Реферат: Проектирование электрического пищеварочного котла емкостью 250 дм3

--PAGE_BREAK--1.4 Направления развития конструирования
Анализ конструктивных и эксплутационных особенностей таких серийно выпускаемых аппаратов массового производства, как пищеварочные котлы, позволяет сделать вывод о чрезмерной разнотипности их конструкций, которая приводит к тому, что аппараты имеют мало общих узлов и деталей в пределах своего типоразмерного ряда.

Например, котлы емкостью 40 и 60 литров на электрическом обогреве имеют несколько модификаций и коренным образом отличаются от котлов емкостью 100, 160 и 250 л.

Еще большие различия наблюдаются при изготовлении аппаратов одного и того же технического назначения, но при использовании разных видов обогрева: пар, газ, электроэнергия и твердое топливо.

Это обстоятельство сводит к минимуму возможность унификации, уменьшения металлоемкости и упрощения изготовления аппаратов.

Принцип модулирования приобрел широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Современные горячие цеха оснащаются модульными аппаратами, скомплектованными в линии.

Однако этот принцип требует нового конструктивного оформления аппарата, оказывает влияние на его выходные параметры с технико-экономические показатели. Расчеты показывают, чем больше модуль, тем труднее конструировать аппарат, но тем больше возможность унификации узлов и деталей.Оценивая серийные тепловые аппараты, сконструированные не по модульному принципу, можно выявить следующие недостатки:

— малая степень унификации;

— усложненная технология изготовления;

— низкие эргономические показатели;

— увеличенная производственная площадь.

При сопоставлении металлоемкости серийных котлов за сравнительную единицу принимают массу котла, отнесенную к единице его емкости – кг/дм3.

Расчеты показывают, что при использовании листоканальных панелей средний коэффициент уменьшения удельной металлоемкости панельного котла по отношению к серийному составляет Р=0,55.

Как показывает анализ, панельные котлы превосходят серийные по следующим показателям: металлоемкости, технологичности при изготовлении, эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре, возможности унификации в результате применения одинаковых панельных эффектов, надежности в следствии жесткости панельных систем, к.п.д.

Следует также отметить, что панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансформаторов; дает возможность по меньшей мере на 50% улучшить качество аппаратов, включая такие их показатели, как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность, упрощает заводскую оснастку и производство.


2
.Описание проектируемого аппарата
2.1 Структурная схема
Принципиальная схема устройства электрического котла показана на рисунке 1
<img width=«255» height=«218» src=«ref-1_1687988035-10220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

Рисунок 1 – Принципиальная схема устройства электрического котла

1 – парогенератор; 2 – паровая рубашка; 3 – тепловая изоляция; 4 – корпус; 5 – кожух; 6 – варочный сосуд; 7 – крышка; 8 – клапан-турбинка; 9 – двойной предохранительный клапан; 10 – манометр; 11 – наполнительная воронка; 12 – клапан уровня


<img width=«415» height=«291» src=«ref-1_1687998255-26640.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

Рисунок 2 – Электрический котел КПЭ-250:

1 –крышка; 2 – варочный сосуд; 3 – теплоизоляция; 4 –пароводяная рубашка; 5 –станция управления; 6 – клапан-турбинка; 7 – патрубок; 8 – противовес 9 –кран уровня; 10 – пароотводная трубка; 11 – вентиль (отвода пара); 12,13 – рукоятки вентилей подачи воды; 14 –наполнительная воронка; 15 –двойной предохранительный клапан; 16 – электроконтактный манометр; 17 – отражатель; 18 – двухстенная крышка; 19 – прижимные болты; 20 – сливной кран; 21 – наружный корпус; 22 – постамент.
Котел (рис. 2) состоит из варочного сосуда, выполненного из нержавеющей стали, наружного корпуса из листовой конструкционной стали, облицовки и постамента. Замкнутое пространство между варочным сосудом и наружным корпусом служит пароводяной рубашкой.

В пространстве между наружным корпусом и облицовкой уложена теплоизоляция. К нижней части наружного корпуса приварен корпус парогенератора, в котором на отдельном щитке смонтированы шесть трубчатых электронагревателей (тэнов).

Варочный сосуд закрывается откидной, закрепленной на валу шарнира двустенной крышкой, уравновешенной противовесом. Плотное прилегание крышки обеспечивается прокладкой из термостойкой пищевой резины, уложенной в канавке крышки, и накидными винтами. Для слива промывочных вод из варочного сосуда имеется сливной кран с сеткой.

Каждый котел оборудован контрольно-измерительными приборами и арматурой: электроконтактным манометром, грузовым предохранительным клапаном, заливной воронкой с краном, клапаном-турбинкой, краном уровня и электродом «сухого хода», смонтированным в корпусе парогенератора.

Котел оборудован трубопроводами холодного и горячего водоснабжения, служащими для заполнения варочного сосуда водой и его санобработки.

Электроконтактный манометр – это контрольно-измерительный прибор, с помощью которого автоматически регулируется нагрев котла в зависимости от давления пара в пароводяной рубашке.

Предохранительный клапан состоит из двух клапанов: верхнего – парового – для сброса давления из пароводяной рубашки при повышении его сверх 0,5 кгс/см и нижнего – воздушного – для пропуска воздуха в пароводяную рубашку при остывании котла и устранения тем самым вакуума.

В предохранительном клапане в процессе его эксплуатации возможно прикипание клапанов, что может привести к взрыву котла или его смятию. Для предупреждения аварии в предохранительном клапане предусмотрен рычаг, с помощью которого производится подрыв клапанов.

Заливная воронка с краном предназначена для заполнения парогенератора водой. Кран воронки служит воздушным клапаном, так как используется для выпуска воздуха из пароводяной рубашки котла в момент его разогрева.

Клапан-турбинка с отражателем и пароотводной трубкой, смонтированные на крышке котла, служат для отвода из варочного сосуда пара, образуемого в результате кипения содержимого котла.

Кран уровня служит для контроля за верхним уровнем воды в парогенераторе. Нижний уровень воды автоматически контролируется с помощью электрода «сухого хода», подключенного к схеме защиты.

Пищеварочный котел может поставляться со съемной подставкой под раздаточный бачок и вставкой-вкладышем для варки рыбы и овощей на пару. Электрокотел снабжен автоматическим управлением тепловым режимом и защитой тэнов от «сухого хода».  

Двухступенчатое регулирование нагрева осуществляется по давлению пара в пароводяной рубашке. Разогрев содержимого котла происходит на полной мощности, варка – на <img width=«24» height=«23» src=«ref-1_1688024895-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">.

Элементы автоматического управления тепловым режимом котла и система защиты тэнов от «сухого хода» смонтированы в специальном шкафу станции управления.
2.2 Описание режимов работы электрического котла КПЭ-250
Режим I– доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и автоматический перевод его на <img width=«24» height=«23» src=«ref-1_1688024895-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028"> мощности для осуществления процесса варки. Режим используется при варке супов, овощей и других блюд.

Режим II– доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и доваривание его за счет аккумулированного тепла без расхода электрической энергии (котел отключен от электросети). Режим используется при варке крупяных изделий, кипячении молока, чая и др.
2.3 Электрическая схема котла КПЭ-250
Котлы имеют шесть тэнов. Сильный нагрев достигается включением всех тэнов двойным треугольником или двойной звездой в зависимости от напряжения питающей сети, слабый нагрев – включением одного из тэнов.

Различное соединение тэнов для получения сильного нагрева достигается изменением положения перемычек на клеммной панели.

Пищеварочные котлы КПЭ-100, КПЭ-160 и КПЭ-250 имеют одинаковую электрическую схему (см. рис. 3) и различаются только мощностью тэнов.
<img width=«313» height=«487» src=«ref-1_1688025117-38684.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">

Рисунок 3 – Электрическая схема котлов типа КПЭ
Включение аппаратов осуществляется пакетным выключателем Q, а переключение режима работы – переключателем S3. При этом напряжение из сети подается на силовые контакты магнитных пускателей К1, К2, трансформатор Т и цепь управления катушкой магнитного пускателя К2.

Если электрод Е7 находится в воде, то цепь катушки реле К5 замкнута и реле срабатывает. Контакт 1К5 этого реле, замыкаясь, подготавливает к работе магнитный пускатель К2, а контакт 2К5 включает сигнальную лампу Н2 Для удобства обслуживания котел имеет две кнопочные станции (S1, S2), одна из которых находится на станции управления, а другая – непосредственно на котле. При нажатии на любую из кнопок «Пуск» под напряжением оказывается катушка магнитного пускателя К2, который включает один тэн Е2, сигнальную лампу Н4 и подает питание на нижнюю часть цепи управления. При этом под напряжением оказывается катушка магнитного пускателя К1, который включает остальные пять тэнов и сигнальную лампу Н3. В зависимости от режима (РI, РII), установленного переключателем режимов работы S3, кнопка «Пуск» будет сблокирована контактом 4К2 или 4К1.

По достижении в паровой рубашке котла максимального давления замкнется контакт 2Fэлектроконтактного манометра и сработает реле К3. Контакты этого реле отключат магнитный пускатель К1, отсоединив пять тэнов и выключив сигнальную лампу Н3, сблокируют подвижную стрелку электроконтактного манометра с контактом 2Fи подготовят реле К4 к работе.

Если переключатель режимов работы S3 был установлен в положении РII, происходит отключение и магнитного пускателя К2. При этом все нагреватели будут выключены и сигнальная лампа Н4 погаснет. Если же переключатель режимов был установлен в положение РI, то магнитный пускатель К2 будет продолжать работать, обеспечивая питание одного тэна Е2. При этом мощность котла уменьшится в шесть раз.

В случае понижения давления в паровой рубашке котла до минимального значения (при работе котла на <img width=«24» height=«23» src=«ref-1_1688024895-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"> мощности) замкнется контакт <metricconverter productid=«1F» w:st=«on»>1Fэлектроконтактного манометра Fи включится реле К4, контакт которого 1К4 разорвет цепь катушки реле К3. Реле К3 выключится и возвратит свои контакты в исходное положение. При этом вновь включатся пять тэнов и загорится сигнальная лампа Н3.

При понижении уровня воды в парогенераторе оголится электрод Е7 и разорвется цепь катушки реле К5.

Реле отключится и его контакты 1К5, 2К5 придут в исходное положение. При этом выключатся все тэны и загорится сигнальная лампа Н1 («Сухой ход»).

Котел устанавливается непосредственно на полу (рис. ) и крепится четырьмя анкерными болтами. К котлу подводятся трубопроводы холодной и горячей воды и трубопровод для отвода конденсата в канализацию.

Два задающих контакта ЭКМ (электроконтактного манометра) устанавливаются по шкале манометра на минимальный предел давления 0,05 – 0,1 кгс/см<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_1688063912-79.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031"> и максимальный —0,45 кгс/см<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_1688063912-79.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">
2.4 Технические характеристики котла КПЭ-250
Полезная вместимость, дмі………………………………………250

Продолжительность разогрева при номинальной мощности, мин..........55

Мощность, кВт:

номинальная…………………………...………………….…………30

минимальная……………………………………………………........5,0

Напряжение сети, В…………………………………………….220-380

Частота, Гц…………………………………………………………50

Количество ТЭНов, шт…………………………………………………… 6

Рабочее давление пара в рубашке, кПа……………………….110-150

Габариты, мм:

длина………………………………………………………………..1150

ширина……………………………………………………………...1040

высота………………………………………………………………1275

Масса (со станцией управления), кг……………………………….235


2.5 Монтаж электрокотла пищеварочного КПЭ-250

котел электрический оборудование пищеварочный

Электрокотел пищеварочный КПЭ-250 устанавливают на несгораемом полу или бетонной подушке и закрепляют четырьмя фундаментными болтами М16. Высоту подушки определяют с учетом длины закладной части

фундаментных болтов и высоты расположения сливного крана варочного сосуда, под который должен подходить борт тары для сбора содержимого котла.

Станцию управления размещают в удобном для наблюдения и обслуживания месте и крепят к стене или металлическим стойкам, заделанным в пол, цементным раствором.

До установки котла на место (рис. 4) готовят отверстия для закладной части фундаментных болтов, прокладывают электропровода (силовые и цепей управления) от станции управления, а также подводят трубопроводы холодного и горячего водоснабжения и трубопроводы для отвода вторичного пара от клапана турбинки. Стальную трубу с электропроводами выводят из пола внутри опорного фланца котла, а все технологические трубопроводы – снаружи. Обрез трубы с выводом электропроводов надежно защищают от попадания на него влаги. Трубопровод для отвода пара от клапана-турбинки прокладывают с уклоном 0,005 и соединяют с канализацией через сифон и разрыв не менее 100 мм.


<img width=«503» height=«282» src=«ref-1_1688064070-28436.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

Рисунок 4 – Монтажная схема котла КПЭ-250:

1 – отвод вторичного пара; 2 – подвод горячей воды; 3 – подвод холодной воды; 4 – подвод электроэнергии; 5 – отвод промывочной воды; 6 – пробка пароводяной полости.
В процессе установки котел выверяют на горизонтальность по бортам варочного сосуда уровнем, который устанавливают на монтажной линейке; допустимая негоризонтальность котла 0,002. После закладки фундаментных болтов и выверки котла на горизонтальность под его опорный фланец подливают раствор бетона.

Тэны включают под напряжение только после заполнения парогенератора котла дистиллированной или кипяченой водой до уровня пробного крана. Воду заливают через воронку, расположенную рядом с предохранительным клапаном, при этом кран уровня должен быть открыт. На время разогрева котла открывают воздушный клапан парогенератора.
2.6 Безопасная эксплуатация
Перед началом работы проверяют санитарное состояние варочного сосуда, наличие заземления, уровень воды в пароводяной рубашке.

Для проверки уровня воды открывают контрольный кран и, если через него не пойдет вода, то добавляют в парогенератор через наполнительную воронку дистиллированную или кипяченую воду до появления ее из крана.

Затем проверяют работоспособность клапава-турбинки, приподняв турбину за кольцо вверх, и двойной предохранительный клапан, нажав несколько раз на рычаг. Потом проверяют воздушный клапан или запорный кран воронки. Специальным ключом устанавливают на манометре верхний и нижний пределы необходимого давления пара в пароводяной рубашке котла.

Проверяют целостность резиновой прокладки крышки и состояние откидных винтов. Потом в варочный сосуд загружают продукты и закрывают крышкой, закрепляя ее откидными винтами. Заполнять продуктами и водой пищеварочный котел нужно не превышая предельного уровня 8 – 10 см ниже кромки котла. Устанавливают тумблер на работу нужного режима и включают котел в работу нажатием кнопки «Пуск». Процесс тепловой обработки продуктов осуществляется автоматически. При необходимости корректируют положение верхнего и нижнего пределов давления на электроконтактном манометре в процессе варки. Во время работы котла контролируют состояние клапана-турбинки, двойного предохранительного клапана, манометра и сигнальных ламп.

После окончания работы отключают котел от электросети при помощи красной кнопки «Стоп». Прежде чем открыть крышку выпускают пар из варочного сосуда путем поднятия турбинки вверх до отказа, затем ослабляют откидные винты-зажимы и плавно без рывков откидывают крышку котла.

После выгрузки готовой продукции, остывший варочный сосуд и крышку промывают горячей водой и протирают снаружи сухой чистой тканью.

Надо помнить, что использование котла с загрязненным или неисправным клапаном-турбинкой всегда приводит к аварийным случаям, с травмированием и ожогами обслуживающего персонала. При работе с пищеварочными котлами нужно строго выполнять правила техники безопасности и безопасность труда.
2.7 Ремонт и испытания котлов
Капитальный ремонт котлов производят в специализированных ремонтных цехах, оснащенных стендами для производства разборочно-сборочных работ и испытаний тепловых аппаратов.

Примерная последовательность основных операций по разборке стационарных котлов на электрическом обогреве включает: снятие противовеса и крышки, отсоединение узла арматуры, снятие облицовки корпуса и постамента, удаление тепловой изоляции, разбор болтовых соединений, крепящих фланец блока тэнов, и вынимание блока.

Очистка от накипи. Тэны котлов на электрическом обогреве очищают вручную механическим способом или путем обработки их горячим щелочным раствором в специальной ванне в течение 8 – 12 ч.

Парогенераторы котлов, работающих на газовом обогреве, очищают раствором каустической соды (15 г/л), который заливают через воронку в пароводяную полость до крана уровня. Раствор разогревают, а затем поддерживают его температуру около 100 °С не менее 2 ч путем обогрева котла газовыми горелками. После этого котел разбирают, отделяют от корпуса парогенератор и дочищают его ершами или стальными щетками.

Определение дефектов и ремонт узлов. Неплотности в сварных швах, фланцевых и резьбовых соединениях, а также свищи в наружных стенках обнаруживают путем гидравлического испытания пароводяной полости давлением до 0,1 МПа. Неплотности можно обнаружить также по изменению окраски (посветлению) поверхностей деталей у мест выхода пара и по отложению накипи у мест протекания воды.

Течь во фланцах и резьбовых соединениях устраняют соответственно заменой прокладок из паронита ПОН и заменой уплотнительной подмотки из пенько-джутовой пряди. Паронитовую прокладку перед установкой прогревают 15 – 20 мин в горячей воде, а затем смазывают смесью машинного масла и графита.

Величину коррозионного износа наружной стенки пароводяной полости определяют ориентировочно простукиванием ее заостренной частью молотка.

Для измерения остаточной толщины в стенке вырезают отверстие для прохода измерительного инструмента, которое при необходимости закрывают вваркой заплаты.

При капитальном ремонте котлов равномерный коррозионный износ стенок допускается в пределах 20% их первоначальной толщины.

Для исправления сварных швов внутреннего сосуда, выполненного из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, и приварки к нему штуцеров или других деталей из малоуглеродистой стали применяют электроды ОЗЛ-12 или ОЗЛ-14; шов, выполненный этими электродами, устойчив к межкристаллитной коррозии.

Варочные сосуды котлов, деформированные вследствие превышения установленного давления, разрешается править киянками или молотками с пластмассовой ударной частью, при этом с противоположной стороны стенки к месту нанесения ударов должна быть приложена деревянная поддержка, профиль поверхности которой должен соответствовать профилю поверхности стенки.

Узел арматуры в сборе перед установкой проверяют: на прочность – гидравлическим давлением 0,1 МПа, на плотность – пневматическим давлением 0,05 МПа. При проверке плотности арматуру погружают в ванну с водой.

Испытания. Перед сборкой узлов сварные швы, доступные для осмотра с двух сторон, испытывают керосином. Последний наносят кистью или ветошью на внутреннюю поверхность шва, при этом наружную поверхность его предварительно окрашивают меловой краской, приготовленной на воде, и просушивают. Шов считается плотным, если в течение 15 мин на меловой краске не появятся пятна керосина.

По окончании сборки корпуса, перед нанесением тепловой изоляции, пароводяную полость испытывают гидравлическим давлением 0,1 МПа. При испытании воздух из полости полностью удаляют через верхний штуцер. Испытательное давление выдерживают 5 мин, после чего снижают до 0,05 МПа и производят осмотр сварных швов, резьбовых и фланцевых соединений. Наличие капель и отпотевание поверхностей не допускаются.

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
<img width=«253» height=«281» src=«ref-1_1688092506-15256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

Рисунок 5 – Расчетная схема электрического пищеварочного котла:

<img width=«29» height=«23» src=«ref-1_1688107762-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">  — диаметр крышки, <img width=«29» height=«23» src=«ref-1_1688107762-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">=<img width=«24» height=«35» src=«ref-1_1688107994-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">; <img width=«24» height=«35» src=«ref-1_1688107994-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">  — диаметр кожуха; <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1688108214-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">  — диаметр наружного котла; <img width=«31» height=«23» src=«ref-1_1688108325-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">  — диаметр варочного сосуда; <img width=«41» height=«25» src=«ref-1_1688108448-142.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">  — общая высота аппарата; <img width=«32» height=«23» src=«ref-1_1688108590-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">  — высота варочного сосуда; <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1688108715-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">  — высота выпуклости крышки; <img width=«40» height=«23» src=«ref-1_1688108829-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">высота вогнутости варочного сосуда; <img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1688108958-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">  — высота выпуклости наружного котла; <img width=«35» height=«23» src=«ref-1_1688109067-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">длина парогенератора; <img width=«33» height=«23» src=«ref-1_1688109177-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047"> высота парогенератора; <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1688109296-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">толщина изоляции; <img width=«45» height=«24» src=«ref-1_1688109421-135.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">величина зазора между варочным сосудом и наружным котлом; <img width=«59» height=«24» src=«ref-1_1688109556-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"> высота постамента
3.1.1
Определение геометрических размеров аппарата


Определяем размеры варочного сосуда <img width=«93» height=«23» src=«ref-1_1688109708-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">:


<img width=«151» height=«72» src=«ref-1_1688109924-539.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">, (1)

<img width=«240» height=«72» src=«ref-1_1688110463-759.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">
где<img width=«44» height=«23» src=«ref-1_1688111222-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054"> внешний диаметр варочного сосуда, м;

V– вместимость сосуда, мі;

К =0,8;

К1 =0,05.

Высота вогнутости варочного сосуда:
<img width=«100» height=«23» src=«ref-1_1688111355-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">, 2)

<img width=«177» height=«23» src=«ref-1_1688111567-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056"> 
где <img width=«40» height=«23» src=«ref-1_1688108829-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">высота вогнутости варочного сосуда, м.

Высота варочного сосуда:
<img width=«103» height=«23» src=«ref-1_1688112016-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">, (3)

<img width=«165» height=«23» src=«ref-1_1688112225-299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">
Высота заполнения варочного сосуда <img width=«37» height=«24» src=«ref-1_1688112524-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060"> определяется по формуле:
<img width=«187» height=«48» src=«ref-1_1688112656-459.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">, (4)

<img width=«265» height=«45» src=«ref-1_1688113115-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062"> 


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).
<img width=«213» height=«24» src=«ref-1_1688113707-480.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">, (5)

<img width=«300» height=«23» src=«ref-1_1688114187-597.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">

<img width=«88» height=«23» src=«ref-1_1688114784-195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">, (6)

<img width=«169» height=«23» src=«ref-1_1688114979-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">
Таблица 3– Исходные данные для расчета

Показатели

Обозначение

Величина

Примечание

Давление в варочном сосуде, кПа





Котел работает без избыточного давления



Коэффициент заполнения варочного сосуда

<img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1688115290-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">



0,82

Для того, чтобы вода расширившись при нагревании, не переливалась через кромку варочного сосуда, заполняют содержимым на 80 – 90 %. В расчет принимаем <img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1688115290-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">=0,82

Максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения, кг

<img width=«19» height=«19» src=«ref-1_1688115534-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">



205



Варочный сосуд цилиндрической формы с вогнутым дном






<img width=«17» height=«17» src=«ref-1_1688115634-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">





0,8

Варочный сосуд выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной <img width=«28» height=«23» src=«ref-1_1688115730-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">=2 мм

<img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1688115848-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">



0,05



Показатели

Обозначение

Величина

Примечание

Зазор между стенками варочного сосуда и наружного котла, м

<img width=«32» height=«24» src=«ref-1_1688115953-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">

0,05

По конструктивным соображениям

Крышка варочного сосуда одинарная сферическая выпуклая, мм

<img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1688116077-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">

2

Крышка выполнена из листовой нержавеющей стали толщиной 2 мм

Наружный котел цилиндрический, мм

<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1688116192-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">

3

Выполнен из углеродистой стали

Кожух

<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1688116300-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">

0,5

Выполнен из листовой углеродистой стали, покрытой светлой эмалью с толщиной листа 0,5 мм

Температура наружной поверхности котла, °С

<img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1688116406-164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">

60

Согласно требованиям ГОСТ 16997-77

Избыточное давление пара в пароводяной рубашке, кПа

<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1688116570-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">

40 (0,4)

Согласно требованиям ГОСТ 16997-77

Степень сухости пара

<img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1688116661-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">

0,9



Количество воды, испарившейся при стационарном режиме, кг

<img width=«35» height=«21» src=«ref-1_1688116745-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">

2,05

<img width=«144» height=«27» src=«ref-1_1688116877-295.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">

Температура воздуха в помещении, °С

<img width=«33» height=«25» src=«ref-1_1688117172-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">

18



Время работы котла при стационарном режиме, ч

<img width=«37» height=«25» src=«ref-1_1688117302-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">

1,0



Время разогрева котла, мин

<img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1688117431-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">

55



Температура на крышке котла при стационарном режиме работы, °С

<img width=«28» height=«25» src=«ref-1_1688117545-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

95



Размеры парогенератора:





По аналогии с серийно выпускаемыми аппаратами

 длина, мм

<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1688117659-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

400



 ширина, мм

<img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1688117762-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">

200



 высота, мм

<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1688117868-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">

200



Каркас и арматура котла, кг



250

% от массы варочного сосуда

Постамент, кг



400

% от массы варочного сосуда

Начальная температура воды, °С

<img width=«39» height=«25» src=«ref-1_1688117975-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">

12



Температура кипения воды в варочном сосуде, °С

<img width=«37» height=«25» src=«ref-1_1688118120-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">

100






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 <img width=«24» height=«25» src=«ref-1_1688118263-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">= 60°С по таблице, температуру стенки наружного котла‚ принимаем равной температуре пара (при заданном избыточном давлении 40 кПа <img width=«15» height=«24» src=«ref-1_1688118428-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">=109,3°С).
<img width=«289» height=«51» src=«ref-1_1688118522-875.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> (7)

<img width=«236» height=«51» src=«ref-1_1688119397-800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"> (8)
где <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1688120197-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">  — коэффициент теплоотдачи, Вт/мІּ°С;

q– потери теплоты, Вт/мІ;

t<img width=«11» height=«23» src=«ref-1_1688120285-79.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> — температура внутренней поверхности изоляции, °С;

t<img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1688120364-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097"> — температура воздуха, °С.

Находим коэффициент теплопроводности мятой (гофрированной) альфоли:
<img width=«295» height=«51» src=«ref-1_1688120476-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> (9)

<img width=«179» height=«88» src=«ref-1_1688121267-693.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> (10)
Толщина изоляции определяется из формулы:


<img width=«231» height=«93» src=«ref-1_1688121960-1011.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100"> (11)
Диаметр защитного кожуха D<img width=«13» height=«23» src=«ref-1_1688122971-83.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">, будет равен
<img width=«152» height=«24» src=«ref-1_1688123054-393.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> (12)

<img width=«256» height=«23» src=«ref-1_1688123447-551.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">
Учитывая, что для удобства обслуживания общая высота котла не должна превышать Н<img width=«60» height=«25» src=«ref-1_1688123998-164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> м и принимая сферическую крышку <img width=«129» height=«23» src=«ref-1_1688124162-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> м, определяем высоту постамента
<img width=«307» height=«48» src=«ref-1_1688124416-794.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> (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:
<img width=«129» height=«24» src=«ref-1_1688125210-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107"> (14)
Для стационарного режима тепловой баланс выражается формулой:
<img width=«115» height=«27» src=«ref-1_1688125470-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> (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
<img width=«179» height=«25» src=«ref-1_1688125726-465.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> (16)

<img width=«275» height=«24» src=«ref-1_1688126191-561.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">,

<img width=«124» height=«25» src=«ref-1_1688126752-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111"> (17)

<img width=«169» height=«21» src=«ref-1_1688127005-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">
где <img width=«35» height=«25» src=«ref-1_1688127297-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">  — плотность воды.

Полезная теплота для стационарного режима определяется по формуле:
<img width=«256» height=«51» src=«ref-1_1688127425-632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"> (18)
где r<img width=«120» height=«24» src=«ref-1_1688128057-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> при атмосферном давлении,
<img width=«188» height=«51» src=«ref-1_1688128307-568.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> (19)
Конечная температура воды <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1688128875-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> равна температуре кипения воды при атмосферном давлении и составляет <img width=«97» height=«25» src=«ref-1_1688128972-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">. Потери теплоты ограждениями котла в окружающую среду определяются для нестационарного и стационарного режимов работы по формулам (20) и (21) соответственно:
<img width=«196» height=«45» src=«ref-1_1688129200-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> (20)

<img width=«212» height=«45» src=«ref-1_1688129789-634.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120"> , (21)
где <img width=«49» height=«24» src=«ref-1_1688130423-148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">  — соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь и температура I-того элемента поверхности аппарата, Вт/(мІ ּ°С), мІ, °С;

<img width=«13» height=«15» src=«ref-1_1688130571-85.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">  — время работы аппарата, с.

Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндра по выражению
<img width=«203» height=«51» src=«ref-1_1688130656-558.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123"> (22)
Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяется приблизительно как площадь круга
<img width=«193» height=«91» src=«ref-1_1688131214-615.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> (23)
Начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха в помещении
<img width=«125» height=«27» src=«ref-1_1688131829-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> 
Коэффициент теплоотдачи может быть рассчитан соответственно для стационарного и нестационарного режимов, при этом средняя температура <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_1688132087-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> i-того элемента ограждения за период разогрева определяется как среднеарифметическая начальной <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1688132191-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> и конечной <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1688132293-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">:


<img width=«156» height=«41» src=«ref-1_1688132393-350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">

<img width=«171» height=«41» src=«ref-1_1688132743-378.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">

<img width=«317» height=«24» src=«ref-1_1688133121-728.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">;

<img width=«299» height=«24» src=«ref-1_1688133849-690.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">;

<img width=«319» height=«24» src=«ref-1_1688134539-731.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">

<img width=«308» height=«24» src=«ref-1_1688135270-710.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">
По формулам (20) и (21) находим <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1688135980-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> и <img width=«25» height=«24» src=«ref-1_1688136085-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">:
<img width=«483» height=«25» src=«ref-1_1688136200-926.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137"> 
где <img width=«208» height=«24» src=«ref-1_1688137126-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
<img width=«479» height=«24» src=«ref-1_1688137465-926.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">
где <img width=«136» height=«25» src=«ref-1_1688138391-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">

Потери теплоты дном котла незначительны, и ими можно пренебречь. Потери на разогрев конструкции определяется по формуле (24), используя данные таблицы 4:
<img width=«157» height=«45» src=«ref-1_1688138648-508.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> (24)
По формуле (24) определяем
<img width=«559» height=«72» src=«ref-1_1688139156-2141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">


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 <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1688117431-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">
<img width=«160» height=«27» src=«ref-1_1688141411-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">
Коэффициент теплоотдачи для случая передачи теплоты от паровоздушной смеси к воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(мІּ˚С).

Время разогрева <img width=«151» height=«24» src=«ref-1_1688141750-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">

Среднеарифметическая разность температур определяется по формуле:
<img width=«303» height=«65» src=«ref-1_1688142023-1010.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">
Количество теплоты, переданное через поверхность нагрева, равно
<img width=«500» height=«52» src=«ref-1_1688143033-1116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> (25)
Необходимая площадь нагрева:
<img width=«200» height=«93» src=«ref-1_1688144149-774.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> (26)


Фактическая поверхность нагрева:
<img width=«292» height=«88» src=«ref-1_1688144923-902.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> (27)
т. е. больше необходимой.

Расход теплоты на нестационарный режим работы котла равен, см. формулу (14):
<img width=«377» height=«25» src=«ref-1_1688145825-591.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">
Расход теплоты на стационарный режим работы котла равен, см. формулу (15):
<img width=«301» height=«24» src=«ref-1_1688146416-489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">
Коэффициент полезного действия котла при нестационарном режиме работы по формуле (25):
<img width=«240» height=«48» src=«ref-1_1688146905-587.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> (28)
Удельные металлоемкость и расход теплоты, определяемые по формулам соответственно равны:
<img width=«237» height=«88» src=«ref-1_1688147492-704.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> (29)


Мощность нагревательных элементов при нестационарном и стационарном режимах работы электрического котла соответственно составит, см. формулы (30) и (31):
<img width=«176» height=«91» src=«ref-1_1688148196-611.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> (30)

<img width=«173» height=«93» src=«ref-1_1688148807-626.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> (31)
Соотношение мощности электрического котла при нестационарном и стационарном режимах равно
<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_1688149433-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156"><img width=«100» height=«44» src=«ref-1_1688149506-265.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">
Учитывая мощность тэнов, принимаем максимальную мощность <img width=«57» height=«21» src=«ref-1_1688149771-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> кВт, а минимальную <img width=«59» height=«24» src=«ref-1_1688149921-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> кВт. В этом случае время разогрева составит
<img width=«307» height=«91» src=«ref-1_1688150067-846.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> (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:
<img width=«125» height=«44» src=«ref-1_1688150913-326.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">
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 <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_1688151239-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162"> 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:
<img width=«134» height=«75» src=«ref-1_1688151351-537.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> (33)
где ΣΡ — суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;

n — количество ТЭНов, шт.

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

Принимаем <img width=«127» height=«24» src=«ref-1_1688151888-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164"> и <img width=«136» height=«24» src=«ref-1_1688152159-284.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">.

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


Таблица 5 — Исходные данные для расчета ТЭНа

Наименование показателя



Значение показателя

Суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, ΣΡ, Вт

30<img width=«29» height=«21» src=«ref-1_1688152443-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">

Количество ТЭНов в аппарате, n, шт.

6

Единичная мощность ТЭНа Р, Вт

 5<img width=«29» height=«21» src=«ref-1_1688152443-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">

Напряжение электрической сети, U, В

 220

Вид среды, в которой работает ТЭН

 вода

Удельная нагрузка на поверхности трубки wt, Вт/м2

 <img width=«41» height=«21» src=«ref-1_1688152671-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">

Удельная нагрузка на поверхности спирали Wn, Вт/м2

<img width=«25» height=«19» src=«ref-1_1688152804-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169"><img width=«24» height=«21» src=«ref-1_1688152907-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

3.2.2 Расчетная схема


Эскиз ТЭНа с указанием расчетных параметров показан на рисунке 6
<img width=«539» height=«144» src=«ref-1_1688153016-15767.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">
    продолжение
--PAGE_BREAK--