Меню

Температура поверхности 50 градусов мощность

Рабочая температура электродвигателя

Рабочая температура электродвигателя (в дальнейшем ЭД) определяется в первую очередь классом нагревостойкости изоляции обмоток. И её контроль очень важен. При перегреве электродвигатель может быть повреждён.

Классы нагревостойкости изоляции обмоток

Обмотки – наименее устойчивая к нагреву часть конструкции электродвигателя. Поэтому предел рабочей температуры всего устройства определяется именно температурой, при которой они перегорают.

Выделяют следующие классы нагревостойкости изоляции обмоток:

  • У (максимальная температура – 90 градусов Цельсия). Обмотки выполняются из бумаги или натуральных тканей без дополнительной изоляционной пропитки;
  • А (максимальная температура – 105 градусов Цельсия). Обмотки бумажные или из натуральных тканей с дополнительной изоляционной пропиткой;
  • Е (максимальная температура – 120 градусов Цельсия). Обмотки из органической плёнки синтетического происхождения;
  • B (максимальная температура – 130 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов;
  • F (максимальная температура – 155 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с синтетической связующей пропиткой;
  • H (максимальная температура – 180 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с кремнийорганической связующей пропиткой;
  • С (максимальная температура от 180 градусов Цельсия). Обмотки из термоустойчивых материалов с неорганической связующей пропиткой или без неё.

Если рабочая температура асинхронного двигателя слишком мала, то перевести его на более высокий класс нагревостойкости можно лишь при капитальном ремонте с заменой обмоток.

Рабочая температура подшипников электродвигателей

Кроме обмоток, к температурным условиям работы также очень чувствительны и подшипники электродвигателя. Установленные нормы нагрева следующие:

  • Подшипники качения – 95-100 градусов Цельсия;
  • Подшипники скольжения – 80-85 градусов Цельсия;
  • Стальные детали коллектора и контактных колец – 105-110 градусов Цельсия.

При достижении критических значений температуры подшипника необходимо либо уменьшить нагрузку на используемый ЭД, либо организовать систему охлаждения.

Температурный режим эксплуатации электродвигателей

Нормальные значения температуры внешней среды, при которых электродвигатель работает с номинальной мощностью, определяются климатическим исполнением ЭД. Так, машины с исполнением У1 и ХЛ1 предназначены для эксплуатации при температуре внешней среды до +40 градусов Цельсия, У3 и Т2 – до +45 градусов Цельсия, Т1 – до +50 градусов Цельсия. Если температура внешней среды превышает данный параметр и организовать охлаждение не получится, то необходимо снизить нагрузку на используемый электродвигатель.

Для контроля за температурным режимом следует отслеживать напряжение в питающей сети. При его снижении до 95% от номинального и ниже на ЭД подаётся повышенный ток, что приводит к перегреву устройства. Аналогичное явление наблюдается и при повышении напряжения до 110% и выше от номинального, поскольку вихревые потоки приводят к нагреву статора.

Согласно статистике, срок службы изоляции при повышении температуры на 8 градусов выше допустимой нормы вдвое снижает её эксплуатационный период. Поэтому, для сохранения работоспособности машины, стоит выяснить допустимую рабочую температуру, не допускать перегрева и превышения (либо снижения) токовых нагрузок.

Источник



О тепловой энергии простым языком!

Человечеству известно немного видов энергии – механическая энергия (кинетическая и потенциальная), внутренняя энергия (тепловая), энергия полей (гравитационная, электромагнитная и ядерная), химическая. Отдельно стоит выделить энергию взрыва,…

…энергию вакуума и еще существующую только в теории – темную энергию. В этой статье, первой в рубрике «Теплотехника», я попытаюсь на простом и доступном языке, используя практический пример, рассказать о важнейшем виде энергии в жизни людей — о тепловой энергии и о рождающей ее во времени тепловой мощности.

Несколько слов для понимания места теплотехники, как раздела науки о получении, передаче и применении тепловой энергии. Современная теплотехника выделилась из общей термодинамики, которая в свою очередь является одним из разделов физики. Термодинамика – это дословно «теплый» плюс «силовой». Таким образом, термодинамика – это наука об «изменении температуры» системы.

Воздействие на систему извне, при котором изменяется ее внутренняя энергия, может являться результатом теплообмена. Тепловая энергия, которая приобретается или теряется системой в результате такого взаимодействия с окружающей средой, называется количеством теплоты и измеряется в системе СИ в Джоулях.

Если вы не инженер-теплотехник, и ежедневно не занимаетесь теплотехническими вопросами, то вам, столкнувшись с ними, иногда без опыта бывает очень трудно быстро в них разобраться. Трудно без наличия опыта представить даже размерность искомых значений количества теплоты и тепловой мощности. Сколько Джоулей энергии необходимо чтобы нагреть 1000 метров кубических воздуха от температуры -37˚С до +18˚С. Какая нужна мощность источника тепла, чтобы сделать это за 1 час. На эти не самые сложные вопросы способны сегодня ответить «сходу» далеко не все инженеры. Иногда специалисты даже помнят формулы, но применить их на практике могут лишь единицы!

Прочитав до конца эту статью, вы сможете легко решать реальные производственные и бытовые задачи, связанные с нагревом и охлаждением различных материалов. Понимание физической сути процессов теплопередачи и знание простых основных формул – это главные блоки в фундаменте знаний по теплотехнике!

Количество теплоты при различных физических процессах.

Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при постоянной температуре (при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.

Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q, подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.

1. Твердое тело, имеющее температуру T1, нагреваем до температуры Tпл, затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1.

Читайте также:  Мощность двигателя танка т72

2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2—Q1.

3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп, затрачивая на это количество теплоты равное Q3— Q2.

4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4— Q3.

5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2. При этом затраты количества теплоты составят Q5— Q4. (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)

Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5, переводя вещество через три агрегатных состояния.

Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5, пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до температуры Т1. Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.

Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.

Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.

Главные формулы теплопередачи.

Формулы очень просты.

Количество теплоты Q в Дж рассчитывается по формулам:

1. Со стороны потребления тепла, то есть со стороны нагрузки:

1.1. При нагревании (охлаждении):

m – масса вещества в кг

с – удельная теплоемкость вещества в Дж/(кг*К)

1.2. При плавлении (замерзании):

λ – удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг

1.3. При кипении, испарении (конденсации):

r – удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг

2. Со стороны производства тепла, то есть со стороны источника:

2.1. При сгорании топлива:

q – удельная теплота сгорания топлива в Дж/кг

2.2. При превращении электроэнергии в тепловую энергию (закон Джоуля — Ленца):

I – действующее значение тока в А

U – действующее значение напряжения в В

R – сопротивление нагрузки в Ом

Делаем вывод – количество теплоты прямо пропорционально массе вещества при всех фазовых превращениях и при нагреве дополнительно прямо пропорционально разности температур. Коэффициенты пропорциональности ( c, λ , r , q ) для каждого вещества имеют свои значения и определены опытным путем (берутся из справочников).

Тепловая мощность N в Вт – это количество теплоты переданное системе за определенное время:

Чем быстрее мы хотим нагреть тело до определенной температуры, тем большей мощности должен быть источник тепловой энергии – все логично.

Расчет в Excel прикладной задачи.

В жизни бывает часто необходимо сделать быстрый оценочный расчет, чтобы понять – имеет ли смысл продолжать изучение темы, делая проект и развернутые точные трудоемкие расчеты. Сделав за несколько минут расчет даже с точностью ±30%, можно принять важное управленческое решение, которое будет в 100 раз более дешевым и в 1000 раз более оперативным и в итоге в 100000 раз более эффективным, чем выполнение точного расчета в течение недели, а то и месяца, группой дорогостоящих специалистов…

Условия задачи:

В помещение цеха подготовки металлопроката размерами 24м х 15м х 7м завозим со склада на улице металлопрокат в количестве 3т. На металлопрокате есть лед общей массой 20кг. На улице -37˚С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть металл до +18˚С; нагреть лед, растопить его и нагреть воду до +18˚С; нагреть весь объем воздуха в помещении, если предположить, что до этого отопление было полностью отключено? Какую мощность должна иметь система отопления, если все вышесказанное необходимо выполнить за 1час? (Очень жесткие и почти не реальные условия – особенно касающиеся воздуха!)

Расчет выполним в программе MS Excel или в программе OOo Calc .

С цветовым форматированием ячеек и шрифтов ознакомьтесь на странице «О блоге«.

Исходные данные:

1. Названия веществ пишем:

в ячейку D3: Сталь

в ячейку E3: Лед

в ячейку F3: Лед/вода

в ячейку G3: Вода

в ячейку G3: Воздух

2 . Названия процессов заносим:

в ячейки D4, E4, G4, G4: нагрев

в ячейку F4: таяние

3. Удельную теплоемкость веществ c в Дж/(кг*К) пишем для стали, льда, воды и воздуха соответственно

в ячейку D5: 460

в ячейку E5: 2110

в ячейку G5: 4190

в ячейку H5: 1005

4. Удельную теплоту плавления льда λ в Дж/кг вписываем

в ячейку F6: 330000

5. Массу веществ m в кг вписываем соответственно для стали и льда

в ячейку D7: 3000

Так как при превращении льда в воду масса не изменяется, то

в ячейках F7 и G7: =E7 =20

Массу воздуха находим произведением объема помещения на удельный вес

в ячейке H7: =24*15*7*1,23 =3100

6. Время процессов t в мин пишем только один раз для стали

Значения времени для нагрева льда, его плавления и нагрева получившейся воды рассчитываются из условия, что все эти три процесса должны уложиться в сумме за такое же время, какое отведено на нагрев металла. Считываем соответственно

в ячейке F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0

Читайте также:  Увеличение мощности пневматического пистолета мр 651кс

Воздух также должен прогреться за это же самое отведенное время, читаем

в ячейке H8: =D8 =60,0

7. Начальную температуру всех веществ T 1 в ˚C заносим

8. Конечную температуру всех веществ T 2 в ˚C заносим

в ячейку D10: 18

в ячейку G10: 18

в ячейку H10: 18

Думаю, вопросов по п.7 и п.8 быть недолжно.

Результаты расчетов:

9. Количество теплоты Q в КДж, необходимое для каждого из процессов рассчитываем

для нагрева стали в ячейке D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

для нагрева льда в ячейке E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

для плавления льда в ячейке F12: =F7*F6/1000 = 6600

для нагрева воды в ячейке G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

для нагрева воздуха в ячейке H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Общее количество необходимой для всех процессов тепловой энергии считываем

в объединенной ячейке D13E13F13G13H13: =СУММ(D12:H12) = 256900

В ячейках D14, E14, F14, G14, H14, и объединенной ячейке D15E15F15G15H15 количество теплоты приведено в дугой единице измерения – в ГКал (в гигакалориях).

10. Тепловая мощность N в КВт, необходимая для каждого из процессов рассчитывается

для нагрева стали в ячейке D16: =D12/(D8*60) =21,083

для нагрева льда в ячейке E16: =E12/(E8*60) = 2,686

для плавления льда в ячейке F16: =F12/(F8*60) = 2,686

для нагрева воды в ячейке G16: =G12/(G8*60) = 2,686

для нагрева воздуха в ячейке H16: =H12/(H8*60) = 47,592

Суммарная тепловая мощность необходимая для выполнения всех процессов за время t рассчитывается

в объединенной ячейке D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

В ячейках D18, E18, F18, G18, H18, и объединенной ячейке D19E19F19G19H19 тепловая мощность приведена в дугой единице измерения – в Гкал/час.

На этом расчет в Excel завершен.

Выводы:

Обратите внимание, что для нагрева воздуха необходимо более чем в два раза больше затратить энергии, чем для нагрева такой же массы стали.

При нагреве воды затраты энергии в два раза больше, чем при нагреве льда. Процесс плавления многократно больше потребляет энергии, чем процесс нагрева (при небольшой разности температур).

Нагрев воды в десять раз затрачивает больше тепловой энергии, чем нагрев стали и в четыре раза больше, чем нагрев воздуха.

Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

После ввода адреса своей электронной почты и нажатия на кнопку «Получать анонсы статей» НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДТВЕРДИТЬ ПОДПИСКУ кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (иногда — в папку « Спам »)!

Мы вспомнили понятия «количество теплоты» и «тепловая мощность», рассмотрели фундаментальные формулы теплопередачи, разобрали практический пример. Надеюсь, что мой язык был прост, понятен и интересен.

Жду вопросы и комментарии на статью!

Ссылка на скачивание файла: raschet-teplovoy-moshchnosti (xls 19,5KB).

Источник

Как рассчитать мощность обогревателя

Уже приводили методики оценки мощностей обогревателя, но поголовно приблизительные, годятся исключительно для решения незначительных задач. Сегодня решили раскрыть трудность из предположения, что потери линейно зависят от разницы температур на двух сторонах поверхности. Это стены, окна, двери, гладь конвекторного нагревателя. Соответственно, меняется и мощность обогревателей, призванная компенсировать утечки. Это предположение согласуется со СНиПами, где приводятся уже научные формулы. Как рассчитать мощность обогревателя, если отсутствуют сведения о радиаторах, материале, структуре стен и прочих параметров, полезных профессионалам (и опускающихся в литературе).

Теплопотери и мощность обогревателя

Исходя из того, что в доме в квартирах температура одинаковая, тепло не течет через пол и внутренние стены. При наличии подвала либо чердака читателю придется дополнить наши выводы собственными. Потери через стену, выходящую на улицу, зависят от разницы температур в помещении и снаружи. Приводим график в виде линии, а наклон определяется мощностью батареи, неизвестной заранее.

График определения мощности обогревателя

Видим зависимость теплопотерь Q от температуры на улице t, где для удобства приведена разница между наружной и внутренней температурами. Видно, что зависимость линейная, причем при 20 ºC за окном теплопотери равны нулю, а при – 40 ºC составляют 2х, в реальных условиях показатели могут меняться. Это типичная ситуация, когда обыватель сталкивается со сложностями расчета мощности обогревателя для помещения. Ведем рассмотрение в предположении, что температура в помещении 20 ºC (типичное значение, в документациях, включая СНиПы и руководства по эксплуатации приборов).

Допустим, что при температуре на улице -10 ºC батарея греет так, что в помещении ровно 20 ºC, необходимые по теории. Дальнейший шаг:

  1. Температура за окном падает до -14 ºС.
  2. Ставим внутрь дополнительный масляный обогреватель на 1,5 кВт.
  3. Температура приходит в норму (20 ºС).
  4. В данном случае любые 4 ºС разницы равняются теплопотерям мощностью 1,5 кВт.

Из этого случая посчитаем номинальную мощность батареи при измеренной температуре в условиях, когда климат в помещении заданный (20 ºС).

Радиаторы центрального отопления уравновешивают потери разницы в 30 ºС, это значит, что энергия, отдаваемая приборами, составляет (30/4) х 1,5 кВт = 11,25 кВт.

Теперь в курсе, что делать, если градусы за окном упадут до -40. Потребуются дополнительные обогреватели суммарной мощностью равной радиаторам отопления, 11,25 кВт. Заметьте, не берем в расчет тепло, выделяемое людьми: в ходе опыта комната пуста. Либо, наоборот, сядьте там семьей. Тогда найденные 11,25 кВт окажутся равны суммарной мощности людей и батарей при температуре 20 ºС.

Обобщение расчета мощности обогревателей на произвольный случай

Но сложность в другом: бытует некая температура батареи, комнаты, улицы, а нужно рассчитать мощность обогревателя. Теперь попробуем решить эту задачу, не дожидаясь установления за окном -14 ºC. Допустим, в комнате 20 ºC, но необходимо найти мощность батарей, чтобы аппроксимировать результат на произвольный случай погодных и котельных условий. Здесь нужно знать, что мощность батареи зависит от разницы температур комнаты и поверхности радиатора. Итак, вносим в дом масляный обогреватель на 1,5 Вт и видим, что температура помещения поднялась до 23 ºC. Это многовато, но не играет особой роли. Понадобится измерить и мощность батарей (за окном, по договоренности, -10 ºC). Допустим, радиатор на поверхности 60 ºC. Это типичное значение для Европы, в России и погорячее центральное отопление в теории, а практиками дается и до 36 градусов Цельсия в мороз.

Это интересно! В России практикуют прокладку труб с горячей водой, порой отопительных по поверхности земли. Не слишком затратно. Потом добросовестно одевают теплоизоляцией, но дети, прохожие, вынужденные перешагивать, сдирают шубу.

Обогреватель не греет

Пусть номинальная мощность батареи при 20 ºС равна N, одновременно разница температур поверхности и помещения равна 40. В новых условиях мощность снизится до 37N/40. Получаем равенство:

Читайте также:  Сила мощность плечо силы

(37N/40 + 1,5) — N = 3 ºС.

Повышение потребления на 1,5 кВт (и снижение мощности отопления) дало повышение температуры на 3 ºС. Получается, что 1,5 – 0,075N кВт дает повышение на 3 ºС. А от рабочей точки при нормальной температуре внутри (20 ºС) до нулевой (температура на улице 20 ºС) имеется отрезок длиной 30 ºС. Получается, что:

N = 10 (1,5 – 0,075N), находим искомое значение. Получилось порядка 8,57 кВт. Это мощность батареи. Теперь, зная номинал, построим характеристики для произвольных температур батареи, помещения и улицы. К примеру, зимой -14 ºC, центральное отопление не тянет, нужно привести ситуацию в норму (20 ºC) в помещении. Заметьте, не указываем температуру в комнате. 8,57 кВт равны 30 ºC по шкале температур, значит, добавим 8,57/30 х 4 кВт = 1,15 кВт. Это значит, что требуется рассчитать мощность масляного обогревателя так, чтобы вышла не меньше этой цифры, но превышать значение слишком сильно не нужно, чтобы не выйти из нужного климатического пояса. Следовательно, идем в магазин и берем прибор с тремя режимами, первый должен выдавать 1,15 кВт тепла.

Конвекторный обогреватель дома

Устройства помощнее пригодятся в мороз. К примеру, при -40 ºC понадобится вдвое больше, нежели выдают радиаторы отопления, что составит 17 кВт. Тягостно для распределительного электрического щитка на площадке. Ставьте газовый конвектор с коаксиальной линией, пробивающей стену наружу. Возможны и гибридные варианты: часть удара на себя возьмет Теплый пол, а остальное ляжет на газовое отопление. Полагаем, что теперь читателям понятно, как рассчитать мощность конвекторного обогревателя.

Пример расчета мощности для обобщенного случая

Допустим, имеется та же комната, но внутри 17ºС, а поверхность радиатора, к примеру, 55 ºС. Снаружи мороз -10 ºС, а добиваемся номинального комнатного значения (20 ºС), причем температура радиатора центрального отопления в худшем случае 50 ºC. Найдем максимальную мощность обогревателя, вытянувшую наихудший описанный случай при температуре за окном -30 ºС. В первую очередь, находим мощность батареи при температуре поверхности 55 ºС и комнатной 17 ºС. Уже показали, как действовать в данном случае, теперь покажем на практике. Берем масляный обогреватель на 1,5 кВт, ждем, пока комната выйдет на режим, и замеряем разницу температур. Пусть для простоты получились те же 3 ºC. По графику находим нужную пропорцию:

(1,5 + (55 – 20)/(55 – 17)N) – N = 3 ºC.

Расчёт мощности обогревателя

От рабочей точки до пересечения графика с горизонтальной осью расстояние в градусах составляет 27. В итоге получается:

N = 9 (1,5 – 0,078N), откуда находим ватты. Получилось 7,9 кВт. Это мощность радиатора центрального отопления при разнице температур 38ºС (между поверхностью батареи и комнатой). В наихудшем случае эта дифференциация будет меньше и составит 30. Полученная мощность уменьшается пропорционально и составит 6,23 кВт. Строим график для данного случая аналогично тому, что на картинке. Вспоминаем значение теплопотери при 27ºС с нулевой точкой. Это 7,9 кВт. Приводим задачу к решенной выше, для чего находим теплопотери при -10 ºC снаружи и комнатной температуре 20 ºС. Получается 30 ºС разницы. Следовательно, делим 7,9 на 0,9 и получаем 8,77 кВт. Для удержания комнаты на заданном уровне в этих условиях к батареям добавим разницу (8,77 — 6,23) = 2,54 кВт.

При температуре за окном -30ºС условия ужесточатся. Решаем задачу как показано выше, для поиска результата. Относительно уже имеющихся теплопотерь 8,77 кВт добавится дополнительно 2/3 указанного числа, составляя 5,78 кВт. Суммарная мощность обогревателей превысит энергию радиаторов и составит 5,78 + 2,54 кВт = 8,32 кВт. Понятно, что за счет электричества данный результат маловероятен, следовательно, требуется инфракрасный камин на голубом топливе либо подобное устройство.

Теперь аналогично читатели рассчитают мощность инфракрасного обогревателя любого типа. Единственно, рассказ вели так, чтобы прогреть помещение, но, если требуется отдать тепло исключительно конкретному сектору, делите площадь на метраж пола и умножаете цифру в ваттах на коэффициент меньше единицы. Получится более скромное число. Говорят, что инфракрасные обогреватели помогают экономить. Рассчитать мощность газового обогревателя сложнее, так как греет и за счет конвекции. В данном случае необходимо правильно расположить оборудование для получения должного эффекта. Для ориентировки пользуемся алгоритмом, приведенным выше, как отправной точкой для дальнейших изысканий.

Расчеты допускают погрешность, но оценить требующуюся для квартиры мощность реально. Важно дождаться выхода температуры на режим, по возможности точнее провести измерения.

Источник