Электрические нагреватели для отопления вагонов, страница 7

Мощность, потребляемая ЭН из сети, в номинальном режиме работы

                                                                ( 28 )     

 где   - КПД нагревательного прибора.

Сопротивление нагретой спирали ЭН в номинальном режиме может быть определено как

R=(U_H) ²/P_с                  ( 29 )

или как                                                    ( 30 )

 где    Р_с - мощность, Вт;

р₀ - удельное сопротивление материала спирали при условной температуре (20 °С), Ом м;

l - длина проволоки или ленты спирали, м;

а - температурный коэффициент сопротивления материала спирали, К^-1;

 - превышение рабочей температуры спирали над условной, для которой берегся значение р₀;

S_c - площадь поперечного сечения спирали, м².

Для передачи тепла температура нагревателя должна быть выше температуры нагреваемой среды. Чем больше этот перепад, тем большая мощность передается единицей поверхности нагревателя, тем интенсивнее идет нагрев. Однако одним из факторов, ограничивающих величину перепада, является предельно допустимая рабочая температура материала, из которого изготовлена спираль. Значения этих температур и удельные сопротивления для различных материалов приведены в методических указаниях 14/7/3 таблице 7, приложение 1.

При расчете пользуются допустимой удельной поверхностной мощностью нагревателя, значение которой выбирается как

        ( 31 )

где    w_уд.эф ,- эффективная удельная мощность нагревателя в зависимости от температуры нагреваемой среды, Вт/м²;

к _{эф. изл} - коэффициент эффективности излучения;

к_ср    - коэффициент учета влияния среды.

Значения составляющих, входящих в уравнение (31), приведены   в методических указаниях 14/7/3 таблицах 8-10, приложение 1.

Совместная запись уравнений (3)-(4) и (29)-(30) применительно к материалу круглого сечения позволяет составить систему уравнений

  

на основании которой определяется длина            ( 32 )

и диаметр                                                 ( 33 )

проволоки, необходимой для изготовления спирали нагревателя. С учетом полученных результатов выбирается проволока стандартного сечения, диаметр которой наиболее близок к расчетному сечению. После этого для выбранного диаметра нужно провести поверочный расчет и убедиться, что действительное значение удельной поверхностной мощности не превышает допустимое.

При установлении размеров спирального проволочного нагревателя нужно руководствоваться следующими рекомендациями

1)спираль навивается на оправку, диаметр которой превышает диаметр проволоки в 7-10 раз;

2)шаг витков спирали должен быть не менее двух диаметров проволоки;

3)реальное количество витков спирали увеличивается на 20 относительно расчетного для присоединения к выводным шпилькам.

         ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОТОПЛЕНИЕ

Расход электроэнергии, необходимой для отопления, целесообразно определять, опираясь на потребную полезную мощность Р_эн нагревательных элементов. Применительно к вагону расчетами ВНИИЖТ установлено, что мощность, необходимая для его отопления, имея наибольшее значение при расчетной наружной температуре t_н.р., линейно изменяется при ее повышении, равняясь нулю при t_н=15°С. В этом случае расход электроэнергии на отопление движущегося вагона составит, кВт

                            А_эод =Р_эн Т_д к_т,       ( 34 )

где    Т_д - время нахождения вагона в движении/!;

к_т - коэффициент, учитывающий изменение потребной полезной мощности на отопление при снижении наружной температуры.

При линейной зависимости P_3H=f(t_H )

K_т=(t_в-t_н.ср)/(t_в-t_н.р ),  ( 35 )

где    t_н.ри t_в- расчетная наружная температура  и температура внутри вагона, с учетом которых определено значение Р_эн;

t_н.ср - средняя температура наружного воздуха за расчетный период.

Поскольку значение Р_эн для отопления вагона ложится в основу выбора нагревательных элементов, то находят эту мощность для самых низких температур наружного воздуха. Естественно, что при определении расхода энергии для t_H=t_Н.Р  коэффициент к_т = 1.

При содержании вагона в отстое необходимая для его отопления мощность Р_эоо расходуется лишь на компенсацию тепловых потерь (Р_п.в) через ограждающие конструкции и потерь (Р_ф.) от инфильтрации воздуха через неплотности кузова. Расчет названных составляющих по уравнениям (3) и (4) ведется с учетом того, что к=1,09 Вт/м²К, а к_ф=0,1. Температура внутри вагона принимается равной 8-10 °С.

Расход электроэнергии на отопление вагона в отстое, кВтч,
                                А_э.о.о =Р_эн.о Т_о к_т                                                                                                    ( 36 )

Коэффициент к_т здесь тот же, что и в уравнении (34) Значение мощности Р_эн.о так же, как и Р_эн, должно быть определено для самой низкой температуры.

С учетом уравнений (34)-(36) расход электроэнергии на отопление поезда из N_B вагонов определится как 

                        ( 37 )

где - КПД системы отопления (можно принять равным 0,95-0,98). Стоимость же израсходованной на отопление электроэнергии составит

                            С=сА_э.о,                  ( 38 )

где    с - средняя стоимость 1 кВт ч электроэнергии.

Разработка структурных и принципиальных электрических схем отопления.

Составим две принципиальные схемы: 1) схему силовых цепей; 2) схему цепей управления. Силовая схема (рисунок 4) отражает порядок соединения нагревательных элементов с источником питания, включая используемые для этих целей коммутационную и защитную аппаратуру. В перечень коммутационных аппаратов входит: высоковольтные ( до 3000В ) разъединители, переключатели и контакторы, низковольтные ( 220/380В) контакторы, магнитные пускатели, реле. К защитной аппаратуре относятся: высоковольтные и низковольтные предохранители, дифференциальные реле, автовыключатели.