Расчет электродных водонагревательных установок

При расчете электроводонагревателя определяется:

1. – мощность, затрачиваемая на нагрев;

2. – конструктивные параметры установки.

При расчете мощности установок периодического действия задаются исходными технологическими условиями:

- масса нагреваемого материала (m), кг;

- начальная и конечная температуры нагрева (₁ и ₂), С;

- удельная теплоемкость нагреваемого материала (С), кДж/кгС;

- время нагрева (t), ч.

Для установок непрерывного действия вместо «m» и «t» задается производительность «q = m/t », кг/ч.

При нагреве материалов полезная мощность (кВт) определяется:

• установки периодического действия

Р_пол = [mC(₂ - ₁)] / 3600t кВт (122)

- установки непрерывного действия

Р_пол = [qC(₂ - ₁)] / 3600 кВт (123)

Потребляемая мощность

Р_потр = Р_пол / _э_т (124)

Установленная мощность

Р_уст = k_з Р_пол / _э_т (125)

где k_з – коэффициент запаса, учитывающий необходимость уве- личения мощности из-за старения нагревателей и возможного снижения напряжения от номинального, k_з = 1.1 … 1.3;

_э – электрический КПД установки, учитывающий потери в подводящих проводах, трансформаторах и т.д.;

_т - тепловой КПД установки, учитывающий потери в окружающую среду, на нагрев конструкций установки и т.д.

При расчетах электродных водонагревателей приходится учитывать то, что сопротивление воды зависит от температуры воды и, следовательно, количество выделяемой теплоты при нагреве будет изменяться.

Удельная электропроводность зависит от температуры _ = ().

Удельная проводимость воды определяется по формуле:

_ = ₂₀ [1 + (- 20)] (126)

где ₂₀ – удельная проводимость воды при 20С,

для сельскохозяйственных водоисточников

₂₀ = (0.1 … 0.5)10^-3 Смсм;

 - температурный коэффициент проводимости

 = (0.025 …0.035)С^-1.

_

₂₀



20^С

Лекция №20

Последовательность конструктивного расчета

1). Выбирается тип электродной системы:

Однофазная

а) с плоскими электродами б) с цилиндрическими электродами

А N А N

в

d

D

ℓ

трехфазная

в) с плоскими электродами г) с цилиндрическими

А В С N А В С N

D d

в

ℓ Δ Y

Рис.99 Типы электродных систем

2) – задаются значением «в» – для плоских электродов,

«d» – для цилиндрических электродов.

3) – определяется расстояние между электродами

ℓ = U/Е_доп (127)

где U – напряжение сети, В;

Е_доп – допустимая напряженность электрического поля в

межэлектродном пространстве, В/см.

Для воды Е_доп= 125 … 150 В/см.

4) – определяется высота электродов по формуле

h = k_з·q·C·(₂ - ₁)k

3.6U²_.ср см (128)

где k_з – коэффициент запаса;

q – производительность;

С – удельная теплоемкость;

k – геометрический коэффициент электродной системы.

Зависит от формы и взаимного расположения электродов.

Для приведенных систем его определяют

а) k = ℓ ∕ в; б) k = ·ℓn(D ∕ d);

в) k = ℓ ∕ (n – 1)в г) k = 1∕ 2π·ℓn(D ∕ d).

U – напряжение сети;

σ_θ.ср- значение средней удельной проводимости:

σ_θ.ср = σ₂₀ [1 + (_ср – 20)] (129)

где _ср = 0.5(₁+ ₂);

 - общий КПД установки

 = _т  _э

5. – рассчитанная площадь электродов проверяется на допустимую плотность тока:

S= (130)

где I_ - рабочий ток при максимальной температуре нагрева;

k_н = 1.1 … 1.4 - коэффициент, учитывающий неравномерность

плотности тока на поверхности электродов;

j_доп – допустимая плотность тока

- для плоских электродов - j_доп= 0.5 А/см²;

- для цилиндрических - j_доп= 2.0 А/см².

Лучшими электродами являются электроды из нержавеющей стали и титана.

теплоаккумулятор и

компенсатор

горячая вода

водонагре-

ватель

потребитель

(котел) теплоты

холодная вода

Рис.100 Принципиальная схема работы водонагревательного котла

Недостатки электродных нагревателей:

а) – подводящие ток провода должны быть рассчитаны на ток при максимальной температуре (непостоянство тока при нагреве);

б) – электроопасность выше, чем у элементных;

в) – загрязняют воду электронами металла электродов;

г) – при эксплуатации с водой, содержащей большое количество солей, они, оседая на поверхности электродов, снижают плотность тока, что приводит к снижению КПД установки.