1. Задание на курсовую работу

По исходным данным к курсовой работе необходимо:

Определить гидравлические потери контура циркуляции испарителя;

Определить полезный напор в контуре естественной циркуляции ступени испарителя;

Определить рабочую скорость циркуляции;

Определить коэффициент теплопередачи.

Исходные данные.

Тип испарителя - И -350

Количество труб Z = 1764

Параметры греющего пара: Р п = 0,49 МПа, t п = 168 0 С.

Расход пара D п = 13,5 т/ч;

Габаритные размеры:

L 1 = 2,29 м

L 2 = 2,36 м

Д 1 = 2,05 м

Д 2 = 2 ,85 м

Опускные трубы

Количество n оп = 22

Диаметр d оп = 66 мм

Температурный напор в ступени  t = 14 о С.

2. Назначение и устройство испарителей

Испарители предназначены для получения дистиллята, восполняющего потери пара и конденсата в основном цикле паротурбинных установок электростанций, а также выработки пара для общестанционных нужд и внешних потребителей.

Испарители могут использоваться в составе как одноступенчатых, так многоступенчатых испарительных установок для работы в технологическом комплексе тепловых электростанций.

В качестве греющей среды может использоваться пар среднего и низкого давления из отборов турбин или РОУ, а в некоторых моделях даже вода с температурой 150-180 °С.

В зависимости от назначения и требований по качеству вторичного пара испарители изготавливаются с одно- и двухступенчатами паропромывочными устройствами.

Испаритель представляет собой сосуд цилиндрической формы и, как правило, вертикального типа. Продольный разрез испарительной установки представлен на рисунке 1. Корпус испарителя состоит из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ, приваренных к обечайке. Для крепления к фундаменту к корпусу приварены опоры. Для подъема и перемещения испарителя предусмотрены грузовые штуцеры (цапфы).

На корпусе испарителя предусмотрены патрубки и штуцеры для:

Подвода греющего пара (3);

Отвода вторичного пара;

Отвода конденсата греющего пара (8);

Подвода питательной воды испарителя (5);

Подвода воды на паропромывочное устройство (4);

Непрерывной продувки;

Слива воды из корпуса и периодической продувки;

Перепуска неконденсирующихся газов;

Установки предохранительных клапанов;

Установки приборов контроля и автоматического регулирования;

Отбора проб.

В корпусе испарителя предусмотрено два люка для осмотра и ремонта внутренних устройств.

Питательная вода поступает по коллектору (5) на промывочный лист (4) и по опускным трубам в нижнюю часть греющей секции (2). Греющий пар поступает по патрубку (3) в межтрубное пространство греющей секции. Омывая трубы греющей секции, пар конденсируется на стенках труб. Конденсат греющего пара стекает в нижнюю часть греющей секции, образуя необогреваемую зону.

Внутри труб, сначала вода, затем пароводяная смесь поднимается в парообразующий участок греющей секции. Пар поднимается верх, а вода переливается в кольцевое пространство и опускается вниз.

Образующийся вторичный пар, сначала проходит через промывочный лист, где остаются крупные капли воды, затем через жалюзийный сепаратор (6), где улавливаются средние и часть мелких капель. Движение воды в опускных трубах, кольцевом канале и пароводяной смеси трубах греющей секции происходит за счет естественной циркуляции: разности плотностей воды и пароводяной смеси.

Рис. 1. Испарительная установка

1 - корпус; 2 - греющая секция; 3 - подвод греющего пара; 4 - промывочный лист; 5 - подвод питательной воды; 6 - жалюзийный сепаратор; 7 -опускные трубы; 8 - отвод конденсата греющего пара.

3. Определение параметров вторичного пара испарительной установки

Рис.2. Схема испарительной установки.

Давление вторичного пара в испарителе определяется температурным напором ступени и параметрами потока в греющем контуре.

При Р п = 0,49 МПа, t п = 168 о С, h п = 2785 КДж/кг

Павраметры при давлении насыщения Р п = 0,49 МПа,

t н = 151 о С, h" п = 636,8 КДж/кг; h" п = 2747,6 КДж/кг;

Давление вторичного пара определяется по температуре насыщения.

T н1 = t н – ∆t = 151 – 14 = 137 о С

где ∆t = 14 о C.

При температуре насыщения t н1 = 137 о С давление вторичного пара

Р 1 = 0,33 МПа;

Энтальпии пара при Р 1 = 0,33 МПа h" 1 = 576,2 КДж/кг; h" 1 = 2730 КДж/кг;

4. Определение производительности испарительной установки.

Производительность испарительной установки определяется потоком вторичного пара из испарителя

D иу = D i

Количество вторичного пара из испарителя определяется из уравнения теплового баланса

D ni ∙(h ni -h΄ ni )∙η = D i ∙h i ˝+ α∙D i ∙h i ΄ - (1+α)∙D i ∙h пв ;

Отсюда расход вторичного пара из испарителя:

D = D n ∙(h n - h΄ n )η/((h˝ 1 + αh 1 ΄ - (1 + α)∙h пв )) =

13,5∙(2785 – 636,8)0,98/((2730+0,05∙576,2 -(1+0,05)∙293,3)) = 11,5 4 т/ч.

где энтальпии греющего пара и его конденсата

H n = 2785 КДж/кг, h΄ n = 636,8 КДж/кг;

Энтальпии вторичного пара, его конденсата и питательной воды:

H˝ 1 =2730 КДж/кг; h΄ 1 = 576,2 КДж/кг;

Энтальпии питательной воды при t пв = 70 о С: h пв = 293,3 КДж/кг;

Продувка α = 0,05; т.е. 5 %. КПД испарителя, η = 0,98.

Производительность испарителя:

D иу = D = 11,5 4 т/ч;

5. Тепловой расчёт испарителя

Расчёт производится методом последовательного приближения.

Тепловой поток

Q = (D /3,6)∙ =

= (11,5 4 /3,6)∙ = 78 56 ,4 кВт;

Коэффициент теплопередачи

k = Q/ΔtF = 7856,4/14∙350 = 1,61 кВт/м 2 ˚С = 1610 Вт/м 2 ˚С,

где Δt=14˚C ; F= 350 м 2 ;

Удельный тепловой поток

q =Q/F = 78 56 ,4/350 = 22, 4 кВт/м 2 ;

Число Рейнольдса

Rе = q∙H/r∙ρ"∙ν = 22, 4 ∙0,5725/(21 10 , 8 ∙9 1 5∙2,03∙10 -6 ) = 32 , 7 8;

Где высота теплообменной поверхности

H = L 1 /4 = 2,29 /4 = 0,5725 м;

Теплота парообразования r = 2110,8 кДж/кг;

Плотность жидкости ρ" = 915 кг/м 3 ;

Коэффициент кинематической вязкости при Р п = 0,49 МПа,

ν =2,03∙10 -6 м/с;

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке

при Rе = 3 2 , 7 8 < 100

α 1н =1,01∙λ∙(g/ν 2 ) 1/3 Rе -1/3 =

1,01∙0,684∙(9,81/((0,2 0 3∙10 -6 ) 2 )) 1/3 ∙3 2 , 7 8 -1/3 = 133 78 ,1 Вт/м 2 ˚С;

где при Р п = 0,49 МПа, λ = 0,684 Вт/м∙˚С;

Коэффициент теплоотдачи с учётом окисления стенок труб

α 1 =0,75∙α 1н =0,75∙133 78 ,1 = 10 0 3 3 , 6 Вт/м 2 ˚С;

6. Определение скорости циркуляции.

Расчёт проводится графо-аналитическим методом.

Задаваясь тремя значениями скорости циркуляции W 0 = 0,5; 0,7; 0,9 м/с рассчитываем сопротивление в подводящих линиях ∆Р подв и полезный напор ∆Р пол . По данным расчета строим график ΔР подв .=f(W) и ΔР пол .=f(W). При этих скоростях зависимости сопротивления в подводящих линиях ∆Р подв и полезный напор ∆Р пол не пересекаются. Поэтому заново задаемся тремя значениями скорости циркуляции W 0 = 0,8; 1,0; 1,2 м/с; рассчитываем сопротивление в подводящих линиях и полезный напор заново. Точка пересечения этих кривых соответствует рабочему значению скорости циркуляции. Гидравлические потери в подводящей части складываются из потерь в кольцевом пространстве и потерь на входных участках труб.

Площадь кольцевого сечения

F к =0,785∙[(Д 2 2 -Д 1 2 )-d 2 оп ∙n оп ]=0,785[(2,85 2 – 2,05 2 ) – 0,066 2 ∙22] = 3,002 м 2 ;

Эквивалентный диаметр

Д экв =4∙F к /(Д 1 +Д 2 +n∙d оп ) π =4*3,002/(2,05+2,85+ 22∙0,066)3,14= 0,602 м;

Скорость воды в кольцевом канале

W к =W 0 ∙(0,785∙d 2 вн ∙Z/F к ) =0,5∙(0,785∙0,027 2 ∙1764 /3,002) = 0,2598 м/с;

где внутренний диаметр труб греющей секции

D вн =d н – 2∙δ = 32 - 2∙2,5 = 27 мм = 0,027 м;

Число труб греющей секции Z = 1764 шт.

Расчёт ведём в табличной форме, таблица 1

Расчёт скорости циркуляции. Таблица 1.

п/п	Наименование, формула определения, единица измерения.	Скорость, W 0 , м/с
	Скорость воды в кольцевом канале: W к =W 0 *((0,785*d вн 2 z)/F к ), м/с	0,2598	0,3638	0,4677
	Число Рейнольса: Rе =W к ∙Д экв / ν	770578,44	1078809,8	1387041,2
	Коэффициент трения в кольцевом канале λ тр =0,3164/Rе 0,25	0,0106790	0,0098174	0,0092196
	Потери давления при движении в кольцевом канале, Па: ΔР к =λ тр *(L 2 /Д экв )*(ρ΄W к 2 /2) ;	1,29	2,33	3,62
	Потери давления на входе из кольцевого канала, Па; ΔР вх =(ξ вх +ξ вых )*((ρ"∙W к 2 )/2), Где ξ вх =0,5;ξ вых =1,0.	46,32	90,80	150,09
	Потери давления на входе в трубы греющей секции, Па; ΔР вх.тр .=ξ вх.тр .*(ρ"∙W к 2 )/2, Где ξ вх.тр .=0,5	15,44	30,27	50,03
	Потери давления при движении воды на прямом участке, Па; ΔР тр =λ гр *(ℓ но /d вн )*(ρ΄W к 2 /2), где ℓ но -высота нижнего не обогреваемого участка , м. ℓ но = ℓ +(L 2 -L 1 )/2=0,25 +(3,65-3,59)/2=0,28 м, ℓ =0,25-уровень конденсата	3,48	6,27	9,74
	Потери в опускных трубах, Па; ΔР оп = ΔР вх +ΔР к	47,62	93,13	153,71
	Потери в не обогреваемом участке, Па; ΔР но =ΔР вх.тр .+ΔР тр .	18,92	36,54	59,77
	Тепловой поток, кВт/м 2 ; G вн =kΔt= 1,08∙10= 10,8	22,4	22,4	22,4
	Общее количество теплоты подаваемое в кольцевом пространстве, КВт; Q к =πД 1 L 1 kΔt=3,14∙2,5∙3,59∙2,75∙10= 691,8	330,88	330,88	330,88
	Повышение энтальпии воды в кольцевом канале, КДж/кг; Δh к =Q к /(0,785∙d вн 2 Z∙W∙ρ")	0,8922	0,6373	0,4957
	Высота экономайзерного участка,м; ℓ эк =((-Δh к - -(ΔР оп +ΔР но )∙(dh/dр)+gρ"∙(L 1 - ℓ но )∙(dh/dр))/ ((4g вн /ρ"∙W∙d вн )+g∙ρ"∙(dh/dр)), где (dh/dр)= =Δh/Δр=1500/(0,412*10 5 )=0,36	1,454	2,029	2,596
	Потери на экономайзерном участке, Па; ΔР эк =λ∙ ℓ эк ∙(ρ"∙W 2 )/2	1,7758	4,4640	8,8683
15 15	Общее сопротивление в подводящих линиях, Па; ΔР подв =ΔР оп +ΔР но +ΔР эк	68,32	134,13	222,35
	Количество пара в одной трубе, кг/с Д" 1 =Q/z∙r	0,00137	0,00137	0,00137
	Приведённая скорость на выходе из труб, м/с, W" ок =Д" 1 /(0,785∙ρ"∙d вн 2 ) = 0,0043/(0,785∙1,0∙0,033 2 ) =1,677 м/с;	0,83	0,83	0,83
	Средняя приведённая скорость, W˝ пр =W˝ ок /2= =1,677/2=0,838 м/с	0,42	0,42	0,42
	Расходное паросодержание, β ок =W˝ пр /(W˝ пр +W)	0,454	0,373	0,316
	Скорость всплытия одиночного пузыря в неподвижной жидкости, м/с W пуз =1,5 4 √gG(ρ΄-ρ˝/(ρ΄)) 2	0,2375	0,2375	0,2375
	Фактор взаимодействия Ψ вз =1,4(ρ΄/ρ˝) 0,2 (1-(ρ˝/ρ΄)) 5	4,366	4,366	4,366
	Групповая скорость всплытия пузырей, м/с W* =W пуз Ψ вз	1,037	1,037	1,037
	Скорость смешивания, м/с W см.р =W пр "+W	0,92	1,12	1,32
	Объёмное паросодержание φ ок =β ок /(1+W*/W см.р )	0,213	0,193	0,177
	Движущий напор, Па ΔР дв =g(ρ-ρ˝)φ ок L пар, где L пар =L 1 -ℓ но -ℓ эк =3,59-0,28-ℓ эк ;	1049,8	40,7	934,5
	Потери на трение в пароводяной линии ΔР тр.пар = =λ тр ((L пар /d вн )(ρ΄W 2 /2))	20,45	1,57	61,27
	Потери на выходе из трубы ΔР вых =ξ вых (ρ΄W 2 /2)[(1+(W пр ˝/W)(1-(ρ˝/ρ΄)]	342,38	543,37	780,96
	Потери на ускорение потока ΔР уск =(ρ΄W) 2 (y 2 -y 1 ) , где y 1 =1/ρ΄=1/941,2=0,00106 при x=0; φ=0 у 2 =((x 2 к /(ρ˝φ к ))+((1-x к ) 2 /(ρ΄(1-φ к )	23 , 8 51 0,00106 0,001 51	38 , 36 0,00106 0,001 44	5 4,0 6 0,00106 0,001 39
	W см =W˝ ок +W β к =W˝ ок /(1+(W˝ок/W см )) φ к =β к /(1+(W˝ ок /W см )) х к =(ρ˝W˝ ок )/(ρ΄W)	1 , 33 0, 62 0, 28 0 0,000 6 8	1 , 53 0, 54 0, 242 0,0005 92	1 , 7 3 0,4 8 0,2 13 0,000 523
	Полезный напор, Па; ΔР пол =ΔР дв -ΔР тр -ΔР вых -ΔР уск	663 ,4	620 , 8	1708 , 2

Строится зависимость:

ΔР подв .=f(W) и ΔР пол .=f(W) , рис. 3 и находим W р = 0,58 м/с;

Число Рейнольдса:

Rе = (W р d вн )/ν = (0 , 5 8∙0,027)/(0, 20 3∙10 -6 ) = 7 7 1 4 2 , 9 ;

Число Нуссельта:

N и = 0,023∙Rе 0,8 ∙Рr 0,37 = 0,023∙77142,9 0,8 ∙1,17 0,37 = 2 3 02 , 1 ;

где число Рr = 1,17;

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде

α 2 = Nuλ/d вн = (2302,1∙0,684)/0,027 = 239257,2 Вт/м 2 ∙˚С

Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде с учётом оксидной плёнки

α΄ 2 =1/(1/α 2 )+0,000065=1/(1/ 239257.2 )+0,000065= 1 983 Вт/м 2 ∙˚С;

Коэффициент теплопередачи

K=1/(1/α 1 )+(d вн /2λ ст )*ℓn*(d н /d вн )+(1/α΄ 2 )*(d вн /d н ) =

1/(1/ 1983 )+(0,027/2∙60)∙ℓn(0,032/0,027)+(1/1320)∙(0,027/0,032)=

17 41 Вт/м 2 ∙˚С;

где для Ст.20 имеем λ ст = 60 Вт/м∙ о С.

Отклонение от ранее принятого значения

δ = (k-k 0 )/k 0 ∙100%=[(1 741 – 1 603 )/1 741 ]*100 % = 7 , 9 % < 10%;

Литература

1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М. 1987.

2. Кутепов А.М. и др. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М. 1987.

3. Огай В.Д. реализация технологического процесса на ТЭС. Методические указания к выполнению курсовой работы. Алматы. 2008.

Изм	Лист	Докум №	Подп	Дата	КР-5В071700 ПЗ	Лист
Выполнил		Полетаев П.
Руководитель

При расчете проектируемого испарителя определяют его теплопередающую поверхность и объем циркулирующего рассола или воды.

Теплопередающую поверхность испарителя находят по формуле:

где F – теплопередающая поверхность испарителя, м 2 ;

Q 0 – холодопроизводительность машины, Вт;

Dt m – для кожухотрубных испарителей это средняя логарифмическая разность между температурами хладоносителя и кипения холодильного агента, а для панельных испарителей – арифметическая разность между температурами выходящего рассола и кипения холодильного агента, 0 С;

– плотность теплового потока, Вт/м 2 .

Для приближенных расчетов испарителей пользуются значениями коэффициентов теплопередачи, полученными опытным путем в Вт/(м 2 ×К):

для аммиачных испарителей:

кожухотрубных 450 – 550

панельных 550 – 650

для фреоновых кожухотрубных испарителей с накатными ребрами 250 – 350.

Среднюю логарифмическую разность температур хладоносителя и кипения холодильного агента в испарителе рассчитывают по формуле:

(5.2)

где t Р1 и t Р2 – температуры хладоносителя на входе и выходе из испарителя, 0 С;

t 0 – температура кипения холодильного агента, 0 С.

Для панельных испарителей, благодаря большому объему бака и интенсивной циркуляции хладоносителя, его средняя температура может быть принята равной температуре на выходе из бака t Р2 . Поэтому для этих испарителей

Объем циркулирующего хладоносителя определяют по формуле:

(5.3)

где V Р – объем циркулирующего теплоносителя, м 3 /с;

с Р – удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг× 0 С);

r Р – плотность рассола, кг/м 3 ;

t Р2 и t Р1 – температура теплоносителя соответственно при входе в охлаждаемое помещение и выходе из него, 0 С;

Q 0 – холодопроизводительность машины.

Величины с Р и r Р находят по справочным данным для соответствующего хладоносителя в зависимости от его температуры и концентрации.

Температура хладоносителя при прохождении его через испаритель понижается на 2 – 3 0 С.

Расчет испарителей для охлаждения воздуха в холодильных камерах

Для распределения испарителей, входящих в комплект холодильной машины, определяют требуемую теплопередающую поверхность по формуле:

где SQ – суммарный теплоприток на камеру;

К – коэффициент теплопередачи камерного оборудования, Вт/(м 2 ×К);

Dt – расчетная разность температур между воздухом в камере и средней температурой хладоносителя при рассольном охлаждении, 0 С.

Коэффициент теплопередачи для батареи принимают 1,5–2,5 Вт/(м 2 К), для воздухоохладителей – 12–14 Вт/(м 2 К).

Расчетную разность температур для батарей - 14–16 0 С, для воздухоохладителей - 9–11 0 С.

Количество приборов охлаждения для каждой камеры определяют по формуле:

где n – требуемое количество приборов охлаждения, шт.;

f – теплопередающая поверхность одной батареи или воздухоохладителя (принимают исходя из технической характеристики машины).

Конденсаторы

Различают два основных типа конденсаторов: с во­дяным и воздушным охлаждением. В холодильных установ­ках большой производительности используются также конденсаторы с водо-воздушным охлаждением, называемые испарительными.

В холодильных агрегатах для торгового холодильного оборудования чаще всего применяют конденсаторы воздушного охлаждения. По сравнению с конденсатором водяного охлаждения они экономичны в работе, проще в монтаже и эксплуатации. Холодильные агрегаты, в состав которых входят конденсаторы водяного охлаждения, более компактны, чем агрегаты с конденсаторами воздушного охлаждения. Кроме того, при эксплуатации они издают меньше шума.

Конденсаторы с водяным охлаждением различают по характеру движения воды: проточного типа и оро­сительные, а по конструкции – кожухозмеевиковые, двухтрубные и кожухотрубные.

Основным типом являются горизонтальные кожухотрубные конден­саторы (рис. 5.3). В зависимости от вида хладагента в конструкции аммиачных и фреоновых конденсаторов есть некоторые отличия. По величи­не теплопередающей поверхности аммиачные конденсаторы охватывают диапазон, примерно от 30 до 1250 м 2 , а фреоновые – от 5 до 500 м 2 . Кроме того, выпускаются аммиачные вертикальные кожухотрубные конденсаторы с площадью теплопередающей поверхности от 50 до 250 м 2 .

Кожухотрубные конденсаторы используют в машинах средней и большой производительности. Горячие пары хладагента поступают че­рез патрубок 3 (рис. 5.3) в межтрубное пространство и конденсируются на наружной поверхности пучка горизонтальных труб.

Внутри труб под напором насоса циркулирует охлаждающая вода. Трубы развальцованы в трубных решетках, закрыты снаружи водяными крышками с перегородками, создающими несколько горизонтальных ходов (2-4-6). Вода поступает через патрубок 8 снизу и выходит через патрубок 7. На этой же водяной крышке имеется вентиль 6 для выпуска воздуха из водяного пространства и вентиль 9 для слива воды при реви­зии или ремонте конденсатора.

Рис.5.3 - Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы

Сверху аппарата имеется предохранительный клапан 1, соединяю­щий межтрубное пространство аммиачного конденсатора с трубопрово­дом, выведенным наружу, выше конька крыши самого высокого здания в радиусе 50 м. Через патрубок 2 подсоединяется уравнительная линия, соединяющая конденсатор с ресивером, куда выводится жидкий хлада­гент через патрубок 10 из нижней части аппарата. Снизу к корпусу при­варен маслосборник с патрубком 11 для слива масла. Уровень жидкого хладагента в нижней части кожуха контролируется с помощью указате­ля уровня 12. При нормальной работе весь жидкий хладагент должен сливаться в ресивер.

Сверху кожуха имеется вентиль 5 для спуска воздуха, а также пат­рубок для подсоединения манометра 4.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы применяются в аммиач­ных холодильных машинах большой производительности, они рассчитаны на тепловую нагрузку от 225 до 1150 кВт и устанавливаются снаружи ма­шинного зала, не занимая его полезную площадь.

В последнее время появились конденсаторы пластинчатого типа. Высокая интенсивность теплообмена в пластинчатых конденсато­рах, по сравнению с кожухотрубными, позволяет при одинаковой тепловой нагрузке примерно вдвое уменьшить металлоемкость аппарата и в 3–4 раза повысить компактность.

Воздушные конденсаторы применяют главным образом в машинах малой и средней производительности. По характеру движения воздуха их делят на два типа:

Со свободным движением воздуха; такие конденсаторы используют в машинах очень малой производительности (примерно до 500 Вт), применяемых в бытовых холодильниках;

С принудительным движением воздуха, то есть с обдувом теплопередающей поверхности с помощью осевых вентиляторов. Этот тип конденсатора наиболее применим в машинах малой и средней про­изводительности, однако в последнее время в связи с дефицитом воды они все больше используются и в машинах большой произво­дительности.

Конденсаторы воздушного типа применяют в холодильных агрегатах с сальниковыми, бессальниковыми и герметичными компрессорами. Конструкции конденсаторов однотипные. Конденсатор состоит из двух или более секций, соединенных последовательно калачами или параллельно коллекторами. Секции представляют собой прямые или U-образные трубки, собранные в змеевик с помощью калачей. Трубы – стальные, медные; ребра – стальные или алюминиевые.

Конденсаторы с принудительным движением воздуха используют в торговых холодильных агрегатах.

Расчет конденсаторов

При проектировании конденсатора расчет сводится к определению его теплопередающей поверхности и (если он с водяным охлаждением) количества расходуемой воды. Прежде всего подсчитывают действительную теп­ловую нагрузку на конденсатор

где Q к – действительная тепловая нагрузка на конденсатор, Вт;

Q 0 – холодопроизводительность компрессора, Вт;

N i – индикаторная мощность компрессора, Вт;

N е – эффективная мощность компрессора, Вт;

h м – механический к. п. д. компрессора.

В агрегатах с герметичными или бессальниковыми компрессорами тепловую нагрузку на конденсатор сле­дует определять но формуле:

(5.7)

где N э – электрическая мощность на клеммах электродвигателя компрессора, Вт;

h э – к. п. д. электродвигателя.

Теплопередающая поверхность конденсатора определяется по формуле:

(5.8)

где F – площадь теплопередающей поверхности, м 2 ;

к – коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/(м 2 ×К);

Dt m – средняя логарифмическая разность между температурами конденсации холодильного агента и охлаждающей воды или воздуха, 0 С;

q F – плотность теплового потока, Вт/м 2 .

Среднюю логарифмическая разность определяют по формуле:

(5.9)

где t в1 – температура воды или воздуха на входе в конденсатор, 0 С;

t в2 – температура воды или воздуха на выходе из конденсатора, 0 С;

t к – температура конденсации холодильного агрегата, 0 С.

Коэффициенты теплопередачи различных типов конденсаторов приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1 - Коэффициенты теплопередачи конденсаторов

Оросительный для аммиака

Испарительный для аммиака

С воздушным охлаждением (при принудительной циркуляции воздуха) для хладонов

800…1000 460…580 * 700…900 700…900 465…580 20…45 *

Значения к определены для оребренной поверхности.

Где испаритель предназначен для охлаждения жидкости, а не воздуха.

Испаритель в чиллере может быть нескольких типов:

• пластинчатый
• трубный - погружной
• кожухотрубный.

Чаще всего те, кто желает собрать чиллер самостоятельно , применяют погружной - витой испаритель, как наиболее дешевый и простой вариант, который можно изготовить самостоятельно. Вопрос, главным образом, в правильном изготовлении испарителя, относительно мощности компрессора, выборе диаметра и длины трубы, из которой будет изготавливаться будущий теплообменник.

Для подбора трубы и ее количества необходимо воспользоваться теплотехническим расчетом, который можно без особого труда найти в интернете. Для производства чиллеров мощностью до 15 кВт, с витым испарителем, наиболее применимы следующие диаметры медных труб 1/2; 5/8; 3/4. Трубы с большим диаметром (от 7/8) гнуть без специальных станков очень сложно, поэтому их для витых испарителей не применяют. Наиболее оптимальная по удобству работы и мощности на 1 метр длины - труба 5/8. Ни в коем случае нельзя допускать приблизительный расчет длины трубы. Если не верно изготовить испаритель чиллера , то не удастся добиться ни нужного перегрева, ни нужного переохлаждения, ни давления кипения фреона, как следствие чиллер будет работать не эффективно или вовсе не будет охлаждать.

Также еще один нюанс, так как охлаждаемая среда — вода (чаще всего), то температура кипения, при (использовании воды) не должна быть ниже -9С, при дельте не более 10K между температурой кипения фреона и температурой охлаждаемой воды. В этой связи и аварийное реле низкого давления следует настраивать на аварийную отметку не ниже давления используемого фреона, при температуре его кипения -9С. В противном случае, при погрешности датчика контроллера и снижении температуры воды ниже +1С, вода начнет намораживаться на испаритель что снизит, а со временем и сведет практически к нулю его теплообменную функции — водоохладитель будет работать некорректно.

Подробности

Расчет чиллера. Как расчитать холодопроизводительность или мощность чиллера и правильно осуществить его подбор.

Как правильно сделать , на что в первую очередь надо полагаться чтобы, среди множества предложений, произвести качественный ?

На этой странице мы дадим несколько рекомендаций, прислушавшись к которым вы приблизитесь к тому, чтобы сделать правильный .

Расчет холодопроизводительности чиллера. Расчет мощности чиллера - его мощности охлаждения.

В первую очередь по формуле , в которой участвует объем охлаждаемой жидкости; изменение температуры жидкости, которое надо обеспечить охладителем; теплоемкость жидкости; ну и конечно время за которое этот объем жидкости надо охладить - определяется мощность охлаждения:

Формула охлаждения, т.е. формула вычисления необходимой холодопроизводительности:

Q = G*(Т1- Т2)*C рж *pж / 3600

Q – холодопроизводительность, кВт/час

G - объёмный расход охлаждаемой жидкости, м 3 /час

Т2 - конечная температура охлаждаемой жидкости, о С

Т1 - начальная температура охлаждаемой жидкости, о С

C рж -удельная теплоёмкость охлаждаемой жидкости, кДж / (кг* о С)

pж - плотность охлаждаемой жидкости, кг/м 3

* Для воды C рж *pж = 4,2

По данной формуле определяется необходимая мощность охлаждения и она является основной при выборе чиллера.

• Формулы пересчета размерностей чтобы рассчитать холодопроизводительность водоохладителя :

1 кВт = 860 кКал/час

1 кКал/час = 4,19 кДж

1 кВт = 3,4121 кБТУ/час

Подбор чиллера

Для того, чтобы произвести подбор чиллера - очень важно выполнить правильное составление технического задания на расчет чиллера, в котором участвуют не только параметры самого водоохладителя, но и данные о его размещении и условии его совместной работы с потребителем. На основании выполненных вычислений можно - выбрать чиллер.

Не нужно забывать про то, в каком регионе Вы находитесь. Например, расчет для города Москва будет отличаться от расчета для города Мурманск так как максимальные температуры двух данных городов отличается.

П о таблицам параметров водоохлаждающих машин делаем первый выбор чиллера и знакомимся с его характеристиками. Далее, имея на руках основные характеристики выбранной машины, такие как: - холодопроизводительность чиллера , потребляемая им электрическая мощность, есть ли в его составе гидромодуль и его - подача и напор жидкости, объём проходящего через охладитель воздуха (который нагревается) в куб.метрах в секунду - Вы сможете проверить возможность установки охладителя воды на выделенной площадке. После того, как предполагаемый охладитель воды удовлетворит требованиям технического задания и вероятнее всего сможет работать на подготовленной для него площадке рекомендуем обратиться к специалистам, которые проверят Ваш выбор.

Выбор чиллера - особенности, которые надо предусмотреть при подборе чиллера.

Основные требования к месту будущей установки охладителя воды и схемы его работы с потребителем :

• Если запланированное место в помещении, то - возможно ли в нем обеспечить большой обмен воздуха, возможно ли в это помещение внести охладитель воды, возможно ли в нем будет его обслуживать?
• Если будущее размещение охладителя воды на улице - будет ли необходимость его работы в зимний период, возможно ли использование незамерзающих жидкостей, возможно ли обеспечить защиту охладителя воды от внешних воздействий (анти-вандальная, от листьев и веток деревьев, и т.д.) ?
• Если температура жидкости, до которой её надо охлаждать ниже +6 о С или она выше + 15 о С - чаще всего такой диапазон температур не входит в таблицы быстрого выбора. В этом случае рекомендуем обратиться к нашим специалистам.
• Следует определиться с расходом охлаждаемой воды и необходимым давлением, которое должен обеспечить гидромодуль охладителя воды - необходимое значение может отличаться от параметра выбранной машины.
• Если температуру жидкости необходимо понизить более чем на 5 градусов, то схема прямого охлаждения жидкости водоохладителем не применяется и необходим расчет и комплектация дополнительным оборудованием.
• Если охладитель будет использоваться круглосуточно и круглогодично, а конечная температура жидкости достаточно высока - на сколько целесообразно будет применение установки с ?
• В случае применения незамерзающих жидкостей высоких концентраций требуется дополнительный расчет производительности испарителя водоохладителя.

Программа подбора чиллера

К сведению: даёт только приближённое понимание о необходимой модели охладителя и соответствия его техническому заданию. Далее необходима проверка расчетов специалистом. При этом Вы можете ориентироваться на полученную в результате расчетов стоимость +/- 30% (в случаях с низкотемпературными моделями охладителей жидкости - указанная цифра ещё больше) . Оптимальная модель и стоимость будут определены только после проверки расчетов и сопоставления характеристик разных моделей и производителей нашим специалистом.

Подбор чиллера ОнЛайн

Вы можете сделать обратившись к нашему онлайн консультанту, который быстро и технически обоснованно даст ответ на Ваш вопрос. Также консультант может выполнить исходя из кратко написанных параметров технического задания расчет чиллера онлайн и дать приблизительно подходящую по параметрам модель.

Расчеты, произведённые не специалистом часто приводят к тому, что выбранный водоохладитель не соответствует в полной мере ожидаемым результатам.

Компания Питер Холод специализируется на комплексных решениях по обеспечению промышленных предприятий оборудованием, которое полностью удовлетворяет требования технического задания на поставку системы водоохлаждения. Мы производим сбор информации для наполнения технического задания, расчет холодопроизводительности чиллера, определение оптимально подходящего охладителя воды, проверку с выдачей рекомендаций по его установке на выделенной площадке, расчет и комплектацию всех дополнительных элементов для работы машины в системе с потребителем (расчет бака аккумулятора, гидромодуля, дополнительных, при необходимости теплообменников, трубопроводов и запирающей и регулирующей арматуры).

Накопив многолетний опыт расчетов и последующих внедрений систем охлаждения воды на различные предприятия мы обладаем знаниями, по решению любых стандартных и далеко не стандартных задач связанных с многочисленными особенностями установки на предприятие охладителей жидкости, объединения их с технологическими линиями, настройке специфических параметров работы оборудования.

Самым оптимальный и точный и соответственно определение модели водоохладителя можно сделать очень быстро, позвонив или послав заявку инженеру нашей компании.

Дополнительные формулы для расчета чиллера и определения схемы его подключения к потребителю холодной воды (расчет мощности чиллера)

• Формула расчёта температуры, при смешении 2-х жидкостей (формула смешения жидкостей):

Т смеш = (М1*С1*Т1+М2*С2*Т2) / (С1*M1+С2*М2)

Т смеш – температура смешанной жидкости, о С

М1 – масса 1-ой жидкости, кг

C1 - удельная теплоёмкость 1-ой жидкости, кДж/(кг* о С)

Т1 - температура 1-ой жидкости, о С

М2 – масса 2-ой жидкости, кг

C2 - удельная теплоёмкость 2-ой жидкости, кДж/(кг* о С)

Т2 - температура 2-ой жидкости, о С

Данная формула используется, если применяется аккумулирующая емкость в системе охлаждения, нагрузка непостоянна по времени и температуре (чаще всего при расчете необходимой мощности охлаждения автоклав и реакторов)

Мощность охлаждения чиллера.

Москва..... Воронеж..... Белгород..... Нижневартовск..... Новороссийск..... Екатеринбург..... в Ростове-на-Дону..... Смоленск..... Киров..... Ханты-Мансийск..... Ростов-на-Дону..... Пенза..... Владимир..... Астрахань..... Брянск..... Казань..... Самара..... Набережные Челны..... Рязань..... Нижний Тагил..... Краснодар..... Тольятти..... Чебоксары..... Волжский..... Нижегородская область..... Нижний Новгород..... Ростов на Дону..... Саратов..... Сургут..... Краснодарский край..... в Ростове на Дону..... Оренбург..... Калуга..... Ульяновск..... Томск..... Волгоград..... Тверь..... Марий Эл..... Тюмень..... Омск..... Уфа..... Сочи..... Ярославль..... Орел..... Новгородская область.....

Задача 1

Поток горячего продукта, выходящего из реактора, необходимо охладить с начальной температуры t 1н = 95°C до конечной температуры t 1к = 50°C, для этого его направляют в холодильник, куда подают воду с начальной температурой t 2н = 20°C. Требуется рассчитать ∆t ср в условиях прямотока и противотока в холодильнике.

Решение: 1) Конечная температура охлаждающей воды t 2к в условии прямоточного движения теплоносителей не может превысить значение конечной температуры горячего теплоносителя (t 1к = 50°C), поэтому примем значение t 2к = 40°C.

Рассчитаем средние температуры на входе и выходе из холодильника:

∆t н ср = 95 - 20 = 75;

∆t к ср = 50 - 40 = 10

∆t ср = 75 - 10 / ln(75/10) = 32,3 °C

2) Конечную температуру воды при противоточном движении примем такой же, как и при прямоточном движении теплоносителей t 2к = 40°C.

∆t н ср = 95 - 40 = 55;

∆t к ср = 50 - 20 = 30

∆t ср = 55 - 30 / ln(55/30) = 41,3°C

Задача 2.

Используя условия задачи 1 определить требуемую поверхность теплообмена (F) и расход охлаждающей воды (G). Расход горячего продукта G = 15000 кг/ч, его теплоемкость С = 3430 Дж/кг·град (0,8 ккал·кг·град). Охлаждающая вода имеет следующие значения: теплоемкость с = 4080 Дж/кг·град (1 ккал·кг·град), коэффициент теплопередачи k = 290 Вт/м 2 ·град (250 ккал/м 2 *град).

Решение: Используя уравнение теплового баланса, получим выражение для определения теплового потока при нагревании холодного теплоносителя:

Q = Q гт = Q хт

откуда: Q = Q гт = GC (t 1н - t 1к) = (15000/3600)·3430·(95 - 50) = 643125 Вт

Принимая t 2к = 40°C, найдем расход холодного теплоносителя:

G = Q/ c(t 2к - t 2н) = 643125/ 4080(40 - 20) = 7,9 кг/сек = 28 500 кг/ч

Требуемая поверхность теплообмена

при прямотоке:

F = Q/k·∆t ср = 643125/ 290·32,3 = 69 м 2

при противотоке:

F = Q/k·∆t ср = 643125/ 290·41,3 = 54 м 2

Задача 3

На производстве осуществляется транспорт газа по стальному трубопроводу наружным диаметром d 2 = 1500 мм, толщиной стенки δ 2 = 15 мм, теплопроводностью λ 2 = 55 Вт/м·град. Внутри трубопровод футерован шамотным кирпичом, толщина которого δ 1 = 85 мм, теплопроводность λ 1 = 0,91 Вт/м·град. Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α 1 = 12,7 Вт/м 2 ·град, от наружной поверхности стенки к воздуху α 2 = 17,3 Вт/м 2 ·град. Требуется найти коэффициент теплопередачи от газа к воздуху.

Решение: 1) Определим внутренний диаметр трубопровода:

d 1 = d 2 - 2·(δ 2 + δ 1) = 1500 - 2(15 + 85) = 1300 мм = 1,3 м

средний диаметр футеровки:

d 1 ср = 1300 + 85 = 1385 мм = 1,385 м

средний диаметр стенки трубопровода:

d 2 ср = 1500 - 15 = 1485 мм = 1,485 м

Рассчитаем коэффициент теплопередачи по формуле:

k = [(1/α 1)·(1/d 1) + (δ 1 /λ 1)·(1/d 1 ср)+(δ 2 /λ 2)·(1/d 2 ср)+(1/α 2)] -1 = [(1/12,7)·(1/1,3) + (0,085/0,91)·(1/1,385)+(0,015/55)·(1/1,485)+(1/17,3)] -1 = 5,4 Вт/м 2 ·град

Задача 4

В одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике осуществляется подогрев метилового спирта водой с начальной температуры 20 до 45 °C. Поток воды охлаждается с температуры 100 до 45 °C. Трубный пучек теплообменника содержит 111 труб, диаметр одной трубы 25х2,5 мм. Скорость течения метилового спирта по трубкам 0,8 м/с (w). Коэффициент теплопередачи равен 400 Вт/м 2 ·град. Определить общую длину трубного пучка.

Определим среднюю разность температур теплоносителей как среднелогарифмическое.

∆t н ср = 95 - 45 = 50;

∆t к ср = 45 - 20 = 25

∆t ср = 45 + 20 / 2 = 32,5°C

Определим массовый расход метилового спирта.

G сп = n·0,785·d вн 2 ·w сп ·ρ сп = 111·0,785·0,02 2 ·0,8· = 21,8

ρ сп = 785 кг/ м 3 - плотность метилового спирта при 32,5°C найдена из справочной литературы.

Затем определим тепловой поток.

Q = G сп с сп (t к сп - t н сп) = 21,8·2520 (45 - 20) = 1,373·10 6 Вт

c сп = 2520 кг/ м 3 - теплоемкость метилового спирта при 32,5°C найдена из справочной литературы.

Определим требуемую поверхность теплообмена.

F = Q/ K∆t ср = 1,373·10 6 / (400·37,5) = 91,7 м 3

Вычислим общую длину трубного пучка по среднему диаметру труб.

L = F/ nπd ср = 91,7/ 111·3,14·0,0225 = 11,7 м.

Задача 5

Для нагрева потока 10-% раствора NaOH от температуры 40°C до 75°C используют пластинчатый теплообменный аппарат. Расход гидроксида натрия составляет 19000 кг/ч. В качестве нагревающего агента используется конденсат водяного пара, его расход составляет 16000 кг/ч, начальная температура 95°C. Принять коэффициент теплообмена равный 1400 Вт/м 2 ·град. Необходимо произвести расчет основных параметров пластинчатого теплообменного аппарата.

Решение: Найдем количество передаваемого тепла.

Q = G р с р (t к р - t н р) = 19000/3600 · 3860 (75 - 40) = 713 028 Вт

Из уравнения теплового баланса определим конечную температуру конденсата.

t к х = (Q·3600/G к с к) - 95 = (713028·3600)/(16000·4190) - 95 = 56,7°C

с р,к - теплоемкость раствора и конденсата найдены из справочных материалов.

Определение средних температур теплоносителей.

∆t н ср = 95 - 75 = 20;

∆t к ср = 56,7 - 40 = 16,7

∆t ср = 20 + 16,7 / 2 = 18,4°C

Определим сечение каналов, для расчета примем массовую скорость конденсата W к = 1500 кг/м 2 ·сек.

S = G/W = 16000/3600·1500 = 0,003 м 2

Принимая ширину канала b = 6 мм, найдем ширину спирали.

B = S/b = 0,003/ 0,006 = 0,5 м

Произведем уточнение сечения канала

S = B·b = 0,58·0,006 = 0,0035 м 2

и массовой скорости потоков

W р = G р /S = 19000/ 3600·0,0035 = 1508 кг/ м 3 ·сек

W к = G к /S = 16000/ 3600·0,0035 = 1270 кг/ м 3 ·сек

Определение поверхности теплообмена спирального теплообменника осуществляется следующим образом.

F = Q/K∆t ср = 713028/ (1400·18,4) = 27,7 м 2

Определим рабочую длину спирали

L = F/2B = 27,7/(2·0,58) = 23,8 м

t = b + δ = 6 + 5 = 11 мм

Для вычисления числа витков каждой спирали необходимо принять начальный диаметр спирали исходя из рекомендаций d = 200 мм.

N = (√(2L/πt)+x 2) - x = (√(2·23,8/3,14·0,011)+8,6 2) - 8,6 = 29,5

где х = 0,5 (d/t - 1) = 0,5 (200/11 - 1) = 8,6

Наружный диаметр спирали определяется следующим образом.

D = d + 2Nt + δ = 200 + 2·29,5·11 + 5 = 860 мм.

Задача 6

Определить гидравлическое сопротивление теплоносителей создаваемое в четырехходовом пластинчатом теплообменном аппарате с длиной каналов 0,9 м и эквивалентным диаметром 7,5 ·10 -3 при охлаждении бутилового спирта водой. Бутиловый спирт имеет следующие характеристики расход G = 2,5 кг/с, скорость движения W = 0,240 м/с и плотность ρ = 776 кг/м 3 (Критерий Рейнольдса Re = 1573 > 50). Охлаждающая вода имеет следующие характеристики расход G = 5 кг/с, скорость движения W = 0,175 м/с и плотность ρ = 995 кг/м 3 (Критерий Рейнольдса Re = 3101 > 50).

Решение: Определим коэффициент местного гидравлического сопротивления.

ζ бс = 15/Re 0,25 = 15/1573 0,25 = 2,38

ζ в = 15/Re 0,25 = 15/3101 0,25 = 2,01

Уточним скорость движения спирта и воды в штуцерах (примем d шт = 0,3м)

W шт = G бс /ρ бс 0,785d шт 2 = 2,5/776 ·0,785·0,3 2 = 0,05 м/с менее 2 м/с поэтому можно не учитывать.

W шт = G в /ρ в 0,785d шт 2 = 5/995 ·0,785·0,3 2 = 0,07 м/с менее 2 м/с поэтому можно не учитывать.

Определим значение гидравлического сопротивления для бутилового спирта и охлаждающей воды.

∆Р бс = хζ·(l /d ) · (ρ бс w 2 /2) = (4·2,38·0,9/ 0,0075)·(776·0,240 2 /2) = 25532 Па

∆Р в = хζ·(l /d ) · (ρ в w 2 /2) = (4·2,01·0,9/ 0,0075)·(995·0,175 2 /2) = 14699 Па.