МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к решению задач Дисциплина: «Судовое электрооборудование и автоматика»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КРАСНОЯРСКИЙ ТЕХНИКУМ ТРАНСПОРТА И СЕРВИСА»

ПОДТЕСОВСКИЙ ФИЛИАЛ

Марков В.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к решению задач

 Дисциплина: «Судовое электрооборудование и автоматика»

Тема: «Электронагревательное оборудование»

Специальность 26.01.12 «Электрик судовой»

ПОДТЕСОВО

2017

       Рассмотрено на методическом Совете Подтесовского филиала КГАПОУ «Красноярский техникум транспорта и сервиса»» 21.02.2017г. протокол №7 и рекомендовано к применению.

      В настоящее руководство включены работы по дисциплине «Судовое электрооборудование и автоматика»  тема  «Электронагревательное оборудование».

Составитель: Марков Вениамин Владимирович – преподаватель КГАПОУ «КТТиС».

Одобрено: Филиалом ОАО «Енисейское речное пароходство» Подтесовская Ремонтная  Эксплуатационная База флота, механик-наставник по электрооборудованию Подтесовской РЭБ флота - Крестьянинов К.Л.

    Настоящие методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Судовое электрооборудование и автоматика» для студентов очного отделения, обучающихся по профессии «Электрик судовой».

    Целью дисциплины является изучение основных принципов построения систем судовых электрических сетей и приобретение навыков в их разработке, проектировании, наладке и эксплуатации.

    Основная форма изучения дисциплины – самостоятельная работа студента над учебным материалом.

     Необходимо стремиться к наиболее полному усвоению физической сущности изучаемых вопросов, их теоретическому обоснованию и четкому представлению практической стороны.

ВВЕДЕНИЕ

Расчет нагревательных приборов

    Основная задача  при расчете электрического нагревательного прибора с отдельными нагревателями сводится к следующему.

     Требуется нагреть заданное количество материала известной теплоемкости с какой – либо начальной температурой до определенной конечной температуры в заданное время. Исходя из этих условий, находят сечение и длину нагревателей, питаемых током известного напряжения. Расчет обычно начинают с определения полезного количества теплоты, кДж, необходимой для повышения температуры нагреваемого материала до заданной величины без учета тепловых потерь Q_пол = cm(t_к – t_н), где m – масса нагреваемого материала, кг; t_н – начальная температура материала, °С; t_к  - конечная температура материала, °С; c – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг×град) (справочные данные).

    Определив полезное количество теплоты можно найти общее количество теплоты (кДж), необходимой для нагрева изделия до заданной температуры с учетом излучения теплоты в окружающую среду:

                                                       Q_общ = ,

где ɳ - кпд нагревательного прибора (справочные данные).

     Мощность (кВт) нагревательного прибора определяют по формуле Р =  ,

где k – коэффициент запаса (1,1 – 1,3), учитывающий уменьшение напряжение сети, старение нагревательных элементов, увеличение теплоемкости нагреваемого изделия при повышение температуры; t – время нагрева изделий, ч.

     При мощности 5 – 10 кВт нагреватели изготавливаю обычно однофазными. При больших мощностях для равномерной нагрузки сети нагреватели лучше делать трехфазными.

     Затем по технологическим условиям выбирают материал для нагревательных элементов (справочные данные).

      Расчет нагревательных элементов начинается с выбора допустимой удельной поверхностной мощности, т. е. мощности, выделяемой с единицы внешней поверхности нагревателя. Для высокотемпературных печей (при температуре более 700 - 800°С) допустимая удельная поверхностная мощность (Вт/м²) β_доп = β_эф , где β_эф – эффективная удельная поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды (справочные данные),  - коэффициент эффективности излучения (справочные данные).

    Для низкотемпературных печей (температура менее 200 – 300°С) допустимую поверхностную мощность принимать равной (4 – 6) · 10⁴ Вт/м². После выбора материалов и допустимой удельной поверхностной мощности расчет нагревательных элементов сводится к определению их размеров.

     Диаметр (м) нагревателя круглого сечения  d =  .

где Р – мощность нагревателей, Вт; U – напряжение нагревателей, В;

     Длина (м) круглого нагревателя

                                                              l = .

    Толщина (м) ленты нагревательного элемента прямоугольного сечения

, где m =  = (5 –ширина ленты нагревательного элемента, м.

   Длина (м) нагревателя, изготовленного из материала прямоугольного сечения с отношением сторон m:

                                          l = .

    Стандартные сечения круглых и прямоугольных нагревателей приведены в справочниках.

    Диаметр спирали нагревателя принимают: для хромоалюминиевых сплавов –

D = (4; для нихромов и его сплавов – D = (7 .

     Для устранения местных перегревов спираль необходимо растянуть, чтобы расстояние между витками было в 1,5 – 2 раза больше диаметра проволоки.

      Иногда сечение (мм²) нагревателей определяют по допустимой плотности тока  s =  ,

где допустимая плотность тока, А/мм² (для нихромовых сплавов равна 4 – 10); I – ток в нагревателе, А.

      Ток (А) нагревательных приборов определяют следующим образом:

однофазный I = ,   трехфазный  I =  ,

где U – линейное напряжение, В; P – мощность нагревателей, кВт.

     По известному току и рабочему напряжению определяют сопротивление нагревателей (Ом)   R =  .

     Сопротивление (Ом), выраженное через размеры нагревателя,  R = ,

откуда l =  (м).

З А Д А Ч А

ВАРИАНТ _____

   Определить мощность электронагревателя, сечение и длину нагревательных элементов для нагрева воды до 100⁰С, если масса воды ___ кг, время нагрева ___ час, напряжение сети ____ В (по варианту)(по заданию преподавателя).

Вариант	масса воды, кг	время нагрева, час	напряжение сети, В
1	80	0,5	220
2	50	0,3	380
3	20	0,7	220
4	95	0,4	380
5	70	0,6	220
6	100	1,1	220
7	200	1,5	380
8	38	0,3	380
9	130	1,3	220
10	180	1,8	380
11	64	0,2	220
12	76	0,8	380
13	88	0,2	220
14	98	0,8	220
15	46	0,5	380
16	52	0,7	380
17	36	0,6	220
18	166	0,9	220
19	68	0,2	380
20	180	1,5	380
21	82	0,9	220
22	18	0,7	220
23	71	0,8	380
24	46	0,6	380
25	28	0,4	220

Решение

1.      Количество теплоты, требуемое для нагрева воды  Q_потр = cm (t_к^° - t_н^°), кДж;

с – удельная теплоемкость материала, кДж/(кг×град), (таблица 1);

m – масса нагреваемого материала, кг;

t_н – начальная температура материала, С°;

t_к – конечная температура материала, С°.

2.    Общее количество теплоты с учетом потерь Q_общ = , кДж;

ɳ - кпд нагревательного прибора, (таблица 2).

3.    Мощность нагревателей  P =  , кВт = Вт;

k  – коэффициент запаса (1,1 – 1,3);

t – время нагрева изделий, ч.

4.      Принимаем нагреватель _________ (по таблице 4), допустимая удельная поверхностная мощность β_доп = ______ Вт/м² (по таблице 5), тогда диаметр нагревателя

d = , м.  ρ – удельное сопротивление, Ом·м (по таблице 4).

Выбираем по таблице 3 ближайший диаметр - ___ мм.

5.      Длина нагревателей   l, м.

Таблица 1. Удельная теплоемкость некоторых материалов

                     в интервале температур 0 – 100⁰ С

Материал	Удельная теплоемкость, кДж/(кг·град)	Материал	Удельная теплоемкость, кДж/(кг·град)
Алюминий	0,91	Сталь	0,5
Латунь	0,38	Цинк	0,4
Медь	0,39	Вода	4,2
Нейзильбер	0,4	Дерево	0,24 – 0,27
Никель	0,45	Строительный кирпич	0,92
Олово	0,23	Сухой песок	0,71 – 0,92
Свинец	0,13	Хлопчатобумажная ткань	0,25

Таблица 2.  Кпд электрических нагревательных приборов

Электрические нагревательные приборы	Кпд
Электрические печи сопротивления (для термообработки)	0,6 – 0,85
Кастрюли и чайники	0,65 – 0,8
Аккумулирующие электрические водонагреватели	0,85 – 0,95
Электроплитки закрытого типа	0,6 – 0,8
Электронагрев форм для прессования	0,5 – 0,7
Печь сопротивления для сушки материалов	0,2 – 0,3
Электроплитки открытого типа	0,56

Таблица 3. Стандартные размеры проволок и лент из различных сплавов

Диаметр проволоки, мм	Диаметр проволоки, мм	Диаметр проволоки, мм	Размеры сечения ленты, мм	Размеры сечения ленты, мм
2	5,6	13	2×10	2,2×30
2,2	6,3	14	1,5×15	2,5×30
2,5	7	15	2×15	3×30
2,8	8	16	2,2×20	2,2×36
3,2	9	17	2,5×20	2,5×36
3,6	10	18	3×20	2,2×40
4	11	19	2,2×25	2,5×40
4,5	12	20	2,5×25	3,0×40
5			3×25

Таблица 4. Проводниковые сплавы высокого сопротивления

Марка сплава	Рабочая темп-ра t, °С	Удельное сопротивление ρ, Ом·м	Лента				Проволока
			холоднокатаная		горячекатаная		холоднокатаная	горячекатаная
			толщина, мм	ширина, мм	толщина, мм	ширина, мм	диаметр, мм
Х13Ю4 ОХ23Ю5 ОХ23Ю5А ОХ27Ю5А Х25Н20	900 1150 1175 1250 900	1,18 – 1,34 } 1,29 – 1,45 } 1,3 – 1,4    } ×10-6 1,37 – 1,47} 0,83 – 0,95}	0,2 – 3,2	6 - 100	1,2 – 3,2	20 – 200	0,2 – 1 0,3 – 7,5 0,3 – 7,5 0,3 – 5,5 0,2 - 10	6 - 12
Х15Н60 Х1560-Н Х20Н80 Х20Н80-Н	950 1050 1050 1150	1,06 – 1,17} 1,06 – 1,17} 1,2             } ×10-6 1,1             }	0,1 – 3,2	4 - 100	1,2 – 3,2	20 - 200	1,0 - 1	6 - 12

Таблица 5. Эффективная удельная поверхностная мощность нагревателей в                зависимости от температуры теплопринимающей среды

Температура тепловоспринимающей поверхности, °С	βэф, Вт/см2, при температуре нагревателя, °С  (×104)
	800	850	900	950	1000	1050	1100
100	6,1	7,3	8,7	10,3	12,5	14,15	16,4
200	5,9	7,15	8,55	10,15	12	14	16,25
300	5,65	6,85	8,3	9,9	11,7	13,75	16
400	5,2	6,45	7,85	9,45	11,25	13,3	15,55
500	4,5	5,7	7,15	8,8	10,25	12,6	14,85
600	3,5	4,7	6,1	7,7	9,5	11,5	13,8
700	2	3,2	4,6	6,25	8,05	10	12,4
800		1,25	2,65	4,2	6,05	8,1	10,4
900			1,4	3	4,8	6,85	9,1
1000				1,55	3,4	5,45	7,75

ЛИТЕРАТУРА

1.      Дубовой А.А.; Электрооборудование и электродвижение речных судов. М. «Транспорт», 1978 -248 с.

2.      Вилесов Д.В.; Электрооборудование судов. Л. «Судостроение», 1982 -264 с.

3.      Чаплыгин И.В.; Электрооборудование и электродвижение речных судов. М. «Транспорт», 1979 – 352 с.

4.      Соломатин В.М.; Справочник электромеханика и электрика судна. М. «Речной транспорт», 1963 – 706 с.

5.      Китаенко Г.И.; Справочник судового электротехника. Т.2. «Судовое электрооборудование». Л. «Судостроение», 1980 – 358 с.

6.      Дьяков В.И.; Типовые расчеты по электрооборудованию. М. «Высшая школа», 1985 – 143 с.

7.      Сюбаев М.А.; Эксплуатация судового электрооборудования. ГМА им. Макарова, 2008 – 48 с.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение                                                                                                                                    3 - 4

Расчет электронагревательных приборов                                                                                 5                           

Задание                                                                                                                                         5

Выполнение задания                                                                                                                6 - 8                    

Литература                                                                                                                                   9