 |
|
Элементный водонагреватель
Цель работы
Программа работы
Общие теоретические сведения
Методика работы
Содержание отчёта
Контрольные вопросы
Приложение 3
Цель работы
Изучить назначение, устройство, технические данные, правила эксплуатации, электрическую схему и определить энергетические параметры элементного водонагревателя типа КНЭ-100М.
Программа работы
- Ознакомиться с теоретическими сведениями.
- Изучить методику и выполнить работу.
- Составить и защитить отчёт.
Общие теоретические сведения
Для нагрева воды в быту используют электроводонагреватели - емкостные и проточные, которые являются стационарными электроприборами, устанавливаемыми в ванных комнатах и кухнях. Их применяют в домах городской и сельской местности, которые не имеют централизованного горячего водоснабжения или в тех случаях, когда применение газовых и других огневых аппаратов опасно, например, при отсутствии специальной вытяжной вентиляции, дымоходов. Вода в электроводонагревателях нагревается до 80-100ºС. Эти приборы широко используются и в учреждениях, лабораториях, промышленных предприятиях и т.д.
Элементные водонагреватели выполняют с герметическими нагревателями (ТЭНами) и применяют для снабжения горячей водой мелких разрозненных потребителей. Элементные водонагреватели по сравнению с электродными более безопасны в эксплуатации, не загрязняют воду, имеют практически неизменную мощность.
В качестве нагревательных элементов в емкостных электроводонагревателях применяются трубчатые электронагреватели или спираль на керамическом основании в водонепроницаемой металлической гильзе. Применение открытых спиралей в бытовых электроводонагревателях запрещено.
По принципу действия элементные водонагреватели подразделяются на проточные (быстродействующие) и непроточные (аккумуляционные).
Рабочие баки ёмкостных электроводонагревателей выполняют коррозионно-стойкими из расчёта срока службы прибора не менее 10 лет. В качестве конструкционных материалов рабочих баков применяют обычные стали с покрытием горячими ударопрочными эмалями или цинкованием, медь с лужением, нержавеющие стали, пластмассы (для приборов низкого давления ёмкостью до 15 л).
У аккумуляционных электроводонагревателей КПД составляет 87-95%.
В настоящей работе изучается и исследуется элементный проточный водонагреватель КНЭ-100М (рис. 3.1).
 |
| Рис. 3.1. Элементный водонагреватель - кипятильник КНЭ-100М:1 ‑ корпус; 2 ‑ сливной патрубок; 3 ‑ заглушка; 4 ‑ труба для подачи воды; 5 ‑ резервуар для приготовления кипятка; 6 ‑ трубчатые электронагреватели (ТЭНы); 7 ‑ сборник кипятка; 8 ‑ датчик уровня поступающей воды; 9 ‑ питательная коробка; 10 ‑ датчик нижнего уровня кипятка; 11 ‑ датчик верхнего уровня кипятка; 12 ‑ крышка; 13 ‑ отражатель; 14 ‑ ручка-гайка; 15 ‑ труба перекидная; 16 ‑ пускорегулирующее устройство; 17 ‑ кран отбора кипятка; 18 ‑ кронштейн; 19 ‑ болт заземления; 20 ‑ кабель силовой; 21 ‑ кабель датчиков; 22 ‑ питательный клапан. |
КНЭ-100М - это кипятильник, который состоит из следующих основных частей: корпуса, внутреннего резервуара и пускорегулирующего устройства. В цилиндрическом баке установлены трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и терморегулятор. Корпус (1) сверху закрыт при помощи отвинчивающейся ручки-гайки (14) крышкой (12) и служит для размещения в нем внутреннего резервуара. Внутренний резервуар служит для приготовления и сбора кипятка и состоит из трех частей: питательной коробки (9), сваренной со сборником кипятка (7), резервуара для приготовления кипятка (5) с перекидной трубой (15). В питательной коробке размещены: поплавковое устройство (питательный клапан (22) и поплавок), регулирующее уровень воды, поступающей из водопровода; датчик (8), контролирующий уровень поступающей воды, и сливная труба (2). Над перекидной трубой установлен отражатель (13), который предохраняет датчик (11) от попадания на него кипятка. Датчик служит для отключения ТЭНов при заполнении сборника кипятка,
а датчик (10) - для включения их при понижении уровня кипятка в сборнике. В дне резервуара для приготовления кипятка установлены ТЭНы (6). В нижней части резервуара имеется заглушка (3) для слива воды из питательной коробки и резервуара. От питательной коробки переходит сливной шланг (2) для слива воды в канализацию в случае переполнения в питательной коробке. В нижней части корпуса (1) кипятильника закреплен кронштейн (18) с болтом заземления, служащий для монтажа электропроводов. Монтаж проводов к клеммам ТЭНов производится согласно ПУЭ. Электрооборудование кипятильника состоит из электронагревателей, пускорегулирующего устройства (16), монтируемого отдельно, кабелей (20) и (21) и датчиков уровней, взаимодействие которых осуществляет работу кипятильника.
Пускорегулирующее устройство состоит из:
- магнитного пускателя типа ПАЕ-311;
- трансформатора для питания цепей автоматики и сигнализации;
- реле постоянного тока типа РKM-1, которое служит для включения и отключения магнитного пускателя, в зависимости от наличия воды в питательной коробке и сборнике кипятка;
- диодов VD, соединенных по схеме моста, служащих для выпрямления тока;
- резистора R3 (МЛТ-24 кОм), который ограничивает ток через трансформатор при максимальном уровне воды;
- предохранителя FU (ПК-30-1), осуществляющего защиту цепей автоматики и сигнализации от короткого замыкания;
- тумблера SA (ТП-1-2) для включения пускорегулирующего устройства;
- сигнальных ламп ТНО-2-2 (верхняя лампа свидетельствует о подаче питания на пускорегулирующее устройство, нижняя - о подаче питания на электронагреватели).
Работа пускорегулирующего устройства заключается в следующем (рис. 3.2).
 |
Рис. 3.2. Принципиальная электрическая схема управления
элементным водонагревателем типа КНЭ-100М |
При включении тумблера SA подается напряжение на первичную обмотку трансформатора ТV. Загорается верхняя сигнальная лампа HL1.
Если кипятильник без воды, то нет электрической цепи между датчиком SL1 и корпусом кипятильника. Реле KL, пускатель КМ и электронагреватели ЕК отключены.
Вода, поступающая в питательную коробку кипятильника, замыкает датчик SL1 на корпус кипятильника. Реле KL получает питание и своими контактами включает пускатель КM, который в свою очередь включает электронагреватели ЕК и нижнюю сигнальную лампу НL2. Одновременно через размыкающий блок-контакт пускателя КМ1.3 отключается датчик SL2. При повышении уровня воды до датчика SL2 состояние элементов электрической схемы не изменяется. Если уровень воды в сборнике кипятка повысился до датчика SL3, вода замыкает его на корпус. Катушка реле шунтируется цепью SL3 - вода-корпус. Ток через катушку реле уменьшается до величины, при которой реле отключается, разомкнув своими контактами катушку пускателя КМ1, который отключает электронагреватели EK. Кипение прекращается. Одновременно через размыкающий блок-контакт пускателя КМ1.3 подключается датчик SL2. Состояние элементов электросхемы не изменится, пока после отбора из сборника кипятка не оголится датчик SL2.
После этого работа схемы повторяется в вышеописанном порядке.
Работа кипятильника. Процесс приготовления кипятка в кипятильнике заключается в следующем: холодная вода из водопровода поступает в питательную коробку через клапан (22), степень открывания которого автоматически регулируется поплавком в зависимости от уровня воды в коробке и рабочего давления воды в водопроводе. Поплавок связан с запорным механизмом клапана посредством тяги. По мере заполнения питательной коробки и повышения в ней уровня воды поплавок всплывает и перекрывает отверстие резиновым клапаном. При понижении уровня воды в питательной коробке поплавок опускается, клапан открывается и начинается поступление воды в коробку.
Таким образом питательный клапан поддерживает в процессе работы кипятильника постоянный уровень воды в питательной коробке. Из питательной коробки вода по трубе (4) (рис. 3.1) поступает в резервуар приготовления кипятка, заполняет все пространство резервуара и поднимается в перекидную трубу.
Так как питательная коробка и перекидная труба являются сообщающимися сосудами, вода в них будет находиться на одном уровне. Это дает возможность регулировать степень заполнения перекидной трубы уровнем в питательной коробке. Поплавок клапана устанавливается с таким расчётом, чтобы закрывался при заполнении перекидной трубы водой на 70...80 мм от верхнего его края.
При закрытом клапане прекращается допуск воды в питательную коробку и дальнейший подъем уровня воды в перекидной трубе. Включением тумблера подается напряжение на пускорегулирующее устройство, которое включает ТЭНы. При этом происходит нагрев воды до кипения. ТЭНы не включаются до тех пор, пока датчик (8), находящийся в питательной коробке, не покроется водой. Образующиеся при кипении пузырьки пара устремляются вверх по перекидной трубе и увлекают за собой кипящую воду, которая переливается через край трубы в сборник кипятка. Переливание кипятка в сборник немедленно вызовет нарушение состояния равновесия воды в системе, вследствие чего вода из питательной коробки начинает поступать в резервуар для приготовления кипятка. Уровень воды в питательной коробке при этом понижается, поплавок, опускаясь, открывает клапан, и начинается поступление холодной воды в питательную коробку. При заполнении сборника кипятка до датчика уровня кипятка (11) (рис. 3.1) ТЭНы отключаются.
Накапливающийся в сборнике кипяток отбирается через кран непрерывно или периодически, в зависимости от потребности в нем, и при понижении уровня кипятка ниже датчика (10) ТЭНы снова включаются. В случае переполнения сборника кипятком (при выходе из строя датчика (11) уровня кипятка) излишек кипятка будет переливаться в питательную коробку. При неисправном питательном клапане или поплавковом устройстве излишек поступающей из водопровода в питательную коробку воды будет отводиться в сливную трубу.
Основные правила эксплуатации и техники безопасности при обслуживании элементных водонагревателей:
- корпус водонагревателя должен быть заземлён - в сети напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью для заземления корпус присоединяют к нулевому проводу сети;
- при отсутствии устройств для выравнивания потенциалов и защитно-отключающих устройств по току утечки водонагреватель к водопроводной сети необходимо присоединять через изоляционную вставку длиной не менее 1 м.
- запрещается включать в сеть водонагреватель, не заполненный водой, т.к. в этом случае из-за уменьшения теплоотдачи ТЭНы перегорают.
Все ёмкостные электроводонагреватели оборудуются терморегуляторами биметаллического, дилатометрического или манометрического типа и оснащаются аварийными термовыключателями, предохраняющими прибор от включения без воды, а также указателями объёма или уровня горячей воды в приборе.
Методика работы
Выполнить эскиз разреза водонагревателя, руководствуясь рис. 3.1 и аппаратом, установленным в лаборатории.
Для снятия кривой нагрева Т=f(t) водонагреватель заполнить водой, включить в сеть по схеме рис. 3.2. Так как процесс нагрева до температуры кипения происходит за короткое время (около 4 мин), показания приборов снимать через 1 мин, а температуру фиксировать при помощи терморегулятора, к которому подключен датчик температуры. Результаты опыта по нагреву воды оформить в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Результаты опыта по нагреву воды
| Время нагрева t, мин | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Температура Т, ºС | | | | | | |
По построенной зависимости Т=f(t) определить постоянную нагрева.
По показаниям вольтметра и амперметра определить мощность водонагревателя, Вт:
где U - напряжение сети, В;
I - сила тока в фазе, А.
Рассчитать производительность водонагревателя, л/ч:
где V - объём вскипяченной воды, л. Объём определяется опытным путём по размерам сборника кипятка 7 (рис. 3.1);
τ - время кипячения воды, с.
При проверочном расчёте по известным размерам водонагревателя (рис. 4.1) и нагревателей, производительности, начальной и конечной температуре воды определить мощность и температуру нагревателей.
Мощность определяют по формуле, кВт:
где Q - производительность водонагревателя, л/ч;
с = 4,19 - удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·ºС);
τ - время кипячения, с.
Рассчитать удельный расход электроэнергии, кВт·ч/(л·ºС), на нагрев воды:
где Р - мощность водонагревателя, Вт;
τ - время нагрева воды, с;
V - объём вскипяченной воду, л;
Тн и Тк - температура воды, соответственно, в начале и в конце нагрева, ºС.
Рассчитать коэффициент полезного действия водонагревателя, %;
где ρ = 1000 кг/м³ - плотность воды.
Содержание отчёта
- Эскизный разрез водонагревателя (рис. 3.1).
- Принципиальная электрическая схема управления элементным водонагревателем (рис. 3.2).
- График кривой нагрева Т = f(t).
- Проверочный расчет элементного водонагревателя.
- Выводы.
Контрольные вопросы
- Достоинства и недостатки элементных водонагревателей.
- Области использования элементных водонагревателей.
- Расскажите об устройстве и принципе действия аккумуляционного водонагревателя.
- Перечислите основные правила техники безопасности при использовании элементных водонагревателей и особенности их эксплуатации.
- Где устанавливаются датчики контроля температуры воды в системе поения?
- Перечислите сельскохозяйственные технологические процессы, выполнение которых связано с использованием электроводонагревателей.
- Каковы преимущества электроводонагревателей перед огневыми водонагревателями?
- В каких режимах могут работать электроводонагреватели?
- Чем отличаются электродные водонагреватели от элементных?
- В каком случае применяют элементные емкостные и проточные водонагреватели? Перечислите их типы.
- Какие входные сигналы используются в схемах автоматизации электроводонагревателей?
- Каким образом рассчитывают изолирующие вставки на трубопроводах воды к электроводонагревателям?
Приложение 3
Таблица 1
Электроводонагреватели накопительные, проточные
| Марка | Мощность,
кВт | Напряжение,
В | Объём,
л | Габарит,
мм | Масса,
кг |
|---|
| РОССИЯ |
|---|
| ЭВАН-10/1,6 | 1,6 | 220 | 10 | 260×200×520 | 10 |
| ЭВАД-50/1,6 | 1,6 | 220 | 50 | 365×390×900 | 23 |
| ЭВАД-80/1,6 | 1,6 | 220 | 80 | 365×390×1300 | 32 |
| БЫТ | 1 | 220 | 15 | 500×500×120 | 8 |
| ЭВАН-10 | 1,25 | ~220;50Гц | 10 | 520×270×250 | 10 |
| ЭВАН-25 | 1,25 | ~220;50Гц | 25 | 695×400×300 | 20 |
| ЭВАН-35 | 1,25 | ~220;50Гц | 35 | 825×400×380 | 26 |
| ЭВАН-50 | 1,25 | ~220;50Гц | 50 | 920×450×400 | 30 |
| ЭВН-М-200 | 6,0 | ~380;50Гц | 200 | 1500×600 | 105 |
| САОС-200 | 2,5 | ~380;50Гц | 200 | 1400×752 | 85 |
| ЭВА-20 | 2,5 | ~220;50Гц | 20 | 325×800 | 21 |
| ЭВА-50 | 1,6 | ~220;50Гц | 50 | 400×800 | 35 |
| ЭВА-100 | 1,6 | ~220;50Гц | 100 | 500×800 | 52 |
| ЭВА-450 | 15,0 | ~380;50Гц | 450 | 2000×680 | 125 |
| Тамбукан-38 | 1,0 | ~220;50Гц | 38 | 890×350 | |
| ЭВО-15 | 5/10/15 | ~380;50Гц | - | 500×360×320 | 15 |
| ЭВО-9 | 3/6/9 | ~380;50Гц | - | 500×360×320 | 15 |
| ЭВО-4,8 | 1,6/3,2/4,8 | ~380;50Гц | - | 500×360×320 | 15 |
| ЭПВЗ-15 | 15 | ~380;50Гц | - | 315×255×485 | 15 |
| ПЭВН-3,5-02 | 3,5 | ~220;50Гц | - | 203×258×60 | 2,2 |
| ПЭВН-3,5-5,0 | 5 | ~220;50Гц | - | 206×317×70 | |
| ВЭП-4 | 4 | ~220;50Гц | - | 240×220×475 | 12 |
| ВЭП-6 | 6 | ~380;50Гц | - | 293×260×600 | 18 |
| ВЭП-9 | 9 | ~380;50Гц | - | 293×260×600 | 18 |
| ВЭП-12 | 12 | ~380;50Гц | - | 293×260×600 | 18 |
| ВЭП-15 | 15 | ~380;50Гц | - | 293×260×600 | 118 |
| ГЕРМАНИЯ (STIEBEL ELEKTRON) |
|---|
| DHA 12 | 6/12 | ~220;50Гц | - | 370×220×150 | 10 |
| DHA 15 | 7,5/15 | ~220;50Гц | - | 370×220×150 | 10 |
| DHA 4-12 | 4/6/8/12 | ~220;50Гц | - | 370×220×150 | 10 |
| DHF 12 | 6/12 | ~380;50Гц | - | 200×154×470 | 5 |
| DHF 18 | 9/18 | ~380;50Гц | - | 200×154×470 | 5 |
| DHF 21 | 10,5/21 | ~380;50Гц | - | 200×154×470 | 5 |
| DHF 24 | 12/24 | ~380;50Гц | - | 200×154×470 | 5 |
| DHF 27 | 13,5/27 | ~380;50Гц | - | 200×154×470 | 5 |
| DHC 3 | 3 | ~220;50Гц | - | 325×170×110 | 2 |
| DHC 6 | 6 | ~220;50Гц | - | 325×170×110 | 2,4 |
| DHC 8 | 8 | ~220;50Гц | - | 325×170×110 | 2,4 |
| DHE 18 | 18 | ~380;50Гц | - | 225×121×470 | 5 |
| DHE 21 | 21 | ~380;50Гц | - | 225×121×470 | 5 |
| DHE 24 | 24 | ~380;50Гц | - | 225×121×470 | 5 |
| DHE 27 | 27 | ~380;50Гц | - | 225×121×470 | 5 |
| ИЗРАИЛЬ (ATMOR) |
|---|
| Platinum-5 | 2/3/5 | ~220;50Гц | - | 300×200×100 | 3 |
| NEW-5 | 2/3/5 | ~220;50Гц | - | 280×180×100 | 3 |
| New-7 | 3/4/7 | ~380;50Гц | - | 280×180×100 | 3 |
| Optima-5 | 2/3/5 | ~220;50Гц | - | 280×190×100 | 3 |
| Optima-7 | 3/4/7 | ~380;50Гц | - | 280×190×100 | 3 |
| Inline-5 | 2/3/5 | ~220;50Гц | - | 280×180×100 | 3 |
| Inline-7 | 3/4/7 | ~380;50Гц | - | 280×180×100 | 3 |
| АНГЛИЯ (OMEGA, REDRING) |
|---|
| OMEGA-3,5 | 3,5 | ~220;50Гц | - | 295×165×105 | 2,6 |
| OMEGA-5 | 2,5/5 | ~220;50Гц | - | 295×165×105 | 2,6 |
| OMEGA-7 | 3,5/7 | ~220;50Гц | - | 295×165×105 | 2,8 |
| Autosensor | 3 | ~220;50Гц | - | 259×124×90 | 1,5 |
| Advantage | 5/7 | ~220;50Гц | - | 302×190×92 | 4,2 |
| California | 3/5/7 | ~220;50Гц | - | 280×164×90 | 2,4 |
| Plus Extra | 5/7 | ~220;50Гц | - | 302×190×92 | 2,7 |
ИТАЛИЯ (THERMEX) |
| GP 10 S | 1,2 | ~220;50Гц | 10 | 520×270×250 | 15 |
| GP 10 SS | 1,2 | ~220;50Гц | 10 | 520×270×250 | 15 |
| GP 15 S | 1,2 | ~220;50Гц | 15 | 620×280×250 | 23 |
| GP 30 S | 1,2 | ~220;50Гц | 30 | 820×320×250 | 27 |
| GP 50 S | 1,2 | ~220;50Гц | 50 | 920×400×250 | 30 |
| GP 100 S | 1,5 | ~220;50Гц | 100 | 1200×470×250 | 45 |
Таблица 2
Электрокотлы элементные
| Марка | Производи-
тельность | Потреб-
ляемая мощность,
кВт | Рабочее давление,
МПа | Напря-
жение,
В | Объём воды,
л |
|---|
| РОССИЯ |
|---|
| ВЭО-4 | - | 4 | 0,4 | ~220;50Гц | 12,5 |
| ВЭО-6 | 4700 ккал/час | 6 | 0,4 | ~380;50Гц | 12,5 |
| ВЭО-9 | 7396 ккал/час | 9,45 | 0,4 | ~380;50Гц | 12,5 |
| ВЭО-12 | 9400 ккал/час | 12 | 0,4 | ~380;50Гц | 12,5 |
| ВЭО-15 | 11740 ккал/час | 15 | 0,4 | ~380;50Гц | 12,5 |
| ЭВН-12 | 160 л/час | 12 | до 0,4 | ~380;50Гц | 150 |
| ЭВН-27-2500-20 | По требованию заказчика | 27 | до 0,4 | ~380;50Гц | 2500 |
| ЭВН-22,5 | 130 (275) л/час | 10,5 (22,5) | до 0,4 | ~380;50Гц | 350 |
| ЭВН-21-150-02 | По требованию заказчика | 21 | 0,2 | ~380;50Гц | 1500 |
| ЭВН-8 | 0,0055 Гкал/час | 7,5 | 0,2 | ~380;50Гц | 30 |
| ЭВН-12 | 0,0088 Гкал/час | 12 | 0,2 | ~380;50Гц | 30 |
| ЭВН-16 | 0,0115 Гкал/час | 14,5 | 0,2 | ~380;50Гц | 30 |
| ЭВН-24 | 0,0145 Гкал/час | 21 | 0,2 | ~380;50Гц | 30 |
| ЭВН-26 | 0,018 Гкал/час | 26 | 0,2 | ~380;50Гц | 40 |
| ЭВН-30 | 0,021 Гкал/час | 30 | 0,2 | ~380;50Гц | 40 |
| ЭВН-48 | 0,033 Гкал/час | 48 | 0,6 | ~380;50Гц | 85 |
| ЭПВ-30 | 300 л/час | 30 | 0,07 | ~380;50Гц | 400 |
| ПВ-1 | 0,0027 Гкал/час | 3,75 | 0,2 | ~380;50Гц | 5 |
| ЭВНБ-30 | 0,025 Гкал/час | 30 | до 0,6 | ~380;50Гц | 39 |
| РТ-203 | - | - | 0,25 | ~380;50Гц | 9 |
| РТ-206 | - | 2-4-6 | 0,25 | ~380;50Гц | 12 |
| РТ-212 | - | 6-9-12 | 0,25 | ~380;50Гц | 22 |
| РТ-218 | - | 6-12-18 | 0,25 | ~380;50Гц | 22 |
| РТ-221 | - | 9-12-21 | 0,25 | ~380;50Гц | 22 |
| РТ-236 | - | 12-24-36 | 0,25 | ~380;50Гц | 30 |
| РТ-270 | - | 24-48-72 | 0,25 | ~380;50Гц | 60 |
| РТ-2100 | - | 33-36-100 | 0,25 | ~380;50Гц | 60 |
| ЭПЗ‑250И3 | 8,75 м³/ч | 2550 | 0,2 | ~380;50Гц | 135 |
| ЭПЗ‑400И3 | 14 м³/ч | 400 | 0,2 | ~380;50Гц | 179 |
| ЭПЗ-60И6 | 2 м³/ч | 60 | 0,2 | ~380;50Гц | 93 |
| ЭПЗ-100И2 | 3,5 м³/ч | 100 | 0,2 | ~380;50Гц | 80 |
| ЭПЗ-100И6 | 4,2 м³/ч | 100 | 0,2 | ~380;50Гц | 115 |
| ГЕРМАНИЯ (STIEBEL ELEKTRON) |
|---|
| DHZ 15 | 0,0145 Гкал/час | 15 | 0,6 | ~380;50Гц | 50/100/250 |
| DHED 24 | 0,018 Гкал/час | 24 | 0,6 | ~380;50Гц | 50/100 |
| DHED 42 | 0,031 Гкал/час | 42 | 0,6 | ~380;50Гц | 50/100 |
| DHED 48 | 0,039 Гкал/час | 48 | 0,6 | ~380;50Гц | 50/100 |
Э - электрический;
В - водонагреватель;
Н - накопительный;
Б - бытовой;
О - отопительный;
П - подогреватель.
|
