V005276 Дипломная работа Разработка программы и испытание экспериментального образца аппарата подогрева зерна на основе МКЭ

Реферат

Объем данной бакалаврской работы составляет 52 листа пояснительной записки. Пояснительная записка содержит 12 таблиц, 10 рисунков, 15 источников литературы. Выпускная квалификационная работа содержит 4 раздела.

Ключевые слова выпускной квалификационной работы: многоэлектродный композиционный электробогреватель, аппарат подогрева зерна, электрическая принципиальная схема.

Основными разделами являются: разработка программы и проведение испытаний опытного образца ЭАПЗ.

Данная работа включает в себя рассмотрение существующих методов и средств в области технологий и технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности, обоснование выбора МКЭ в качестве основного способа подогрева зернового материала, описание режимов работы системы управления ЭАПЗ. После чего проведение анализа полученных результатов и оценки экономической себестоимости полученной установки.

Бакалаврская работа является академической

Содержание

Содержание 3

Введение 4

1. Обзор существующих методов и средств в области технологий и технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности……………………………………………………………….. 6

1.1 Общие сведения 6

1.2 Анализ существующих технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности………………………………….9

2.Экспериментальные исследования разработанного аппарата подогрева зерна (ЭАПЗ) с использованием многоэлектродных композиционных электрообогревателей (МКЭ) ………………………………12

2.1 Общие сведения о экспериментальном образце ЭАПЗ ……………12

2.2 Разработка программы для испытания аппарата подогрева зерна 17

2.3  Практическое испытание ЭАПЗ 42

          2.3.1 Проведение испытаний………………………................................. 42

3. Экономика 47

4. Охрана труда 51

4.1 Описание технологического процесса подогрева зерна 51

4.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов, воздействующих при эксплуатации ЭАПЗ. 51

4.3 Электробезопасность 52

4.4 Расчет тока утечки МКЭ 52

4.5 Расчет защитного заземления 52

Заключение 56

Список литературы………………………………………………………………57

Введение

Переход  сельского хозяйства на работу в рыночных условиях с учетом вхождения России во всемирную торговую организацию (ВТО) и острой конкуренции в условиях мирового кризиса предусматривает снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП), разработку нормативов на энергетическую эффективность основных видов энергопотребляющего оборудования, введение гибкой политики на энергоносители, государственную поддержку организационных и технических мероприятий, обеспечивающих наибольший эффект при наименьших затратах.  Из за увеличения спроса на экологически чистые продукты питания и одновременным ростом энергоматериальных затрат на производство сельскохозяйственной продукции особую значимость приобретают разработка и применение энергоэффективных технологий и технических средств глубокой переработки продукции агропромышленного комплекса (АПК).

Для успешного функционирования ЭАПЗ необходим  алгоритм управления системой автоматического регулирования (САР) процессом подогрева зерна.

Основным параметром, определяющим функциональное назначение ЭАПЗ, является заданная температура подогретого зерна на выходе. Ранее выполненные исследования позволяют систематизировать основные положения технического задания на проектирование ЭАПЗ [1-5].

Исследования в области автоматического управления процессами сушки и подогрева зерна позволяют определить наиболее рациональный и энергоэффективный способ регулирования [3, 6, 7, 8].

Целью ВКР является разработка программы и испытание экспериментального образца аппарата подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнение системно-аналитического анализа существующих устройств подогрева зерна

- изготовить и испытать образец многоэлектродного композиционного электрообогревателя;

- проведение экспериментальных исследований разработанного электрического аппарата подогрева зерна (ЭАПЗ);

-  проверка разработанной системы подогрева зерна;

- выполнение необходимых расчетов по охране труда и экономической эффективности разработки.

1. Обзор существующих методов и средств в области технологий и технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности

1.1 Общие сведения

В настоящих условиях нехватки и высокой цены энергоносителя всё сильнее проблема создания энергоэффективных технологий и технических средств сушки и подогрева зерна. Решить данную проблему можно выбором рационального метода подогрева, типа аппарата, а также гидродинамического и теплового режима работы.

Не полностью разработанным к настоящему времени остается вопрос создания энергоэффективных технологий и технических средств предварительного подогрева зерна на зерноперерабатывающих предприятиях АПК. Поэтому предлагается использование электрического аппарата подогрева зерна (ЭАПЗ)  на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей.

Основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна:

- обеспечить высокотехнологический низкотемпературный подогрев зерна, позволяющего снизить материалоемкость и эксплуатационные затраты, а также повысить к.п.д. устройств и установок;

-   обеспечить надежность СУ, позволяющей в автоматическом режиме контролировать параметры технологического процесса подогрева;

- выполнение условий электро-, пожаробезопасности, надежности функционирования устройства;

- обеспечение энергоэффективности и экономической целесообразности применения новых устройств, позволяющих снизить приведенные энергетические затраты;

- разработка устройств и установок, для обеспечения надежного и эффективного подогрева зерна для фермерских хозяйств, удаленных от центрального теплоснабжения.

Основоположниками современных теоретических, методических, экспериментальных и эксплуатационных направлений по изучению технологических процессов сушки и подогрева зерна являются Лыков А.В., Соколов А.Я., Гинзбург А.С., Глебов Л.А., Демский А.Б., Жидко В.М. и др.[1–13].

Системы и устройства подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности имеют много схожих принципов с технологией сушки зерна, но так же имеются существенные отличия, по которым эти устройства образуют свою категорию технических средств. В таблице 1.1 приведены характеристики зерносушилок и устройств подогрева зерна, имеющие общие и отличительные характеристики.

Из приведенных данных в таблице 1.1 при разработке способов и устройств подогрева зерна можно воспользоваться только принципиальными моментами, характерными для организации технологического процесса. [14].

Таблица 1.1 – Сравнительные характеристики зерносушилок и устройств     подогрева зерна

№  п/п Характеристики,

параметры Зерносушилки Подогреватели

зерна

1 Диапазон рабочих температур, °С 10÷60 –5÷15

2 Агент сушки,

подогрева нагретый воздух, токи высокой частоты Перегретый пар,

нагретый воздух

3 Способ сушки,

подогрева конвективный, кондуктивный, вакуумный, радиационный, инфракрасный контактный,

конвективный,

радиационный

4 Конструкция шахтные, барабанные, пневмотрубные, специальные Шахтные,

шнековые

1.2 Анализ существующих технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности

Выполненный анализ существующих способов обогрева поверхностей по отношению к техническому заданию по разработке устройства обогрева поверхности погрузочного желоба выявил их следующие недостатки:

– низкую защищенность от механических воздействий;

– низкий уровень электробезопасности.

Наиболее подходящим по требуемым характеристикам является электрообогреватель пластинчатого типа на основе электропроводящих композиционных материалов.

Электрообогреватель состоит из двух основных частей: резистивного элемента и изоляционного слоя. На поверхности или внутри резистивного элемента располагаются электроды, соединенные с токоподводящими проводами. Даже при перегорании нескольких электродов внутри МКЭ, он продолжает работу. Выявляется небольшое падение температуры на этом участке, но, в целом, это никак не влияет на свойства электрообогревателя. К тому же резиновый изоляционный создает защиту электропроводящего слоя от внешних воздействий. В целом данный обогреватель представляет собой резиновый коврик. МКЭ при эксплуатации должен выдерживать воздействие климатических факторов внешней среды, указанные в Таблице 1.1.

Таблица 1.2 – Воздействие внешних факторов на МКЭ

Фактор внешней среды Среднее значение параметра Предельные значения

Температура окружающей среды от + 40°С до - 40°С Верхнее + 45°С

Нижнее - 50°С

Относительная влажность воздуха Не более 75 % при 15°С 100% при 25°С

МКЭ могут эксплуатироваться во взрывоопасных помещениях, с агрессивной средой (за исключением сред, включающих нефтепродукты), в условиях токопроводящей пыли.

МКЭ относятся к классу защиты от поражения электротоком – 0.

Преимущества МКЭ:

– высокая теплостойкость;

– высокая химическая стойкость;

– высокие диэлектрические свойства;

– стойкость к атмосферному и тепловому старению;

– низкая газо- и влагопроницаемость;

– высокая стойкость к внешним воздействиям.

Но существенным недостатком данного электрообогревателя является то, что для его производства необходим высококвалифицированный персонал.

Для установления взаимосвязи электро-, теплофизических и эксплуатационных параметров аппарата ЭАПЗ используем уравнение теплового баланса:

        (1.1)

где: PA - электрическая мощность ЭАПЗ;

QА - полезная тепловая мощность, идущая на подогрев зерна;

Qпот - потери тепловой мощности, обусловленные потерей тепла через стенки аппарата.

Тепловая мощность QА, создаваемая многоэлектродными композиционными электрообогревателями, распределяется на два тепловых потока, обусловленных теплопроводностью QТ и излучением QИ [6]. С другой стороны, суммарная тепловая мощность ∑Q = QТ + QИ + Qпот может быть найдена через удельную проводимость композиционного материала γ [15]:

       (1.2)

где UН - номинальное напряжение питания МКЭ, В ;

KЭ - коэффициент электропроводности МКЭ, имеющий размерность длины, так как KЭ = GЭ / γ;

GЭ - электрическая проводимость МКЭ, См.

Для расчета вышеназванных электрофизических параметров, рассмотрим конструкцию МКЭ (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Конструкция МКЭ, где 1 – электрообогреватель МКЭ; 2 – изоляционный слой; 3 – электропроводящий слой; 4 – электроды; 5 – токоподводы; B, L, H, h, ℓ, d1, d2, t, а – геометрические размеры МКЭ

Определив Gэ на основе анализа структуры электрического поля в проводящей квазиоднородной среде полимерного материала с учетом методики изложенной в  и с учетом , находим γ по формуле:

По найденным значениям PA, ∑Q с учетом формулы , рассчитываем значения γ при заданных конструктивных размерах МКЭ.

2.  Экспериментальные исследования разработанного аппарата подогрева зерна (ЭАПЗ) с использованием многоэлектродных композиционных электрообогревателей (МКЭ)

2.1 Общие сведения о экспериментальном образце ЭАПЗ

Экспериментальный образец ЭАПЗ состоит из нескольких основных блоков: корпуса аппарата шахтного типа, шкафа управления ШУ, выпускного устройства (рисунок 3.1). В корпусе ЭАПЗ расположены три нагревательные секции с МКЭ (EK1, EK2, EK3), сигнализатор уровня мембранный СУМ-1 (SL1), сигнализатор движения РДД-02 (A1), шесть термопреобразователей сопротивления ДТС045 (RK). Шкаф управления включает цепи управления и защиты, а также все элементы системы управления. Выпускное устройство включает дозатор – распределитель, реечную задвижку и шнек. В корпусе привода дозатора - распределителя расположен датчик контроля скорости ДКС-М30-81У-1252-ЛА.02. (SR1), а в корпусе шнека - сигнализатор уровня мембранный СУМ-1 (SL2).

Электрооборудование системы обогрева зерна питается от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В. Основным электрооборудованием ЭАПЗ являются: двигатель привода дозатора - распределителя, двигатель шнека, двигатель реечной задвижки, нагревательные секции МКЭ.

Питание двигателей трехфазное напряжением 380 В, питание одной нагревательной секции однофазное напряжением 220 В. Общая установленная мощность двигателей и нагревательных секций ЭАПЗ – 9 кВт.

Техническая характеристика экспериментального аппарата приведена в Таблице 2.1.

Таблица 2.1.

№

п/п Техническая характеристика Параметр

1 Установленная электрическая мощность Р, кВт 9,4

2 Установленная мощность технологических устройств (шнеки, вентиляторы и т.п.), кВт 2,3

3 Температура нагревательного элемента Тэ,ºС 80

4 Потребляемая мощность цепей управления, кВт 0,1

5 Габаритные размеры, мм 3000х1220х760

6 Масса (без зерна), кг 950

7 Масса (с полной загрузкой зерном), кг 2200

На рисунках 2.1, 2.2, 2.4. представлены фотографии: общего вида конструкции ЭАПЗ, щита управления с мотор – редуктором дозатором-распределителем и расположения электрообогревателя МКЭ в кассете ЭАПЗ, а на рисунке 4.3. схема компоновки щита управления ЭАПЗ.