Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию электрических электроплит.

2. В чем преимущество использования плит с индукционными конфорками?

3. Какие дополнительные функциональные элементы используются в кон­струкциях электроплит?

4. Какими техническими параметрами оценива­ется эффективность электроплит?

2.6. Кипятильники непрерывного действия

На предприятиях общественного питания наиболее распрост­ранены кипятильники непрерывного действия. Непрерывный цикл работы кипятильников обеспечивается путем использования принципа сообщающихся сосудов, который реализуется с помо­щью поплавкового клапана уровня.

Поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень в пи­тательной коробке; точно такой же уровень при температуре жид­кости в кипятильнике, равной температуре холодной воды, уста­навливается в переливной трубке. При кипении воды в зоне пере­ливной трубки плотность воды вследствие изменения температуры и насыщения пузырьками пара значительно снижается, а уровень повышается. Это способствует перебросу кипятка через край пе­реливной трубки в сборник кипятка. Правильно отрегулирован­ный шар-поплавок должен обеспечивать постоянство расстояния (60...80 мм) от уровня холодной воды до края переливной трубки. Если уровень будет выше, т.е. расстояние до края переливной труб­ки уменьшится, то в сборник будет перебрасываться некипяченая вода, а если ниже, то кипятильник будет работать в режиме, близком к дистилляции, и его производительность резко уменьшится.

Основная характеристика кипятильника – действительная производительность D_Д, т.е. количество кипятка, вырабатываемого кипятильником за единицу времени (кг/с):

(2.6.1)

где М – масса полученного кипятка, кг; τ – соответствующее время работы кипя­тильника, с.

Действительная производительность кипятильника зависит не только от тепловой мощности, подводимой энергоносителем, но и от перепада температур, в котором реализуется нагрев воды, т.е. от температуры воды, поступающей в кипятильник.

Для создания сопоставимых условий введено понятие нормаль­ного кипятка, под которым понимают воду, нагретую от 10 до 100 °С, т.е. когда реализуется интервал температур в 90 °С.

Производительность кипятильника в стационарном режиме, определенную по нормальному кипятку, называют нормальной производительностью D_Н.

Все показатели работы кипятильника пересчитывают по нор­мальному кипятку. К основным показателям относятся: часовая производительность, расход энергоносителя на 1 кг кипятка, ко­эффициент полезного действия, время разогрева.

Испытания кипятильников непрерывного действия

Цель работы: изучить принцип действия и особенности конст­рукций кипятильников непрерывного действия. Провести балан­совые испытания и определить основные технические и эксплуа­тационные показатели.

Принципиальная схема установки представлена на рис. 2.6.1. Основа установки – кипятильник непрерывного действия. Электрический кипятильник питается от сети переменного тока (50 Гц; 3 ~ 220 В). Для измерения подводимой мощности в схему включены амперметр и вольтметр. Для измерения температурного поля на поверхности размещены горячие спаи термопар, соединен­ные через переключатель на милливольтметр.

Производительность определяют посредством взвешивания воды в мерной емкости на весах и измерением секундомером вре­мени приготовления кипятка.

Для контроля параметров окружающего воздуха используют барометр и термометр.

Изучают устройство и прин­цип действия кипятильников. Для кипятильников непре­рывного действия наиболее характерен стационарный режим рабо­ты, для которого уравнение теплового баланса имеет вид:

(2.6.2)

где Q_Затр= Р – тепловая мощность тэнов, кВт;

(2.6.3)

где I – сила тока, A; U – напряжение, В;

Qi – полезная тепловая нагрузка, кВт;

(2.6.4)

D_Д – действительная производительность кипятильника, кг/с;

(2.6.5)

где М_вод – масса полученного кипятка, кг; τ – соответствующее время работы кипя­тильника, с; с_вод – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К); t_гор, t_хол – соответ­ственно температура воды на выходе из кипятильника и на входе в него, °С;

– тепловая мощность, пошедшая на испарение воды, кВт;

(2.6.6)

где ΔМ – масса испаренной влаги, кг; τ – соответствующее время работы кипятиль­ника, с; r – удельная теплота парообразования, кДж/кг;

Q₅ – потери теплоты в окружающую среду, кВт;

(2.6.7)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² · К);

	(2.6.8)

(2.6.9)

где F_i – площадь i-го элемента поверхности, на которой измеряется температура t_i, м²;

– площадь наружных ограждений кипятильника, м²;

(2.6.10)

где d –диаметр кипятильника, м; h – высота кипятильника, м.

Если действительную производительность в формуле (2.6.4) за­менить на нормальную, то полезная нагрузка:

(2.6.11)

Приравняем правые части выражений (2.6.4) и (2.6.6):

или

(2.6.12)

Из соотношения (2.6.7) следует, что при температуре кипения t_s= 100 °С действительная производительность при прочих равных условиях будет больше нормальной, если температура воды на входе в кипятильник превысит 10 °С.

Основные технические показатели работы кипятильника рас­считывают по следующим формулам:

Коэффициент полезного действия

(2.6.13)

Удельная металлоемкость кипятильника

mK = MК/DH, [кг/(кг/с)].

(2.6.14)

где М_к – масса кипятильника, кг; D_H – нормальная производительность, кг/с

Рис. 2.6.1. Принципиальная схема стенда по испытанию кипятильников непрерыв­ного действия: а – газового кипятильника; б – электрического кипятильника; 1 – водонагреватель; 2 – вольтметр (PV); 3 – амперметр (РА); 4 – питательная трубка; 5 – пе­реливная трубка; 6 – питательная коробка; 7 – вентиль; 8 – шар-поплавок; 9 – крышка; 10 – горячие спаи термопар; 11 – переключатель термопар; 12 – милливольтметр; 13 – секундо­мер; 14 – барометр; 15, 25 – термометры; 16 – мерный сосуд; 17 – весы; 18 – кран разбора кипятка; 19 – кран разбора горячей воды; 20 – тэны; 21 – боковые водяные экраны; 22 – газо­вая горелка; 23 – циркуляционные трубки; 24 – дымоотводяший патрубок

Удельный расход теплоты на приготовление 1 кг кипятка

qзатр = Qзатр /DH, (кДж/кг)

(2.6.15)

где D_H – нормальная производительность, кг/с.

При выполнении работы соблюдают следующую последовательность:

- включают водяной кран и проверяют уровень воды в перелив­ной трубке; сливают в дренаж остатки кипяченой воды из сборни­ка кипятка через кран; взвешивают порожнюю емкость на весах и значение измеренной массы записывают в журнал; ставят емкость под открытый кран; подключают кипятильник к сети; включают секундомер;

- с помощью термометра измерить температуру воды на входе в кипятильник;

- зарегистрировать время разогрева кипятильника как интервал вре­мени с момента включения в сеть до выброса из крана первой порции кипятка;

- регистрировать начало стационарного режима (с момента начала выброса кипятка), измеряют показания горячих спаев термопар, включив их через переключатель на милливольтметр. Результаты измерений вносят в лабораторную тетрадь; измерения повторяют каждые 5 мин;

- через 20 мин с начала работы в стационарном режиме отключить от сети тэны и полностью сливают остатки кипятка из крана в мерную емкость; время стационарного режима записывают в лабораторную тетрадь;

- взвесить мерный сосуд с водой на весах для определения массы выработанного кипятка; результат записать в лабораторную тетрадь;

- вычислить массу выработанного кипятка, вычитая из общей массы воды и сосуда собственную массу сосуда;

- рассчитать действительную производительность кипятиль­ника, разделив массу кипятка на время стационарного режима; по соотношению (2.6.12) определить нормальную производительность и сравнить ее с паспортными данными аппарата;

- по формуле (2.6.4) рассчитать полезную тепловую нагрузку Q₁,измерить размеры кипятильника (диаметр d и высоту h) и по соотношению (6.10) вычислить площадь ограждений; перевести показания термопар из милливольт в градусы Цель­сия с помощью приложения, прибавить к каждому значению температуру холодного спая, т.е. температуру воздуха в помеще­нии; построить график изменения температур как функцию времени для стационарного режима.

Определить среднюю по поверхности температуру кипятильника;

- вычислить потери теплоты в окружающую среду Q₅ по соотно­шению (2.6.7);

- найти суммарную тепловую нагрузку по расходу теплоты (кВт)

- вычислить суммарную тепловую нагрузку по приходу энергии, пользуясь соотношением:

Сравнить степень совпадения данных, вычисленных по при­ходу и расходу теплоты;

- рассчитать КПД, удельную металлоемкость и удельный рас­ход энергии на 1 кг кипятка, пользуясь соотношениями (2.6.13–2.6.15).

Данные эксперимента внести в лабораторную тетрадь. Проанализировать полученные данные, сравнивая их с показателями для испытуемого аппарата. Установить возможные причины выявленных несоответствий.