Автоматизация электроводонагреваетеля

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Содержание

    Введение……………………………………………………………….……

1. Исходные данные ……………………………………………………..
2. Технологическая характеристика объекта автоматизации…………
3. Разработка функциональной технологической схемы……………
4. Расчет и выбор технических средств автоматизации..……………
5. Разработка схемы подключения устройства………………………..
6. Расчет и выбор пускозащитной аппаратуры……………………….
7. Определение основных показателей надежности..………………..
8. Разработка принципиальной схемы управления…………………..
9. Расчет технико-экономической эффективности автоматизации…

    Заключение…………………………………………………………………

    Литература…………………………………………………………………. 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Введение 

    Электрический нагрев воды является одним из экономически выгодных применений электрической  энергии в сельском хозяйстве. Особенно распространен электрический нагрев воды в животноводстве на технологические процессы (поение животных, получение и обработка продукции, мойка оборудования и т. д.). Распространению электроводонагревателей способствует простота устройства и обслуживания, легкость и точность автоматизации, постоянная готовность к работе.

    Благодаря этому затраты труда на получение  горячей воды и пара сокращаются в десятки раз, особенно на небольших животноводческих фермах, не имеющих собственных котельных. 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Исходные  данные 

    Количество  молодняка КРС – 50 голов.

    Суточная  норма потребления воды на одну голову – а=30 л.

    Температура воды для поения – Q₂ = 10 ⁰С

    Коэффициент суточной неравномерности k_с = 1,2.

    Коэффициент часовой неравномерности k_ч = 1.8.

    Мойка молочной посуды водой, с температурой 80 ⁰С – 100 л в сутки.

    Подогрев  воды в поилках до 10 ⁰С, так как из скважины вода подается с температурой 5 ⁰С.

    Для работников для принятия душа — 200 л в сутки. 

    Определение мощности установки.

    2.1. Определяем количество теплоты,  необходимое для подогрева воды  до 10 ⁰С.

Q1 = (mt*c*(v2-v1))/24,

где mt – количество воды, необходимое на сутки для телятника на 50 голов,

mt = kc*kч*а*n*ρ,

где kc = 1.2 – cуточная неравномерность потребления воды;

      kч = 1,8 – часовая неравномерность потребления воды;

        а = 0,03 м³ – норма потребления воды на одну голову;

        n = 50 – количество телят;

        ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды.

mt = 1,2*1,8*0,03*50*1000 = 3240  кг

где с = 4,19 кДж/⁰С – теплоемкость воды;

    v1 = 5 ⁰С – температура воды в трубопроводе;

    v2 = 10 ⁰С – необходимая температура.

    24 – постоянный коэффициент.

Q1 = 3240*4,19*(10 – 5)/24 = 2828,25 кДж/ч.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Определяем  мощность нагревателя

Р1 = Q1/(3600*ηн*ηс),

где 3600 – постоянный коэффициент;

          ηн = 0,9 – к. п. д. неравномерности;

          ηс = 0,94 – к. п. д. водопроводной системы.

Р1 = 2828,25/(3600*0,9*0,94) = 0,93 кВт.

    Определяем  количество теплоты, необходимое для  подогрева воды до 90 ⁰С.

Q2 = (mt1*c*(v3-v4))/24,

где mt1 – количество воды, необходимое на сутки для телятника на 50 голов молодняка КРС,

mt1 = kc*kч*а*n*ρ,

где kc = 1.2 – cуточная неравномерность потребления воды;

      kч = 1,8 – часовая неравномерность потребления воды;

        а = 0,1 м³ – норма потребления воды на одну голову;

        n = 1 – количество потребителей;

        ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды.

mt = 1,2*1,8*0,1*1*1000 = 216 кг.

где с = 4,19 кДж/⁰С – теплоемкость воды;

    v1 = 5 ⁰С – температура воды в трубопроводе;

    v2 = 90 ⁰С – необходимая температура.

    24 – постоянный коэффициент.

Q2 = 216*4,19*(90 – 5)/24 = 3205,35 кДж/ч.

Определяем  мощность нагревателя

    Р2 = Q2/(3600*ηн*ηс),

где 3600 – постоянный коэффициент;

          ηн = 0,9 – к. п. д. неравномерности;

          ηс = 0,94 – к. п. д. водопроводной системы.

Р1 = 3205,35/(3600*0,9*0,94) = 1,05 кВт.

Определяем  общую мощность установки:

Р = Р1 + Р2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Р = 0,93 + 1,05 = 1,98 кВт

    Необходимая мощность установки для телятника – 1,98 кВт. Выбираем элементную водонагревательную установку САОС—400/0,9 с максимальной производительностью 400 литров за 4 часа, мощностью 12 кВт. 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Технологическая характеристика объекта  автоматизации 

    Элементные  водонагреватели используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через активный резистор (ТЭН).

    Водонагреватель представляет собой металлический  резервуар с хорошей тепловой изоляцией и расположенными в нижней его части элементами ТЭН 7. Объем резервуара 0,4 или 0,8 м³, а мощность нагревателей соответственно 12 или 18 кВт.

    Холодная  вода из водопровода поступает в  резервуар 6 через нижний трубопровод 8, а разбирается через верхний 3. В комплект САОС входит циркуляционный насос 1, что позволяет водонагревателю работать в замкнутых системах автопоения животных, отопления и др.

    Типовое решение по автоматизации таких  нагревателей — применение двухпозиционного устройства контроля температуры  УКТ с контактным (иногда бесконтактным) выходом.

    Нагреватель включают, нажимая кнопку SB2. При этом напряжение подается на УКТ, основой которого является контактный термометр и реле К1. Если температура воды в корпусе нагревателя ниже заданной, включается реле К1 и контактами К1: 2 подается напряжение на терморегулятор ВК, который включает КМ1 и нагревательные элементы ЕК1… ЕКЗ. Нагрев длится до выхода температуры воды на заданный уровень и размыкания контактов ВК.

    В случае нарушения описанного алгоритма  и аварийного подъема температуры до 95 °С устройство УКТ обесточивает реле К1 и нагреватель отключается.

    

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

    Рис. 1. Элементный водонагреватель  САОС (а) и принципиальная электрическая схема управления им (б):

    1 — циркуляционный насос; 2— изоляционная вставка; 3 — трубопровод горячей воды; 4— термометр; 5— шкаф управления; 6— резервуар; /—блок электронагревателей; 8— трубопровод холодной воды 

    Электродвигатель  М циркуляционного насоса 1 включается переключателем SA. Более мощные элементные нагреватели имеют две группы ТЭНов, расположенных одна над другой и управляемых раздельно. Это позволяет осуществить два режима: форсированный (работают обе группы) и аккумуляционный (работает только нижняя группа).

    Электроводонагреватель представляет собой сварной сосуд из стандартных сварных труб, а также из внутреннего цилиндра и кожуха 9, крышкой контактных соединений 11. Между цилиндром и кожухом уложена теплоизоляция 7. Вода нагревается ТЭНами 4, установленными на фланце. Водонагреватель оборудован патрубками для подвода и слива воды 12.

    

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист 

  КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка  функционально-технологической схемы.