ОБЩАЯ ЧАСТЬ. Тема: Электрические водонагреватели и котлы

Лабораторная работа №12

Тема: Электрические водонагреватели и котлы.

Цель работы: Исследование работы и определение основных параметров элементных электрических водонагревателей.

Время выполнения работы – 2 часа

Место выполнения работы – лаборатория «Электрооборудование сельскохозяйственного производства»

Дидактическое и методическое обеспечение: лабораторный стенд №8, инструкционно-технологическая карта; литература: Л. С. Герасимович Электрооборудование и автоматизация с/х агрегатов и установок. М.: Колос 1980 г.; Применение электрической энергии в с/х производстве. Справочник под реакцией академика П. Н. Листова. М. Колос. 1974 г.; А. М. Басов “Основы электропривода и автоматическое применение электроприводов в с/х” издательство М. Колос 1972 г.; В.С.Олейник Практикум по автоматизированному электроприводу.- М.: Колос, 1978 г.

Техника безопасности и пожарная безопасность на рабочем месте.

(Отдельная инструкция №91)

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.1 Работа в лаборатории.

1.1 Пройти контроль (самоконтроль) или входное тестирование.

1.2 Подготовить рабочее место выполнению работы.

1.3 Выполнить операции согласно методических указаний к выполнению задания.

1.4 Подвести итог и сделать выводы.

1.5 Убрать рабочее место.

1.6 Оформить и защитить отчет.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

2.1 Ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы проточного элементного водонагревателя ЭВ-Ф-1,5.

2.2. Снять кривую переходного режима (кривую нагрева).

2.3 Исследовать зависимости удельного расхода электроэнергии и к.п.д. водонагревателя от производительности.

2.4 Произвести проверочный расчет проточного элементного водонагревателя.

2.5 Изучить схемы автоматического управления водонагревателем.

2.6 Выводы.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ:

В качестве лабораторной установки используется элементный проточный водонагреватель ЭВ-Ф-1,5.

Кривые нагрева воды на выходе водонагревателя снимают для двух имея питания: симметричный и несимметричный (обрыв фазы). Обрыв фазы выполняют с помощью тумблера - переключателя.

Температуру воды замеряют с помощью ртутного термометра на выходе с водонагревателя.

Производительность водонагревателя измеряют с помощью мерного бачка и секундомера.

Каждый из опытов следует выполнять при одной и той же температуре воды на выходе водонагревателя. Для этого водонагреватель включают от сети автоматом В1 не закрывая кран на напорном трубопроводе (до полного охлаждения нагревательных элементов).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы проточного элементного водонагревателя ЭВ-Ф-1,5.

2. Снять кривые переходного режима (кривые нагрева). Установить минимальную производительность водонагревателя, снять кривую нагрева воды на выходе с водонагревателя для симметричного режима питания.

Не закрывая кран на напорном трубопроводе отключить водонагреватель автоматом В1 от сети до полного охлаждения нагревательных элементов. Отключить переключатель В2, включить автомат В1 и снять кривую нагрева воды для симметричного режима питания.

Увеличив производительность водонагревателя (открытием крана на напорном трубопроводе), аналогично снять кривые нагрева для симметричного и несимметричного режимов питания.

Результаты опытов занести в таблицу I.

№ п.п.	измерения
t	u	p	Q	I	τk
сек	В	кВт	кг/час	А	0С
		Питание 380 В симметр.
		Питание не симметр.

По данным таблицы I построить график зависимости температуры нагрева воды от времени для двух значений производительности при симметричном и несимметричном режиме питания.

τ - температура воды на выходе водонагревателя, °С.

3. Исследовать зависимость удельного расхода электроэнергии и к.п.д. водонагревателя от производительности.

Установив минимальную производительность водонагревателя с помощью крана на напорном трубопроводе, замерить начальную температуруводы на выходе водонагревателя. Переключатель В2 поставить в положение "замкнуто". Включить водонагреватель автоматом В1 в сеть и через минуту записать температуру на выходе водонагревателя до установившейся. Не закрывая кран на напорном трубопроводе, отключить водонагреватель автоматом В1 до полного охлаждения нагревательных элементов. Увеличить производительность водонагревателя и снять опыт аналогичный предыдущему. Такие опыты выполнять при нескольких значениях производительности нагревателя (4-х и 5-ти значений).

По результатам опытов и вычислений таблицы 2 строят графические зависимости.

№ п.п.	t	u	p	τH	τK	q	η	a
	мин.	В	кВт	°С	°С	кг/ч	о.ед.	кВт.ч

4. Проверочный расчет проточного элементного водонагревателя выполнить по следующим пунктам:

а. определить потребную мощность водонагревателя;

б. определить величину фазного тока;

в. определить сопротивление нагревательного элемента на одну фазу;

г. определить длину и диаметр нагревательного провода ЭВ-Ф-1,5.

5. Вычертить и изучить схему автоматического управления.

6. Дать выводы по работе.

Указать основные достоинства и недостатки водонагревателя и область применения.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ

Расчет проточного элементного водонагревателя сводится к определению потребной мощности и выбора количества и мощности нагревательных элементов.

Потребная мощность проточного элементного водонагревателя определяется:

q - производительность водонагревателя, кг/ч

с - теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг⁰С;

τ_К и τ_Н - конечная и начальная температура воды,°С;

t - время нагрева воды, ч.

Величина тока в одной фазе:

Сопротивление нагревательного элемента на одну фазу:

Длина провода нагревательного элемента на одну фазу:

S - сечение провода, мм²

ρ_τ - удельное сопротивление провода при рабочей температуре Ом'м

ρ = 1,1*10^-6 Ом-м - удельное сопротивление нихромового провода при температуре 20°С

α = 16*10^-6 С^-1 - температурный коэффициент сопротивления ни­хрома

Θ - разность между рабочей температурой нихрома и температурой окружающей среды ⁰С.

Диаметр нагревательного провода определяется:

где r_τ-13,50*10^-3 м²*⁰С/Вт термическое сопротивление нихромового нагревательного провода.

Длина нагревательного провода определяется из выражения:

Удельный расход электроэнергии “α” и коэффициент полезного действия “η” для водонагревателя можно определить со следующих выражений:

Р_Н – номинальная мощность водонагревателя, кВт.

t – время нагрева воды, час.

q – производительность водонагревателя, кг/ч

.

ПОРЯДОК РАБОТЫ.

Работа схемы в автоматическом режиме.

Откроите вентиль, убедитесь, что вода вытекает из водонагревателя. Рукоятку тумблера 2 установите в положение "Авт.", а рукоятку 8 автоматического выключателя установите в положение "Вкл. Через 15-45с. реле времени КТ1 выдаёт сигнал и включается трубчатые электронагреватели, при этом загорится сигнальная лампа.

Регулирование температуры подогреваемой воды осуществляется вентилем, контроль температуры воды на входе из электронагревателя по термометру 22.

При незначительном открытии вентиля или при малом давлении воды в водопроводной сети температура подогреваемой воды будет быстро расти, достигая своего верхнего предела 75-80⁰С: при максимально открытом вентиле и при давлении, близком к номинальному значению (2 кг/см²), нагрев воды до температуры 75-80⁰С будет происходить медленно. Помните что открывая или закрывая вентиль, т.е устанавливая необходимую температуру на выходе из электронагревателя, следует после каждого изменения положения вентиля делать паузу 2-3 мин пока показания термометра не перестанут изменяться, т.к. электронагреватель воды обладает инерционностью, и изменить мгновенно температуру воды не выходе невозможно.

При достижении водой температуры 75-80⁰С срабатывает термореле SK1 и выдаёт сигнал на отключение трубчатых электронагревателей. Поступающая холодная вода охлаждает чувствительный элемент термореле, контакты термореле замыкаются, выдавая сигнал на включение трубчатых электронагревателей. Однако включение, их произойдёт лишь спустя 15-45 с, выдержку времени обеспечивает реле времени КТ1.

Применение реле времени КТ1 позволяет с одной стороны исключить многократное включение магнитного пускателя КМ1 при дребезжании контактов термореле и за счёт этого исключить подгорание контактов реле и магнитного пускателя, а с другой стороны - усилить сигнал термореле SK1 без применения в схеме промежуточного реле и его контактов.