1.2.2 Расчет электродного водонагревателя

Электродный нагреватель представляет собой систему электродов, предназначенных для подвода электрического тока к нагреваемому материалу. Если электроды не экранированы и размещены в металлическом сосуде, то стенки сосуда также являются элементами электродной системы. Схематически электродный водонагреватель изображен на рисунке 1.6.

Рисунок 1.5 – Электродный водонагреватель

К основным параметрам нагревателей относят: число фаз, количество электродов, электрическая схема соединения, форма, размеры и материал электродов, расстояние между электродами

Задача расчета электродных нагревателей состоит в определении их параметров, обеспечивающих заданные условия нагрева.

Потребная мощность нагревателя P_н=0,5623*35,57=20 кВт, удельное сопротивление воды r₂₀ = 2600 Ом×см., схема соединений №3.

Расчет электродного водонагревателя проводят в следующей последовательности.

, кВт (1.76)

кВ

Принимаем электродный нагреватель из 4 плоских пластин. Сопротивление воды между пластинами(одного промежутка):

,Ом (1.77)

Ом,

Г де n-число пластин.

При r₂₀ = 2600 Ом×см по кривой определяем допустимую напряженность электрического поля между электродами. Расстояние между пластинами из стали выбираем по условию:

(1.78)

Принимаем l=1,2 см

По конструктивным соображениям принимаем ширину пластины b=11,5 см

Удельное сопротивление воды при конечной температуре:

, Ом*см (1.79)

Ом*см

Необходимая высота электродов:

,см (1.80)

см

Площадь электрода одной фазы

Фактическая максимальная напряженность поля:

В/см (1.81)

Фактическая максимальная плотность тока:

(1.82)

Максимальная плотность тока доложна быть меньше допустимой

Допустимая плотность тока для электродов составляет 2 А/см2,условие выполняется.

Мощность водонагревателя, вычисленная по параметрам электродной системы для всех трех фаз, составит:

,кВт (1.83)

Геометрический коэффициент равен:

, (1.84)

m-число пластин

кВт,

Рисунок 1.6-Технологическая схема подогрева воды.

2. Расчет параметров автоматического регулирования

В каждом конкретном случае тип регулятора выбирают, используя данные об объекте автоматизации - статические и динамические характеристики, сведения о возмущениях, технологические требования к качеству регулирования. При этом учитывают, что позиционные регуляторы просты по устройству и эксплуатации, дешевле регуляторов плавного действия. Кроме того, имеют ввиду, что непрерывное регулирование может быть реализовано только на объектах, регулирующий орган которых обеспечивает плавное изменение своего положения.

Расчет двухпозиционного регулятора заключается в определении длительности включения T₁ и отключения T₂ нагревателей, диапазона колебаний температур t, периода колебаний T_К , положительной t₁ и отрицательной t₂ амплитуд колебаний температур, суточного расхода энергии W.

Для выполнения расчетов необходимо определить постоянную времени объекта T, коэффициент передачи объекта k_об , и время запаздывания t.

Постоянную времени находят по выражению:

, (2.1)

где С - теплоемкость объекта, Дж/⁰С; А – коэффициент теплопотерь объекта, Вт/^оС.

Теплоемкость животноводческого помещения можно принять равным

, (2.2)

где _в – плотность воздуха, кг/м³; V – объем помещения, м³; с_в – удельная теплоемкость воздуха, с_в = 1000 Дж/(кг ^оС).

Дж/⁰С.

Коэффициент теплопотерь животноводческих помещений можно определить по формуле

, (2.3)

Вт/⁰С.

с.

Коэффициент передачи тепловых объектов обратно пропорционален теплопотерям и определяется по выражению

, (2.4)

°С/Вт

Время запаздывания  в расчетах принимаем равным 600 с.

Определяем регулирующее воздействие регулятора в относительных единицах при включении электронагревательных элементов

, (2.5)

при выключении

, (2.6)

где P_Н - установленная мощность нагревателей, Вт; P_О - мощность, необходимая для поддержания заданной температуры в установившемся режиме, Вт.

В установившемся состоянии мощность равна

, (2.7)

Вт.

Большинство регуляторов, используемых в системах регулирования температуры имеют зону неоднозначности - некоторый предел изменения регулируемой величины, на которую регулятор не реагирует. Зона неоднозначности 2a регулятора в относительных единицах равна

, (2.8)

Для регулятора ТРЭ104 2a’ = 0,5…1 ⁰С, следовательно,

Коэффициент передачи для тепловых процессов в относительных единицах равен единице k_об = 1.

Большинство нагревательных установок можно представить в виде апериодического звена с запаздыванием. При использовании регуляторов, имеющих зону неоднозначности, для подобных объектов используют следующие расчетные формулы:

длительность включения нагревателей

, (2.9)

с.

длительность пауз

, (2.10)

с.

период колебаний

, (2.11)

с.

частота включений

, (2.12)

диапазон колебаний температуры

, (2.13)

положительная амплитуда температуры

, (2.14)

⁰С.

отрицательная амплитуда

, (2.15)

⁰С.

Так как для общего случая положительная и отрицательная амплитуда не равны, то для обеспечения равенства амплитуд колебаний относительно заданного значения температуры при практической настройке регулятора следует скорректировать задание регулятору на величину

, (2.16)

Расход энергии за сутки определяют по формуле

кВт*ч/сут. (2.17)