Элементный непроточный водонагреватель аккумуляционного типа для горячего водоснабжения

Порядок расчёта δ по заданному снижению температуры горячей воды в водонагревателе за первый час после его отключения от сети:

1. Количество теплоты, которое теряет вода в водонагревателе при остывании её на разность температур ΔТ, Дж:

 

2. Средний тепловой поток, теряемый горячей водой в окружающую среду при её остывании на 1 час на разность температур ΔТ, Вт:

 

3. Требуемое термическое  сопротивление теплопередаче от  воды к окружающей среде, ⁰С/Вт:

 

4. С учётом допущений  термическое сопротивление R_Т складывается из термического сопротивления слоя тепловой изоляции и термического сопротивления теплоотдаче наружной поверхности водонагревателя:

 

Где λ_из – теплопроводность материала тепловой изоляции, Вт/(м*⁰С), принимаю равной 0,08 из таблицы 9;

А – площадь теплоотдающей поверхности водонагревателя, м²;

α_н – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности водонагревателя, Вт/(м²*⁰С), из задания равен 11,5 Вт/(м²*⁰С), так как в моём случае он высокий.

Определяю площадь поверхности  бака как сумму площадей дна, крышки и боковой поверхности:

 

 

 

Нахожу искомую толщину  теплоизоляционного слоя, м:

 

Порядок расчёта δ по нормируемой температуре наружной поверхности водонагревателя.

Для расчёта использую  условие неизменности теплового  потока при прохождении им последовательных участков тепловой цепи (рассматривается  стационарный процесс теплопередачи):

 

Левая часть выражения  представляет собой тепловой поток, идущий от горячей воды через теплоизоляционный слой к наружной поверхности водонагревателя, а правая часть – тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности водонагревателя в окружающую среду.

Из этого выражения  получаю формулу для расчёта  искомой толщины теплоизоляционного слоя:

 

Из двух полученных величин  толщины теплоизоляции выбираю  наибольший, то есть тот, который удовлетворяет  допустимому снижению температуры  и составляет 2,9 см.

Условия безопасности по нагреву  стенок водонагревателя с такой  толщиной изоляции выполняются.

 

 

4 Разработка  принципиальной электрической схемы  управления ЭТУ

 На рисунке показана принципиальная электрическая схема управления работой водонагревателя МАВ-255 с двумя двухпозиционными регуляторами температуры UK1 и UK2. Регулятор UK2 (Т-419) контролирует рабочую температуру воды, а UK1 (ТРК) – аварийную. Датчики регуляторов типа ТСМ находятся в воде в одном блоке с ТЭНами. Схема защищена автоматическими выключателями QF1 и QF2. Защита от включения без воды осуществляется контактом поплавка в цепи управления Р. Водонагреватель включают нажатием кнопки SB2. Получает питание промежуточное реле KL1, которое своим контактом KL1:1 шунтирует кнопку пуска, а контактом KL1:2 подаёт питание на катушку пускателя КМ1. ТЭНы начинают нагрев воды. При этом горят сигнальная лампа о работе обогревателя HL1, и лампа процесса нагрева HL2. Вода нагревается до верхней уставке температуры UK2, после чего питание на катушку КМ1 отключется. При снижении температуры питание на КМ1 возобновляется. В случае неисправности UK2 при повышении температуры до опасной отметки, срабатывает UK1, которое отключает всю схему.

 

5 Выбор силовых  проводов

Кабель выбираю только силовой и отходящий с пускателя  на ТЭНы.

Определяю ток, А:

 

Таким образом, сечение кабеля должно выдерживать ток в 7,2 Ампера.

Выбираю кабель ВВГ5*2,5.

 

 

6 Выбор аппаратуры  управления и защиты

В шкафу управления нужно  установить трёхполюсный автоматический выключатель, однополюсный автоматический выключатель, магнитный пускатель, регуляторы Т-419 и ТРК, две кнопки, две лампочки. Все аппараты управления должны быть рассчитаны на переменное напряжение не ниже 380 Вольт, на частоту 50 Гц.

Автоматические выключатели  серии ВА63: трёхполюсной на 10А, однополюсной на 2А.

Магнитный пускатель серии  КМЭ тип КМЭ-1210.

 

7 Эксплуатация  и техника безопасности

В животноводстве нагретая вода требуется для поения животных, приготовления  кормов нужной консистенции и гигиенических целей.

Одним из основных требований, предъявляемым к водогрейным  установкам, является соблюдение правил гигиены при минимальных затратах энергии на подогрев необходимого количества воды до требуемой температуры. Этому  требованию наилучшим образом отвечают электроводонагреватели.

Перед тем как включить электроводонагреватель в работу, необходимо наполнить его резервуар водой до вытекания ее через трубопровод горячей воды. Следует иметь в виду, что включение электроводонагревателя под напряжение при отсутствии воды в резервуаре приводит к быстрому перегоранию нагревательных элементов (ТЭНов).

В трубопроводе холодной воды обязательно должны быть: вентиль-клапан, который пропускает воду из водопроводной  магистрали в резервуар электроводонагревателя, но не выпускает ее обратно, а также  тройник со спускным краном, служащий для освобождения резервуара электроводонагревателя от воды при его очистки и ремонте.

При монтаже электроводонагревателей, а также при их реконструкции не допускается сборка трубопровода холодной воды без обратного клапана. При отсутствии обратного клапана или при его неисправности возможно вытягивание горячей воды из резервуара электроводонагревателя в водопроводную магистраль с опасными при этом последствиями.

В электроводонагревателях надежность работы электронагревательных элементов (ТЭНов) в значительной степени определяется характеристикой воды, которая изменяется в широких пределах. Образование на ТЭНах накипи, обладающей низкой теплопроводностью, приводят к нарушению теплового баланса ТЭНа и перегоранию его нагревательного элемента. Скорость образования накипи в первую очередь зависит от жесткости воды, которая имеет соединения кальция и магния. В трубчатых электронагревателях толщина накипи не должна превышать 2 мм. Периодичность очистки ТЭНов от накипи в зависимости от жесткости воды и загрузки их в течение суток определяют по номограмме. Своевременная очистка ТЭНов от накипи предотвращает преждевременный выход их из строя. Основные меры защиты от поражения электрическим током состоят в занулении водонагревателей и парогенераторов, подключении их к водопроводной сети через изолирующие вставки, выравнивании потенциалов в помещениях.

Элементные водонагреватели  должны быть запулены. Изолирующие вставки в трубопроводах холодной и горячей воды нужны во всех случаях, за исключением тех, когда водонагреватели снабжены аппаратами защитного отключения и если они установлены и снабжают горячей водой помещения с искусственным или естественным выравниваем потенциалов. В помещениях без устройств выравнивания потенциалов необходимо местное выравнивание потенциалов у водонагревателя и в местах разбора воды.

Элементные водонагреватели, обеспечивающие горячей водой душевые, должны иметь изолирующие вставки. Душевые кабины и места раздевания следует оборудовать устройствами выравнивания потенциалов в виде металлической сетки с ячейками размером не более 0,3 х 0,3 м2, заложенной в бетон на глубину 20...,30 мм от поверхности пола и соединенной сваркой с трубопроводами холодной и горячей воды, и канализационными.

 

 

Литература

1. Файн В.Б. Курсовая работа по электротехнологии, Челябинск 1988
2. Баранов Л.А., Захаров В.А. «Светотехника и электротехнология» Колос 2006