Курсовая работа: Проектирование электрического пищеварочного котла емкостью 250 дм3

Гидравлическое испытание давлением сети городского водопровода разрешается производить при условии установки редуктора, предварительно отрегулированного на испытательное давление. Следует учитывать, что превышение испытательного давления может вызвать повреждение (вспучивание) внутреннего сосуда котла.

Исправность клапана-турбинки и плотность прилегания крышки котла проверяют давлением 0,0025 МПа.

3. Теплотехнический расчет электрического котла КПЭ-250С

3.1 Расчет теплового баланса и определение мощности КПЭ-250С

Исходные данные приведены в таблице, а схема котла КПЭ-250 – на рисунке 5

Рисунок 5 – Расчетная схема электрического пищеварочного котла:

 - диаметр крышки, =;  - диаметр кожуха;  - диаметр наружного котла;  - диаметр варочного сосуда;  - общая высота аппарата;  - высота варочного сосуда;  - высота выпуклости крышки; высота вогнутости варочного сосуда;  - высота выпуклости наружного котла; длина парогенератора;  высота парогенератора; толщина изоляции; величина зазора между варочным сосудом и наружным котлом;  высота постамента

3.1.1 Определение геометрических размеров аппарата

Определяем размеры варочного сосуда :

, (1)

где  внешний диаметр варочного сосуда, м;

V – вместимость сосуда, м³ ;

К =0,8;

К1 = 0,05.

Высота вогнутости варочного сосуда:

, 2)

где высота вогнутости варочного сосуда, м.

Высота варочного сосуда:

, (3)

Высота заполнения варочного сосуда  определяется по формуле:

, (4)

Определяем размеры наружного котла, установив предварительно его диаметр, который должен быть больше диаметра варочного сосуда на 0,1 м. Это необходимо для того, чтобы между варочным сосудом и наружным котлом образовалось пространство, представляющее собой рубашку для промежуточного теплоносителя (см. таблицу 3).

, (5)

, (6)

Таблица 3– Исходные данные для расчета

Устанавливаем толщину изоляции стенок наружного котла, для чего предварительно определяем удельные потери теплоты теплоизолированным котлом и коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности котла воздуха соответственно по формулам и для тонкой стенки; температуру изолированной стенки = 60°С по таблице, температуру стенки наружного котла‚ принимаем равной температуре пара (при заданном избыточном давлении 40 кПа =109,3°С).

 (7)

 (8)

где  - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²ּ°С;

q – потери теплоты, Вт/м²;

t - температура внутренней поверхности изоляции, °С;

t - температура воздуха, °С.

Находим коэффициент теплопроводности мятой (гофрированной) альфоли:

 (9)

 (10)

Толщина изоляции определяется из формулы:

 (11)

Диаметр защитного кожуха D, будет равен

 (12)

Учитывая, что для удобства обслуживания общая высота котла не должна превышать Н м и принимая сферическую крышку  м, определяем высоту постамента

 (13)

3.1.2 Расчет теплового баланса котла

Тепловой баланс электрического котла рассчитывается для нестационарного и стационарного режимов работы.

Для нестационарного режима тепловой баланс выражается формулой:

 (14)

Для стационарного режима тепловой баланс выражается формулой:

 (15)

Как указано в таблице, полезная теплота при расчете пищеварочных котлов определяется из условия нагревания и кипячения воды.

Полезная теплота для нестационарного режима определяется по формуле

 (16)

,

 (17)

где  - плотность воды.

Полезная теплота для стационарного режима определяется по формуле:

 (18)

где r при атмосферном давлении,

 (19)

Конечная температура воды  равна температуре кипения воды при атмосферном давлении и составляет . Потери теплоты ограждениями котла в окружающую среду определяются для нестационарного и стационарного режимов работы по формулам (20) и (21) соответственно:

 (20)

 , (21)

где  - соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь и температура I-того элемента поверхности аппарата, Вт/(м² ּ°С), м², °С;

 - время работы аппарата, с.

Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндра по выражению

 (22)

Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяется приблизительно как площадь круга

 (23)

Начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха в помещении

Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан соответственно для стационарного и нестационарного режимов, при этом средняя температура  i-того элемента ограждения за период разогрева определяется как среднеарифметическая начальной  и конечной :

;

;

По формулам (20) и (21) находим  и :

где

где

Потери теплоты дном котла незначительны, и ими можно пренебречь. Потери на разогрев конструкции определяется по формуле (24), используя данные таблицы 4:

 (24)

По формуле (24) определяем

Потери теплоты на разогрев постамента не учитываются из-за их незначительной величины.

3.1.3 Расчет минимальной поверхности нагрева варочного котла

Для определения минимальной поверхности нагрева варочного котла следует определить количество теплоты, которое должно быть передано через поверхность нагрева за время

Коэффициент теплоотдачи для случая передачи теплоты от паровоздушной смеси к воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(м²ּ˚С).

Время разогрева

Среднеарифметическая разность температур определяется по формуле:

Количество теплоты, переданное через поверхность нагрева, равно

 (25)

Необходимая площадь нагрева:

 (26)

Фактическая поверхность нагрева:

 (27)

т. е. больше необходимой.

Расход теплоты на нестационарный режим работы котла равен, см. формулу (14):

Расход теплоты на стационарный режим работы котла равен, см. формулу (15):

Коэффициент полезного действия котла при нестационарном режиме работы по формуле (25):

 (28)

Удельные металлоемкость и расход теплоты, определяемые по формулам соответственно равны:

 (29)

Мощность нагревательных элементов при нестационарном и стационарном режимах работы электрического котла соответственно составит, см. формулы (30) и (31):

 (30)

 (31)

Соотношение мощности электрического котла при нестационарном и стационарном режимах равно

Учитывая мощность тэнов, принимаем максимальную мощность  кВт, а минимальную  кВт. В этом случае время разогрева составит

 (32)

Электрические пищеварочные котлы присоединяются к трехфазной сети, поэтому с точки зрения равномерной нагрузки фаз тэны целесообразно устанавливать в количестве, кратном трем.

Для рассчитываемого котла максимальную мощность Р целесообразно принять равной 28,1 кВт (при параллельно включенных трех тэнах по 6 кВт каждый), а минимальную Р — равной 3,7 кВт (два последовательно соединенных тэна, один тэн отключен). В этом случае соотношение мощности котла при нестационарном и стационарном режимах:

3.2 Расчет нагревательных элементов котла КПЭ-250С

3.2.1 Исходные данные для расчета нагревательных элементов

Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности Р, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки  и поверхности спирали Wn.

Суммарную мощность ТЭНов, установленных в аппарате и их количество определяем из технической характеристики аппарата.

Мощность ТЭНа Р, Вт, определяем из соотношения:

 (33)

где ΣΡ - суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;

n - количество ТЭНов, шт.

Напряжение электрической сети U, В, определяем из технической характеристики аппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть.

Принимаем  и .

Исходные данные сводим в таблицу (см. таблицу 5).

Таблица 5 - Исходные данные для расчета ТЭНа

3.2.2 Расчетная схема

Эскиз ТЭНа с указанием расчетных параметров показан на рисунке 6

Рисунок 6 – Схема к расчету ТЭНа

а - параметры трубки; б - параметры спирали.

3.2.3 Порядок расчета

Расчет ТЭНа выполняем в три этапа:

- определение размеров трубки;

- расчет размеров проволоки;

- нахождение размеров спирали.

Определяем длину активной части трубки ТЭНа la, м, по формуле

 (34)

где DТ – диаметр трубки ТЭНа. Диаметр трубки принимают в пределах DТ = 0,006.. .0,016 м.

Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки , м, из соотношения

 (35)

где γ – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, γ=1,15.

Находим полную развернутую длину трубки после опрессовки LТ, м, по формуле

 (36)

где LП - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м (=5см).

Находим сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки R, Ом, из выражения

 (37)

а сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки RО OМ, из выражения

 (38)

где αR - коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки, αR = 1,3.

Рассчитываем удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре, ρt, Ом ◦м, по формуле:

=1,25◦10 Ом◦м, (39)

где р20 - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20°С, Ом • м;

α - температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного

сопротивления проволоки при изменении температуры, град-1;

t - рабочая температура проволоки, °С.

Определяем диаметр проволоки ТЭНа d, м, по формуле:

 (40)

Находим длину проволоки ТЭНа lпр, м, из выражения:

 (41)

Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке WПФ, Вт/м2:

 (42)

WПФ не превышает предельно допустимых величин.

Вычисляем длину одного витка спирали lв , м, по формуле

 (43)

где 1,07 - коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее со стержня намотки;

dС - диаметр стержня намотки, м, выбирают из конструктивных соображений =0,003... 0,006м.

Находим количество витков спирали n, шт., по формуле

 (44)

Расстояние между витками спирали а, м, связано с длиной активной части трубки ТЭНа соотношением

 (45)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности спирали соблюдено соотношением а > dПР

Определяем шаг спирали s, м

 (46)

Вычисляем коэффициент шага Кш

 (47)

и коэффициент намоток стержня

 (48)

Определяем диаметр спирали ТЭНа dСП, м, по формуле

 (49)

Находим общую длину проволоки lo, м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков:

 (50)

Заключение

В настоящее время вопросам повышения эффективности производства и качества готовой продукции уделяется большое внимание.

Применительно к торговле и общественному питанию эти требования должны найти свое отражение в сокращении продолжительности технологических процессов, снижении удельного расхода энергии, уменьшении потерь сырья при его обработке, повышении качества готовой продукции, улучшению санитарно-гигиенических условий.

Успешному решению поставленных задач будет во многом способствовать проектирование, производство и использование современного высокоэффективного оборудования.

Поэтому тема проектирования современных конструкций теплового оборудования актуальна.

Курсовой проект успешно завершен, котел пищеварочный электрический емкостью 250 л проектирован. Необходимые задачи для реализации цели решены.

Список использованных источников

1.  Беляев М.И. Оборудование предприятий общественного питания. 3 том. М.: Экономика, 1990.

2.  Белобородов В.В. Оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1978.

3.  М. А. Богданова, «Оборудование предприятий общественного питания», М.: «Экономика», 1986.

4.  М.И. Ботов. Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли общественного питания: Учебник для нач. проф. образования /. – М.: Иэдательский центр «Академия», 2002. – 464 с.

5.  Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1976.

6.  Гусева Л.Г. Тепловое и электрическое оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1979.

7.  Дорохин В.А. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник). Киев: Тэхника. 1990.

8.  Золин В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания. М.ИРПО: Академия, 2000.

9.  Ключников В.П. Оборудование предприятий общественного питания (Справочник). М.: Экономика, 1985.

10.  Кокурин В.Ф. и др. Секционное оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1969.