Курсовая работа: Котел пищеварочный электрический КЭП-60

─ оповещать световым сигналом обслуживающий персонал о недостаточном уровне воды в пароводяной рубашке.

При работе котла может быть осуществлено два режима регулирования нагрева, которые могут быть заданы с помощью тумблера, находящегося на станции управления:

Режим 1 – доведение содержимого котла до кипения на полной мощности и затем автоматическое переключение на 1/6 мощности для доваривания. Этот режим используется при варке супов, борщей и других блюд.

Режим 2 — доведение содержимого до кипения па полной мощности, а затем доваривание за счет аккумулированного тепла при отключенном котле от электрической сети. Этот режим используется при варке каш.

2.2 Описание электрической схемы проектируемого аппарата

Электрическая схема пищеварочного котла КПЭ-60 (рисунок 8). При замыкании пакетного переключателя Q напряжение из сети поступает через переключатель режима работы S на трансформатор и загорается лампа H1, сигнализирующая о включении котла.

Рисунок 8 - Электрическая схема котла КПЭ – 60 

Если уровень воды в парогенераторе достигает электрода Е4, цепь катушки реле К3 замыкается, реле срабатывает и его контакты К3.1, К3.2, К3.3 изменяют свое положение. Через замкнувшийся контакт К3.1 поступает питание на катушку магнитного пускателя К1, который, замыкая силовые контакты К1.1, К1.2, К1.3, включает тэны E1, E2, Е3 на полную мощность. Размыкающий контакт К1.4 в цепи катушки реле К2 исключает одновременное включение реле К2 и магнитного пускателя К1. Контакты К3.2 и К3.3, размыкаясь, разрывают соответственно цепь катушки реле К4 и сигнальной лампы Н2. При достижении в рубашке котла верхнего заданного предела давления замыкается контакт В электроконтактного манометра и включается реле К.4, контакты которого К4.1, К4.2, К4.3. Контакт К4.1, разомкнувшись, отключает катушку реле К3 и его контакты К3.1, К3.2, К3.3 возвращаются в исходное положение. При этом разрывается цепь питания магнитного пускателя К1, размыкаются его силовые контакты К1.1, К1.2, К1.3 и замыкается контакт К1.4. Одновременно замыкается контакт К4.2 и к сети будет подключено силовое реле К2 (если переключатель режима работы будет установлен на режим РII, реле К2 не включится, и тэны будут полностью выключены). Контакты реле К2 поменяют свое положение. Через контакты К2.1 и К2.3 включатся последовательно два тэна E1 и Е2.

Это будет соответствовать 1/6 в мощности нагрева. Разомкнувшийся контакт К2.4 дополнительно исключит возможность включения магнитного пускателя К1, а контакт К2.5 подготовит к включению реле К3.

При понижении давления в пароводяной рубашке до нижнего предела замкнется контакт между указательной стрелкой электроконтактного манометра и задатчиком нижнего предела давления, включится реле К3, его контакт К3.1 замкнется, а контакты К3.2 и К3.3 разомкнутся.

Если уровень воды в парогенераторе понизится ниже электрода Е4, цепь питания катушек реле К3 или К4 оборвется и станет невозможным включение соответственно магнитного пускателя К1 или реле К2, красная сигнальная лампа Н2 загорится (сухой ход). В этом случае необходимо рукоятку переключателя 5 поставить в положение «Выключено» и долить в рубашку котла воду до уровня контрольного крана.

2.3 Правила эксплуатации проектируемого аппарата

Перед включением аппарата в работу проверяют:

─ уровень воды в пароводяной рубашке (парогенераторе);

─ надежность соединения корпуса аппарата с заземляющей шиной;

─ состояние защитной, предохранительной и указывающей арматуры;

─ санитарное состояние варочного сосуда.

Порядок включения котла в работу:

─ открывают продувочный кран или кран на заливной воронке. Оставляют открытым до полного удаления воздуха из пароводяной рубашки, т.к. наличие воздуха в рубашке снижает теплоотдачу от пароводяной смеси к стенкам котла и увеличивает время его разогрева;

─ варочный сосуд заполняют кипяченой водой на 100—120 мм ниже уровня верхней крышки. При использовании не кипяченой воды на стенках котла и тэнах быстрее образуется накипь, которая ухудшает теплопередачу, удлиняет время варки продуктов и ускоряет выход котла из строя. Когда из крана уровня появится вода, заполнение пароводяной рубашки прекращают. После этого рычагом приподнимают над седлом предохранительный клапан, чтобы не допустить его прикипания;

─ эектрические котлы включают нажатием кнопки «Пуск» с предварительным включением режима работы;

─ здать верхний и нижний пределы давления (как правило, устанавливаются один раз, но контролируются ежедневно).

В процессе работы аппарата контролируют:

─ давление в греющей рубашке и в рабочей камере аппарата;

─ медленный разогрев при нормальной работе теплогенерирующего устройства свидетельствует о недостаточной продувке рубашки или чрезмерном загрязнении тепловоспринимающей поверхности (накипь).

После окончания процесса варки:

─ за 5...10 мин до окончания работы опрокидывающихся котлов прекращают нагрев, нажав кнопку «Стоп»;

─ затем снимают крышку, осторожно вращая маховик поворотного механизма, переворачивают котел и выгружают его содержимое в подставленную тару. В герметически закрытых котлах;

─ рабочую камеру промывают слабым раствором соды и просушивают;       

─ внешние поверхности протирают мягкой тканью;

─ промывают пароотвод. Регламентные профилактические работы, согласно инструкции по эксплуатации, выполняются механиком по утвержденному графику.

3. Расчетная часть проекта

3.1 Тепловой баланс

Тепловая мощность аппарата Qзатр, Q’затр, Вт, составляет

Qзатр=Q1+Q5+Q6,(1.0)

Q’затр=Q’1+Q’5,(1.1)

Где Qзатр и Q’затр – тепловая мощность аппарата в период разогрева и при стационарном режиме, Вт;

Q1, Q’1 – полезно используемая тепловая мощность для нагрева продукта до температуры кипения и его варку, Вт;

Q5 и Q’5 – потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла и при стационарном режиме, Вт;

Q6 – расход тепла на нагрев конструкции котла и нагрев воды в парогенераторе и пароводяной рубашке, Вт;

Полезно используемая тепловую мощность определяем по формуле

Q1=(Gв× (tк-tн)+∆W×r)/τ ,(1.2)

Q’1=(∆Wисп r)/ τ’,(1.3)

гдеGв – количество нагреваемой воды, кг;

св – теплоемкость воды, Дж/кг*К;

tк – конечная температура воды, С;

tн – начальная температура заливаемой воды в котел, С;

∆Wисп и ∆W – количество пара, ушедшего через неплотности в атмосферу в период разогрева и в период кипения при варке; r – теплота парообразования воды, Дж/кг;

τ – время разогрева, с;

τ’ – время термообработки, с;

Количество нагреваемой воды определяем по формуле

Gв=V×k×g/1000,(1.4)

гдеV – объем варочного сосуда, л;

K – коэффициент заполнения котла, К=0,85…0,9; g – плотность воды;

Gв=60×0.85×1000/1000=51 кг,

Q1=(51×4180×(100-20)+2×2257600)=21569,6 кДж,

Q’1=2×2257600=4515,2 кДж.

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла определяем по формуле

Q5= ∑ λι ×F ι(tnι – t0)*τ, (1.5)

где λι – коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающею среду, Вт/м2 К;

F ι – площадь поверхности ι – го элемента, м2;

tnι – средняя температура поверхности ι – го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

Q5=(0,78×11,51(45-20)+1,4×10,63(32,5-20))×3600=(224,4+186,025)×3600=1477,53 кДж.

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве при стационарном режиме определяем по формуле

Q’5= ∑ λ’ι ×F ι(tnι – t0)*τ’,(1.6)

где λ’ι – коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающею среду, Вт/м2 К;

F ι – площадь поверхности ι – го элемента, м2;

 tnι – средняя температура поверхности ι – го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

Q’5=(0,78×13,28(70-20)+1,4×11,51(45-20)×1800)=1657,3 кДж.

Расход тепла на нагрев конструкции котла и нагрев воды в парогенераторе и пароводяной рубашке определяем по формуле

Q6= ∑Мι ×сι (tк – tн),(1.7)

гдеМι – масса ι – го элемента металлоконструкции, кг;

сι – теплоемкость ι – го элемента, Дж/кг*К;

∆t – разность конечной и начальной температур ι – го элемента;

Q6=(80×461(83-20)+10×921(85-20)+10×4187(110-20))=2323440+598650+3768300=6690,3 кДж.

К расчету принимаем Q1=21569,6 кДж (1.2, с. 16), Q5=1477,53 кДж (1.5, с. 16), Q6=6690,3 кДж(1.7, с. 17)

Qзатр=21569,6+1477,53+6690,3=29737,4 кДж,

К расчету принимаем Q’1=4515,2 кДж (1.4, с. 16), Q’5=1657,3 кДж (1.6, с. 17),

Q’затр=4515,2+1657,3=6172,5 кДж.

3.2 Расчет Тэнов

Порядок расчета ТЭНа выполняется в три этапа:

─ определение размера трубки;

─ расчет размера проволоки;

─ определение размеров спирали.

Длина активной части трубки ТЭНа LА, м, составляет

LА=P/(π×Dт×Wт),(2.1)

где Dт – диаметр трубки ТЭНа, м.

LА=3000/3,14×0,016×105=0,59 м.

Длина активной части трубки ТЭНа LAO,м, после опрессовки составляет

LAO= LА / φ,(2.2)

где φ – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, φ=1,15.

LAO= 0,59/1,15=0,51 м,

Полную развернутую длину трубки после опрессовки LТ,м, определяем по формуле

LТ=LА+2Lп,(2.3)

где Lп – длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

LТ=0,59+2×0,1=0,79 м,

Электрическое сопротивление проволоки тэна R, Ом, после опрессовки составляет

R=U2/P,(2.4)

гдеU – напряжение сети, В;

P – мощность одного тэна, Вт.

R=3802/3000=144400/3000=48,1 Ом,

Электрическое сопротивление проволоки тэна R0, Ом, до опрессовки составляет

R0 = λr×R,(2.5)

где λr – коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки, λr =1,3.

R0= 1,3×48,1=62,53 Ом,

Удельное сопротивление проволоки gt,Ом*м, при рабочей температуре определяем по формуле

gt= g20  (1+ λ(t-20)),(2.6)

где g20 - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20 C, Ом*м;

λ – температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления проволоки при изменении температуры, град-1;

t – рабочая температура проволоки, С.

gt= 1,10×10-6 (1+0,14*10-3(950-20))=1,24*10-6 Ом*м,

Диаметр проволоки ТЭН d, м, определяем по формуле

d= 3√(4gt ×P2 / π2 Wп U2),(2.7)

гдеd – диаметр проволоки ТЭН, м.

d= 3√(4*1,24*10-6 (3000)2 )/(9,8*18*104 (380)2)=0,00055 м,

Принимаем d=0,0006 м,

Определяем длину проволоки ТЭН Lпр,м, из выражения

Lпр=0,785× R0×d2пр / gт,(2.8)

где Lпр – длина проволоки ТЭНа.

lпр= 0,785×62,53×(0,0006)2/1,24×10-6=11,7 м

Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке из выражения

Wпф=P/ π dпр lпр ,(2.9)

Wпф=3000/3,14×0,0006*11,7=136098 Вт/м2.

Длину одного витка спирали lв, м, определяем по формуле

lв=1,07* π (dc +dпр),(2.10)

где1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее со стержня намотки.

dc – диаметр стержня намотки, м, выбирают из конструктивных соображений dc=0,003…0,006 м.

lв=1,07*3,14*(0,006+0,0006)=0,022м,

Количество витков спирали n, шт, составляет

n= lпр / lв,(2.11)

гдеn – количество витков спирали, шт

n=11,7/0,022=532 шт,

Расстояние между витками спирали a, м, определяем по формуле

a= LА – n× dпр / n ,(2.12)

а= (0,59-532×0,0006)/532=0,0007 м,

Шаг спирали s, м, определяем по формуле

S=a+ dпр ,(2.13)

гдеs – шаг спирали, м.

S= 0,0007+0,0006=0,0013,

Коэффициент шага Кш, определяем по формуле

Кш = S/ dпр ,(2.14)

гдеКш – коэффициент шага.

Кш = 0,0013/0,0006=2,2,

Коэффициент стержня намотки Кс, определяем по формуле

Кс=dc/ dпр ,(2.15)

гдеКс - коэффициент стержня намотки.

Кс=0,006/0,0006=10,

Диаметр спирали ТЭНа dсп, м, составляет

dсп = dпр (Кс +2),(2.16)

гдеdсп – диаметр спирали ТЭНа, м.

dсп = 0,0006×(10+2)=0,0072 м,

Общая длина проволоки l0, м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составляет

l0= lпр +2×20lв ,(2.17)

гдеl0 – общая длина проволоки, м.

3.2 Расчет КПД

Коэффициент полезного действия η, %, в период разогрева котла, определяем по формуле

η = (Q1×100)/Q,3.1)

гдеη – коэффициент полезного дейстивия, %.

η = 21569,6/29737,4 ×100=72,5%,

Коэффициент полезного действия η’, %, в стационарном режиме, определяем по формуле

η’= (Q’1×100)*Q’,(3.2)

η’= 4515,5/6172,5×100=73,1%.

Заключение

Процессы термической обработки самые важные на предприятиях общественного питания. Самыми распространенными процессами термической обработки являются варка и жарка.

Варка – наиболее распространенный процесс термической обработки, с помощью варки можно приготовить первые, вторые, третьи блюда. С ее помощью можно довести до кулинарной готовности любой продукт или полуфабрикат.

Для того, чтобы процесс варки осуществлять на современном технологическом уровне целесообразно использовать специализированное оборудование, а именно пищеварочные котлы.

Первый способ термической обработки осуществляется в наплитной посуде. Однако при варке в наплитной посуде достаточно низкий КПД, очень большие трудозатраты. В частности в наплитной посуде максимальный объем используемой посуды 20 литров, в пищеварочных котлах есть емкости объемом 250 литров. Поэтому такой способ варки нецелесообразно использовать в предприятиях общественного питания.

Второй путь заключается в варки продукции в пищеварочных аппаратах.

По организационно – техническому признаку варочные аппараты подразделяют на аппараты: непрерывного действия, периодического действия.

Наиболее совершенные аппараты это аппараты периодического действия.

По давлению греющей среды в рабочей камере различают варочные аппараты, работающие: при атмосферном давлении, при избыточном давлении, при вакууме. На предприятиях общественного питания лучше использовать котлы с атмосферным давлением или с избыточным давлением. Так как в процессе варки непосредственно в содержимое котла, необходимо постоянно добавлять дополнительные ингредиенты.

По способу обогрева стенок рабочей камеры аппараты делят: c непосредственным обогревом стенки, с косвенным обогревом стенки. На данный момент лучше использовать аппараты с косвенным обогревом, так как в них не происходит подгорание продуктов.

Наибольшее распространение на предприятиях общественного питания получили котлы с электрическим электроносителем.

По конструктивным особенностям котлы разделяют на: опрокидывающиеся и неопрокидывающиеся. Наибольшее распространение получили котлы опрокидывающиеся, в силу их большей универсальности на предприятиях общественного питания.

В данном курсовом проекте рассмотрен ряд варочных аппаратов: КПЭ 40, КПЭ 60, КПЭСМ 60, КПЭ 100, КПЭ 160, КПЭ 250.

По приведенному выше обзору и сравнительному анализу аппаратов для варки было решено проектировать котел пищеварочный электрический – КПЭ – 60.

В данном курсовом проекте приведена конструкция проектируемого аппарата, дано описание электрической схемы, даны правила эксплуатации проектируемого аппарата. Приведен расчет теплового баланса, расчет тэнов, расчет КПД.

По итогом расчетов номинальная мощность в период разогрева составила

8 кВт, мощность в период варки 1,3 кВт. Также дана техническая характеристика проектируемого аппарата.

Список использованных источников

1. А.Н. Вышелесский «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1970;

2. А.А. Мельников «Курсовое проектирование электротепловых аппаратов», Москва – 1980;

3. С.В. Некрутман, В.П. Кирпичников, Г.Х. Леенсон «Справочник механика предприятий общественного питания»,       Москва – 1983;

4. В.А. Дорохин «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1987;

5. М.И. Беляев «Оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1990;

6. Н.Н. Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов «Тепловое оборудование предприятий общественного питания»,   Москва – 1994;

7. М.И. Ботов, В.Д. Елхина, О.М. Голованов «Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания », Москва – 2002;

8. В.З.Порцев “Расчет конструктивных параметров электрических нагревательных элементов и генераторов излучения”,  Екатеринбург – 2001;

9. В.М.Супрун “Методическое указание к выполнению курсового проекта для специальности 27.11 всех форм обучения”  Свердловск – 1992;

10. В.З.Порцев, Г.Ф. Фролова, И.Ф. Решетников “Структура и правила оформления текстовых документов”  Екатеринбург – 2005