Электродный водонагреватель для системы электротеплообеспечения молочного блока коровника

Исходные данные:

1. Номинальная мощность ЭВН: Р_ном = 25 * 10³ Вт;

2. Напряжение питающей сети: U = 380 В;

3. Номинальное удельное сопротивление воды при 20^оС: р ₂$_ном = 30 Ом.м;

4. Номинальные температуры воды в контуре ЭВН: на входе t_ex = 70 ⁰С; на выходе te_m = 95 ⁰С; степень нагрева At = t_eblx - t_ex =95-70 = 25 ⁰С;

5. Коэффициент полезного действия п = 0,99;

6. Геометрические данные электродной группы с коаксиальными электродами:

Радиус фазного электрода rj = 0,01 м;

Радиус нулевого электрода r_j = 0,016 м;

Радиус корпуса r_K = 0,145 м;

Расстояние от экрана до корпуса l = 0,05 м;

Радиус отверстий в нулевом электроде r₀ = 0,005 м;

7. Допустимая напряженность электрического поля Е_доп = 90 10 В/м [8]. Расчет показателей электробезопасности,

где g - проводимость фазы;

g - проводимость между фазным электродом и корпусом.

2. Допустимая сила тока для человека:

где u = 12 В - допустимое напряжение прикосновения; r = 500 Ом - сопротивление кожи человека.

3. Допустимая величина сопротивления выносу потенциала:

где U¹ = 236,5 В - допустимое превышение напряжения у потребителя (не более 7,5 %);

I - ток однофазного короткого замыкания.

где R = 30 Ом - допустимое сопротивление повторного заземления, согласно ПУЭ.

Величина коэффициента звездности в паспортах серийных ЭВН не указывается, что осложняет выбор необходимых мер по безопасности. Для некоторых серийных ЭВН величина коэффициента звездности приводится в Для ЭВН с проводящим корпусом наиболее эффективным способом увеличения сопротивления выносу потенциала является установка разработанных нами нулевых электродов или диэлектрических перфорированных экранов, которые снижают величину К_ЗВ до 0,00026 и 0,012, т.е. ток к корпусу практически не протекает, так как сопротивление выносу потенциала возрастает в 5,0...7,9 раз по сравнению с наибольшим значением у ЭВН-25 с изолированным корпусом.

По проведенному анализу условий труда для персонала, была определена производственная освещенность в помещении автоматического управления. В котором величина при естественном освещении для обеспечения необходимой освещенности механического цеха необходимы окна с двух сторон длиной 18,52 м и высотой 2,1 метра.

Расчет по проведению электробезопасности выявил, что соблюдается условие R_Bn > R_Bn#_on, при котором допустимая величина сопротивления выносу потенциала должна быть меньше, чем сопротивление выносу потенциала на корпус.

Экспериментально подтверждена эффективность способа снижения напряжения прикосновения на корпусе ЭК-16 как в номинальном, так и в аварийных режимах работы с помощью экранирующих нулевых электродов или диэлектрических экранов.

На основе анализа конструкции известных электродных водонагревателей и систем электротеплоснабжения обоснована компоновка системы теплоснабжения МТФ на 200 голов КРС - электродный водонагреватель, аккумулятор теплоты, система отопления производственных помещении молочного блока и шкаф управления автоматики.

Расчетным путем определены параметры водонагревателя мощностью 25 кВт с коаксиальными электродами: высота электродов Н = 0,17 м, геометрический коэффициент К = 0,075, производительность по горячей воде m = 828 кг/ч, сопротивление фазы = 8,89 Ом, сопротивление выносу потенциала на корпус R_m = 4 кОм и коэффициент звездности К_зв = 0,00026.

Разработана схема соединения электродов "двойная звезда" путем установки экранирующих нулевых электродов на отдельном токе, изолированным от корпуса проходным изолятором. Фазные стрежневые электроды установлены коаксиально по оси нулевых электродов и изолированного корпуса. Эта схема в аварийных режимах обеспечивает защиту корпуса от выноса потенциала экранирующими нулевыми электродами, соединёнными с нейтралью сети. При этом величина напряжения прикосновения на корпусе будет значительно меньше напряжения смещения, благодаря большой величине сопротивления выносу потенциала на корпус R_m. Таким образом величина напряжения на корпусе в аварийных режимах составляет Up = 0,1-0,2 В.

Расчетным путем определены параметры аккумулятора теплоты. Расчетным путем определены параметры системы отопления молочного блока: тепловая мощность Р_СО = 9,2 кВт, общая площадь поверхности радиаторов S^ = 13,3 экм и количество секции радиаторов п_ро = 43 шт.

Разработана технологическая схема утилизации теплоты за счет использования теплоты молока и теплоты отработанной горячей воды.

В разделе безопасности жизнедеятельности по проведенному анализу условий труда для персонала, была определена производственная освещенность в помещении автоматического управления. В котором величина при естественном освещении для обеспечения необходимой освещенности механического цеха необходимы окна с двух сторон длиной 18,52 м и высотой 2,1 метра.

Расчет по проведению электробезопасности выявил, что соблюдается условие R_m>R_Bnon, при котором допустимая величина сопротивления выносу потенциала должна быть меньше, чем сопротивление выносу потенциала на корпус.

Экспериментально подтверждена эффективность способа снижения напряжения прикосновения на корпусе ЭК-16 как в номинальном, так и в аварийных режимах работы с помощью экранирующих нулевых электродов или диэлектрических экранов.

Из проведенных расчетов по экономической части видно, что при использовании электроэнергии для цели теплоснабжения МТФ по свободному режиму, то есть при базисном электротеплоснабжении себестоимость 1 Гкал тепла составляет - 22900 тг/Г кал.

При использовании электроэнергии для цели теплоснабжения МТФ при использовании провальной части графика электрической нагрузки энергосистемы, себестоимость равна 19700 тг/Гкал.

Тариф электроэнергии в пиковой части графика электрической нагрузки энергосистемы (отопительно-вентиляционная нагрузка) существенно удорожает составляющую электроэнергии в общих затратах на теплоснабжение объекта.

Список литературы

1. Назарбаев Н.А. Процветание сельского хозяйства - это процветание народа (Доклад на совещании Министерства сельского хозяйства РК, 31.01.2005). Казахстанская правда, №21 от 01.02.05.

2. Чокин Ш.Ч., Сюндуков Р.Х. Энергетика сельского хозяйства Казахстана. - Алма-Ата: Кайнар, 1988. - 239 с.

3. Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. - М.: Колос, 1975. - 383 с.

4. Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1974. - 341 с.

5. Баранов Л.А. Новые электронагревательные устройства для животноводства Казахстана. - Алматы: КазНИИНКИ, 1993. - 77 с.

6. Расстригин В.Н. Основы электрификации тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве. - М.: Агропомиздат, 1988. - 255 с.

7. Евсеев П.Н., Черкасов А.В. О некоторых способах защиты от поражения током при эксплуатации электродных водонагревательных установок //Электричество, 1967, № 4. - С. 84-86.

8. Каган Н.Б., Кауфман В.Г., Пронько М.Г., Яневский Г.Д. Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства. - М.: Энергия, 1980. - 192 с.

9. Фоменков А.П. Электропривод сельхозмашин, 1984.

10. Бодин А.П. Электрооборудование для сельского хозяйства, 1984.

11. Кешуов С. А., Алдибеков И.Т., Барков В.И. Ресурсосберегающие системы и установки электрообеспечения в малом молочном животноводстве. Монография. - Алматы: ТОО "Нур - ДиАс" 2012. - 320 с.

12. Методические рекомендации по расчету и применению систем электротеплоснабжения молочных ферм и комплексов. - М.: ВИЭСХ, 1982. -72с.

13. Пырков В.В. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. К.: Таки справи, 2005. - 302 с.

14. Абдимуратов Ж.С., Мананбаева С.Е. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания к выполнению раздела "Расчет производственного освещения" в выпускных работах для всех специальностей. Бакалавриат - Алматы: АИЭС, 2009. - 20 с.

15. Блажин А.Г. Применение электроводонагревателей в сельском хозяйстве //Техника в сельском хозяйстве, 1975, № 3, С. 45-50.

16. Чокин Ш.Ч., Сюндюков Р.Х. Энергетика сельского хозяйства Казахстана. - Алма-Ата: Кайнар, 1988. - 242 с.

17. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий. М. Колос, 1983. Под ред. Уварова В.В.

18. Парамонов С.Г. Черенкова Н.В., Оценка затрат на теплоснабжение животноводческих ферм Казахстана. Деп. № 4178 - В 88 26.05.88.

Перечень сокращений и обозначений

АТ - теплоаккумулятор;

ВНИИЭТО - Всероссийский научно-исследовательский институт электротермического оборудования;

ДГП ЦелинНИИМЭСХ - дочернее государственное предприятие, Целиноградский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства, нынешний КазНИИМЭСХ;

КПД - коэффициент полезного действия;

КНИИЭ - Казахский научно-исследовательский институт энергетики; МТФ - молочно-товарная ферма;

Н - циркуляционный насос;

СЭТ - децентрализованная система электротеплообеспечения;

ТЭР - топливно-энергетические ресурсы;

ТО - теплообменник;

ТОУ - теплообменник-утилизатор;

ТТ - технологический трубопровод;

СЭТ - децентрализованная система электротеплообеспечения;

ЭВН - электродный водонагреватель.

Приложение. Построение графиков

Рисунок А1 - Удельные приведенные затраты в системы теплоснабжения для южной зоны Казахстана

Рисунок А2 - Зависимость расхода электрической энергии на нагрев воды для технологических нужд молочного блока от обслуживаемого поголовья

Рисунок А3 - Динамика изменения температур теплоносителей в системе отопления при температуре наружного воздуха t_mF = -5°С в различных режимах работы

Рисунок А5 - Сезонный и интегральный графики расхода электроэнергии при работе СЭТ с электроводагревателем за отопительный период

Размещено на Allbest.ru