Тепловой расчет электронагревательных установок

Общие вопросы

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Магнитная обработка материалов

Ультразвуковая обработка

В последние годы началось практическое использование ультразвуковых колебаний в сельском хозяйстве. Так как ультразвук оказывает механическое, термическое, биологическое и физико-химическое действия, то области его применения очень обширные. Ультразвук применяется в ветеринарии и животноводстве с лечебной и диагностической целями - для прижизненного определения упитанности животных, приготовления различных эмульсий и некоторых лекарственных форм, получения высокодисперсных аэрозолей. Так же с большой эффективностью ультразвуковые колебания могут быть использованы для обеззараживания сельскохозяйственных продуктов, предпосевной обработки семян, дефектоскопии и очистки деталей сельскохозяйственных машин.

Следует ознакомиться с различными способами получения ультразвуковых колебаний и принципами действия электромеханических излучателей.

Контрольные вопросы:

1. Для каких целей в сельскохозяйственном производстве могут быть использованы ультразвуковые колебания?

2. Объясните природу и основные проявления ультразвука.

3. Перечислите основные способы генерирования ультразвуковых колебаний.

4. Каковы принципы действия различных электромеханических излучателей

В практике сельского хозяйства магнитное поле широко используется для очистки зерна и семян трав от сорняков и очистки кормов от примеси железных частиц. Следует ознакомиться с характеристиками магнитного поля как физического фактора, принципами действия и конструкциями электромагнитных очистительных установок. Также необходимо изучить физическую сущность магнитной обработки воды, области и эффективность ее применения.

Контрольные вопросы:

1. Какое влияние оказывает магнитное поле на живые организмы?

2. Каким образом производится очистка кормов от металлических частиц с помощью магнитного поля?

3. Как устроены и на каких принципах работают электромагнитные семяочистительные машины?

Сельское хозяйство является крупным потребителем тепловой энергии. Ориентировочная потребность сельского хозяйства в тепловой энергии для стационарных процессов, включая коммунально-бытовые нужды сельских потребителей, составляет около 1200 ТВт-ч.

Тепловая энергия в больших количествах расходуется на отопление жилых, общественных и производственных зданий, горячее водоснабжение, создание необходимого микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях и в культивационных сооружениях защищенного грунта, на сушку и дезинсекцию сельскохозяйственных продуктов, получение пара для различных технологических процессов. Тепло для этих потребителей в настоящее время получается, в основном, при сжигании твердого и жидкого топлива в автономных тепловых установках.

Важным является вопрос выбора источников для. удовлетворения потребности сельского хозяйства в тепловой энергии.

Исследования показали, что для каждой зоны России могут быть рекомендованы определенные, наиболее экономичные виды топлива.

Вопрос выбора системы теплоснабжения различных сельскохозяйственных объектов также имеет очень большое значение и должен решаться с учетом концентрации тепловых нагрузок па данном объекте. При малой плотности тепловых нагрузок применяется преимущественно децентрализованное теплоснабжение от местных котельных. Для сельскохозяйственных поселков городского типа, животноводческих комплексов и теплично-парниковых комбинатов наиболее целесообразно централизованное теплоснабжение от котельных, работающих на соответствующем топливе.

Ущерб от каждого недоданного гигаджоуля тепла, может привести к отрицательным последствиям. Таким образом, совершенствование теплоснабжения сельскохозяйственного производства, электрификация тепловых процессов - огромный резерв повышения продуктивности сельскохозяйственного производства и снижения себестоимости продукции.

Необходимо изучить технические преимущества электронагревательных установок перед огневыми, основными из которых являются простота конструкции, удобство эксплуатации и большие возможности для полной автоматизации процесса нагрева. Очень важным моментом является и то, что установки, аккумулирующие тепло, повышают эффективность капиталовложений в сельскую электрификацию благодаря тому, что они могут включаться в часы провалов в графиках нагрузок и тем самым повышать коэффициенты использования сельских трансформаторных подстанций и сетей. В результате этого возможно будет удовлетворить тепловые нужды многих хозяйств без существенной реконструкции линий электропередач.

Изучая основы теории электрического нагрева, необходимо знать, что все материалы по их электрическим свойствам разделяются на два больших класса:

- Проводники;

- Диэлектрики.

Промежуточное положение занимают полупроводники.

Электрический нагрев происходит в электромагнитном поле в результате поглощения веществом электромагнитной энергии, которая втекает в тело в виде потока вектора Пойнтинга через замкнутую поверхность, ограничивающую этот объем.

Баланс энергии в единицу времени в объеме нагреваемого тела определяется теоремой Умова-Пойнтинга.

При изучении электрического нагрева проводников надо помнить, что глубина проникновения тока в металл пропорциональна его удельному сопротивлению и обратно пропорциональна частоте тока и магнитной проницаемости. Явление неравномерности распределения тока по сечению проводника, вызванного затуханием электромагнитной волны, носит название поверхностного эффекта.

Классификация электронагревательных установок может производиться по способу преобразования электрической энергии в тепловую, по принципу действия, роду используемого электрического тока, назначению и исполнению. По первому признаку электротермические установки делятся на установки электронагрева:

- методом сопротивления;

- электродуговые;

- индукционные;

- диэлектрические;

- электронные;

- световые.

Более подробная классификация элект­ронагревательных установок приведена в Л-1.

Следует знать, что в технике электронагрева приняты следующие термины:

- электрический нагреватель - тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую;

- электронагревательная установка (ЭНУ) - агрегат или оборудование, включающие электрические нагреватели, рабочую камеру и другие элементы, связанные в единый конструктивный комплекс и предназначенные для совершения определенного технологического процесса.

В общую задачу расчета электронагревательных установок входит определение оптимальных значений тепловых и электрических параметров, обеспечивающих наилучшие технологические, эксплуатационные и экономические показатели. При конструктивном расчете определяются тепловые и электрические параметры, по которым можно изготовить устройство.

Целью проверочного расчета является определение возможности использования данного устройства в конкретных условиях эксплуатации.

Полный расчет электрических нагревателей и установок включает в себя тепловой, электрический, механический и гидравлический расчеты. В данном курсе рассматриваются только тепловой и электрический расчеты.

Контрольные вопросы:

1 В чем заключаются особенности теплофикации сельского хозяйства по сравнению с промышленностью?

2. Перечислите тепловые производственные процессы сельского хозяйства, в которых применение электроэнергии наиболее рентабельно и перспективно.

3. Укажите особенности и преимущества электронагревательных установок перед огневыми.

4. Каким образом использование электроэнергии в тепловых процессах способствует осуществлению комплексной электрификации сельскохозяйственного производства?

5. Назовите основные способы превращения электрической энергии в тепловую и объясните их физическую сущность.

При изучении этой темы студент должен уяснить, что тепловой расчет нагревательных устройств основывается на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи с учетом динамики нагрева. Решением уравнения нагрева однородного тела является кривая нагрева или зависимость температуры нагрева от времени. Важным параметром тепловой установки является постоянная времени нагрева. Численно она равна отношению теплоемкости тела к его теплоотдающей способности и представляет собой время, в течение которого тело достигло бы установившейся температуры при адиабатическом нагреве.

В общую задачу расчета электронагревательных установок входят две основные составляющие части: тепловой и электрический расчеты.

Целью теплового расчета является определение необходимой величины установленной мощности электронагревательных установок. Здесь надо обратить внимание на различие в определении мощности нагревательных установок непрерывного и периодического действия, заключающееся в том, что в случае длительной работы установки непрерывного действия мощность, идущая на разогрев конструктивных элементов самой установки, составляет незначительную часть потребляемой мощности, и ею можно в практических расчётах пренебречь.

В процессе теплового расчета определяется целый ряд величин: количество полезного тепла, необходимого для нагрева самого материала, количество тепла, идущего на разогрев конструктивных деталей нагревательной установки и на восполнение тепловых потерь в окружающую среду. Особое внимание следует обратить на то, что при условии необходимости поддержания постоянной температуры нагрева объекта, мощность электронагревательной установки определяется по величине тепловых потерь данного объекта в окружающую среду.

При выполнении электрического расчета решаются вопросы выбора типа конструкции нагревательных установок и материал для изготовления самого нагревательного устройства, а также производится определение соответствующих электротехнических и конструктивных параметров установки.

Контрольные вопросы:

1. Что положено в основу теплового расчета нагревательных устройств?

2. Дайте определение постоянной времени нагрева. Как она определяется?

3. Как определить скорость нагрева?

4. Какие задачи ставятся при выполнении теплового и электрического расчетов нагревательных установок?

5. Перечислите требования, предъявляемые к материа­лам, используемым для изготовления электронагревательных установок.

Дата добавления: 2017-02-01