Расчет системы автоматического регулирования температуры водонагревателя.

Разработка схемы управления

Расчет силовой сети, выбор аппаратуры управления и защиты.

Расчет силовой сети электрического водонагревателя и линии его подключения, а также выбор аппаратуры управления и защиты производится по расчетным токам.

Определение сечений проводов или кабелей линии подключения производится по условиям нагревания.

Методика расчета силовой сети и выбора пускозащитной аппаратуры приведена в литературе [4,8,13,27].

В разделе производится разработка принципиальной схемы управления и автоматизации, выбор элементов автоматики и приводится таблица позиционных обозначений с указанием краткой технической характеристики применяемого электрооборудования. Материал этого раздела должен быть представлен кратким описанием работы схемы управления.

В практике широко используется система двухпозиционного регулирования температуры.

Методика расчета системы автоматического регулирования приведена в литературе [36].

В процессе расчета САР определяются следующие величины:

5.1. Приток тепла в объект

, , (5.1)

где Р_уст - установленная мощность водонагревателя, кВт.

5.2. Коэффициент тепловых потерь объекта.

5.2.1. Для водонагревателя - термоса:

, , (5.2)

где: - коэффициент теплоотдачи, ;

S - теплоизлучающая поверхность, м².

Для однослойной теплоизоляционной стенки

, (5.3)

где: - толщина теплоизоляционной стенки, м;

l - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, кДж./м×4×°C;

a₁ - коэффициент суммарной теплоотдачи, кДж/м²_×4×°С.

При температуре наружной стенки нагревательного прибора до 150°С a₁вычисляют по формуле:

, (5.4)

где: t_{н.с .} - температура наружное стенки нагревательного прибора (для водонагревателя = 45°С) °С;

t_o - температура окружающего воздуха, °С.

5.2.2. Для приточного водонагревателя:

, (5.5)

где: r₁ - коэффициент тепловых потерь через стенку водонагревателя, определяется по п.5.2.1, кДж/ч°С.

r₂ - коэффициент тепловых потерь с протекающей жидкостью, кДж/ч°С

, (5.6)

где V - расход жидкости, л/ч;

С_в - удельная теплоемкость воды, кДж/л

Значения тепловых потерь в парниках и теплицах приведены в специальных справочниках.

5.3. Определение коэффициента теплоемкости

В тех случаях, когда регулируемый объект одноемкостный, например, резервуар с жидкостью, то его теплоемкость может быть определена как произведение удельной теплоемкости жидкости:

С- на ее количество:

С = с×М,

В случае многоемкостных объектов, которые могут содержать несколько слоев разнородных материалов (нагреватели с изоляторами, воздушные промежутки, теплоизоляционные стенки и т.п.), суммарную теплоемкость объекта определяют сложением его составляющих.

5.4. Время разгона объекта

Время разгона (разогрева) объекта находят по формуле

,ч (5.7)

где: - предельная температура, которую может сообщить объекту данный приток тепла, °С;

= ,°С,

С - суммарная теплоемкость объекта, кДж/°С.

5.5. Нечувствительность регулятора определяют по паспортным данным. задается в °С.

5.6. Время запаздывания нечувствительного элемента : для водонагревателей - около 0, для парников с элементным обогревом почвы - 3ч, для парников с электродным обогревом почвы - 0,05.ч.

Различают системы: с зоной нечувствительности регулятора без запаздывания датчика; с зоной нечувствительности регулятора и с запаздыванием датчика; системы связанного двухпозиционного регулирования.

5.7. К системам с зоной нечувствительности регулятора без запаздывания датчика относятся: сушильные шкафы, масло и водоподогреватели, трубчатые печи и тигли. В этих установках запаздывание между рабочим пространством и чувствительным элементом настолько мало, что при расчете им можно пренебречь.

На рис. 5.1 даны графики регулирования температуры и графики притока тепла Q_п в водонагреватель. Размах колебаний регулируемой величины в этом случае определяется уставками регулятора: t₁ - нижний предел и t₂ - верхний предел изменений температуры в водонагревателе, при которых происходят переключения регулятора.

Для определения времени включения и отключения нагревательного элемента пользуются кривыми рис. 5.2. Пользуясь этими кривыми для любой заданной температуры t_з в объекте и известными величинами зоны нечувствительности регулятора и наружной температуры воздуха τ₀, находят относительные величины длительности включенного и отключенного τ₀ состояния нагревательных элементов и переводят их в натуральный масштаб времени по формулам:

, ч (5.8)

, ч (5.9)

Коэффициенты К_з и К_н.ч. находят из формулы:

(5.10)

(5.11)

Полный период регулирования

(5.12)

Частота включений в час коммутационной аппаратуры:

(5.13)

Расход энергии на регулирование за время работы установки определяется

, кВт×ч (5.14)

Рис. 5.1. Графики регулирования: а) температуры и б) притока тепла в водонагревателе.

Рис. 5.2. Расчётные кривые

Расчет систем с зоной нечувствительности регулятора и с запаздыванием датчика, системы связанного двухпозиционного регулирования приведен в литературе (36).

6. Правила технической эксплуатации и техники безопасности при работе с водонагревателем (25, 26).

7. Определение технико-экономических показателей установки.

Удельный расход электроэнергии

,

где: V - объем нагреваемой воды, м³;

- время работы в сутки, г.

Дата добавления: 2017-02-01