Расчетнаяконтрольная работа №1
подисциплине: «Бытовые электроприборы и машины»
ТЕМА: Электрический расчет бытовыхэлектроприборов
КЛАСС ЭСЭ23 В
ФОРМАОБУЧЕНИЯ: Заочная
КУРС: III
1. Электрическийрасчет аккумулирующего ВЭНа
Таблица1.1.
№ варианта
Размеры Акк., ВЭНа
τн, мин
tк, оС
СУ
10 250х450 50 100 Тр
Примечание: t1=15оС,
/>; γ=0,998 кг/л.
Электрический расчет ВЭН сводится копределению мощности электроэнергии потребляемой из сети, необходимой длянагрева определенного количества воды за определенное время τндо заданной температуры tзад, а также определению элементов НЭ,диаметр проволоки спирального НЭ и ее длины.
Задача 1
Определить Рнэ, диаметр идлину проволоки НЭ в ВЭН аккумулирующего типа, если его размеры диаметр250 х450 мм, τн= 50мин=0,833333часа, а tзад=100оС. γ=0,998 кг/л(г/см³)
Порядок расчета:
1.Определяем массу воды
/>
m = ( 3,14 ∙ (25см)² / 4) ∙ 45см ∙ 0,998г/куб.см = (3,14 ∙ 625/4) ∙ 44,91 = 490,625 ∙ 44,91 =22033,97г=22,034кг
2. Определяем Qпол и Qобщ, принимая η=0,9
Полезная теплота определяется поформуле:
Qпол=С0m(tзад— tн), кДж
где С0 — удельнаятеплоемкость воды при
/> =/>;
m- масса воды в кг;
tн – начальная температураводы, принимаем tн=150С.
Qпол =mCo (tзад –tн)=22,034кг·4,2· (100-15)= 92,543·85=7866,127кДж.
Qобщ — потребляемая энергия с учетомтепловых потерь.
/>
η – КПД электрического прибора,принимаем η=0,85-0,95.
/>
3. Мощность НЭ определяется поформуле:
/>
k- коэффициент, учитывающий ростудельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15.
До Рнэ=5÷7 кВтнагреватели подключают к однофазной сети U=220 В, при больших мощностях используют 3-х фазную сеть 380В 50 Гц.
Мощность, потребляемая нагревателямииз сети:
/>
/>
4. Выбираем материал НЭ.
/> — удельное сопротивление проволокиНЭ, Ом·м.
ρо — удельное сопротивление при 20оС.
k1 — коэффициент, учитывающий рост ρt с ростом температуры нагревателя.Принимают k1=(1.01÷1.10).
Сплав Х20Н80 с ρо=1,086·10-6Ом·м k1=1,04
ρt= ρо· k1=1,086·1,04=1,13·10-6 Ом·м.
5. Допустимая защитная мощностьизлучения для НЭ в воде принимается
βдоп=(4÷6)·104/>
Принимаем для нашегослучая
βдоп=6·104/>.
6. Определяем диаметр и длину проволокиНЭ.
/>
/>
2. Электрическийрасчет проточного водоэлектронагревателя (ВЭН)
Таблица 2.1.
№
вар.
Число рожков
Qсобст. нужд
л/мин
t2,
оС
tсм,
оС
Соед. эл.
Жен.
Муж.
1
2
3
4
5
6
7
10 8 20 16 90 40 Δ
1. Расход воды наодну помывку 30 литров.
2. Время помывки 15минут.
3. НЭ- электроды изнержав. стали.
Как правило,потребители используют горячую воду для хозяйственных нужд с температурой35÷40оС. Поэтому воду после проточного ВЭН необходиморазбавлять до приемлемой температуры. Объем горячей воды, нагреваемой до t2=90оС определяется либо по номограмме, либопо формуле:
/>
Vсм =V1+V2или
V1 =Vсм+V2
Решивотносительно V2, – находим объем воды, прошедшей через проточныйВЭН, т.е. с t2=85оС.
Таблица 2.2.Данные расхода воды
Наименование
операции
tсм, оС Объем воды, л Оптимальное время, мин Прием ванны 40 125-150 10-15 Прием душа 37 20-45 10-15 Умывание 37 3-5 5
Мытье головы
- мужчины
- женщины
37
37
5-10
10-15
10
15
Задача 2.
В цехеустановлено 8 женских и 20 мужских кабинокдля душа.
Произвестиэлектрический расчет проточного ВЭН. Если температура на выходе 90 оС.
1. Считаем,что все рожки работают одновременно. Время помывки tп =15 мин. Объем воды на помывку одного человека 30 л.
2. Находимрасход смеси при температуре = 40 оС.
/>
3. Извыражения находим V2=(56∙40-30∙15)/90=(2240-450)/90=1790/90=19,9л/мин или 19,9∙60 = V2=14 л/мин или 14·60=1194 л/час.
/>
4. Находим мощностьНЭ
С0-удельная теплоемкость воды при
/> =/>;
k- коэффициент, учитывающий ростудельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15. γ=0,998 кг/л(г/см³) – плотность воды при температуре 19-23 градуса.
/>
Еслинагреватель выполнен в виде электродов. то находим фазное Rф, и из выражения
/>
Находим S электрода, а далее и ее размеры />. Длину принимает 2-3 см, ρв=490÷500 Ом·см.
Пустьэлектроды для нашего ВЭНа соединены в треугольник .
Мощность Р=√3∙Uл∙Iл
/>
/>
Задаемрасстояние между электродами ℓ=2 см.
/>
ρв=500Ом·см.
размерыэлектрода:
/>
С некоторым приближениемпринимаем размеры фазных электродов 17 см.
3.Электрический расчет жарочного шкафа
Трубчатые НЭиспользуют V и W вида на U=220,110В. Ряд мощностей одного ТЭН: 0,12; 0,25; 0,4 0,55; 0,63кВт.
Таблица 3.1.
№
вар.
Размер противня
мм
δ,
мм
tн,
оС
τн,
мин
10 450х650 3 290 17
1. ТерморегуляторТК-32 (0÷330оС).
2. Плотность стали(чугуна) γ=7,9÷8,0 кг/дм3.
3. tнач=20оС.
4. В каждой секцииустановлено 2 ТЭНа.
Задача 3.
Рассчитать мощность ТЭН жарочногошкафа, если масса противня m=6,9кг, tmax=290оС, а время разогревадо tраб. τр=17 мин.
1. />=4,5 ∙6,5 ∙ 0,03 ∙ 7,9=6,9 кг
2. ОпределяемQпол.
Счугуна=0,5/>; Kзапаса=1,1; η=0,6+0,85, принимаем η=0,7.
Qпол=c·m (tр — t1)=0,5·6,9·(290-20)=931,5 кДж.
/>
3. Определяеммощность ТЭНов.
/>
4. выбираем 2ТЭНа по 0,63 кВт.
Шкафподключается к сети через автоматический выключатель. Коэффициент отсечки пооднофазному Iк.з. принимаем 3.
4. Электрическийрасчет тепловентилятора
Таблица 4.1.
№
вар.
Размер помещения,
м
tокр,
оС
t1,
оС
τн,
мин
β
%
10 4х3х3,5 22 6 15 11
1. Тип ЭД выбираем изсправочника.
2. НЭ – спиральные–2НЭ на агрегат.
3. Коэффициенты иКПД смотри в примере 4.
Нормируемыепараметры тепловентилятора:- Рнэ – мощность НЭ, Вт.- П –производительность по воздуху, по воде, м3/мин.- Температура воздухаза НЭ – T2, оС.
Связанызависимостью: Рнэ≈20П (t2-20), Вт.
Задача 4.
Пустьнеобходимо обогреть помещение с размерами 4х3х3, до tокр=22оС, если первоначальная температура t1=6оС.
Определитьпараметры тепловентилятора, если t2-t на выходе тепловентилятора ~90оС, а время нагреваτ=15 мин= 0,25 часа.
Порядокрасчета.
1.Температураотапливаемого помещения tокр. =22оС.
Температурапервоначальная t1= 6 оС.
Тогдаколичество теплоты определяется по формуле:
/>
где ρ –плотность воздуха при ОоС ~ 1,293 кг/м3.
V- объем помещения 4х3х3,5 м3 =42м3
Св-удельная теплоемкость воздуха ~ 1,004÷1,01 />
Определяемколичество полезного тепла:
/>
2. Рассмотримсам процесс нагрева: Сначала помещение нагревается до tокр. =22оС. Затем тепловентилятор возмещает тепловыепотери в помещении. Но в первом режиме тепловентилятор должен и нагревать помещениедо tокр и одновременно компенсировать тепловыепотери Qтп.
/>
Общая теплотас учетом β=11% =0,11.
Q=Qп·(1+0,11)=875,84∙1,11=972,18 кДж.
3. Найдя общуютеплоту и задаваясь временем нагрева τ=15 мин, находим Рнэ
/>
k- коэффициент, учитывающий ростудельной теплоемкости воды с ростом ее температуры, k- принимают равным 1,1÷1,15. η – КПДэлектрического прибора, η=0,85-0,95. ηн-принимаем 0,95. МощностьНЭ max:
/>
Принимаем НЭ 1х1,25.
4. Находимпроизводительность вентилятора
/>
/>
5. Н- напорвентилятора выбираем в пределах (50÷70)ПА. Напор вентилятора принимаемН~70 ПА при оборотах ηн ~1500 об/мин.
6. Находиммощность вентилятора (осевого):
/>
где П –производительность на входе, м3/с. Н- напор в ПА. ηв-КПД ~ (0,4÷0,5).
/>
7. ОпределивРв – определяем Мощность ЭД =РЭД по формуле
/>
kз – зависит от мощности Рв.
При Рв=0÷2кВт kз=2÷1,5
При Рв=2÷5кВт kз=1,5÷1,25.
/>
8. Всправочнике (под ред. Орлова) выбираем ЭД однофазный типа ДПА Рн=15Вт, n=1500 об/мин.
9. Ввентиляционных установках общий напор определяется по формуле:
/>
Величина /> является динамическимнапором вентилятора и оно составляет, как правило, 5÷7% общего напоравентилятора.
Реальнаяскорость воздуха на выходе тепловентилятора, как правило 2÷3 м/с.
Принимаем U=3 м/с, тогда динамический напор h будет:
/>
Выводы поработе
1. Что такое теплота? Теплота этоэнергия и поэтому она эквивалентна некоторой работе. Величина, характеризующаятепловое состояние тела, называется температурой. Та часть внутренней энергии,которую тело получает или теряет при теплопередаче, называют количествомтеплоты.
2. В чем измеряется теплота? Внутреннююэнергию тела и количество теплоты измеряют джоулями (Дж) или килоджоулями (кДж).Также калория — это количество теплоты, которое необходимо передать 1г воды длянагревания её на 1 оС.(1ккал-1000кал)
3. Чему равен 1 Джоуль в килокалориях? 1кал=4,1868Дж ;1ккал=4190 Дж
4. Каким образом передается тепло? Теплопроводностью,конвекцией, излучением
5. Что означает коэффициенттеплопроводности, его размерность?
Λ- величина,измеряемая количеством теплоты, переданной в единицу времени через слойединичной толщины при разности температур поверхностного слоя в 1о, еслиплощадь поверхности слоя равна 1. [ккал / (м ∙ час ∙град)] или[кал/ (см∙ сек ∙град)]
6. Что такое удельнаятеплоемкость, ее размерность?
Удельная теплоёмкость-теплоёмкость единицы массы однородного вещества [кал / (г∙град)] [Дж /(кг ∙о С) ]. Удельная теплоёмкость показывает, насколько джоулей изменяется внутренняя энергия вещества массой 1кг при изменениитемпературы на1 о С.
6. В чем измеряется удельная теплотапарообразования? Количество теплоты, необходимое для обращения в пар жидкостимассой 1кг без изменения температуры, называют удельной теплотойпарообразования.[Дж/кг]
7. Как выглядит аккумулирующийводонагреватель? Грубо говоря, накопительныйэлектрический водонагреватель это большая бочка, в которой с помощьюэлектрического нагревательного элемента (традиционного ТЭНа или егоусовершенствованных разновидностей) нагревается вода. Для продлениясрока службы стальных водонагревателей на поверхность внутреннего бакананосятся специальные покрытия (стеклофарфор, эмаль и т.д.). Но перепадытемпературы и насыщенная кислородом вода ведут к разрушению покрытия бака и егокоррозии. Для повышения сопротивляемости коррозии в конструкцию большинстваэлектрических накопительных водонагревателей встраивается магниевый анод. Ещеодин путь борьбы с коррозией — изготовление внутреннего бака из нержавеющейстали. Практически все электрические накопительныеводонагреватели оснащены термостатом, с помощью которого можно задатьтемпературу нагрева воды, которая будет поддерживаться автоматически.
8. Какие виды НЭ используются вводонагревателях? Нагревательные элементы могут быть проволочными, ленточными,трубчатыми и электродными.
9. Какие виды нагрева вы знаете? Водонагреватели классифицируются по различным типам,самые распространенные из которых – два: по виду топлива(электрические, газовые, косвенные или комбинированные) и по способу нагрева воды (проточныеи накопительные).
10. Как устроен проточныйводонагреватель? В проточных водонагревателяхрезервуара нет, и вода, проходя сквозь бойлер, нагревается практически сразу. Большинство электрических проточных водонагревателейоснащено системой автоматического включения при начале водозабора.Проточные ВЭН могут быть косвенного и прямого нагрева, т.е.с нагревательным элементомили с электродами. НЭ — могут быть трубчатыми или спиральными. Проточные ВЭН сэлектродами применяются редко. Максимальная температура нагрева обычно непревышает 85оС. В случае изменения расхода горячей воды с цельюподдержания постоянства tзад необходимо регулировать мощность НЭ.(См. рис.). Регулирование Рнэ осуществляется изменением напряженияна клеммах НЭ. Естественный коэффициент мощности (cos φ) проточного ВЭНа зависит от рода оборудования,используемого для регулирования Рнэ и имеет следующиезначения:-трансформатор или автотрансформатор со ступенчатым регулированием напряженияcos φ=0,95÷0,98.-тиристорный регулятор напряжения сфазным управлением cos φ=0,7÷0,9.-при использовании контактора илитиристорного РН с ШИУ или питания НЭ непосредственно от сети cosφ=0,99÷1,0.
10. Каков КПД проточного водонагревателя?Более 85%
11. В каких случаях используют 3-х фазнуюсеть для подключения водонагревателя? Для 3-х фазных водонагревателей.
12. Как устроен жарочный шкаф? Егоназначение? Жарочныешкафы, или духовки, используют для приготовления пищи. Они бывают стационарногои переносного исполнения. Жарочный шкаф служит для обжариваниямяса, рыбы, овощей, приготовления котлет и т.д. В состав шкафа входят несколькоотдельных секций (2,3,4), в каждой из которых находится противень (либостальной, либо чугунный).Нагревательные элементы, как правило трубчатые,расположены попарно в нижней части каждой секции. Самым простым агрегатом является электрическая переноснаядуховка. Она состоит из внутреннего и наружного корпусов, между которымиимеется теплоизоляция из листового асбеста. На верхней и нижней стенкахвнутреннего корпуса уложены нагревательные элементы, которые представляют собойспирали из нихромовой проволоки с надетыми на них фарфоровыми бусами. Мощностькаждого элемента составляет 475 Вт, сопротивление — 25 Ом. Элементы соединеныпоследовательно. В верхней стенке внутреннего корпуса сделаны отверстия длялучшего обогревания духовки. Наружный корпус состоит из кожуха, передней изадней стенок.
13. Как происходит управление мощностьюНЭ в жарочном шкафу? Например, с помощью пакетных переключателей: для включения, выключения ипереключения нагревательных элементов шкафа на различные степени мощности. Илив нижней части шкафа находится отсек оборудования, где размещеныпереключатели мощности (типа ПКУ-25), терморегуляторы ТК-32 (ТК-52) исигнальные лампы типа ТЛ3-3-2.ПКУ-25 имеет 4 положения 0-II-III.I пол.– Рmin.II пол. – 0,5Рн.III пол. – Рном.Позиционное регулированиетемпературы в секции осуществляется с помощью ТК-32 (t=0÷330оС).Температура обжаривания (t2=180÷300оС) выбирается ручкой ТК-32.
14. Какова конструкция бытовоготепловентилятора?
Бытовыетепловентиляторы служат для отопления жилых помещений.
В состав БТвходят: корпус тепловентилятора; спирали НЭ; вентилятор (осевой, центробежный);клавишные переключатели; термореле.
Обогревпомещения происходит преимущественно за счет принудительной конвенции.
Техническиеданные типовых бытовых электрических тепловентиляторов.
Uс, В -127, 220 В 50 Гц.
Рном.НЭ, кВт — 1,0; 1,25; 1,6; 2,0.
Qном,м3/мин — 1,0;1,6; 2,5.
Количество n, об/мин — 2 или плавно.
Количествоступеней
РегулированияРнэ — 2 или плавно.
На рисунке приведенатиповая электрическая схема электрического тепловентилятора «Климат».
/>
Q1÷ Q4 –клавишные переключатели. М – ЭД типа ДВ –114. R1-резистор ПЭВ- 680 Ом.
ТВ-термовыключатель. Н1, Н2 — нагреватели по 1 кВт. ТВсрабатывает при повышении температуры внутри корпуса > 90оС.
Температуракожуха тепловентилятора не более 60оС.
16.Какуправляется бытовой тепловентилятор? Теплопроизводительность тепловентилятораможно регулировать изменением скорости вращения вентилятора и изменением Рнэ.
17.Какие меры Вы можетепредложить по повышению эффективности использования бытовыхэлектронагревательных приборов? Применение альтернативных источников энергии,например ветра. Автоматическое отключение при достижении необходимойтемпературы нагрева. Таймеры отключения при работе более 2-х часов (на случайесли забыли выключить), применение фильтров для очищения и смягчения воды.