2.3.4. Виды расчета электронагревательных

УСТАНОВОК ;

В зависимости от цели расчета ЭНУ различают: конструктив- • ный, проверочный и расчет по выбору оборудования [13].

Конструктивный расчет выполняют при проектировании но­вой ЭНУ, когда определяют тепловые, электрические и массогаба-ритные показатели, по которым в дальнейшем может быть изго­товлено оборудование.

Проверочный расчет выполняют при проверке готового изде­лия, выпускаемого промышленностью. Целью расчета может быть проверка возможности использования данного изделия в конкрет­ных условиях эксплуатации; в условиях, отличающихся от паспор­тных данных; при отсутствии этих данных у ЭНУ; при планируе­мой модернизации установки и т. п.

Расчет по выбору оборудования проводит пользователь ЭНУ. По результатам расчета покупатель выбирает ЭНУ по паспортным данным, приводимым в каталогах. Выбор может осуществляться между отечественными и импортными изделиями; между техно­логически разными устройствами, имеющими различные возмож­ности регулирования и т. д.

Конструктивный и проверочный расчеты выполняют по одной и той же методике и по одним и тем же расчетным соотношениям.

Содержание указанных расчетов ЭНУ имеет тепловую и элект­рическую части. Такое подразделение определяется тем, что ЭНУ совмещает в себе функции потребителя (или приемника) электри­ческой энергии и источника тепловой энергии.

Тепловая часть расчета ЭНУ нужна для определения ее тепло­вой мощности, температуры отдельных элементов конструкции, теплового КПД, расчета тепловой изоляции и др.

Электрическая часть предназначена для выбора питающего на­пряжения и частоты тока, определения электрического КПД и ко­эффициента мощности, разработки электрической схемы и спосо­ба регулирования мощности, определения электрических пара­метров и геометрических размеров ЭНУ.

150

Основные параметры любой ЭНУ — тепловая мощность уста­новки, род тока и напряжение питания, КПД и электрическая мощность установки, коэффициент мощности и массогабаритные показатели.

2.3.5. Определение мощности эну

В расчетах методически правильнее говорить не о полезной тепловой мощности, идущей непосредственно на осуществление технологического процесса нагрева, а о полезно расходуемом теп­ловом потоке Ф_п.

В общем случае полезный тепловой поток Ф_п, Вт, необходимый для разогрева, изменения фазового состояния вещества (плавле­ние, испарение) и дальнейшего его нагрева с помощью ЭНУ, оп­ределяют по выражению

(2.28)

где т, — массовая производительность установки, кг/с, для ЭНУ периодического действия т, — т/1_тт„ (т — масса нагреваемого вещества, кг; /_нагр — продолжитель­ность нагрева, с); С_Т, С_ж — удельные теплоемкости нагреваемого вещества в твер­дом и жидком состоянии, Дж/(кг-°С); 7\_т, 7гтИ Г1_Ж, Т_2ж — начальная и конечная температуры нагрева вещества в твердом и жидком состоянии, °С; <?т,ж~удельная теплота изменения фазового состояния вещества (плавление, испарение), Дж/кг.

В случае нагрева вещества без изменения его фазового состоя­ния выражение в квадратных скобках уравнения (2.28) упрощается до одного первого слагаемого.

Полезно расходуемый тепловой поток ЭНУ, Вт, должен быть равен

(2.29)

где Ф —полный тепловой поток установки, Вт; Ф_к —тепловой поток на нагрев конструкции, Вт; Ф_о — тепловой поток, теряемый на нагрев воздуха и в окружаю­щую среду, Вт.

Тепловой (термический) КПД ЭНУ

(2.30)

Значения г)_т для основных ЭНУ сельскохозяйственного назна­чения приведены далее:

Я

¹

Потребляемая из сети электрическая мощность Р, Вт, больше ■ полного теплового потока Ф на значение, равное сумме электри* щ ческих потерь мощности АР_Э, возникающих в элементах электри» Я ческих схем ЭНУ (трансформаторах, преобразователях, проводах 1 и др.)- Они зависят от способа нагрева и учитываются электричес- 1 ким КПД установки г|_э, то есть [I

С учетом сказанного баланс мощностей ЭНУ можно записать в : виде

(2.32) где Р часто определяют как расчетное значение мощности установки Р_р, Вт; <

(2.33) | Т1 — общий КПД установки, ц = т\_тц_э. ;

Учитывая необходимость увеличения мощности ЭНУ из-за снижения напряжения питания, выхода из строя отдельных нагре­вателей, покрытия их накипью и др., установленную (присоеди­ненную) мощность ЭНУ Р_у принимают несколько больше расчет­ной (потребляемой"> электпической мпшнпг.™ Р_-

(2.34) где А'з — коэффициент запаса, принимают X, = 1,1.-1,3.

Отметим, что при известном удельном расходе электрической энергии на нагрев и известной производительности процесса ус­тановленную мощность ЭНУ можно определить по формуле

(2.35)

где V, — объемная производительность установки (т,, т/ч, или К„ м³/ч); а — удель­ный расход электроэнергии, кВт • ч/т или кВт • ч/м³.

Значение электрического г\_э может быть уточнено по паспорт­ным данным используемых ЭНУ. Значение теплового г|_т опреде-

152

[яется тепловыми потерями, которые в каждом конкретном слу-гае могут значительно отличаться от типового значения из-за из-денения технологического режима установки, нарушения тепло-13ОЛЯЦИИ и др. Поэтому в различных случаях их целесообразно ггочнять и принимать меры к их снижению.

Тепловые потери Ф_к + Ф_о [см. формулу (2.29)] в расчетах часто тринимают состоящими из потерь теплопередачей Ф_тт и потерь «лучением Ф_{т и}, Вт,

(2.36)

■де Ф' — поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²; Г_р — расчетная пло-цадь поверхности стенки, м²;

(2.37)

-де ДГ— разность температуры на поверхностях стенки, °С; У?, —тепловое сопро-гивление стенки, °С/Вт; / — толщина стенки, через которую проходит тепловой юток, м; А. — теплопроводность материала стенки, Вт/(м • °С).

Потери излучением на основании закона Стефана—Больцмана

(2.38)

где о = 5,67 Ю-⁸ — постоянная Больцмана, Вт/(м²-К⁴); е' —степень черноты геплопоглощающей поверхности (е'<1); /"—площадь теплопоглощения, м²; Г_ис, Г_пр— абсолютные температуры источника и приемника теплового излучения, К.

Потери теплоты существенны лишь при ДГ= Г_ис — Г_пр > 100 К. В случае меньшей разности температур АГтеплопотерями из­лучением Ф_ти можно пренебречь.