Инженерный расчет индукционных водонагревателей
Перспективы использования индукционного электронагрева в сельском хозяйстве. Упрощённая методика расчета цилиндрического индукционного водонагревателя с внешним магнитопроводом. Индивидуальные энергосберегающие системы отопления в сельском хозяйстве.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.07.2017 |
| Размер файла | 32,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
Инженерный расчет индукционных водонагревателей
П.Л. Лекомцев,
Е.В. Дресвянникова,
А.С. Корепанов,
А.С. Соловьев
Ижевск
Аннотация
индукционный электронагрев магнитопровод отопление
Рассмотрены перспективы использования индукционного электронагрева в сельском хозяйстве. Получена упрощенная методика расчета цилиндрического индукционного водонагревателя с внешним магнитопроводом.
Ключевые слова: электронагрев, индукционный нагрев, индуктор, магнитопровод, магнитная индукция, расчетный ток индуктора.
Сельское хозяйство является одним из крупнейших потребителей тепловой энергии. При этом отдельные потребители имеют низкую плотность тепловой энергии и рассредоточены на большой территории. В связи с этим особую актуальность приобретают индивидуальные энергосберегающие системы отопления. [1,2].
Использование в качестве источника тепловой энергии углеводородного топлива не всегда оправдано. Такие системы отопления неэффективны ввиду высоких транспортных расходов на доставку и хранение топлива, низкой автоматизации технологических процессов и невысокого коэффициента полезного действия.
Наиболее перспективными в настоящее время являются электрические нагреватели, использующие прямое преобразование электрической энергии в тепловую. Использование электронагрева позволяет сократить потери теплоты на 20...25% за счет автоматизации нагревательных установок, повысить технический уровень производства и производительность труда, повысить надежность системы теплоснабжения.
В настоящее время на рынке представлено широкое разнообразие электрических нагревателей разных типов и видов. [2,3]
Из электрических нагревателей наибольшую эффективность показали индукционные нагреватели [1,4,5]. Суть индукционного нагрева состоит в наведении вихревых токов в нагреваемом теле с последующим выделением Джоулевой теплоты. Эффект нагрева возрастает с ростом напряженности поля и зависит от свойств материала и геометрической конфигурации нагревательной установки. Индукционный нагрев является прямым и бесконтактным, позволяет достигать высоких температур, достаточных для нагрева жидких и воздушных сред.
Индукционные нагреватели имеют развитую поверхность теплообмена, с перепадом температуры между теплоносителем и поверхностями нагрева не более 20-30 °С. Это многократно замедляет процесс отложения накипи и увеличивает срок службы нагревателей.
Разработано большое количество методик расчета индукционных нагревателей [4,6,7,8,9]. Однако использование в расчетах громоздких математических выражений, комплексных величин, «кривых связи» препятствуют широкому распространению методик расчета в инженерной практике.
Предложена упрощенная методика расчета индукционного водонагревателя.
В основу расчета положена физическая модель индукционного водонагревателя в виде однофазного трансформатора с одновитковой короткозамкнутой вторичной обмоткой, работающей в режиме короткого замыкания. Индуктором нагревателя служит первичная обмотка, а вторичной обмоткой служит замкнутый контур цилиндрического сосуда [10].
Расчетная полезная мощность равна
, (1)
где ж - коэффициент теплоотдачи в цепи «сосуд-жидкость», Вт/(м2оС); Fж- площадь внутренней поверхности сосуда, м2; tун - условно-нормативный перепад температур «стенка-вода», оС. Для единичной поверхности Fе = 1 м2 tун = 1000/ж Fе.
Потери мощности с наружной поверхности нагревателя
, (2)
где н - коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности нагревателя, Вт/(м2оС); Fн - площадь наружной поверхности нагревателя, м2; tн - максимальный перепад температур «индуктор-воздух», оС.
Максимальное число витков индуктора
, (3)
где Kp = 0,5 - коэффициент преобразования автотрансформатора; Uн - номинальное сетевое напряжение, В; f - частота сетевого питания, Гц; Bp - расчетная магнитная индукция, Тл; Sc - площадь сечения сосуда, м2.
Магнитная индукция равна
, (4)
где 0 = 1,25610-6 - магнитная постоянная,
Гн/м; - средняя магнитная проницаемость; с - магнитная проницаемость материала сосуда; н - магнитная проницаемость внешнего магнитопровода; Hp = 1,3Hmin - расчетная напряженность магнитного поля, А/м; Hmin - минимальная напряженность магнитного поля для труб и конструкционных сталей, А/м.
Площадь поперечного сечения сосуда
, (5)
где Dср = (D1+d)/2 - средний диаметр сосуда, м; D и d - соответственно наружный и внутренний диаметр сосуда, м; d - толщина стенки сосуда, м.
Расчетное напряжение питания индуктора
, (6)
где - расчетное число витков индуктора.
Расчетный ток индуктора по допустимой напряженности магнитного поля
, (7)
где l = 2h - длина магнитной цепи, м; h - высота нагревателя, м.
Сечение обмоточного провода, мм2
, (8)
где jmax - максимальная допустимая плотность тока в проводнике, А/мм2;
Сечение обмоточного провода выбирают из ближайшего стандартного ряда.
Вторичная активная мощность нагревателя
, (9)
где I2p = Ipp - вторичный ток (ток в теле сосуда), А; r2 - активное сопротивление вторичной цепи (сосуда), Ом.
, (10)
где с - удельное электрическое сопротивление материала сосуда, Омм; - глубина проникновения вторичного тока, индуцированного в стенке сосуда, м.
Активная мощность, выделяемая в обмотке индуктора
, (11)
где - активное сопротивление обмотки индуктора, Ом.
Коэффициент полезного действия индукционного водонагревателя
. (12)
Таким образом, предложена упрощенная инженерная методика расчета индукционного водонагревателя.
Литература
1. Баранов Л. А. Новые электронагревательные устройства для сельскохозяйственного производства. Челябинск, 1997, 68 с.
2. Петренко В.Н., Мокрова Н.В. Разработка системы горячего водоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии // Инженерный вестник Дона. 2013. № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1617/.
3. Рудобашта С. П., Оболенский Н. В., Мокеев А. А. Подогреватели воды для сельскохозяйственных объектов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003, № 9, с. 16-17.
4. Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали. - М.: Энергоатомиздат, 1988, 200 с.
5. Кувалдин А.Б. Низкотемпературный индукционный нагрев. - М.Энергия, 1976, 112 с.
6. Лекомцев П.Л., Соловьев А.С., Корепанов А.С. Расчет цилиндрического индукционного водонагревателя без магнитопровода // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. - 2014. - №4 (41). - С. 34-37.
7. Лабынцев А.В., Лабынцев В.А. Приближенный расчет погонной индуктивности витой пары // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1438/.
8. Oliver Bodart, Anne-Valerie Boureau, Rachid Touzani. Numeical investigation of optimal control of induction heating processes // Applied Mathematical Modelling, 25 (2001), pр. 697-712.
9. Hai Du, Junyuan Li, and Yanbin Qu. Mathematical Modeling of Eddy-Current Loss for a New Induction Heating Device // Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. Volume 2014, Article ID 923745, 7 pages.
10. Лекомцев П.Л. Абашев Д.Т., Евстифеев Я.Г. Индукционные нагреватели // Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 35-летию факультета электрификации и автоматизации с.-х. «Инновационные электротехнологии и электрооборудование предприятиям АПК»: - Ижевск, ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2012. - С. 6-8.
11. Абашев Д.Т., Лекомцев П.Л. Индукционный электронагрев в сельском хозяйстве // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - № 4 (29). - С. 57-58
References
1. Baranov L.A. Novye elektronagrevatel'nye ustroystva dlya sel'sko-khozyaystvennogo proizvodstva [New electroheating devices for agricultural production]. Chelyabinsk, 1997, 68 p.
2. Petrenko V.N., Mokrova N.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1617/.
3. Rudobashta S.P., Obolenskiy N.V., Mokeev A.A. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva. 2003, № 9, pp. 16-17.
4. Kuvaldin A.B. Induktsionnyy nagrev ferromagnitnoy stali [Induction heating of ferromagnetic steel]. M.: Energoatomizdat, 1988, 200 p.
5. Kuvaldin A.B. Nizkotemperaturnyy induktsionnyy nagrev [Low-temperature induction heating]. M.: Energiya, 1976, 112 p.
6. Lekomtsev P.L., Solov'ev A.S., Korepanov A.S. Vestnik Izhevskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2014. №4 (41). pp. 34-37.
7. Labyntsev A.V., Labyntsev V.A. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2012. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1438/.
8. Oliver Bodart, Anne-Valerie Boureau, Rachid Touzani. Numeical investigation of optimal control of induction heating processes. Applied Mathematical Modelling, 25 (2001), pp.697-712.
9. Hai Du, Junyuan Li, and Yanbin Qu. Mathematical Modeling of Eddy-Current Loss for a New Induction Heating Device. Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. Volume 2014, Article ID 923745, 7 pages.
10. Lekomtsev P.L. Abashev D.T., Evstifeev Ya.G. Vserossiyskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya, posv. 35-letiyu fakul'teta elektrifikatsii i avtomatizatsii s.-kh. «Innovatsionnye elektrotekhnologii i elektrooborudovanie predpriyatiyam APK» [The All-Russian scientific and practical conference devoted to the 35 anniversary of faculty of electrification and automation of agriculture. "Innovative electrotechnologies and electric equipment to the enterprises of agrarian and industrial complex"]: Izhevsk, FGBOU VPO Izhevskaya GSKhA, 2012. pp. 6-8.
11. Abashev D.T., Lekomtsev P.L. Vestnik Izhevskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2011. № 4 (29). pp. 57-58.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Принципиальная схема измерений индукционного каротажа. Блок-схема зонда ИК без компенсации и с компенсацией первичного поля. Геометрический фактор. Применение фокусирующих катушек. Увеличение уровня сигнала. Прибор индукционного каротажа АИК – 5.
презентация [3,9 M], добавлен 28.10.2013Элементы установок индукционного нагрева. Расчеты частоты нагревательной индукционной установки. Определение мощности и размеров индуктора, его электрический расчет. Применение низкочастотного индукционного нагрева в электрических водонагревателях.
курсовая работа [460,3 K], добавлен 18.11.2010Представление о направлениях и тенденциях химизации в мире. Проблемы энергетики и направления использования традиционного топлива и перспективных источников энергии. Создание материалов с заданными свойствами. Достижения химии в сельском хозяйстве.
лекция [95,1 K], добавлен 09.10.2009Происхождение названия, свойства и область эффективного использования редких металлов. Промышленно-экономический уровень развития современных государств. Применение редких земель в сельском хозяйстве, в военной и гражданской областях промышленности.
презентация [3,1 M], добавлен 15.12.2011Специфика эксплуатации электродвигателей на предприятиях агропромышленного комплекса. Повышение уровня квалификации обслуживающего и ремонтного персонала. Компьютеризация и применение новейших информационных технологий в производственном процессе.
реферат [60,3 K], добавлен 23.04.2019Принцип действия и техническая характеристика водонагревателя электрического НЭ-1А. Расчет производительности аппарата. Тепловой баланс аппарата. Основные технические показатели работы водонагревателя. Расчет кинематического коэффициента теплоотдачи.
курсовая работа [108,3 K], добавлен 17.06.2011- Анализ деятельности ОАО "ТольяттиАзот" (г. Тольятти, Самарская область). Цех: производство карбамида
Общая характеристика производства. Описание технологического процесса. Нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов. Образование отходов производства. Процесс образования биурета. Карбамид в сельском хозяйстве и промышленности.
отчет по практике [27,9 K], добавлен 09.09.2014 Условия приема промышленных стоков в канализацию населенных мест. Вторичное использование сточных вод для технических целей и в сельском хозяйстве. Регенерация дождевой воды, технологии ее очистки и дезинфекции, снижения концентрации токсических веществ.
курсовая работа [264,8 K], добавлен 27.05.2016Характеристика объемно-планового решения. Особенность определения тепловых потерь. Гидравлический расчет однотрубной системы отопления. Тепловой подсчет системы отопления и подбор отопительных приборов. Фактический расход теплоносителя на участке.
курсовая работа [485,8 K], добавлен 09.11.2022Конструкция кольцевого индукционного датчика угла, принцип действия, включая уравнения э.д.с., основные типы погрешностей, присущих данному типу датчиков угла. Расчет основных геометрических, электрических параметров. Сборочный и рабочие чертежи деталей.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 19.10.2009
