Разработка регенеративного теплообменника-утилизатора. Описание типов теплообменников.Подогрев приточного воздуха

Комплексная механизация, электрификация и автоматизация технологических процессов является главным направлением развития современного сельского хозяйства.
В современных условиях при высоких ценах на энергоресурсы наиболее остро встает вопрос более эффективного их использования.
Одним из путей снижения затрат электроэнергии на обогрев животноводческого помещения является использование теплообменников.
Принцип работы теплообменника основан на использовании части теплоты отработавшего воздуха для нагревания приточного воздуха системы вентиляции.

Существует три основных типа воздухообменников: перекрестноточный, роторный, гликолевый.

Принцип действия перекрестноточных воздухообменников основан на том, что уходящий воздух отдает свое тепло металлу, а тот в свою очередь, потоку приточного воздуха. Таким образом, уменьшаются затраты на нагрев приточного воздуха. Эффективность теплоутилизации может достигать 70%. Изолированные друг от друга потоки приточного и вытяжного воздуха позволяют применять этот вид теплоутилизаторов в помещениях где имеются вредные выбросы.
Гликолевый теплообменник применяется в тех случаях, когда конструктивное исполнение приточно-вытяжной вентиляционной установки в виде одного блока невозможно. Например, в случаях когда не хватает места в вентиляционной камере, либо в производственных помещениях где приток и вытяжка должны располагаться в разных местах. Представляет собой два теплообменника находящихся в приточной и вытяжной камерах. Теплообменники соединяются трубами, по которым циркулирует гликолевая смесь. Циркуляцию обеспечивает насос. Вытяжной воздух нагревает смесь в теплообменнике вытяжки, которая затем поступает в теплообменник приточной установки, где и отдает свое тепло приточному воздуху.
Наиболее эффективным из телоутилизаторов является роторный теплоутилизатор. Представляет собой диск, имеющий ячеистую структуру. Принцип работы: вытяжной воздух проходит через ячейки и отдает им свое тепло. Диск проворачивается и попадает в струю приточного воздуха, который нагревается проходя через ячейки теплообменника. Эффективность теплоутилизации можно регулировать путем изменения числа оборотов ротора. Недостатком является незначительное смешивание вытяжного воздуха с приточным, что делает невозможным применение роторного рекуператора в помещениях с вредными выбросами. Имеет более высокий КПД, нежели пластинчатый либо гликолевый рекуператоры.

Разработка функциональной схемы управления

[adsense_id=»1″]
Рассмотрим возможность применения рекуперативного теплообменника роторного типа на примере ТП-Э2РГ .
Теплоутилизаторы вращающиеся ТП-Э2РГ предназначены для утилизации тепла удаляемого воздуха в системах кондиционирования и вентиляции. Процесс теплообмена в теплоутилизаторах осуществляется по регенеративному принципу.
Теплоутилизатор состоит из стального корпуса для подсоединения воздуховодов и вращающегося алюминиевого ротора, приводимого в движение мотор-редуктором через плоско-ременную передачу.
Ротор изготовлен из чередующихся плоских и гофрированных алюминиевых лент, что позволяет получить каналы в поперечном направлении для прохода воздуха. Вращаясь со скоростью 12 об/мин ротор, попеременно омывается удаляемым воздухом (нагревается) и приточным воздухом (охлаждается).
На поперечной балке корпуса, в месте перехода ротора из удаляемого потока воздуха в приточный, имеется продувочный сектор, который исключает попадание удаляемого воздуха в приточный.

Регулирование температуры приточного воздуха будем осуществлять за счет изменения частоты вращения ротора электродвигателя привода при помощи преобразователя частоты серии ATV-28-E, управляемого адаптером, преобразующим сигнал поступающий с датчика температуры, установленного на входе в теплообменник со стороны приточного воздуха, в сигнал постоянного тока величиной 3-20 мА.

Возможности, открывающиеся при использовании преобразователя частоты в качестве регулирующего устройства для электропривода, выполненного на асинхронном электродвигателе, безграничны. Одной из главных тенденций развития современного электропривода является использование его в целях сбережения энергетических ресурсов и экологии. Следует отметить, что использование преобразователей частоты в качестве регулируемого электропривода создает свои преимущества за счет автоматического изменения параметров системы в зависимости от условия работы часто меняются и пределы изменений достаточно широки. Система регулируемого электропривода управляется микроконтроллером с достаточно солидным программным обеспечением, позволяющего задавать параметры регулирования в зависимости от необходимых условий работы механизма. В этой связи расширяется область применения регулируемого электропривода не только в сферах высоких технологий, но и там, где до настоящего времени традиционно использовался простой нерегулируемый электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. При этом важным становится повышение энергетической эффективности существующих электроприводов, позволяющих решать технологические задачи при минимальных затратах.
Конструктивно преобразователь частоты состоит из двух основных блоков – силового блока и блока управления.
На входе, со стороны сети, трехфазный дроссель L1-L3 и конденсатор промежуточного звена постоянного тока образуют LC-фильтр, который в соединении с выпрямительным мостом обеспечивает постоянное напряжение на входе инвертора, выполненного на IGBT-транзисторах. Дроссель фильтрует как помехи со стороны сети, так и помехи, генерируемые преобразователем. Кроме того, дроссель улучшает форму тока на входе преобразователя частоты. Мощность, потребляемая преобразователем частоты из сети, является практически активной. IGBT-инвертор создает симметричное 3-фазное напряжение питания двигателя, регулируемое методом широтно-импульсной модуляции.
Работа Блока Прикладных Функций и Управления Двигателем определяется программным обеспечением микропроцессора. Микропроцессорное управление предполагает получение информации путем измерений, установленных значений параметров (настроек), с устройств ввода/вывода и с клавиатуры блока управления. Блок Прикладных Функций и Управления Двигателем выдает команды на ASIC-схему блока управления двигателем, в котором, в свою очередь, формируются параметры коммутации транзисторов IGBT. Блоки управления затворами — драйверы усиливают эти управляющие сигналы, обеспечивая коммутацию IGBT-модулей инвертора.
[adsense_id=»1″]
Панель управления преобразователя частоты является инструментом обмена информацией между преобразователем и пользователем.
Потенциометр R1предназначен для установки рабочей точки преобразователя частоты. Выводы COM и +24 предназначены для питания адаптера. Сигнал управления поступает на выводы AlC и COM.
Выводы R1C,R1B и R1A предназначены для подключения дополнительной внешней защиты. Клемма Al2 предназначена для подключения управляющего напряжения величиной 0-10В.
Настройка производится следующим образом: потенциометром R1 устанавливается частота вращения равная 0,7..0,8Fном, при этом величина тока управления должна находиться на уровне 0,5Imax т.е. примерно 10-12мА,что соответствует температуре наружного воздуха примерно на уровне 0С.
Схема работает следующим образом: при уменьшении температуры воздуха за пределами помещения увеличивается ток управления частотным преобразователем. Это приведет к увеличению частоты вращения электродвигателя благодаря чему скорость вращения диска теплообменника увеличится и соответственно увеличивается температура поступающего в помещение воздуха. Необходимо добиться того, чтобы при минимальной температуре наружного воздуха частота вращения ротора электродвигателя была максимальной и находилась в пределах (1,1-1,3)Fном, а при максимальной температуре — в диапазоне (0,4-0,5)Fном при этом частота вращения барабана составит 5-15 об./мин.
В качестве датчика тока можно использовать любой полупроводниковый или иной чувствительный элемент, изменяющий своё сопротивление в зависимости от изменения температуры. При этом датчик должен обладать достаточной чувствительностью при изменении температуры в диапазоне от -30 до +15°С.
За счет этого получаем замкнутую систему автоматического регулирования с обратной связью по току.
[adsense_id=»1″]

На функциональной схеме (рис.1.) ОУ – объект управления-поступающий воздух. ВО – воспринимающий орган – датчик температуры воздуха на входе, настроенный на расчетное значение температуры наружного воздуха, СО – сравнивающий орган – адаптер, преобразующий значение температуры воздуха в токовый сигнал. УО – усилительный орган- преобразователь частоты с коммутатором, БП – блок питания, ИО – исполнительный орган-электродвигатель.
Составим функционально — технологическую схему работы теплообменника(рис.11).
На функционально-технологической схеме работы:1-датчик температуры;2-устройство управления — преобразователь частоты;3-устройство ручного управления – кнопки SB1 и SB2.