Программа работы и порядок выполнения

Контрольные вопросы

Содержание отчета

1. Электрическая схема установки.

2. Таблица экспериментальных результатов.

3. Графики зависимостей t_возд = f(х), Q_хол = f₁ (t_возд).

4. Выводы.

В чем особенность устройства компрессорных холодильников?

В чем особенность устройства полупроводниковых холодильников?

Как объясняется характер полученных экспериментальных кривых?

Какие факторы оказывают влияние на постоянную охлаждения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЯ ЛП-2,0/220-4,0

Цель работы: изучить принцип работы установки. Исследовать режимы работы электрического воздухонагревателя ЛП-2, 0/220-4,0.

1. Общие сведения

Нагретый воздух используется для сушки зерна, кормов, сельхозпродуктов, а также для отопления животноводческих помещений, обогрева парников, теплиц и других объектов.

В электрических калориферах источником тепла являются нагревательные элементы, устанавливаемые в потоке воздуха, создаваемом вентилятором.

Мощность или теплопроизводительность элетрокалорифера зависят от схемы включения нагревательных элементов и скорости воздуха. Скорость воздуха через калорифер определяется производительностью вентилятора и проходным сечением калорифера и должна быть такой, чтобы нагревательные элементы не перегревались выше расчетной температуры, а также пыль, поступающая с воздухом, не должна осаждаться на нагревательные элементы, иначе помещения будут загрязняться продуктами сгорания. Скорость воздуха должна быть равной 5-10м/с. Температура нагретого воздуха из калорифера должна соответствовать условиям того процесса, который осуществляется. Например, для сушки семенного зерна она не должна превышать 70°С, продовольственного зерна - 120°С. При обогреве животноводческих помещений температура воздуха при выходе из калорифера должна быть не ниже минимально заданной нормами для животноводческих помещений в пределах 8 – 30°С, в зависимости от вида и возраста животных и птицы.

Скорость воздуха на выходе из калорифера должна быть такой, чтобы в помещении не создавались сквозняки.

Электрокалорифер состоит из нагревательного элемента, электродвигателя с крыльчаткой, термовыключателя и переключателя рода работ. В нагревательных элементах электрического воздухонагревателя электроэнергия преобразуется в тепловую. Теплообмен между нагретой проволокой и воздухом характеризуется коэффициентом теплоотдачи, представляющей собой количество тепла, отдаваемого с одного метра поверхности нагретого тепла в окружающую среду при их разности температур в 1°С.

Переключатель рода работ служит для включения калорифера на режимы "вентилятор" и "обогрев", что обозначено соответственно цветными знаками: "голубой" и "красный".

Термовыключатель предназначен для отключения калорифера при повышении температуры внутри его, корпуса свыше 90°С. Параметры установки показаны в таблице 1.

Таблица 1

Основные технические данные установки ЛП-2,С/220-4,0

Номинальная величина тока, А
Потребляемая величина мощности нагревательного элемента, кВт: 1 ступень нагрева 2 ступень нагрева	1,0 2,0
Скорость воздуха через нагревательные элементы, м/с. 1 скорость вентилятора 2 скорость вентилятора	0,8 3,0

1. Изучить принцип действия и устройство установки.

2. Исследовать и рассчитать некоторые параметры установки

Работа выполняется в следующем порядке:

1. Собрать электрическую схему установки (рис. 1).

2. Для включения калорифера необходимо:

а) включить установку в сеть,

б) нажать обе клавиши переключателей против голубой цветной зоны, а затем выключить вторую клавишу, что соответствует включению вентилятора на 1 скорость;

в) нажать вторую клавишу переключателя против голубой цветовой зоны, что соответствует включению вентилятора на 2 скорость;

г) нажать третью клавишу переключателя против красной цветовой зоны, что соответствует включению нагревательных элементов на I ступень нагрева;

д) нажать четвертую клавишу против красной цветовой зоны, что соответствует включению нагревательных элементов на 2 ступень нагрева

Рис. 1. Схема установки

Температура воздуха окружающей среды и на выходе из калорифера измеряется термометром.

Температура нагревательного элемента измеряется термопарой, закрепленной на элементе и милливольтметром.

5. При расчете электрокалориферов с проволочными нагревательными элементами необходимо знать зависимость величины коэффициента теплопередачи от температуры проволоки. Такая зависимость может быть получена экспериментальным путем. Тепло, отдаваемое проволокой, равно теплу, которое получает воздух:

(1)

где Δt – разность температур между нагревательным элементом и воздухом

α – коэффициент теплопередачи от нагревательного элемента к воздуху, Вт/(м²°С):

d – диаметр проволоки нагревательного элемента равен 0,4мм;

L – длина проволоки нагревательного элемента равна 3м,

S_k – сечение воздухопровода в месте установки нагревательного элемента, м²

V – скорость воздуха через нагревательные элементы, м/с;

C_v – объемная теплоемкость воздуха, 1300 Дж/м³°С,

t_вых - температура воздуха на выходе из калприфера, °С,

t_вх - температура воздуха окружающей среды, °С.

6. Определить коэффициент теплопередачи:

(2)

7. Определить теплопроизводительность калорифера:

, кДж/ час (3)

где с – теплоемкость воздуха, 1 ;

γ – плотность воздуха, 1,2 кг/м³;

W - объем воздуха, нагретого в течение часа, м³/ч.

8. К.П.Д. калориферной установки:

(4)

где Р – мощность установки, кВт.

9. Определить удельную мощность калорифера:

, Вт×ч/м³ (5)

10. Найти плотность тока в нагревательных элементах:

, А/ мм² (6)

где S_np – сечение проволоки нагревательного элемента, мм².

11. Вычислить удельный расход электроэнергии:

(7)

12. Полученные данные записать в таблицу 2.

13. Построить графики зависимостей:

Таблица 2.

№

U, В

I, A

Р, кВт

W, м^3/ч

tвх, °С

tвых, °С

tпр, °С

t, °С

V, м/с

α,

η

Q, кДж /час

j, А/мм^2

l

и т.д.

3. Содержание отчета

1. Электрическая схема калорифера.

2. Таблица 2 результатов исследования.

3. Графики зависимостей, указанных в пункте 12 предыдущего раздела.

4. Выводы.

4. Контрольные вопросы

1. Каковы конструктивные особенности электрокалорифера?

2. Какие требования предъявляются к материалам нагревательных элементов установки?

3. Какие требования предъявляются к скорости потока воздуха через калорифер и его конечной температуре?

4. Каковы основные параметры работы электрокалорифера?

5. От чего зависят мощность или теплопроизводительность элетрокалорифера?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Цель работы: Изучить устройство, принцип работы, настройку установки нагрева диэлектриков, ЛГД-1. Исследовать основные электрические параметры установки ЛГД-1.

1. Общие сведения

Интенсивный нагрев диэлектриков возможен в электрическом поле высокой частоты. Нагрев осуществляется в поле на частотах от 0,5 до 100 МГц. Область более высоких частот (от 100 до 300 МГц) составляет токи сверхвысоких частот (СВЧ). На этих частотах уже заметно проявляется поверхностный эффект, вследствие затухания электромагнитной волны в диэлектрике.

Основные особенности высокочастотного нагрева диэлектриков состоят в следующем:

1. Этот нагрев является прямым - электрическая энергия преобразуется в тепло непосредственно в объекте, помещенном в быстропеременное электрическое поле. Во многих случаях это позволяет существенно изменять технологию процессов, повышать качество продукции и производительность труда. При ВЧ нагреве расход электроэнергии непосредственно на изменение теплосодержания материала наименьший по сравнению с другими способами. КПД процесса -выше.

2. ТВЧ дозволяют осуществлять избирательный нагрев благодаря возможности концентрации мощности в необходимом направлении и использованию спектральной чувствительности неоднородных по физическим свойствам материалов. Эта особенность используется в процессах сушки, дезинсекции зерна и т.д.

3. При ВЧ нагреве достигается высокая концентрация мощности в единице объема нагреваемой среды, что позволяет значительно интенсифицировать произ­водственные процессы. ВЧ нагрев диэлектриков позволяет снизить отходы продукции, осуществить поточность и широкую автоматизацию процесса.

Удельная мощность выделяемая в материале в виде тепла, определяется так:

, Вт/см³, (1)

где ε – диэлектрическая проницаемость вещества;

f – частота тока, кГц;

tgδ – тангенс угла потерь вещества;

Е – напряженность электрического поля, кВ / см.

Из формулы видно, что нагрев диэлектриков в поле СВЧ зависит от частоты и напряженности электрического поля и от электрических параметров материала.

Скорость нагрева материала пропорциональна выделяющейся в нем мощности. Увеличить скорость нагрева увеличением фактора потерь нельзя, так как он является более или менее постоянной величиной, характеризующей материал. Ускорять нагрев повышением напряженности электрического поля беспредельно нельзя, так как при больших напряженностях возможен пробой материала.

Следовательно, для увеличения скорости нагрева остается практически только одна возможность - повышение частоты.

Установка ЛГД-1 предназначена для нагрева в высокочастотном электрическом поле различных диэлектриков и представляет собой металлический шкаф, внутри которого помещен ламповый генератор с питанием анодов ламп переменным током.

В верхнем экранированном отделении расположены две генераторные лампы типа ГУ-80, детали колебательного контура и обратной связи.

В верхнем отделении шкафа находятся два трансформатора (анодный и накала ламп), вентилятор, реле времени и промежуточные реле, аппаратура защиты и пускатель.

Доступ внутрь шкафа предусматривается через боковые дверцы, снабженные блокировкой, исключающей возможность работы генератора при открытых дверцах. Рабочий конденсатор, находящийся в верхней частя шкафа под откидной крышкой, также снабжен блокировкой, отключающей рабочее пространство при открывании.

Основные технические характеристики ЛГД-1 представлены в таблице 1

Таблица 1

Напряжение питающей сети однофазное	220 В
Мощность, потребляемая из сети	2,4 кВА
Мощность колебательная	1 кВт
Частота рабочая	25-30 мГц
Максимальный ток	11 А
Площадь пластин рабочего конденсатора	400 см
Наибольшее расстояние между пластинами	50 мм

Высокочастотное электрическое поле между пластинами рабочего конденсатора создается ламповым генератором, собранным на двух электродах типа ГУ-80, аноды которых питаются однофазным переменным напряжением. Применение двух генераторных ламп позволяет использовать обе полуволны переменного напряжения и обеспечивает колебательную мощность.

Первая и третья сетки генераторных ламп соединены параллельно и питаются переменным напряжением, совпадающим по фазе с анодным, а также подается еще небольшое напряжение высокой частоты. Величина напряжения определяется индуктивностями, выполненными в виде петель.

Вторая сетка генераторной лампы является управляющей. Контур этой сетки в режиме колебаний настраивается изменением индуктивности L6. Колебательный контур установки ЛГД-1 составлен из собственной емкости ламп VI и V2, емкости конденсаторов вакуумного С8 и рабочего С9 и индуктивности L9, представляющей собой катушку из четырех витков медной трубки. Наличие на катушке L9 отводов для подключения конденсатора С8 расширяет диапазон согласования параметров в нагрузке с параметрами лампового генератора. Точка подключения конденсатора С8 выбирается в зависимости от электрических параметров нагреваемого материала. При подключении конденсатора к тому или иному отводу катушки L9 мощность, отдаваемая генератором, будет тем больше, чем дальше отвод на катушке находится от её конца, подключенного к рабочему конденсатору.

Разделение цепей нормальной высокой частоты осуществляется дросселями L1, L 3, L7, L8 и конденсаторами С 4 и С7. Наличие в схеме дросселя L5 исключает появление высокого напряжения частотой 50 Гц на рабочем конденсаторе при пробое конденсаторов С4 или CS. L4- служит для разделения цепей постоянной и переменной составляющих сеточного тока.

Питание цепей анода и сеток генераторных ламп осуществляется от анодного трансформатора Т2. В цени питания сеток введены ограничивающие сопротивления R3 -R6 по1500 Ом.

Питание цепи накала производится от трансформатора накала Т1 напряжением 12,6 В. Контроль режима работы установки производится амперметром РА (ток анода) и РА (ток сети).

Контакты блокировочных панелей замыкаются ножами только при закрытых дверцах установки.

Режим нагрева регулируется плавным изменением индуктивности обратной связи и величины зазора между нагревательный материалом и верхней пластиной рабочего конденсатора.

2. Программа работы и порядок выполнения

1. Изучить принцип действия и устройство установки ЛГД-1.

2. Снять основные характеристики цепи ЛГД- 1.

3. Определить основные энергетические показатели ЛГД-1.

Работа выполняется в следующем порядке:

1. Снять зависимость сеточного и анодного тока от коэффициента обратной связи. При незагруженном конденсаторе и максимальном расстоянии между пластинами плавно изменять коэффициент обратной связи в пределах от 1 до 5 и записывать значения анодного и сеточного тока.

Результату заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Кобрат.св.	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
Ia, A
Ic, мА

По полученным экспериментальным данным построим кривые:

2. При наибольшем расстоянии между пластинами расчетного конденсатора установить начальное значение сеточного тока I_c = 120мA. Уменьшая расстояние между пластинами записать значения сеточного и анодного тока. Запись значений I_а и I_с производить через каждый оборот рукоятки механизма сближения пластин. Cделать не более четырех оборотов, так как при одном обороте рукоятки пластины сближается на 10мм. Результаты заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

мм
Ia, A
Ic, мA

По полученным экспериментальным данным построить зависимости

3. Взвесить кусок сырой древесины, измерить термощупом ее температуру и осуществить сушку, установив начальное значение сеточного тока не более 150 мА. В процессе сушки через каждые три минуты, начиная с момента включения, замерять:

а) мощность и ток, потребляемые из сети,

б) анодный и сеточный токи.

Замеры производить до наступления установившегося режима. Расстояние между пластинами должно быть наибольшим. Получаемые результаты заносятся в таблицу 3.

Таблица 3.

Время, τ, мин	Питающая сеть	Установка	Вычисления
U, B	I, A	Pпорт, кВт	Ia, A	Ic, мA	cos γ	Pпол, кВт	η	Роб, Вт/см
и т.д.

Взвесить высушенную древесину и определить количество удаленной влаги.

4. Полезная мощность затраченная на сушку определяется:

, кВт (2)

где G – масса испарения влаги, кг,

c – удельная теплоемкость воды, кДж/ кг×°С;

t_k – конечная температура нагреваемого материала, °С;

g_k – удельная теплота испарения воды при температуре кипения (равна 2260 кДж/кг).

5. Удельная объемная мощность в межэлектродном пространстве:

, Вт/ см³, (3)

где V_d – объем древесины, см³.

6. Определить удельную объемную мощность по аналитической формуле и сравнить полученный результат с опытными данными:

, Вт/см³ (4)

где tgδ - тангенс угла потерь и принимается для древесины 0,3 - 0,5;

Е – напряженность электрического поля, кВ/см;

ε – диэлектрическая проницаемость материала (для дерева ε = 6-8)

(5)

где U_к – напряжение на рабочем конденсаторе, 1,4 кВ;

d – расстояние между рабочими пластинами, 5 см;

f – рабочая частота установки, 25 МГц.

7. Кпд установки:

(5)

где Р_{ср под}– среднее, за период нагрева, значение проводимой мощности, кВт

8. По полученным данным построить графические зависимости:

По данным измерений построить графики распределения температуры по толщине нагреваемого материала для наружных и внутренних слоев.

3. Содержание отчета

1. Электрическая схема установки.

2. Таблицы экспериментальных результатов.

3. Графики зависимостей, указанных в п.8 предыдущего параграфа

4. Выводы.

4. Контрольные вопросы

4. Из каких основных узлов состоит установка ЛГД-1?

5. Каков механизм нагрева диэлектриков в поле ТВЧ?

6. Какие физические явления находят отражение в зависимостях: ?

7. Как объясняются зависимости: ?

8. Какие факторы оказывают влияние на скорость нагрева диэлектрика?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗГОРОДИ ИЭ-206

Цель работы: 1. Изучать принцип работы установки.

2. Изучить электрическую схему ИЭ-200

3. Исследовать основные электрические параметры установки.

Дата добавления: 2017-02-01