1. Завдання на курсову роботу

За вихідними даними до курсової роботи необхідно:

Визначити гідравлічні втрати контуру циркуляції випарника;

Визначити корисний напір у контурі природної циркуляції ступеня випарника;

Визначити робочу швидкість циркуляції;

Визначити коефіцієнт теплопередачі.

Вихідні дані.

Тип випарника - І-350

Кількість труб Z = 1764

Параметри пари, що гріє: Рп = 0,49 МПа, t п = 1680С.

Витрата пари D п = 13,5 т/год;

Габаритні розміри:

L 1 = 2,29 м

L 2 = 2,36 м

Д 1 = 2,05 м

Д 2 = 2,85 м

Опускні труби

Кількість n оп = 22

Діаметр d оп = 66 мм

Температурний напір у щаблі t = 14 про С.

2. Призначення та влаштування випарників

Випарники призначені для отримання дистиляту, що заповнює втрати пари та конденсату в основному циклі паротурбінних установок електростанцій, а також вироблення пари для загальностанційних потреб та зовнішніх споживачів.

Випарники можуть використовуватися у складі як одноступінчастих, так і багатоступінчастих випарних установок для роботи в технологічному комплексі теплових електростанцій.

Як гріюче середовище може використовуватися пара середнього та низького тиску з відборів турбін або РОУ, а в деяких моделях навіть вода з температурою 150-180 °С.

Залежно від призначення та вимог щодо якості вторинної пари випарники виготовляються з одно- та двоступінчастими паропромивальними пристроями.

Випарник є посудиною циліндричної форми і, як правило, вертикального типу. Поздовжній розріз випарної установки представлений малюнку 1. Корпус випарника складається з циліндричної обічайки і двох еліптичних днищ, приварених до обічайки. Для кріплення до фундаменту корпусу приварені опори. Для підйому та переміщення випарника передбачені вантажні штуцери (цапфи).

На корпусі випарника передбачені патрубки та штуцери для:

Підведення гріючої пари (3);

Відведення вторинної пари;

Відведення конденсату пари, що гріє (8);

Підведення живильної води випарника (5);

Підведення води на паропромивний пристрій (4);

Безперервної продування;

Зливу води з корпусу та періодичного продування;

Перепуску газів, що не конденсуються;

встановлення запобіжних клапанів;

Установки приладів контролю та автоматичного регулювання;

Відбір проб.

У корпусі випарника передбачено два люки для огляду та ремонту внутрішніх пристроїв.

Поживна вода надходить колектором (5) на промивний лист (4) і по опускних трубах в нижню частину секції, що гріє (2). Гріюча пара надходить по патрубку (3) в міжтрубний простір секції, що гріє. Обмиваючи труби секції, що гріє, пара конденсується на стінках труб. Конденсат гріючої пари стікає в нижню частину секції, що гріє, утворюючи необігрівається зону.

Усередині труб, спочатку вода, потім пароводяна суміш піднімається в пароутворюючу ділянку секції, що гріє. Пара піднімається верх, а вода переливається в кільцеве місце і опускається вниз.

Повторна пара, що утворюється, спочатку проходить через промивний лист, де залишаються великі краплі води, потім через жалюзійний сепаратор (6), де вловлюються середні і частина дрібних крапель. Рух води в опускних трубах, кільцевому каналі та пароводяній суміші трубах секції, що гріє, відбувається за рахунок природної циркуляції: різниці щільностей води і пароводяної суміші.

Рис. 1. Випарна установка

1 – корпус; 2 - гріюча секція; 3 - підведення пари, що гріє; 4 - промивний лист; 5 - підведення поживної води; 6 – жалюзійний сепаратор; 7-опускні труби; 8 - відведення конденсату пари, що гріє.

3. Визначення параметрів вторинної пари випарної установки

Рис.2. Схема випарної установки.

Тиск вторинної пари у випарнику визначається температурним напором ступеня і параметрами потоку в контурі, що гріє.

За Р п = 0,49 МПа, t п = 168 про С, h п = 2785 КДж/кг

Павраметри при тиску насичення Рп = 0,49 МПа,

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

Тиск вторинної пари визначається за температурою насичення.

T н1 = t н - ∆t = 151 - 14 = 137 про С

де ∆t = 14 про C.

При температурі насичення tн1 = 137 про З тиском вторинної пари

Р1 = 0,33 МПа;

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

4. Визначення продуктивності випарної установки.

Продуктивність випарної установки визначається потоком вторинної пари з випарника

D іу = D i

Кількість вторинної пари з випарника визначається з рівняння теплового балансу

D ni ∙(h ni -h ≥ ni )∙η = D i ∙h i ½+ α∙D i ∙h i ≈ - (1+α)∙D i ∙h пв ;

Звідси витрати вторинної пари з випарника:

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/год.

де ентальпії гріючої пари та її конденсату

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

Ентальпії вторинної пари, її конденсату та поживної води:

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

Ентальпії поживної води у tпв = 70 про З: h пв = 293,3 КДж/кг;

Продування α = 0,05; тобто. 5%. ККД випарника, η = 0,98.

Продуктивність випарника:

D іу = D = 11,5 4 т/год;

5. Тепловий розрахунок випарника

Розрахунок проводиться шляхом послідовного наближення.

Тепловий потік

Q = (D /3,6)∙ =

= (11,5 4 /3,6)∙ = 78 56,4 кВт;

Коефіцієнт теплопередачі

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

де Δt=14˚C; F = 350 м 2;

Питомий тепловий потік

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;

Де висота теплообмінної поверхні

H = L 1/4 = 2,29/4 = 0,5725 м;

Теплота пароутворення r = 2110,8 кДж/кг;

Щільність рідини ρ" = 915 кг/м 3 ;

Коефіцієнт кінематичної в'язкості при Рп = 0,49 МПа,

ν =2,03∙10 -6 м/с;

Коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки

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 ;

де за Р п = 0,49 МПа, = 0,684 Вт/м∙С;

Коефіцієнт тепловіддачі з урахуванням окислення стін труб

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

6. Визначення швидкості циркуляції.

Розрахунок проводиться графо-аналітичним способом.

Задаючись трьома значеннями швидкості циркуляції W 0 = 0,5; 0,7; 0,9 м/с розраховуємо опір у лініях, що підводять ∆Рподв та корисний напір ∆Рпідлога . За даними розрахунку будуємо графік ΔРпідв .=f(W) та ΔР підлога . = f (W). При цих швидкостях залежності опору в лініях, що підводять ∆Рподв та корисний напір ∆Рпідлога не перетинаються. Тому наново задаємося трьома значеннями швидкості циркуляції W 0 = 0,8; 1,0; 1,2 м/с; розраховуємо опір у лініях, що підводять, і корисний напір наново. Точка перетину цих кривих відповідає робочому значенню швидкості циркуляції. Гідравлічні втрати в частині, що підводить, складаються з втрат в кільцевому просторі і втрат на вхідних ділянках труб.

Площа кільцевого перерізу

F до =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 ;

Еквівалентний діаметр

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

Швидкість води у кільцевому каналі

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;

де внутрішній діаметр труб гріючої секції

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

Число труб секції, що гріє Z = 1764 шт.

Розрахунок ведемо у табличній формі, таблиця 1

Розрахунок швидкості циркуляції. Таблиця 1.

п/п	Найменування, формула визначення, одиниця виміру.	Швидкість, W 0 , м/с
	Швидкість води в кільцевому каналі: W к =W 0 *((0,785*d вн 2 z)/F к ), м/с	0,2598	0,3638	0,4677
	Число Рейнольса: Rе =W до ∙Д екв/ν	770578,44	1078809,8	1387041,2
	Коефіцієнт тертя в кільцевому каналітр =0,3164/Rе 0,25	0,0106790	0,0098174	0,0092196
	Втрати тиску під час руху в кільцевому каналі, Па: ΔРдо =λ тр *(L 2 /Д екв )*(ρW до 2 /2) ;	1,29	2,33	3,62
	Втрати тиску на вході з кільцевого каналу, Па; ΔРвх =(ξ вх +ξ вих )*((ρ"∙W до 2 )/2), Де ξ вх =0,5; ξ вих =1,0.	46,32	90,80	150,09
	Втрати тиску на вході в труби секції, що гріє, Па; ΔРвх.тр .=ξ вх.тр .*(ρ"∙W до 2 )/2, Де ξ вх.тр .=0,5	15,44	30,27	50,03
	Втрати тиску під час руху води прямому ділянці, Па; ΔРтр =λ гр *(ℓ та /d вн )*(ρ΄W до 2 /2), де ℓ але -висота нижньої не обігрівається ділянки, м. ℓ та = ℓ +(L 2 -L 1 )/2 = 0,25 + (3,65-3,59) / 2 = 0,28 м,ℓ =0,25-рівень конденсату	3,48	6,27	9,74
	Втрати у опускних трубах, Па; ΔР оп = ΔР вх +ΔР до	47,62	93,13	153,71
	Втрати в ділянці, що не обігрівається, Па; ΔРале = Р вх.тр. + Р тр .	18,92	36,54	59,77
	Тепловий потік, кВт/м 2 ; G вн =kΔt= 1,08∙10= 10,8	22,4	22,4	22,4
	Загальна кількість теплоти, що подається в кільцевому просторі, КВт; Qдо =πД 1 L 1 kΔt=3,14∙2,5∙3,59∙2,75∙10= 691,8	330,88	330,88	330,88
	Підвищення ентальпії води у кільцевому каналі, КДж/кг; Δhдо =Q до /(0,785∙d вн 2 Z∙W∙ρ”)	0,8922	0,6373	0,4957
	Висота економайзерної ділянки, м;ℓ ек =((-Δh до - -(ΔР оп +ΔР але )∙(dh/dр)+gρ"∙(L 1 - ℓ але )∙(dh/dр))/ ((4g вн /ρ"∙W∙d вн) )+g∙ρ”∙(dh/dр)), де (dh/dр)= =Δh/Δр=1500/(0,412*10 5 )=0,36	1,454	2,029	2,596
	Втрати на економайзерній ділянці, Па; ΔРек =λ∙ ℓ ек ∙(ρ"∙W 2 )/2	1,7758	4,4640	8,8683
15 15	Загальний опір у лініях, що підводять, Па; ΔРпідв =ΔР оп +ΔР але +ΔР ек	68,32	134,13	222,35
	Кількість пари в одній трубі, кг/с Д" 1 = Q/z∙r	0,00137	0,00137	0,00137
	Наведена швидкість на виході із 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
	Середня наведена швидкість, W? пр =W? бл /2= =1,677/2=0,838 м/с	0,42	0,42	0,42
	Витратний парозміст, βок = W пр / (W пр + W)	0,454	0,373	0,316
	Швидкість спливання одиночного міхура в нерухомій рідині, м/с W пуз =1,5 4 √gG(ρ΄-ρ˝/(ρ΄)) 2	0,2375	0,2375	0,2375
	Чинник взаємодії Ψ вз =1,4(ρ΄/ρ˝) 0,2 (1-(ρ˝/ρ΄)) 5	4,366	4,366	4,366
	Групова швидкість спливання бульбашок, м/с W* =W пуз Ψ вз	1,037	1,037	1,037
	Швидкість змішування, м/с W див.р = W пр "+W	0,92	1,12	1,32
	Об'ємний парозміст φок =β ок /(1+W*/W див.р)	0,213	0,193	0,177
	Рухаючий напір, Па ΔРдв =g(ρ-ρ˝)φ ок L пар, де L пар =L 1 -ℓ та -ℓ ек =3,59-0,28-ℓ ек ;	1049,8	40,7	934,5
	Втрати на тертя у пароводяній лінії ΔРтр.пар = =λ тр ((L пар /d вн )(ρW 2 /2))	20,45	1,57	61,27
	Втрати на виході із труби ΔРвих =ξ вих (ρ΄W 2 /2)[(1+(W пр ½/W)(1-(ρ˝/ρ΄))	342,38	543,37	780,96
	Втрати прискорення потоку ΔР уск =(ρW) 2 (y 2 -y 1 ) , де 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 до =W˝ ок /(1+(W˝ок/W см )) φ до =β до /(1+(W˝ бл /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
	Корисний напір, Па; ΔРпол =ΔР дв -ΔР тр -ΔР вих -ΔР уск	663 ,4	620 , 8	1708 , 2

Будується залежність:

ΔР підв .=f(W) та ΔР підлога . = f (W), рис. 3 і знаходимо Wр = 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 і = 0,023∙Rе 0,8∙Рr 0,37=0,023∙77142,9 0,8∙1,17 0,37 = 2 3 02 , 1;

де число Рr = 1,17;

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячої води

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

Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячої води з урахуванням оксидної плівки

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

Коефіцієнт теплопередачі

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;

де для Ст.20 маємо?ст= 60 Вт/м∙проЗ.

Відхилення від раніше прийнятого значення

δ = (k-k0 )/k0 ∙100%=[(1 741 - 1603 )/1 741 ]*100 % = 7 , 9 % < 10%;

Література

1. Рижкін В.Я. Теплові електростанції. М. 1987.

2. Кутєпов А.М. та ін Гідродинаміка та теплообмін при пароутворенні. М. 1987.

3. Огай В.Д. реалізація технологічного процесу на ТЕС Методичні вказівки до виконання курсової роботи. Алмати. 2008.

Ізм	Аркуш	Докум№	Підп	Дата	КР-5В071700 ПЗ	Аркуш
Виконав		Полєтаєв П.
Керівник

При розрахунку проектованого випарника визначають його теплопередавальну поверхню та об'єм циркулюючого розсолу або води.

Теплопередавальну поверхню випарника знаходять за такою формулою:

де F - теплопередаюча поверхня випарника, м 2;

Q 0 - Холодопродуктивність машини, Вт;

Dt m – для кожухотрубних випарників це середня логарифмічна різниця між температурами холодоносія та кипіння холодильного агента, а для панельних випарників – арифметична різниця між температурами розсолу, що виходить, і кипіння холодильного агента, 0 С;

- Щільність теплового потоку, Вт/м 2 .

Для наближених розрахунків випарників користуються значеннями коефіцієнтів теплопередачі, отриманими дослідним шляхом Вт/(м 2 ×К):

для аміачних випарників:

кожухотрубні 450 – 550

панельних 550 – 650

для фреонових кожухотрубних випарників із накатними ребрами 250 – 350.

Середню логарифмічну різницю температур холодоносія та кипіння холодильного агента у випарнику розраховують за формулою:

(5.2)

де t Р1 і t Р2 - температури холодоносія на вході та виході з випарника, 0 С;

t0 – температура кипіння холодильного агента, 0С.

Для панельних випарників, завдяки великому обсягу бака та інтенсивної циркуляції холодоносія, його середня температура може бути прийнята рівною температурі на виході з бака t Р2 . Тому для цих випарників

Об'єм циркулюючого холодоносія визначають за формулою:

(5.3)

де V Р - обсяг циркулюючого теплоносія, м3/с;

з Р – питома теплоємність розсолу, Дж/(кг× 0 З);

r Р - щільність розсолу, кг/м 3;

t Р2 і t Р1 – температура теплоносія відповідно при вході в приміщення, що охолоджується, і виході з нього, 0 С;

Q 0 - Холодопродуктивність машини.

Величини з Р та r Р знаходять за довідковими даними для відповідного холодоносія залежно від його температури та концентрації.

Температура холодоносія при проходженні через випарник знижується на 2 - 3 0 С.

Розрахунок випарників для охолодження повітря у холодильних камерах

Для розподілу випарників, що входять до комплекту холодильної машини, визначають необхідну теплопередавальну поверхню за формулою:

де SQ - сумарний теплоприплив на камеру;

К – коефіцієнт теплопередачі камерного обладнання, Вт/(м 2 К);

Dt – розрахункова різниця температур між повітрям у камері та середньою температурою охолоджувача при розсольному охолодженні, 0 С.

Коефіцієнт теплопередачі для батареї приймають 1,5–2,5 Вт/(м 2 К), для охолоджувачів повітря – 12–14 Вт/(м 2 К).

Розрахункову різницю температур для батарей - 14-16 0 С, для повітроохолоджувачів - 9-11 0 С.

Кількість приладів охолодження кожної камери визначають за формулою:

де n - необхідна кількість приладів охолодження, прим.;

f – теплопередаюча поверхня однієї батареї або охолоджувача повітря (приймають виходячи з технічної характеристики машини).

Конденсатори

Розрізняють два основні типи конденсаторів: з водяним та повітряним охолодженням. У холодильних установках великої продуктивності використовуються також конденсатори з водо-повітряним охолодженням, які називаються випарними.

У холодильних агрегатах для торгового холодильного обладнання найчастіше застосовують конденсатори повітряного охолодження. Порівняно з конденсатором водяного охолодження вони економічні у роботі, простіше у монтажі та експлуатації. Холодильні агрегати, до складу яких входять конденсатори водяного охолодження, компактніші, ніж агрегати з конденсаторами повітряного охолодження. Крім того, під час експлуатації вони видають менше шуму.

Конденсатори з водяним охолодженням розрізняють за характером руху води: проточного типу та зрошувальні, а за конструкцією – кожугоспмійникові, двотрубні та кожухотрубні.

Основним типом є горизонтальні кожухотрубні конденсатори (рис. 5.3). Залежно від виду холодоагенту в конструкції аміачних та фреонових конденсаторів є деякі відмінності. За величиною теплопередаючої поверхні аміачні конденсатори охоплюють діапазон приблизно від 30 до 1250 м 2 , а фреонові - від 5 до 500 м 2 . Крім того, випускаються аміачні вертикальні кожухотрубні конденсатори з площею теплопередаючої поверхні від 50 до 250 м 2 .

Кожухотрубні конденсатори використовують у машинах середньої та великої продуктивності. Гарячі пари холодоагенту надходять через патрубок 3 (рис. 5.3) у міжтрубний простір і конденсуються на зовнішній поверхні пучка горизонтальних труб.

Всередині труб під напором насоса циркулює вода, що охолоджує. Труби розвальцьовані в трубних ґратах, закриті зовні водяними кришками з перегородками, що утворюють кілька горизонтальних ходів (2-4-6). Вода надходить через патрубок 8 знизу і виходить через патрубок 7. На цій же водяній кришці є вентиль 6 для випуску повітря з водяного простору і 9 вентиль для зливу води при ревізії або ремонті конденсатора.

Рис.5.3 - Горизонтальні кожухотрубні конденсатори

Зверху апарату є запобіжний клапан 1, що з'єднує міжтрубний простір аміачного конденсатора з трубопроводом, виведеним назовні, вище коника даху найвищої будівлі в радіусі 50 м. Через патрубок 2 приєднується зрівнювальна лінія, що з'єднує конденсатор з ресивер частини апарату. Знизу до корпусу приварений маслозбірник з патрубком 11 для зливу олії. Рівень рідкого холодоагенту в нижній частині кожуха контролюється за допомогою покажчика рівня 12. При нормальній роботі весь рідкий холодоагент повинен зливатись у ресивер.

Зверху кожуха є 5 вентиль для спуску повітря, а також патрубок для приєднання манометра 4.

Вертикальні кожухотрубні конденсатори застосовуються в аміачних холодильних машинах великої продуктивності, вони розраховані на теплове навантаження від 225 до 1150 кВт та встановлюються зовні машинного залу, не займаючи його корисної площі.

Останнім часом виникли конденсатори пластинчастого типу. Висока інтенсивність теплообміну в пластинчастих конденсаторах, порівняно з кожухотрубними, дозволяє при однаковому тепловому навантаженні приблизно вдвічі зменшити металоємність апарату та в 3–4 рази підвищити компактність.

Повітряніконденсатори застосовують головним чином у машинах малої та середньої продуктивності. За характером руху повітря їх поділяють на два типи:

Зі вільним рухом повітря; такі конденсатори використовують у машинах дуже малої продуктивності (приблизно до 500 Вт), що застосовуються у побутових холодильниках;

Із примусовим рухом повітря, тобто з обдуванням теплопередаючої поверхні за допомогою осьових вентиляторів. Цей тип конденсатора найбільш застосовний у машинах малої та середньої продуктивності, проте останнім часом у зв'язку з дефіцитом води вони все більше використовуються і в машинах великої продуктивності.

Конденсатори повітряного типу застосовують у холодильних агрегатах із сальниковими, безсальниковими та герметичними компресорами. Конструкції конденсаторів однотипні. Конденсатор складається з двох або більше секцій, послідовно з'єднаних калачами або паралельно колекторами. Секції є прямі або U-подібні трубки, зібрані в змійовик за допомогою калачів. Труби – сталеві, мідні; ребра – сталеві або алюмінієві.

Конденсатори з примусовим рухом повітря використовують у холодильних торгових агрегатах.

Розрахунок конденсаторів

При проектуванні конденсатора розрахунок зводиться до визначення його теплопередаючої поверхні і (якщо він з водяним охолодженням) кількості води, що витрачається. Насамперед підраховують дійсне теплове навантаження на конденсатор

де Q до - дійсне теплове навантаження на конденсатор, Вт;

Q 0 - Холодопродуктивність компресора, Вт;

N i – індикаторна потужність компресора, Вт;

N е - ефективна потужність компресора, Вт;

h м - механічний к. п. д. компресора.

В агрегатах з герметичними або безсальниковими компресорами теплове навантаження на конденсатор слід визначати за формулою:

(5.7)

де N е - Електрична потужність на клемах електродвигуна компресора, Вт;

h е - к. п. д. електродвигуна.

Теплопередаюча поверхня конденсатора визначається за формулою:

(5.8)

де F - площа теплопередаючої поверхні, м 2;

до – коефіцієнт теплопередачі конденсатора, Вт/(м 2 К);

Dt m – середня логарифмічна різниця між температурами конденсації холодильного агента та охолоджувальної води або повітря, 0 С;

q F – щільність теплового потоку, Вт/м2.

Середню логарифмічну різницю визначають за формулою:

(5.9)

де t в1 - Температура води або повітря на вході в конденсатор, 0 С;

t в2 – температура води чи повітря на виході з конденсатора, 0 З;

t до – температура конденсації холодильного агрегату, 0 З.

Коефіцієнти теплопередачі різних типів конденсаторів наведено у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Коефіцієнти теплопередачі конденсаторів

Зрошувальний для аміаку

Випарний для аміаку

З повітряним охолодженням (при примусовій циркуляції повітря) для хладонів

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

Значення довизначені для ореброваної поверхні.

Де випарник призначений для охолодження рідини, а чи не повітря.

Випарник у чилері може бути кількох типів:

• пластинчастий
• трубний - занурювальний
• кожухотрубний.

Найчастіше ті, хто бажає зібрати чилер самостійно, застосовують занурювальний - кручений випарник, як найдешевший і простий варіант, який можна виготовити самостійно. Питання, головним чином, у правильному виготовленні випарника щодо потужності компресора, виборі діаметра і довжини труби, з якої виготовлятиметься майбутній теплообмінник.

Для підбору труби та її кількості необхідно скористатися теплотехнічним розрахунком, який можна без особливих труднощів знайти в інтернеті. Для виробництва чилерів потужністю до 15 кВт, з витим випарником, найбільш застосовні наступні діаметри мідних труб 1/2; 5/8; 3/4. Труби з великим діаметром (від 7/8) гнути без спеціальних верстатів дуже складно, тому їх для кручених випарників не застосовують. Найбільш оптимальна за зручністю роботи та потужністю на 1 метр довжини - труба 5/8. У жодному разі не можна допускати приблизного розрахунку довжини труби. Якщо не правильно виготовити випарник чиллера, то не вдасться домогтися ні потрібного перегріву, ні потрібного переохолодження, ні тиску кипіння фреону, як наслідок чилер працюватиме не ефективно або зовсім не охолоджуватиме.

Також ще один нюанс, так як середовище, що охолоджується - вода (найчастіше), то температура кипіння, при (використанні води) не повинна бути нижче -9С, при дельті не більше 10K між температурою кипіння фреону і температурою охолоджуваної води. У зв'язку з цим і аварійне реле низького тиску слід налаштовувати на аварійну позначку не нижче тиску використовуваного фреону, при температурі кипіння -9С. Інакше, при похибці датчика контролера і зниженні температури води нижче +1С, вода почне наморожуватися на випарник, що знизить, а згодом і зведе практично до нуля його теплообмінну функцію — водоохолоджувач працюватиме некоректно.

Деталі

Розрахунок чиллера. Як розрахувати холодопродуктивність чи потужність чиллера та правильно здійснити його підбір.

Як правильно зробити, на що в першу чергу треба покладатися, щоб, серед безлічі пропозицій, зробити якісний?

На цій сторінці ми дамо кілька рекомендацій, прислухавшись до яких ви наблизитесь до того, щоб зробити правильний.

Розрахунок холодопродуктивності чиллера. Розрахунок потужності чиллера – його потужності охолодження.

В першу чергу за формулою в якій бере участь обсяг рідини, що охолоджується; зміна температури рідини, яку треба забезпечити охолоджувачем; теплоємність рідини; і час за який цей обсяг рідини треба охолодити -визначається потужність охолодження:

Формула охолодження, тобто. формула обчислення необхідної холодопродуктивності:

Q= G * (Т1-Т2) * C рж * pж / 3600

Q- холодопродуктивність, кВт/год

G- об'ємна витрата рідини, що охолоджується, м 3 /год

Т2- кінцева температура охолоджуваної рідини, про С

Т1- Початкова температура охолоджуваної рідини, про С

C рж-питома теплоємність рідини, що охолоджується, кДж / (кг * про С)

pж- щільність рідини, що охолоджується, кг/м 3

* Для води C рж * pж = 4,2

За цією формулою визначається необхідна потужність охолодженняівона є основною під час виборів чиллера.

• Формули перерахунку розмірностей, щоб розрахувати холодопродуктивність водоохолоджувача:

1 кВт = 860 кКал/год

1 кКал/год = 4,19 кДж

1 кВт = 3,4121 кБТУ/год

Підбір чилера

Для того, щоб зробити підбір чилера- дуже важливо виконати правильне складання технічного завдання на розрахунок чиллера, у якому беруть участь як параметри самого водоохолоджувача, а й дані про його розміщення та умови його спільної роботи зі споживачем. На підставі виконаних обчислень можна вибрати чилер.

Не слід забувати про те, в якому регіоні Ви знаходитесь. Наприклад, розрахунок для міста Москва буде відрізнятися від розрахунку для міста Мурманськ, оскільки максимальні температури двох даних міст відрізняється.

Ппро таблиці параметрів водоохолодних машин робимо перший вибір чиллера і знайомимося з його характеристиками. Далі, маючи на руках основні характеристики вибраної машини, такі як:- холодопродуктивність чиллера, споживана ним електрична потужність, чи є в його складі гідромодуль і його - подача та напір рідини, об'єм повітря, що проходить через охолоджувач (який нагрівається) в куб.метрах в секунду - Ви зможете перевірити можливість встановлення охолоджувача води на виділеному майданчику. Після того, як передбачуваний охолоджувач води задовольнить вимогам технічного завдання і найімовірніше зможе працювати на підготовленому для нього майданчику, рекомендуємо звернутися до фахівців, які перевірять Ваш вибір.

Вибір чиллера - особливості, які треба передбачити під час підбору чиллера.

Основні вимоги до місцямайбутньої установки охолоджувача води та схеми його роботи зі споживачем:

• Якщо заплановане місце в приміщенні, то чи можливо в ньому забезпечити великий обмін повітря, чи можливо в це приміщення внести охолоджувач води, чи можливо його обслуговувати?
• Якщо майбутнє розміщення охолоджувача води на вулиці – чи буде потреба його роботи в зимовий період, чи можливе використання незамерзаючих рідин, чи можливе забезпечити захист охолоджувача води від зовнішніх впливів (анти-вандальна, від листя та гілок дерев, тощо)?
• Якщо температура рідини, до якої її требаохолоджувати нижче +6 о З або вона вище + 15про З - найчастіше такий діапазон температур не входить до таблиці швидкого вибору. У цьому випадку рекомендуємо звернутися до наших спеціалістів.
• Слід визначитися з витратою води, що охолоджується, і необхідним тиском, який повинен забезпечити гідромодуль охолоджувача води - необхідне значення може відрізнятися від параметра обраної машини.
• Якщо температуру рідини необхідно знизити більш ніж на 5 градусів, то схема прямого охолодження рідини водоохолоджувачем не застосовується і потрібен розрахунок та комплектація додатковим обладнанням.
• Якщо охолоджувач буде використовуватися цілодобово та цілорічно, а кінцева температура рідини досить висока – на скільки доцільно буде застосування установки з ?
• У разі застосування незамерзаючих рідин високих концентрацій потрібен додатковий розрахунок продуктивності випарника водоохолоджувача.

Програма підбору чилера

До уваги: ​​дає лише наближене розуміння необхідної моделі охолоджувача і відповідності його технічним завданням. Далі потрібна перевірка розрахунків спеціалістом. При цьому Ви можете орієнтуватись на отриману в результаті розрахунків вартість +/- 30% (у випадках з низькотемпературними моделями охолоджувачів рідини - зазначена цифра ще більша). Оптимальнамодель та вартість будуть визначені лише після перевірки розрахунків та зіставлення характеристик різних моделей та виробників нашим спеціалістом.

Підбір чилера ОнЛайн

Ви можете зробити звернувшись до нашого онлайн-консультанта, який швидко та технічно обґрунтовано дасть відповідь на Ваше запитання. Також консультант може виконати, виходячи з коротко написаних параметрів технічного завдання розрахунок чиллера онлайні дати приблизно відповідну за параметрами модель.

Розрахунки, проведені не фахівцем, часто призводять до того, що обраний водоохолоджувач не відповідає повною мірою очікуваним результатам.

Компанія Пітер Холод спеціалізується на комплексних рішеннях щодо забезпечення промислових підприємств обладнанням, яке повністю відповідає вимогам технічного завдання на постачання системи водоохолодження. Ми проводимо збір інформації для наповнення технічного завдання, розрахунок холодопродуктивності чиллера, визначення оптимально відповідного охолоджувача води, перевірку з видачею рекомендацій щодо його встановлення на виділеному майданчику, розрахунок та комплектацію всіх додаткових елементів для роботи машини в системі зі споживачем (розрахунок бака акумулятора, гідромодуля, додаткових, при необхідності теплообмінників, трубопроводів та замикаючої та регулюючої арматури).

Накопичивши багаторічний досвід розрахунків та подальших впроваджень систем охолодження води на різні підприємства ми маємо знання, за рішенням будь-яких стандартних і далеко не стандартних завдань пов'язаних з численними особливостями установки на підприємство охолоджувачів рідини, об'єднання їх з технологічними лініями, настроювання специфічних параметрів роботи обладнання.

Найоптимальніший і точний і відповідно визначення моделі водоохолоджувача можна зробити дуже швидко, зателефонувавши або надіславши заявку інженеру нашої компанії.

Додаткові формули для розрахунку чиллера та визначення схеми його підключення до споживача холодної води (розрахунок потужності чиллера)

• Формула розрахунку температури, при змішуванні 2-х рідин (формула змішування рідин):

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

Т сміш– температура змішаної рідини, про З

М1- маса 1-ої рідини, кг

C1- питома теплоємність 1-ої рідини, кДж/(кг* про З)

Т1- температура 1-ої рідини, про З

М2- маса 2-ої рідини, кг

C2- питома теплоємність 2-ої рідини, кДж/(кг* про З)

Т2- температура 2-ої рідини, про З

Ця формула використовується, якщо застосовується ємність, що акумулює, в системі охолодження, навантаження непостійне за часом і температурою (найчастіше при розрахунку необхідної потужності охолодження автоклав і реакторів)

Потужність охолодження чиллера.

Москва..... Воронеж..... Білгород..... Нижньовартовськ..... Новоросійськ..... Єкатеринбург..... в Ростові-на-Дону. Смоленськ..... Кіров..... Ханти-Мансійськ. Ростов-на-Дону. Пенза. Володимир..... Астрахань..... Брянськ..... Казань. Самара..... Набережні Челни..... Рязань..... Нижній Тагіл..... Краснодар..... Тольятті. Чебоксари. Волжський. Нижегородська область..... Нижній Новгород..... Ростов на Дону. Саратов..... Сургут..... Краснодарський край..... в Ростові на Дону..... Оренбург. Калуга..... Ульяновськ..... Томськ. Волгоград..... Твер..... Марій Ел..... Тюмень. Омськ..... Уфа..... Сочі..... Ярославль..... Орел..... Новгородська область.....

Завдання 1

Потік гарячого продукту, що виходить з реактора, необхідно охолодити з початкової температури t 1н = 95°C до кінцевої температури t 1к = 50°C, для цього направляють у холодильник, куди подають воду з початковою температурою t 2н = 20°C. Потрібно розрахувати ∆t ср в умовах прямоструму та протитечії в холодильнику.

Рішення: 1) Кінцева температура охолоджуючої води t 2к за умови прямоточного руху теплоносіїв не може перевищити значення кінцевої температури гарячого теплоносія (t 1к = 50°C), тому приймемо значення t 2к = 40°C.

Розрахуємо середні температури на вході та виході з холодильника:

∆t н ср = 95 - 20 = 75;

∆t до ср = 50 - 40 = 10

∆t ср = 75 - 10 / ln(75/10) = 32,3 °C

2) Кінцеву температуру води при протиточному русі приймемо так само, як і при прямоточному русі теплоносіїв t 2к = 40°C.

∆t н ср = 95 - 40 = 55;

∆t до ср = 50 - 20 = 30

∆t ср = 55 - 30 / ln(55/30) = 41,3°C

Завдання 2.

Використовуючи умови завдання 1 визначити необхідну поверхню теплообміну (F) та витрату охолоджувальної води (G). Витрата гарячого продукту G = 15000 кг/год, його теплоємність С = 3430 Дж/кгград (0,8 ккал кгград). Охолодна вода має такі значення: теплоємність з = 4080 Дж/кг·град (1 ккал·кг·град), коефіцієнт теплопередачі k = 290 Вт/м 2 ·град (250 ккал/м 2 *град).

Рішення: Використовуючи рівняння теплового балансу, отримаємо вираз визначення теплового потоку при нагріванні холодного теплоносія:

Q = Q гт = Q хт

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

Приймаючи t 2к = 40°C, знайдемо витрати холодного теплоносія:

G = Q/ c(t 2к - t 2н) = 643 125/4080(40 - 20) = 7,9 кг/сек = 28 500 кг/год

Потрібна поверхня теплообміну

при прямотоці:

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

при протитечії:

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

Завдання 3

На виробництві здійснюється транспорт газу сталевим трубопроводом зовнішнім діаметром d 2 = 1500 мм, товщиною стінки δ 2 = 15 мм, теплопровідністю λ 2 = 55 Вт/м·град. Усередині трубопровід футерований шамотною цеглою, товщина якої 1 = 85 мм, теплопровідність 1 = 0,91 Вт/м·град. Коефіцієнт тепловіддачі газу до стінки α 1 = 12,7 Вт/м 2 ·град, від зовнішньої поверхні стінки до повітря α 2 = 17,3 Вт/м 2 ·град. Потрібно визначити коефіцієнт теплопередачі від газу до повітря.

Рішення: 1) Визначимо внутрішній діаметр трубопроводу:

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

середній діаметр футерування:

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

середній діаметр стінки трубопроводу:

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

Розрахуємо коефіцієнт теплопередачі за формулою:

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

Завдання 4

В одноходовому кожухотрубчастому теплообміннику здійснюється підігрів спирту метилового водою з початкової температури 20 до 45 °C. Потік води охолоджується із температури 100 до 45 °C. Трубний пучок теплообмінника містить 111 труб діаметр однієї труби 25х2,5 мм. Швидкість перебігу метилового спирту трубками 0,8 м/с (w). Коефіцієнт теплопередачі дорівнює 400 Вт/м2 · град. Визначити загальну довжину трубного пучка.

Визначимо середню різницю температур теплоносіїв як середньологарифмічну.

∆t н ср = 95 - 45 = 50;

∆t до ср = 45 - 20 = 25

∆t ср = 45 + 20 / 2 = 32,5°C

Визначимо масову витрату метилового спирту.

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 - густина метилового спирту при 32,5 ° C знайдена з довідкової літератури.

Потім визначимо тепловий потік.

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

c сп = 2520 кг/м3 - теплоємність метилового спирту при 32,5 ° C знайдено з довідкової літератури.

Визначимо потрібну поверхню теплообміну.

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

Обчислимо загальну довжину трубного пучка за середнім діаметром труб.

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

Завдання 5

Для нагрівання потоку 10% розчину NaOH від температури 40°C до 75°C використовують пластинчастий теплообмінний апарат. Витрата гідроксиду натрію становить 19000 кг/год. Як нагрівальний агент використовується конденсат водяної пари, його витрата становить 16000 кг/год, початкова температура 95°C. Прийняти коефіцієнт теплообміну 1400 Вт/м 2 ·град. Необхідно розрахувати основні параметри пластинчастого теплообмінного апарату.

Рішення: Знайдемо кількість тепла, що передається.

Q = G р с р (t к р - t н р) = 19000/3600 · 3860 (75 - 40) = 713028 Вт

З рівняння теплового балансу визначимо кінцеву температуру конденсату.

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

з р,к - теплоємність розчину та конденсату знайдені з довідкових матеріалів.

Визначення середніх температур теплоносіїв.

∆t н ср = 95 - 75 = 20;

∆t до ср = 56,7 - 40 = 16,7

∆t ср = 20 + 16,7 / 2 = 18,4°C

Визначимо переріз каналів, до розрахунку приймемо масову швидкість конденсату W до = 1500 кг/м 2 ·сек.

S = G/W = 16000/3600 · 1500 = 0,003 м 2

Приймаючи ширину каналу b = 6 мм, виявимо ширину спіралі.

B = S/b = 0,003/0,006 = 0,5 м

Зробимо уточнення перерізу каналу

S = B · b = 0,58 · 0,006 = 0,0035 м 2

та масової швидкості потоків

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

Визначення поверхні теплообміну спірального теплообмінника здійснюється в такий спосіб.

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

Визначимо робочу довжину спіралі

L = F/2B = 27,7 / (2 · 0,58) = 23,8 м

t = b + δ = 6 + 5 = 11 мм

Для обчислення числа витків кожної спіралі необхідно прийняти початковий діаметр спіралі, виходячи з рекомендацій d = 200 мм.

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

де х = 0,5 (d/t – 1) = 0,5 (200/11 – 1) = 8,6

Зовнішній діаметр спіралі визначається в такий спосіб.

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

Завдання 6

Визначити гідравлічний опір теплоносіїв, що створюється у чотириходовому пластинчастому теплообмінному апараті з довжиною каналів 0,9 м та еквівалентним діаметром 7,5 ·10 -3 при охолодженні бутилового спирту водою. Бутиловий спирт має такі характеристики: витрата G = 2,5 кг/с, швидкість руху W = 0,240 м/с і щільність ρ = 776 кг/м 3 (Критерій Рейнольдса Re = 1573 > 50). Охолоджувальна вода має такі характеристики: витрата G = 5 кг/с, швидкість руху W = 0,175 м/с і щільність ρ = 995 кг/м 3 (Критерій Рейнольдса Re = 3101 > 50).

Рішення: Визначимо коефіцієнт місцевого гідравлічного опору.

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

ζ = 15/Re 0,25 = 15/3101 0,25 = 2,01

Уточнимо швидкість руху спирту та води в штуцерах (приймемо d шт = 0,3 м)

W шт = G бс / ρ бс 0,785 d шт 2 = 2,5/776 · 0,785 · 0,3 2 = 0,05 м / с менше 2 м / с тому можна не враховувати.

W шт = G в / ρ в 0,785d шт 2 = 5/995 · 0,785 · 0,3 2 = 0,07 м / с менше 2 м / с тому можна не враховувати.

Визначимо значення гідравлічного опору для бутилового спирту та охолоджуючої води.

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