4.8 Тема: Расчет установки диэлектрического нагрева

Цель занятия: освоить методику расчета установок диэлектрического нагрева

Изучаемые вопросы:

- определение мощности установки;

- определение количества влаги, испаряемой в единицу времени;

- расчет частоты поля;

- определение напряжения на конденсаторе и удельного расхода электрической энергии.

Рекомендуемая литература:

- Карасенко В.А. и др. Электротехнология. – М.: Колос, 1992.

- Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. М.: Агропромиздат, 1989.

Краткое содержание

Требования к установкам:

1. обеспечить технологические условия (температура, скорость нагрева, время нагрева и др.)

2. сохранность материала

3. согласование электрических параметров (нагрузка и источника питания)

4. обеспечение устойчивого режима

Р_н = Р_пол – мощность передаваемая диэлектрику (полезная мощность – номинальная колебательная):

Р_пол = ;

Колебательная мощность конденсатора:

Р_к = Р_н /

Колебательная мощность генератора:

Р_г =

Мощность, потребляемая генератором из сети:

Р_потр. =

где - к.п.д. рабочего конденсатора ( = 0,8  0,9);

- к.п.д. электрический колебательного контура ( = 0,65  0,7);

- потери в линиях, К.П.Д. (0,90,95)

- к.п.д. генератора (0,65  0,75), (общий к.п.д. не очень высок, = 0,3  0,45)

Напряженность электрического поля, допустимая

Е_доп = ,

Е_пр находится из справочников, например для воздуха при t = 25 С, Е_пр = 30 кВ/см.

Обычно, при нагреве и сушке, Е_п  1,5  2 кВ/см

Частота поля конденсатора наряду с напряженностью поля определяет удельную мощность, выделяемую в диэлектрике:

∆Р = 0,555∙ ∙tg ∙∙ f∙ E²

Технологическими условиями определяются скорость нагрева или скорость испарения влаги.

Удельная мощность при нагреве:

∆Р_наг. = , [Вт/см²]

при испарении (сушке),

∆Р_суш. = , [Вт/см²]

где r – удельная теплота испарения, кДж/кг;

С_р – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг∙С)

D – плотность материала, кг/м³

Значение частоты:

- при нагреве, f_min= 1,8 ∙10^{-3 ;}

- при сушке, f_min= 1,8 ∙10^{-3 ,}

где К= ∙ tg∙  - фактор потерь

Приняв большую частоту можно снизить напряженность поля.

Максимальное значение частоты определяется по формуле:

f_max = ,

где L_min – минимально возможная индуктивность контура, Г;

С_min – емкость рабочего контура, пФ.

Размеры камеры можно найти через формулу:

0,555∙tg∙ ∙f∙E²∙V∙10^-3,

где V- объем материала, см³

Для плоского конденсатора полностью заполненного диэлектриком, V = F∙ d

где F – площадь обкладки, см²;

d – расстояние между обкладками, см

Прикладываемое напряжение зависит от расстояния:

U_K = d ∙ E

(ВЧД – 40/5ДН – высоковольтные диэлектрические, 40 кВт, 5 МГц, диэлектрического нагрева универсальные).

Произвести расчет параметров генератора ТВЧ, найти размеры камеры. Необходимая производительность, g = 500[кг/ч].

Влажность материала (зерна) W₁ = 18%, конечная W₂ = 12 %. Температура материала перед сушкой, t₁ = 20 С.

Диэлектрическую проницаемость материала принять,  = 6,5; tg = 0,2.

Допустимая напряженность электрического поля Е = 0,1 кВ/см.

Решение

1. Определяем количество влаги, испаряемой в единицу времени:

W = g ∙ , кг/с

2. Находим удельную теплоту испарения, при температуре зерна 20 С:

r = I₂ – I₁  2510 [кДж/кг],

где I₁; I₂ – начальная и конечная энтальпия влаги, кДж/кг (по I- d диаграмме);

r – удельная теплота, затрачиваемая на испарение влаги, кДж/кг.

3. Определим полезную номинальную мощность генератора:

Р_н = W ∙ r, [кВт].

4. Допустимая скорость сушки:

, [ ]

= 324 ( ) с. – допустимое время нахождения в тепловом поле

.

5. Определим минимальную частоту поля:

f_min = 1,8 ∙ 10^{-3 ,} [МГц]

D = 1000 кг/м³

К =  ∙ tg∙

Принимаем ближайшую f_min станд.

6. Удельная мощность:

, [Вт/см³]

7. Требуемый объем камеры:

V = , [см³]

Принимаем d = 15 см ширину электрода b = 15 см.

h = , см

Рисунок 8.1 - Схема установки диэлектрического нагрева

8. Определим напряжение на конденсаторе:

U_K = d ∙E, [ кВ]

9. Удельный расход электроэнергии:

Р_г = , [кВт]

W_уд. = , [кВт∙ч/кг]

Практическое занятие 9 (объем – 1ч.)