Електричні харчоварильні котли з непрямим обігрівом

        Оскільки в пароводяній сорочці утворюється підвищений тиск, кожний котел має запобіжну й регулюючу апаратуру.

         В якості запобіжної апаратури котел обладнаний подвійним запобіжним клапаном, розташованим на арматурному стояку і сполученим з пароводяною сорочкою. Подвійний пароводяний запобіжний клапан - це циліндричний корпус, в якому розміщені два клапани: паровий та вакуумний. Паровий клапан служить для випускання пари з пароводяної сорочки, якщо робочий тиск перевищує 0,05 МПа. Паровий клапан відрегульований на заваді та запломбований. Вакуумний клапан відкривається під тиском зовнішнього котла, коли після вимкнення котла в пароводяній сорочці внаслідок конденсації пари утворюється понижений тиск. Через клапан, що відкрився, в пароводяну сорочку поступає повітря й тиск вирівнюється. В сучасних конструкціях котлів подвійний запобіжний клапан суміщений з повітряним клапаном, що дає можливість вручну випускати повітря з пароводяної сорочки в початковий період нагрівання. Для того, щоб під час роботи паровий клапан не прикипав, до сідла встановлюють важіль підривання.

            До регулювальної апаратури відноситься контрольно-вимірювальний прилад - електроконтактний манометр ЕКМ, встановлений на арматурному стояку. Прилад вимірює тиск пари в пароводяній сорочці та здійснює регулювання нагріву. ЕКМ має одну рухому ма­нометричну стрілку, яка показує тиск пари в сорочці, та дві нерухомі. Міняючи за допомогою ключа положення стрілок нерухомих контактів, задають нижній та верхній рівні тиску в пароводяній сорочці. Всі три стрілки підключені до електросхеми автоматики котла.

          Котел має два режими роботи. При першому режимі він вмикається на повну потужність. Внаслідок підвищення тиску в пароводяній сорочці котла манометрична стрілка підходить до верхнього нерухомого контакту. При цьому відбувається замикання електросхеми автоматики та відключення п'ятьох тенів. Варіння відбувається при роботі одного тена, тобто на 1/6 потужності котла. Тиск у пароводяній сорочці трохи падає, а варіння здійснюється в режимі "тихого кипіння".

          В процесі варіння неодноразово відкривають кришку котла (знімають піну, жир, добавляють пасеровані овочі, спеції), що визиває його охолодження та зниження тиску в пароводяній сорочці нижче заданої межі. Тому, як тільки манометрична стрілка доторкнеться до контакту нижньої межі, відбувається вмикання ще п'ятьох тенів, і котел знову починає працювати на повну потужність.

          При другому режимі котел працює на повній потужності до моменту закипання, а потім повністю відключається. Досмажування продуктів здійснюється за рахунок акумульованого тепла без витрат електроенергії.

         Автоматика керування тепловим режимом котла та автоматика захисту тенів від "сухого ходу" змонтовані на станції керування, які встановлюють поруч з котлом в зручному для обслуговування місці. На зовнішній стінці станції керування розташовані чотири сигнальні лампи, кнопки керування й перемикач ПК. Крім цього, кнопки керування є і на арматурній станції котла.

          Для вмикання котла слід натиснути на кнопку "Пуск", при цьому загораються сигнальні лампи Л1, Л2, Л3. Як тільки котел перейде на 1/6 потужності, відключається лампа Л3. ЛампаЛ1 горить при подачі напруги до котла та при нормальному рівні води в парогенера­торі. Лампа Л2 сигналізує про роботу одного тена, лампа Л3 - про підключення до мережі п'яти тенів. При загоранні лампи Л4 решта ламп відключається. Лампа Л4 сигналізує про відключення елекронагрівачів котла через недостатню кількість води в парогенераторі.

           Режим роботи котла встановлюють за допомогою перемикача ПК перед включенням котла: положення "І" відповідає режиму розігріву котла, положення "ІІ" - автоматичній роботі.

            Котел харчоварильний електричний КПЕ-60 перекидний. Котел встановлений на чавунній вилкоподібній станині за допомогою двох цапф, які закріплені на зовнішній стороні корпуса котла. Вилкоподібна станина має закріплені підшипники, за допомогою яких здійснюється обертання цапф (перекидання котла). Перекидання відбувається при обертанні маховика поворотного механізму, встановленого на правій стійці вилкоподібної станини і сполученого з цапфою шляхом шпонки. Поворотний механізм має черв'ячну передачу.

         Котел складається з варильного котла, виготовленого з нержавіючої сталі, й зовнішнього корпуса. Зовнішній корпус покритий теплоізоляцією та облицьований листовою сталлю. Замкнутий простір між варильним котлом й зовнішнім корпусом створює па­роводяну сорочку, на знімальному дні якої змонтовані три тени й встановлені електроди захисту тенів від "сухого ходу".

          Варильний котел закривається легкознімальною кришкою, яка має в центрі ручку, а з внутрішньої сторони - гачок, за допомогою якого кришку вішають на кронштейн. Кронштейн закріплений на водопроводі, підведеному до котла. Водопровід закінчується пово­ротною трубкою й має водозапірний вентиль.

         Через парову цапфу проходить трубка, яка з'єднує арматуру стояка з пароводяною сорочкою. На арматурному стояку встановлені: електроконтактний манометр, подвійний запобіжний клапан та наповнювальна лійка. В нижній частині корпуса котла є кран рівня. Поруч з котлом встановлена станція керування. Передбачене також автоматичне відключення тенів від електромережі при пе­рекиданні котла. Далі побудова та принцип дії котла аналогічні побудові та принципу дії котла КПЕ-160.

          Котли харчоварильні електричні секційні модульні. На підприємствах громадського харчування широке застосування одержали котли харчоварильні секційні модульні електричні КПЕСМ-60 та КПЕСМ-60М, які аналогічні за конструкцією, габаритами та потужністю.

         Перед початком роботи оглядають котел та перевіряють його готовність до роботи. При необхідності в пароводяну сорочку через наповнювальну лійку добавляють кип'ячену воду до тих пір, поки вона не виливатиметься через відкритий кран рівня.

                    Під час першого пуску котла в його сорочку заливають 7-8 л кип'яченої води, яка попередньо повинна бути відстояна в якій-небудь посудині протягом 24 годин.

                  На електроконтактному манометрі встановлюють границі нижнього та верхнього тиску. Як правило, стрілку електроконтактного манометра, яка відповідає нижній межі тиску, встановлюють на величину 0,005, а стрілку верхньої межі, яка відповідає верхній межі тиску - на величину 0,035 МПа.

             Наладжують манометр таким чином: у гніздо, яке розташоване в центрі манометра, вставляють спеціальний ключ і, повернувши його від себе, встановлюють стрілки в необхідне положення.

              Після включення котла до електромережі рукоятку пакетного перемикача режимів роботи котла встановлюють у положення "І" або "II".

              Положення "І" - для варіння супів. Після розігрівання котла до величини верхньої межі тиску відбувається автоматичне відключення значної частини його електричної потужності і лише 1/6 частина її забезпечує режим "тихого ходу", внаслідок чого страва буде доведена до готовності.

            Положення "II"- для варіння крупів, овочів, макаронів. У цьому випадку після розгорання котла відбувається повне відключення його від електромережі і продукти доварюються за рахунок тепла, акумульованого котлом.

            Після заповнення котла продуктами та водою його накривають кришкою і натискають кнопку "Пуск". Одночасно загорається сигнальна лампа "Сильно". Для продувки пароводяної сорочки котла кран його наповнювальної лійки залишають відкритим. Після того, як з лійки з'явиться щільна струмина пари, кран її закрива­ють. Така продувка прискорює розігрівання котла при мінімальних витратах електроенергії.

           Після відключення 5/6 електричної потужності котла лампа "Сильно" погасне і загориться лампа "Слабко".

           Під час роботи контролюють роботу електроконтактного манометра та запобіжного клапана.

          Після закінчення варіння натискають на кнопку "Стоп", обережно відкривають кришку та виймають вміст котла.

          Після розвантаження котла його промивають гарячою водою з додаванням соди.

        Автоматичний захист тенів від "сухого ходу" відключає тени котла при недостатньому рівні води в парогенераторі та пароводяній сорочці, а також усуває можливість ввімкнення котла, якщо перед роботою в сорочку не залита вода. В обох випадках на передній панелі котла загорається сигнальна лампа "Немає води".

 

 

ІІ ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

 

2.1 Техніко-економічне обґрунтування  теми проекту

            Котли з газовим обігрівом мають перевагу перед електричними, так як вони дешевші за рахунок більш дешевого палива - газу. Одиниця теплоти, отримана в результаті спалювання газу, в 7-13 разів дешевше, ніж при використанні електричної енергії. При місткості газового котла 250 л, тривалість розігріву 60 хв, витрата газу в період розігріву 4,2 м3/год, що відповідає потужності тенів (в камері згоряння) 46,6 кВт.

         В той же час потужність тенів котлів електричних дорівнює 30 кВт при такому ж обсязі варильного судини і часу нагрівання, що і у котла КПГСМ-250. Настільки висока потужність топки котла пояснюється його більш низьким ККД порівняно з ККД котлів з електронагрівом. ККД котла КПГСМ-250 становить 60 - 65 %.

        Таке низьке значення ККД пояснюється великими втратами тепла з відхідними газами. В режимі варіння витрата газу становить 0,7 м3/год, що відповідає потужності тенів 7,7 кВт. Однак вартість одиниці теплоти, що виробляється на газ набагато дешевше, що перекриває витрати.

 

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА

 

Корисна ємкість, л	60
Тривалість розігріву, хв	55
Граничний робочий тиск пари в сорочці, кг/см	20,5
Габарити, мм : - довжина - ширина - висота	935 1025 1040
Маса, кг	140

 

 

2.2 Розрахунки, що підтверджують працездатність конструкції

 

      Технологічні розрахунки:

1. Продуктивність П (кг/с) апарату періодичної дії у загальному випадку можна визначити за формулою:

m - маса завантаженого в апарат продукту, кг;

- тривалість технологічного циклу, з,

2. Технологічний цикл складається з завантаження продукту в котел, обробки продукту і розвантаження котла.

Отже:

де  - час, необхідний для завантаження продукту в котел, його обробки і розвантаження котла, с. Приймемо, з урахуванням всіх операцій, час технологічного циклу - 2400 с.

3. Масу продукту m, що завантажується в апарат за робочої місткості апарату розраховуємо за формулою:

   де      - щільність завантажуваного продукту, кг/м3. Приймемо щільність, яка дорівнює 1340 кг/м3;

внутрішній об'єм або місткість апарату, величина задана і дорівнює 0,06 м3;

- коефіцієнт заповнення об'єму  апарату, приймемо = 0,8.

       Тоді, маса складе:

  = 64 кг.

       Одержимо продуктивність:

  або 72 кг/год

          
    Теплотехнічні розрахунки:

Корисна теплота - Qпол, Вт, визначається в залежності від масової витрати продукту - П, кг/год та його середньої питомої масової теплоємності - с, Дж/ (кг.К) в інтервалі заданих температур (t - tн), °С.

Qпол = П * з  * (t - tн) / 3600,Де з - питома теплоємність. Питому теплоємність можна розрахувати за формулою:

з = 4190 - (2514 - 7,54t) а, Дж/ (кг*К);

де - 4190 - теплоємність води, Дж/ (кг*К);

t - температура розчину, 0С;

а - концентрація сухих речовин в масі, кг/кг;

 

при СВ = 1,5 %, а= (100 - 1,5) /100 = 0,985

або,

з= 4190 - (2514 - 7,54×125) × 0,985 = 2642

 

Початкову температуру у відповідності з температурою середовища приміщення приймаємо у величині - 30°С, а кінцеву температуру продукту необхідно прийняти - 125°С.

 

Qпол= 72 *2642 * (125 - 30) / 3600 = 5019 Вт

 

Зазвичай витрати теплоносіїв в теплообмінних апаратах визначають по рівнянню теплового балансу. Так як апарат розраховується на задану продуктивність по продукту - П, кг/год, то витрата пара - Д, кг/с буде дорівнювати:

Д = Qпол * Хп / (іп - i к);

де: Qпол - корисна теплота (тепловий потік), Вт (див.;

Хп - коефіцієнт теплових втрат.

Хп = 1,03 - 1,05;

іп та ік - питомі втрати пара і його конденсату, Дж/кг, в залежності від температури насичення пари або тиску пара.

Для пари складе:   іп = 2750 кДж/кг;

           конденсату ік = 136,2 кДж/кг

Д= 5019 * 1,03/ (2750 - 136,2) = 1,97 кг/з

Визначимо площу поверхні нагріву.

Потрібна для нагрівання площа поверхні теплообміну F, м2 визначається з основного рівняння теплопередачі.