книги из ГПНТБ / Шустов, В. А. Применение электронагрева в сельском хозяйстве
.pdf
В. А. ШУСТОВ
ПРИМЕНЕНИЕ
ЭЛЕКТРОНАГРЕВА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
МОСКВА «КОЛОС» 1973
631.3 Ш 97
УДК 621.365:63
/3SSO-
Шустов Вячеслав Александрович.
Ш 97 Применение электронагрева в сельском хозяй стве. М., «Колос», 1973.
128 с. с ил.
|
В книге приводятся |
материалы |
по |
применению |
электротепла |
||
в |
животноводстве н растениеводстве. |
П о д р о б н о изложены |
методы |
||||
расчета и выбора электрических тепловых установок. |
Д а н а |
эконо |
|||||
мическая |
эффективность |
их применения. |
|
|
|
||
|
Книга |
предназначена |
для сельских |
электриков, |
|
|
|
|
0424—319 |
|
|
|
|
|
|
Ш |
035(01)—73 215-73 |
|
|
|
631.3 |
||
Редактор |
Г, М . М и к а я. |
Х у д о ж н и к |
И . В . |
Ш н е й д е р. |
Художественный |
|
редактор |
Л . М. В о р о н ц о в а . Технический |
редактор В. А. З о р и н а , |
||||
Корректор Д . Е, Т к а ч е в а< |
|
|
|
|
||
Сдано в |
набор 22/VI 1973 |
г. Подписано |
к печати |
1/Х 1973 |
г. |
|
Формат |
84X108V3J. Бумага |
тип. № 3. Усл.-печ. |
л . |
6,72. Уч.-нзд. л, 6,44. |
||
И з д . М> 5. Т и р а ж 30 000 экз . З а к а з Nn 6497. Цена |
20 коп. |
|
||||
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Колос», 103716, ГСП, Москва, К-31, ул . Д з е р ж и н с к о г о , д . 1/19.
Типография |
им. Смирнова Смоленского облуправления издательств, |
полиграфии |
и книжной т о р г о в л е г, Смоленск, пр. им. Ю. Гагарина, 2. |
(6) Издательство «Колос», 1973
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПОДСЧЕТАМ ЭЛЕКТРОТЕПЛА
Системы тепловых единиц измерения
В системе единиц «СИ» (система интернациональ ная) за системную единицу количества теплоты, соглас но ГОСТ 9867—61, принимается 1 Джоуль (Дж) .
При нагреве какого-либо материала, воздуха или воды имеет значение в е с о в о е к о л и ч е с т в о , или,
что то же самое, его м а с с а , |
или его с т а н д а р т н ы й |
|
в е с . Оно выражается всегда |
в кг (в отличие от |
с и л ы |
т я ж е с т и , или н а г р у з к и , |
или и с т и н н о г о |
в е с а , |
которые всегда выражаются в Н или в кГ).
В качестве единицы количества теплоты в науке и технике получила весьма широкое распространение меж дународнаякалория (кал), допущенная упомянутым ГОСТ к применению как внесистемная единица.
В соответствии с ГОСТ 8550—61 калория получила определение:
1 кал = 4,1868 Дж (точно);
1 |
кал = 4,19 |
Дж (округленно); |
|
1 |
Дж = 0,24 |
кал = 1 |
Вт-с |
1 кДж = 0,24 ккал = |
1кВт-с; |
||
4 ккал = 4,19-103 Дж = 4,19 кДж.
Внесистемные единицы и пересчет их в системные единицы. Далее проводятся соотношения единиц «СИ» с внесистемными единицами для некоторых удельных тепловых величин.
|
Удельная |
теплоемкость (массовая, весовая) |
1 |
ккал/кг-°С = 4,19 кДж/кг-°С = 4,19-103 Дж/кг-°С; |
|
1 |
кДж/кг-°С = |
0,24-ккал/кг-°С; |
1.' Дж/кг • °С = |
0,24 • 10~3- ккал/кг • "С. |
|
3
|
|
Тепловой поток (тепловая мощность) |
|||
1 |
кал/с=4,19 Дж/с = 4,19 Вт; |
|
|
||
|
|
|
3600 |
|
|
1 |
Вт = |
1 Дж/с = 1 • |
кДж/ч = 3,6 кДж/ч; |
||
|
|
|
1000 |
|
|
1 |
ккал/ч = 4,19 кДж/ч = 4,19- • 3 6 |
Q Q |
Вт = 1,16 Вт; |
||
1 |
Вт = 0,860 ккал/ч; |
|
|
|
|
1 |
кВт = 3600 кДж/ч = 860 ккал/ч. |
|
|||
|
|
Коэффициент |
теплопередачи |
||
1 |
ккал/м'-ч-°С=4,19 |
кДж/м'-ч-а С = |
1,16 Вт/ы'-°С; |
||
1 |
Вт/м=-°С = 0,860 ккал/м»-ч-°С =3,6 кДж/м'-ч.°С; |
||||
1 |
кВт/м»-°С = 860 ккал/м2 -ч-°С = 3600 кДж/мЗ-ч-°С. |
||||
|
|
Термический эквивалент работы (тепловая энергия) |
|||
1 |
Вт-с =0,24 кал = 1 Дж; |
|
|
||
1 |
Вт-4 = 0,24-3600 = 860 кал;. |
|
|
||
1 |
кВт • ч = 860 ккал = 3600 кДж. |
|
|
||
|
|
|
Мощность |
механическая |
|
1 |
Вт = |
1 Дж/с = 1 Н-м/с = 0,102 |
кГм/с; |
||
1 |
кГм = 9,81 Вт; |
|
|
|
|
1 |
кВт = 1 кДж/с = 1 кН-м/с = 102 кГм/с. |
||||
Примеры
1. Удельная теплоемкость воды Во внесистемных единицах:
с= 1 ккал/кг-°С —1 кал/г-°С.'
Всистеме «СИ»:
с= 4,19 кДж/кг-°С = 4,19 Дж/г-°С.
2.Удельная теплоемкость сухого зерна Во внесистемных единицах:
Сзс = 0,37 ккал/кг-°С.
Всистеме «СИ»:
Сзс = 4,19-0,37 кДж/кг-°С = 1,55 кДж/кг-°С = 1,55 Дж/г.°С.
Подсчет необходимого количества тепла
Чтобы рассчитать любое электрическое нагреватель ное устройство, необходимо знать: количество материа ла, подлежащего нагреву; удельную теплоемкость ма териала; начальную и конечную температуры нагрева; время, в течение которого должен быть нагрет этот ма териал.
4
Для определения сечения и длины проволоки нагре вательного устройства, например элементного нагрева теля, нужно знать напряжение электрической сети.
|
Потребное |
количество |
тепла |
для нагрева |
материа |
||||||||
ла с учетом потери тепла |
в окружающую среду |
опреде |
|||||||||||
ляют по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
_ |
kGc(tK-t„) |
У |
|
(1) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
|
G- |
|
|
|
|
|
вещества, масса, кг; |
|||||
|
а —•весовое количество |
||||||||||||
|
|
с- |
•удельная теплоемкость материала, ккал/кг-°С; |
||||||||||
|
|
|
•начальная температура |
материала, °С; |
|||||||||
|
|
"к |
•конечная |
температура |
материала, °С; |
равным |
|||||||
|
|
к- |
• коэффициент запаса, |
|
принимаемый |
||||||||
|
|
|
1,1-1,3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•к.п.д. нагревательной |
установки |
или прибора |
||||||||
|
|
|
. (0,92—0,95); |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ч — время нагрева |
материала, ч. |
|
|
||||||||
|
Мощность нагревательной установки или прибора (во |
||||||||||||
внесистемных |
единицах) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
860' |
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
860—термический |
эквивалент |
|
работы |
(ккал/кВт-ч). |
||||||||
|
В системе единиц |
«СИ» |
Q2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Р= |
|
|
|
|
(3) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
где |
Q2 — потребное-количество |
тепла, кДж/ч. Эту вели |
|||||||||||
чину |
находят |
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Q2 |
|
kGc(tK-t„) |
|
|
|
(4) |
||
|
|
|
|
|
|
|
1)Т |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь |
с — удельная |
теплоемкость, |
кДж/кг-°С. |
|
|||||||||
Удельная теплоемкость |
(ккал/кг-° С) |
|
некоторых |
материалов |
|||||||||
Алюминий . . . |
|
0,22 |
|
Машинное масло |
0,4 |
||||||||
Вода |
|
|
|
1,0 |
|
|
Медь . . . |
|
0,094 |
||||
Воздух . . . . . |
|
0,24 |
|
|
Нейзильбер |
|
0,095 |
||||||
Дерево . . |
|
0,57—0,65 |
Никель . . . |
|
0,11 |
||||||||
Древесный |
уголь |
|
0,20 |
|
|
Песок |
сухой |
|
0,17-0,22 |
||||
Зерно |
влажное . |
|
0.55 |
|
|
Свекла . . . |
|
0,90 |
|||||
Зерно |
сухое . . |
|
0,37 |
|
|
Свинец |
0,031 |
||||||
5
Каменный уголь . . . . |
0,30 |
Солома |
|
0,55 |
Картофель |
0.86 |
Сталь |
0,12 |
|
Кирпич строительный |
0,22 |
Стекло |
. . |
0,20 |
Латунь |
0,092 |
Хлопчатобумажная ткань |
0,60 |
|
Лед |
0,5 |
Цинк |
0,094 |
|
Чтобы получить |
удельные теплоемкости в |
системе |
||
«СИ» (кДж/кг-°С), необходимо указанные |
величины |
|||
умножить на 4,19. |
|
|
|
|
При расчетах .можно пользоваться следующими мак симальными температурами (°С) поверхностей прибо ров:
для закрытых плиток |
|
|
300—400°С |
|
для кипятильников |
|
|
150—200°С |
|
для комнатных печей |
|
,. . • |
70—80°С |
|
для лабораторных печей |
|
800—900°С |
||
Определение |
потребной |
электрической |
мощности |
|
установки |
|
|
|
|
Нагреватели мощностью до 1 кВт обычно выполняют |
||||
о д н о ф а з н ы м и , при большей |
мощности — т р е х ф а з |
|||
н ы м и . |
|
|
|
|
Активная |
мощность |
трехфазного |
переменного тока |
|
|
р_ УЪ ил1л cos у |
/д\ |
||
|
|
Юз |
• |
^ ' |
Коэффициент мощности (cosqp) нагревательной уста новки примерно равен 1. Активную мощность лучше вы
ражать через однофазные величины, то есть |
|
||
|
Юз . |
юзяф * |
' |
где £ / ф —: фазное |
напряжение, |
В; |
|
/ ф — т о к в фазе, А; |
|
|
|
Яф — активное |
сопротивление на фазу, Ом. |
|
|
В общем виде сопротивление на одну фазу трехфазного тока
* * = w - |
( 7 ) |
При соединении нагревательных элементов в звезду
При соединении |
нагревательных |
элементов в тре |
угольник |
. |
S у |
Величина тока в одной фазе трехфазной сети
|
|
/ ф - ^ ф " - |
|
|
|
( 1 0 ) |
|
В формулах |
(5) — (10) |
учитывают потери в окружаю |
|||||
щую среду (формулы (2), |
(3) и |
(4). |
|
|
|||
На практике сечение проволоки нагревателей опре |
|||||||
деляют по допустимой плотности тока |
|
|
|||||
|
|
5 Ф = ^ , |
|
|
|
(11) |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
где |
б — допустимая плотность тока, |
А/мм2 . Для нихро- |
|||||
мовой проволоки 6=4—10 А/мм2 . |
|
|
|
||||
Так как величина сопротивления |
проволоки |
|
|||||
|
|
Р |
—р/Ф • |
|
|
|
|
|
|
Аф —— , |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 Ф |
|
|
|
i . |
где |
р — удельное сопротивление |
провода, |
Ом-мм2 /м, то |
||||
искомая длина |
провода на одну |
фазу |
|
|
|||
|
|
|
Р |
|
|
|
|
Удельный расход электроэнергии' |
|
|
|
||||
|
|
у=— G |
кВтч/кг. |
|
- |
(13) |
|
Для |
детальных |
расчетов |
нагревательный |
провод |
сле |
||
дует выбирать по таблице для нихромового нагрева тельного провода.
В таблице 1 приведены нагрузки для расчетных тем ператур ^расч нагрева нихромовой проволоки круглого сечения, подвешенной горизонтально в спокойном воз духе.
При постоянном или однофазном токе, при заданной величине удельной мощности нагревательных приборов потребную мощность определяют по формуле
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
"Нагрузки, А, соответствующие |
расчетным |
температурам нагрева |
||||||||
нихромовой |
проволоки |
круглого сечения, подвешенной |
|
|||||||
|
горизонтально |
в спокойном |
воздухе |
|
|
|||||
|
|
|
|
Нагрузки, А, при температуре нагрева |
|
|||||
Диаметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проволоки, |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
ым |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
5,00 |
19,6000 |
52,00 |
83,00 |
105,00 124,00 |
146,00 |
173,00 |
206,00 |
|||
4,00 |
12,6000 |
37,00 |
60,00 |
80,00 |
93,00 |
110,00 |
129,00 |
151,00 |
||
3,00 |
7,0700 22;30 37,50 |
54,50 |
'64,00 |
77,00 |
88,00 |
102,00 |
||||
2,50 |
4,9100 |
16,60 |
27,50 |
40,00 |
46,60 |
57,50 |
66,50 |
73,00 |
||
2,00 |
3,1400 |
11,70 |
19,60 |
28,70 |
33,80 |
39,50 |
47,00 |
51,00 |
||
1,80 |
2,5400 |
10,00 |
16,90 |
24,90 |
29,00 |
33,10 |
39,00 |
43,20 |
||
1,60 |
2,0100 |
8,60 |
14,40 |
21,00 |
24,50 |
28,00 |
32,90 |
36,00 |
||
1,50 |
1,7700 |
7,90 |
13,20 |
19,20 |
22,40 |
25,70 |
30,00 |
33,00 |
||
1,40 |
1,5400 |
7,25 |
12,00 |
17,40 |
20,00 |
23,30 |
27,00 |
30,00 |
||
1,30 |
1,3300 |
6,60 |
10,90 |
15,60 |
17,80 |
21,00 |
24,40 |
27,00 |
||
1,20 |
1,1300 |
6,00 |
9,80 |
14,00 |
15,80 |
18,70 |
21,60 |
24,30 |
||
1,10 |
0,9500 |
5,40 |
8,70 |
12,40 |
13,90 |
16,50 |
19,10 |
21,50 |
||
1,00 |
0,7850 |
4,85 |
7,70 |
10,80 |
12,10 |
14.30- |
16,80 |
19,20 |
||
0,90 |
0,6360 |
4,25 |
6,70 |
9,35 |
10,45 |
12,30 |
14,50 |
16,50 |
||
0,80 |
0,5030 |
3,70 |
5,70 |
8,15 |
9,15 |
10,80 |
12,30 |
14,00 |
||
0,75 |
0,4420 |
3,40 |
5.30 |
7,55 |
8,40 |
9,95 |
11,25 |
12,85 |
||
0,70 |
0,3850 |
3,10 |
4,80 |
6,95 |
7,80 |
9,10 |
10,30 |
11,80 |
||
-0,65 |
0,3320 |
2,82 |
4,40 |
6,30 |
7,15 |
8,25 |
9,30 |
10,75 |
||
0,60 |
0,2830 |
2,52 |
4,00 |
5,70 |
6,50 |
7,50 |
8,5Э |
9,70 |
||
0,55 |
0,2380 |
2,25 |
3,55 |
5,10 |
5,80 |
6,75 |
7,60 |
8,70 |
||
0,50 |
0,1960 |
2,00 |
3,15 |
4,50 |
5,20 |
5,90 |
6,75 |
7,70 |
||
0,45 |
0,1590 |
1,74 |
2,75 |
3,90 |
4,45 |
5,20 |
5,85 |
6,75 |
||
0,40 |
0,1260 |
1,50 |
2,34 |
3,30 |
3,85 |
4,40 |
5,00 |
5,70 |
||
0.35 |
0,0960 |
1,27 |
1,95 |
2,76 |
3,30 |
3,75 |
4,15 |
4,75 |
||
0,30 |
0,0850 |
1,05 |
1,63 |
2,27 |
2,70 |
3,05 |
3,40 |
3,85 |
||
0,25 |
0,0490 |
0,84 |
1,33 |
1,83 |
2,15 |
2,40 |
2,70 |
3,10 |
||
0.20 |
0,0314 |
0,65 |
1,03 |
1,40 |
1,65 |
1,82 |
2,00 |
2,30 |
||
0,15 |
0,0177 |
0,46 |
0,74 |
0,99 |
1,15 |
1,28 |
1,40 |
1,62 |
||
0,10 |
0,0079 |
0,10 |
0,47 |
0.63 |
0,72 |
0,80 |
0,90 |
1,00 |
||
откуда
и*
Сечение нагревательного провода
где П — периметр круглого нагревательного провода, см;
8
р — удельная мощность нагревательного прибора, Вт/см2 ;
I — длина нагревательного провода, см:
Так к а к - ^ - |
^ |
, |
то |
US= ^ . |
|
|
|
||
|
pus |
|
р |
|
рт |
|
|
|
|
Но nS= |
М |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 ' |
|
|
|
|
тогда диаметр круглой нагревательной проволоки |
|
||||||||
|
|
|
|
rf=f/"3£Ll. |
• |
(14). |
|||
|
|
|
|
|
У |
Tt'pU- |
|
|
|
Периметр |
сечения |
ленты П = 2 ( а + 6 ) = {2а-\-2ат) |
= |
||||||
= 2 а ( 1 + т ) |
(см), |
|
|
|
|
|
|
||
где Ь — высота |
ленты, см; |
|
|
|
|||||
а — толщина |
ленты, см; |
|
|
|
|||||
m—отношение высоты к толщине ленты. |
|
|
|||||||
Отсюда сечение ленты (см2 ) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
S=ab=a2m, |
|
|
|
||
тогда |
П 5 = 2 а 3 о т ( 1 + т ) с м 3 . |
|
|
|
|||||
Откуда |
окончательно |
|
2m(\+m)U>p |
(15) |
|||||
|
|
|
|
? |
Г |
|
|||
При выборе |
|
|
|
учитывать |
усло |
||||
сечения |
провода следует |
||||||||
вия монтажа провода и условия среды. |
|
|
|
||||||
Если |
действительная |
температура |
поверхности |
на |
|||||
гревательного провода tK задана, то расчетную темпе ратуру провода для выбора его сечения по таблице оп ределяют по формуле
^ р а с ч = ^ м ^ с ^ д ) |
(16) |
где kM — коэффициент, учитывающий у х у д ш е н и е ох лаждения провода.
Для проволоки, свитой в спираль, на воздухе . |
. . v £ м =0,8—0,9 |
||
» |
» |
натянутой на керамику |
йм =0,6—0,7 |
»» нагревательных плиток и некоторых
трубчатые водонагревателей |
£„=0,5—0,6 |
>» лабораторных печей, а также электро
обогревателей почвы, пола . . . . . . . . Аи =0,3—0,4