………………….…………30
минимальная……………………………………………………........5,0
Напряжение сети, В…………………………………………….220-380
Частота, Гц…………………………………………………………50
Количество ТЭНов, шт…………………………………………………… 6
Рабочее давление пара в рубашке, кПа……………………….110-150
Габариты, мм:
длина………………………………………………………………..1150
ширина……………………………………………………………...1040
высота………………………………………………………………1275
Масса (со станцией управления), кг……………………………….235
2.5 Монтаж электрокотла пищеварочного КПЭ-250
котел электрический оборудование пищеварочный
Электрокотел пищеварочный КПЭ-250 устанавливают на несгораемом полу или бетоннойподушке и закрепляют четырьмя фундаментными болтами М16. Высоту подушки определяютс учетом длины закладной части
фундаментных болтов и высоты расположения сливного крана варочного сосуда,под который должен подходить борт тары для сбора содержимого котла.
Станцию управления размещают в удобном для наблюдения и обслуживания местеи крепят к стене или металлическим стойкам, заделанным в пол, цементным раствором.
До установки котла на место (рис. 4) готовят отверстия для закладной частифундаментных болтов, прокладывают электропровода (силовые и цепей управления) отстанции управления, а также подводят трубопроводы холодного и горячего водоснабженияи трубопроводы для отвода вторичного пара от клапана турбинки. Стальную трубу сэлектропроводами выводят из пола внутри опорного фланца котла, а все технологическиетрубопроводы – снаружи. Обрез трубы с выводом электропроводов надежно защищают отпопадания на него влаги. Трубопровод для отвода пара от клапана-турбинки прокладываютс уклоном 0,005 и соединяют с канализацией через сифон и разрыв не менее 100 мм.
/>
Рисунок 4 – Монтажная схема котла КПЭ-250:
1 – отвод вторичного пара; 2 – подвод горячей воды; 3 – подвод холодной воды;4 – подвод электроэнергии; 5 – отвод промывочной воды; 6 – пробка пароводяной полости.
В процессе установки котел выверяют на горизонтальность по бортам варочногососуда уровнем, который устанавливают на монтажной линейке; допустимая негоризонтальностькотла 0,002. После закладки фундаментных болтов и выверки котла на горизонтальностьпод его опорный фланец подливают раствор бетона.
Тэны включают под напряжение только после заполнения парогенератора котладистиллированной или кипяченой водой до уровня пробного крана. Воду заливают черезворонку, расположенную рядом с предохранительным клапаном, при этом кран уровнядолжен быть открыт. На время разогрева котла открывают воздушный клапан парогенератора.
2.6 Безопасная эксплуатация
Перед началом работы проверяют санитарное состояние варочного сосуда, наличиезаземления, уровень воды в пароводяной рубашке.
Для проверки уровня воды открывают контрольный кран и, если через него непойдет вода, то добавляют в парогенератор через наполнительную воронку дистиллированнуюили кипяченую воду до появления ее из крана.
Затем проверяют работоспособность клапава-турбинки, приподняв турбину за кольцовверх, и двойной предохранительный клапан, нажав несколько раз на рычаг. Потом проверяютвоздушный клапан или запорный кран воронки. Специальным ключом устанавливают наманометре верхний и нижний пределы необходимого давления пара в пароводяной рубашкекотла.
Проверяют целостность резиновой прокладки крышки и состояние откидных винтов.Потом в варочный сосуд загружают продукты и закрывают крышкой, закрепляя ее откиднымивинтами. Заполнять продуктами и водой пищеварочный котел нужно не превышая предельногоуровня 8 – 10 см ниже кромки котла. Устанавливают тумблер на работу нужного режимаи включают котел в работу нажатием кнопки «Пуск». Процесс тепловой обработки продуктовосуществляется автоматически. При необходимости корректируют положение верхнегои нижнего пределов давления на электроконтактном манометре в процессе варки. Вовремя работы котла контролируют состояние клапана-турбинки, двойного предохранительногоклапана, манометра и сигнальных ламп.
После окончания работы отключают котел от электросети при помощи красной кнопки«Стоп». Прежде чем открыть крышку выпускают пар из варочного сосуда путем поднятиятурбинки вверх до отказа, затем ослабляют откидные винты-зажимы и плавно без рывковоткидывают крышку котла.
После выгрузки готовой продукции, остывший варочный сосуд и крышку промываютгорячей водой и протирают снаружи сухой чистой тканью.
Надо помнить, что использование котла с загрязненным или неисправным клапаном-турбинкойвсегда приводит к аварийным случаям, с травмированием и ожогами обслуживающего персонала.При работе с пищеварочными котлами нужно строго выполнять правила техники безопасностии безопасность труда.
2.7 Ремонт и испытания котлов
Капитальный ремонт котлов производят в специализированных ремонтных цехах,оснащенных стендами для производства разборочно-сборочных работ и испытаний тепловыхаппаратов.
Примерная последовательность основных операций по разборке стационарных котловна электрическом обогреве включает: снятие противовеса и крышки, отсоединение узлаарматуры, снятие облицовки корпуса и постамента, удаление тепловой изоляции, разборболтовых соединений, крепящих фланец блока тэнов, и вынимание блока.
Очистка от накипи. Тэны котлов на электрическом обогреве очищают вручную механическимспособом или путем обработки их горячим щелочным раствором в специальной ванне втечение 8 – 12 ч.
Парогенераторы котлов, работающих на газовом обогреве, очищают раствором каустическойсоды (15 г/л), который заливают через воронку в пароводяную полость до крана уровня.Раствор разогревают, а затем поддерживают его температуру около 100 °С не менее2 ч путем обогрева котла газовыми горелками. После этого котел разбирают, отделяютот корпуса парогенератор и дочищают его ершами или стальными щетками.
Определение дефектов и ремонт узлов. Неплотности в сварных швах, фланцевыхи резьбовых соединениях, а также свищи в наружных стенках обнаруживают путем гидравлическогоиспытания пароводяной полости давлением до 0,1 МПа. Неплотности можно обнаружитьтакже по изменению окраски (посветлению) поверхностей деталей у мест выхода параи по отложению накипи у мест протекания воды.
Течь во фланцах и резьбовых соединениях устраняют соответственно заменой прокладокиз паронита ПОН и заменой уплотнительной подмотки из пенько-джутовой пряди. Паронитовуюпрокладку перед установкой прогревают 15 – 20 мин в горячей воде, а затем смазываютсмесью машинного масла и графита.
Величину коррозионного износа наружной стенки пароводяной полости определяюториентировочно простукиванием ее заостренной частью молотка.
Для измерения остаточной толщины в стенке вырезают отверстие для прохода измерительногоинструмента, которое при необходимости закрывают вваркой заплаты.
При капитальном ремонте котлов равномерный коррозионный износ стенок допускаетсяв пределах 20% их первоначальной толщины.
Для исправления сварных швов внутреннего сосуда, выполненного из нержавеющейстали 12Х18Н10Т, и приварки к нему штуцеров или других деталей из малоуглеродистойстали применяют электроды ОЗЛ-12 или ОЗЛ-14; шов, выполненный этими электродами,устойчив к межкристаллитной коррозии.
Варочные сосуды котлов, деформированные вследствие превышения установленногодавления, разрешается править киянками или молотками с пластмассовой ударной частью,при этом с противоположной стороны стенки к месту нанесения ударов должна быть приложенадеревянная поддержка, профиль поверхности которой должен соответствовать профилюповерхности стенки.
Узел арматуры в сборе перед установкой проверяют: на прочность – гидравлическимдавлением 0,1 МПа, на плотность – пневматическим давлением 0,05 МПа. При проверкеплотности арматуру погружают в ванну с водой.
Испытания. Перед сборкой узлов сварные швы, доступные для осмотра сдвух сторон, испытывают керосином. Последний наносят кистью или ветошью на внутреннююповерхность шва, при этом наружную поверхность его предварительно окрашивают меловойкраской, приготовленной на воде, и просушивают. Шов считается плотным, если в течение15 мин на меловой краске не появятся пятна керосина.
По окончании сборки корпуса, перед нанесением тепловой изоляции, пароводянуюполость испытывают гидравлическим давлением 0,1 МПа. При испытании воздух из полостиполностью удаляют через верхний штуцер. Испытательное давление выдерживают 5 мин,после чего снижают до 0,05 МПа и производят осмотр сварных швов, резьбовых и фланцевыхсоединений. Наличие капель и отпотевание поверхностей не допускаются.
Гидравлическое испытание давлением сети городского водопровода разрешаетсяпроизводить при условии установки редуктора, предварительно отрегулированного наиспытательное давление. Следует учитывать, что превышение испытательного давленияможет вызвать повреждение (вспучивание) внутреннего сосуда котла.
Исправность клапана-турбинки и плотность прилегания крышки котла проверяютдавлением 0,0025 МПа.
3. Теплотехнический расчет электрического котла КПЭ-250С
3.1 Расчет теплового баланса и определение мощности КПЭ-250С
Исходные данные приведены в таблице, а схема котла КПЭ-250 – на рисунке 5
/>
Рисунок 5 – Расчетная схема электрического пищеварочного котла:
/> - диаметркрышки, />=/>; /> - диаметр кожуха; /> - диаметрнаружного котла; /> - диаметрварочного сосуда; /> - общая высота аппарата; /> - высота варочногососуда; /> -высота выпуклости крышки; />высота вогнутости варочного сосуда;/> - высота выпуклостинаружного котла; />длина парогенератора; /> высота парогенератора;/>толщина изоляции;/>величина зазорамежду варочным сосудом и наружным котлом; /> высота постамента
3.1.1Определение геометрических размеров аппарата
Определяем размеры варочного сосуда />:
/>, (1)
/>
где /> внешний диаметр варочного сосуда,м;
V – вместимость сосуда,м³;
К =0,8;
К1 = 0,05.
Высота вогнутости варочного сосуда:
/>, 2)
/>
где />высотавогнутости варочного сосуда, м.
Высота варочного сосуда:
/>, (3)
/>
Высота заполнения варочного сосуда /> определяется по формуле:
/>, (4)
/>
Определяем размеры наружного котла, установив предварительно его диаметр,который должен быть больше диаметра варочного сосуда на 0,1 м. Это необходимо длятого, чтобы между варочным сосудом и наружным котлом образовалось пространство,представляющее собой рубашку для промежуточного теплоносителя (см. таблицу 3).
/>, (5)
/>
/>, (6)
/>
Таблица 3– Исходные данные для расчетаПоказатели Обозначение Величина Примечание Давление в варочном сосуде, кПа Котел работает без избыточного давления Коэффициент заполнения варочного сосуда
/> 0,82
Для того, чтобы вода расширившись при нагревании, не переливалась через кромку варочного сосуда, заполняют содержимым на 80 – 90 %. В расчет принимаем />=0,82 Максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения, кг
/> 205 Варочный сосуд цилиндрической формы с вогнутым дном
/> 0,8
Варочный сосуд выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной />=2 мм
/> 0,05 Показатели Обозначение Величина Примечание Зазор между стенками варочного сосуда и наружного котла, м
/> 0,05 По конструктивным соображениям Крышка варочного сосуда одинарная сферическая выпуклая, мм
/> 2 Крышка выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной 2 мм Наружный котел цилиндрический, мм
/> 3 Выполнен из углеродистой стали Кожух
/> 0,5 Выполнен из листовой углеродистой стали, покрытой светлой эмалью с толщиной листа 0,5 мм Температура наружной поверхности котла, °С
/> 60 Согласно требованиям ГОСТ 16997-77 Избыточное давление пара в пароводяной рубашке, кПа
/> 40 (0,4) Согласно требованиям ГОСТ 16997-77 Степень сухости пара
/> 0,9 Количество воды, испарившейся при стационарном режиме, кг
/> 2,05
/> Температура воздуха в помещении, °С
/> 18 Время работы котла при стационарном режиме, ч
/> 1,0 Время разогрева котла, мин
/> 55 Температура на крышке котла при стационарном режиме работы, °С
/> 95 Размеры парогенератора: По аналогии с серийно выпускаемыми аппаратами длина, мм
/> 400 ширина, мм
/> 200 высота, мм
/> 200 Каркас и арматура котла, кг 250 % от массы варочного сосуда Постамент, кг 400 % от массы варочного сосуда Начальная температура воды, °С
/> 12 Температура кипения воды в варочном сосуде, °С
/> 100 /> /> /> /> />
Устанавливаем толщину изоляции стенок наружного котла, для чего предварительноопределяем удельные потери теплоты теплоизолированным котлом и коэффициент теплоотдачиот наружной поверхности котла воздуха соответственно по формулам и для тонкой стенки;температуру изолированной стенки />= 60°С по таблице, температуру стенкинаружного котла‚ принимаем равной температуре пара (при заданном избыточном давлении40 кПа />=109,3°С).
/> (7)
/> (8)
где /> -коэффициент теплоотдачи, Вт/м²ּ°С;
q – потери теплоты, Вт/м²;
t/> — температуравнутренней поверхности изоляции, °С;
t/> — температуравоздуха, °С.
Находим коэффициент теплопроводности мятой (гофрированной) альфоли:
/> (9)
/> (10)
Толщина изоляции определяется из формулы:
/> (11)
Диаметр защитного кожуха D/>, будет равен
/> (12)
/>
Учитывая, что для удобства обслуживания общая высота котла не должна превышатьН/>м и принимаясферическую крышку /> м, определяем высоту постамента
/> (13)
3.1.2 Расчет теплового баланса котла
Тепловой баланс электрического котла рассчитывается для нестационарного истационарного режимов работы.
Для нестационарного режима тепловой баланс выражается формулой:
/> (14)
Для стационарного режима тепловой баланс выражается формулой:
/> (15)
Как указано в таблице, полезная теплота при расчете пищеварочных котлов определяетсяиз условия нагревания и кипячения воды.
Полезная теплота для нестационарного режима определяется по формуле
/> (16)
/>,
/> (17)
/>
где /> -плотность воды.
Полезная теплота для стационарного режима определяется по формуле:
/> (18)
где r/>приатмосферном давлении,
/> (19)
Конечная температура воды /> равна температуре кипения воды приатмосферном давлении и составляет />. Потери теплоты ограждениями котлав окружающую среду определяются для нестационарного и стационарного режимов работыпо формулам (20) и (21) соответственно:
/> (20)
/> , (21)
где /> -соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь и температура I-тогоэлемента поверхности аппарата, Вт/(м² ּ°С), м², °С;
/> - времяработы аппарата, с.
Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндрапо выражению
/> (22)
Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяетсяприблизительно как площадь круга
/> (23)
Начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха впомещении
/>
Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан соответственно для стационарногои нестационарного режимов, при этом средняя температура /> i-тогоэлемента ограждения за период разогрева определяется как среднеарифметическая начальной/> и конечной/>:
/>
/>
/>;
/>;
/>
/>
По формулам (20) и (21) находим /> и />:
/>
где />
/>
где />
Потери теплоты дном котла незначительны, и ими можно пренебречь. Потери наразогрев конструкции определяется по формуле (24), используя данные таблицы 4:
/> (24)
По формуле (24) определяем
/>
Потери теплоты на разогрев постамента не учитываются из-за их незначительнойвеличины.
3.1.3 Расчет минимальной поверхности нагрева варочного котла
Для определения минимальной поверхности нагрева варочного котла следует определитьколичество теплоты, которое должно быть передано через поверхность нагрева за время/>
/>
Коэффициент теплоотдачи для случая передачи теплоты от паровоздушной смесик воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(м²ּ˚С).
Время разогрева />
Среднеарифметическая разность температур определяется по формуле:
/>
Количество теплоты, переданное через поверхность нагрева, равно
/> (25)
Необходимая площадь нагрева:
/> (26)
Фактическая поверхность нагрева:
/> (27)
т. е. больше необходимой.
Расход теплоты на нестационарный режим работы котла равен, см. формулу (14):
/>
Расход теплоты на стационарный режим работы котла равен, см. формулу (15):
/>
Коэффициент полезного действия котла при нестационарном режиме работы по формуле(25):
/> (28)
Удельные металлоемкость и расход теплоты, определяемые по формулам соответственноравны:
/> (29)
Мощность нагревательных элементов при нестационарном и стационарном режимахработы электрического котла соответственно составит, см. формулы (30) и (31):
/> (30)
/> (31)
Соотношение мощности электрического котла при нестационарном и стационарномрежимах равно
/>/>
Учитывая мощность тэнов, принимаем максимальную мощность /> кВт, а минимальную /> кВт. В этом случаевремя разогрева составит
/> (32)
Электрические пищеварочные котлы присоединяются к трехфазной сети, поэтомус точки зрения равномерной нагрузки фаз тэны целесообразно устанавливать в количестве,кратном трем.
Для рассчитываемого котла максимальную мощность Р целесообразно принять равной28,1 кВт (при параллельно включенных трех тэнах по 6 кВт каждый), а минимальнуюР — равной 3,7 кВт (два последовательно соединенных тэна, один тэн отключен). Вэтом случае соотношение мощности котла при нестационарном и стационарном режимах:
/>
3.2 Расчет нагревательных элементов котла КПЭ-250С
3.2.1 Исходные данные для расчета нагревательных элементов
Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности Р, напряжении вэлектрической сети U, удельных нагрузках на поверхноститрубки /> иповерхности спирали Wn.
Суммарную мощность ТЭНов, установленных в аппарате и их количество определяемиз технической характеристики аппарата.
Мощность ТЭНа Р, Вт, определяем из соотношения:
/> (33)
где ΣΡ — суммарнаямощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;
n — количество ТЭНов, шт.
Напряжение электрической сети U, В, определяем из технической характеристикиаппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть.
Принимаем /> и />.
Исходные данные сводим в таблицу (см. таблицу 5).
Таблица 5 — Исходные данные для расчета ТЭНаНаименование показателя Значение показателя Суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, ΣΡ, Вт
30/> Количество ТЭНов в аппарате, n, шт. 6 Единичная мощность ТЭНа Р, Вт
5/> Напряжение электрической сети, U, В 220 Вид среды, в которой работает ТЭН вода
Удельная нагрузка на поверхности трубки wt, Вт/м2
/>
Удельная нагрузка на поверхности спирали Wn, Вт/м2
/>/>
3.2.2 Расчетная схема
Эскиз ТЭНа с указанием расчетныхпараметров показан на рисунке 6
/>Рисунок6 – Схема к расчету ТЭНа
а — параметры трубки; б — параметры спирали.
3.2.3 Порядок расчета
Расчет ТЭНа выполняем в триэтапа:
— определение размеров трубки;
— расчет размеров проволоки;
— нахождение размеров спирали.
Определяем длину активной части трубки ТЭНа la,м, по формуле
/> (34)
где DТ – диаметр трубки ТЭНа. Диаметр трубкипринимают в пределах DТ = 0,006… .0,016 м.
Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки />, м, из соотношения
/> (35)
где γ – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, γ=1,15.
Находим полную развернутую длину трубки после опрессовки LТ, м, по формуле
/> (36)
где LП — длина пассивного конца трубкиТЭНа, м (=5см).
Находим сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовкиR, Ом, из выражения
/> (37)
а сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки RОOМ, из выражения
/> (38)
где αR-коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки, αR = 1,3.
Рассчитываем удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, ρt, Ом ◦м, по формуле:
/>
/>=1,25◦10/>Ом◦м, (39)
где р20 — удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре20°С, Ом • м;
α — температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного
сопротивления проволоки при изменении температуры, град-1;
t — рабочая температура проволоки,°С.
Определяем диаметр проволоки ТЭНа d, м, поформуле:
/> (40)
Находим длину проволоки ТЭНа lпр, м,из выражения:
/> (41)
Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволокеWПФ, Вт/м2:
/> (42)
WПФ не превышает предельно допустимых величин.
Вычисляем длину одного витка спирали lв, м, по формуле
/> (43)
где 1,07 — коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее со стержнянамотки;
dС — диаметр стержня намотки, м, выбираютиз конструктивных соображений =0,003… 0,006м.
Находим количество витков спирали n, шт., по формуле
/> (44)
Расстояние между витками спирали а, м, связано с длиной активной части трубкиТЭНа соотношением
/> (45)
Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали соблюденосоотношением а > dПР
Определяем шаг спирали s, м
/> (46)
Вычисляем коэффициент шага Кш
/> (47)
и коэффициент намоток стержня
/> (48)
Определяем диаметр спирали ТЭНа dСП,м, по формуле
/> (49)
Находим общую длину проволоки lo, м, сучетом навивкина концы контактных стержней по 20 витков:
/> (50)
Заключение
В настоящее время вопросам повышения эффективности производства и качестваготовой продукции уделяется большое внимание.
Применительно к торговле и общественному питанию эти требования должны найтисвое отражение в сокращении продолжительности технологических процессов, сниженииудельного расхода энергии, уменьшении потерь сырья при его обработке, повышениикачества готовой продукции, улучшению санитарно-гигиенических условий.
Успешному решению поставленных задач будет во многом способствовать проектирование,производство и использование современного высокоэффективного оборудования.
Поэтому тема проектирования современных конструкций теплового оборудованияактуальна.
Курсовой проект успешно завершен, котел пищеварочный электрический емкостью250 л проектирован. Необходимые задачи для реализации цели решены.
Список использованных источников
1. Беляев М.И. Оборудование предприятий общественного питания. 3 том. М.: Экономика,1990.
2. Белобородов В.В. Оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика,1978.
3. М. А. Богданова, «Оборудование предприятий общественного питания», М.: «Экономика»,1986.
4. М.И. Ботов. Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли общественногопитания: Учебник для нач. проф. образования /. – М.: Иэдательский центр «Академия»,2002. – 464 с.
5. Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания.М.: Экономика, 1976.
6. Гусева Л.Г. Тепловое и электрическое оборудование предприятий общественногопитания. М.: Экономика, 1979.
7. Дорохин В.А. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник).Киев: Тэхника. 1990.
8. Золин В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания.М.ИРПО: Академия, 2000.
9. Ключников В.П. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник).М.: Экономика, 1985.
10. КокуринВ.Ф. и др. Секционное оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика,1969.