курсовик
.docx3.6 Проверка расчета распределения температуры нагреваемой воды производится на основании уравнения теплового баланса при смешении потоков воды промежуточного контура , поступающих из разделительного теплообменника, систем отопления и вентиляции:
t,мо=
t,,мо = 53°C
t,мо = t,,мо
53=53 - проверка выполнена верна
3.7 Средняя температура воды в конденсаторах и испарителях тепловых насосов:
ṫкi=0,5(t,ki+ t,,ki)
ṫнi=0,5(t,Hi+ t,,Hi)
tкi=
tнi=
3.8 Для каждого теплового насоса рассчитывается разность средних температур воды в конденсаторе и испарителе:
ti=ṫк–ṫн .
ti =57,65-26,05=31,6
Максимальное значение этой разности температур соответствует тепловому насосу, который работает в наиболее тяжелых условиях.
4. Расчет термодинамического цикла теплового насоса
Целью расчета является определение производительности компрессора и мощности его электродвигателя, тепловых нагрузок испарителя и маслоохладителя, вычисления коэффициента трансформации. Расчет термодинамического цикла выполняется для того теплового насоса, который работает в наиболее тяжелых условиях. По результатам делается вывод о правильности выбора типоразмера теплового насоса.
Исходные данные для расчета:
-
Рабочий агент.
-
Схема теплового насоса.
-
Тепловая нагрузка конденсатора Qк=493кВт
-
Средняя температура охлаждаемой воды в испарителе
ṫк,I=57,65°C
-
Средняя температура нагреваемой воды в конденсаторе
ṫи,l=20.05°C
6. Температура воды входе в маслоохладитель t,мо=53°C
4.1 Температура кипения и конденсации фреона:
tи=t5=t6=ṫи–ṫи=26,05-5=21,05
tк=t3=ṫк–ṫк=57,65+ 5=62,65
где ṫк,ṫи - средний температурный напор в испарителе и конденсаторе.
4.2 Давление кипения Ри, Мпа, и давление конденсации Рк находят по известным температурам tи и tк с помощью Ph – диаграммы для фреона R-134а, а энтальпию h6 кДж/кг – по давлению Ри и температуре t6 . Ри=0,76МПа,Рк=1,8МПа, h6=470кДж/кг
4.3 Степень повышения давления в конденсаторе:
= 2,37
4.4 Температура пара на входе в компрессор:
t1=t6+tпе,
где -tпе перегрев пара в регенеративном теплообменнике, принимаются -tпе=25…..35°C.
t1 =21.05+35=56.05
h1 = 487кДж/кг ;V1 =0.021м3 /кг ; h3 =350кДж/кг.
4.5 Энтальпия жидкого фреона находится из уравнения теплового баланса для регенеративного теплообменника:
h4=h3 +h6-h1 =350+470-480=340
h5 =h4 =340кДж/кг.
4.6 Энтальпия пара фреона в конце политропного процесса сжатия в компрессоре:
h2=h1 +=480+= 540.6
4.7 Внутренний КПД компрессора находится из зависимости ,
Обобщающей опытные данные:
0,66
4.8 Энтальпия пара фреона h2 в конце процесса впрыскиваемым маслом определяется из Ph – диаграммы для фреона R-134а
При давлении Рк и температуре масла на выходе из компрессора tм,, , которая составляет :
tм'= tм'+tм.
Где tм'- температура масла на выходе в компрессор, принимают tм'= tмо'.
tм- повышение температуры масла на выходе в компрессоре, принимаются
tм= 15…35°C
tм'=53+35=88°C
h2=521,3
4.9 Удельный тепловой поток, отводимый от рабочего агента в конденсаторе, кДж/кг:
gк= h2-h3 = 521,3-350=171,3
4.10 Расход рабочего агента , циркулирующего в тепловом насосе,кг/с :
G=
G== 2.88кг/с
4.11 Тепловой поток, отводимый маслом от рабочего агента (тепловая нагрузка маслоохладителя):
Gм = G(h2 '-h2)= 2.88(540,6-521,3) 55,6
4.12 Расход масла, подаваемого в компрессор, м3 /кг:
Vм = ;
Где qм – удельная теплоемкость и плотность масла.
Vм = = 8.7810-4 м3/кг
4.13 Относительный массовый расход масла:
qм == = 0.253
4.14 С целью проверки правомерности принятого значения повышения температуры масла полученное значение относительного массового расхода масла сравнивается с рекомендуемым значением относительного массового расхода:
qм= 0,09375-0,0252;
qм= 0,253
Расхождение 8% - расчет верен.
4.15 Удельная внутренняя работа компрессора:
li =h2'' –h1= 540.6-480=60.6
4.16 Ni = GIi = 2.8860.6 = 175кВт
4.17 Мощность электродвигателя для привода компрессора;
Nэ= ;
Где Nэм – электромеханический КПД принимается эм = 0,9.
Nэ = = 17510,9= 193кВт
4.18 Действительная объемная производительность компрессора по условиям насыщения :
V=Gv1 = 2,880,021= 0,060
4.19 Теоретическая объемная производительность компрессора:
= = = 0,064
4.20 Коэффициент подачи определяется из зависимости :
λ=0,997-0,032+0,0022 -0,0000783
λ= 0,931
4.21 Удельный тепловой поток, подводимый к рабочему агенту в испарителе:
qи =h6-h5 =470-340 =130
4.22 Тепловая нагрузка испарителя:
Qи = G qи= 2,88130 = 374,4
4.23 Тепловая нагрузка регенератора теплообменника:
Qрто =G(h3 –h4) = 2,88(350-340) =28,8 кВт
4.24 Для контроля расчета составляет энергетический баланс установки:
Qи +NI = Qк +Qм ;
374,4+175=493+55,6
549,4=548,6 0,15%
Расхождение – не более 10% .
4.25 Коэффициент трансформации :
= = =2,84
Тепловая нагрузка испарителя теплового насоса , полученная в результате расчета термодинамического цикла , отличается от вычисленной в п.2.3 менее 10% .Расчет верен.
5. Тепловой расчет и подбор теплообменников
В качестве предварительного и разделительного теплообменников применяются водоводяные секционные подогреватели. Подогреватели изготовляются с длиной трубок 2000 и 4000мм. Диаметр трубок составляет dн/dв = 16/14мм, материал – латунь. Подогреваемую воду рекомендуется пропускать по трубкам, а греющую воду – по межтрубному пространству. При этом термические линейные удлинения корпуса и трубок выравниваются, облегчается чистка трубок. Средняя скорость воды в межтрубном пространстве составляет Wмт = 0,25…2,5м/с.
Задачей расчета является определение площади поверхности теплообмена F, выбор типоразмера секции подогревателя , расчет количество секций Z.
Расчет выполняется как для предварительного, так и для разделительного теплообменников.
5.1 Расчет предварительного теплообменника
Параметры для расчета:
-
Тепловая нагрузка теплообменника Qпт = 420кВт
-
Расход воды в трубном пространстве Vт = Vгв =0,0033м3/с
-
Расход воды в межтрубном пространстве Vмт = Vнп =0,018м3/с
-
Температура воды в трубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t´т = tхв =5 и t´´т = tпт = 30проходного сечения межтрубного
-
Температура воды в межтрубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t´мт =tнп =37 и t´´мт =tиI =30.1
5.1.1 Для принятой скорости воды в межтрубном пространстве оценивается площадь проходного сечения межтрубного пространства :
fмт =
fмт == 0,012
По полученному значению fмт выбирается типоразмер подогревателя , для которого выписываются основные параметры: число трубок nт , площадь поверхности нагрева секции Fс , внутренний диаметр корпуса Dв , площадь проходного сечения трубок fт и межтрубного пространства fмт . Эти размеры используются в дальнейших расчетах.
Основные параметры водоводяных секционных подогревателей
типоразмер |
Внутренний диаметр корпуса Dв мм |
Число трубок nт |
Площадь поверхности нагрева Fс м3 |
Площадь проходного сечения |
|
Трубок fт |
Межтрубного пространства fмт |
||||
9-168-2000-P |
158 |
37 |
3,4 |
0,0057 |
0,0122 |
-
Скорость воды в трубах и между трубами:
Wт = ,
Wмт =
Wт = =0,58
Wмт = =1,48
-
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
dэ = = = 0,198м
-
Средняя температура воды в трубках и между трубками:
ṫт=0,5(t,т+ t,,т)=0,5(5+30)=175
ṫмт=0,5(t,мт+ t,,мт)=0,(37+30,1)=33,6
5.1.5 Коэффициенты теплопередачи на поверхностях стенок в трубном и межтрубном пространстве:
мт =(1630+21 ṫмт -0,04 ṫмт-2)
d0,2n
т=(1630+21 ṫмт -0,04 ṫмт-2)
мт= (1630+2133,6-0,04133,62)()
т= (1630+2117,5-0,04117,52)() =2289,3
5.1.6 Коэффициенты теплопередачи, Вт/(м2К):
К=(+ + )-1
Где – коэффициент, учитывающий снижение коэффициента теплопередачи из-за наличия накипи и загрязнения поверхности трубок, принимаются = 0,8:8 – толщина стенки трубки ,8 = 0,5(dи- dв);
м = 105Вт/(мК)
К =0,8( + + )-1 =841,9
5.1.7 Средний температурный напор:
Характеристика центробежного насоса консольного типа
Типоразмер |
Подача V,м3/ч |
Напор Н,м |
КПД ɳн % |
Мощность Электродвигателя Nэд,к Вт |
Габаритные размеры,мм |
|
В плане |
высота |
|||||
К-80-65-160 |
50 |
32 |
70 |
7,5 |
942х390 |
428 |
Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет 45 %. Требуется замена электродвигателя.
7.2. Подбор насосов Н2
Исходные данные и параметры для расчета:
1.Объемный расход воды по участкам Vов= 160м3/ч = 0,044м3/с
2.Расстояние до потребителей L, принимается L=50….100м.
3.Требуемый напор у потребителя Нтр=25…35 м вод. ст,-для технологических потребителей.
4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе wнаг= 1,5…2,5 м/с.
7.2.1 Оценивается внутренний диаметр ,м:
d в==0,193
Полученный внутренний диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного размера [1].
Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3сп)
Условный проход d у, мм |
Наружный диаметр d н, мм |
Номинальный внутренний диаметр d в, мм |
Площадь сечения по внутреннему диаметру f ,м2 |
200 |
219 |
205 |
0,0329 |
7.2.2. По выбранному диаметру трубы уточняется скорость воды:
v = =1,33
7.2.3. Число Рейнольдса:
Re =,
где v – кинематическая вязкость воды.
Re= 570397,48
7.2.4. Коэффициент сопротивления трения для турбулентного режима течения:
λ = 0,11(+)0,25,
где Кэ – абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода ,м. Для стальных трубопроводов в условиях нормальной эксплуатации ( с незначительной или умеренной коррозией) Кэ= (0,2…0,4)х10-3м.
λ =0,109
7.2.5. Снижение напора на прямых участках ,м вод.ст.:
Нпр=λ* =4,81
7.2.6. Напор , развиваемый насосом , м вод.ст.:
Н= (1,2…1,3)Нпр + Нтр =1,2 х 4,81+ 95 = 40,8
7.2.7. Для проверки возможности использования комплектного электродвигателя насоса рассчитывается потребная мощность электродвигателя, кВт:
Nэд= Кзап ,
где Vн – объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме , ɳн – КПД насоса [1];ɳэд –КПД электродвигателя , равный 0,8…0,9; Кзап- коэффициент запаса , равный 1,1.
Объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме:
Vн= ,
где nр- количество рабочих насосов
Vн=0,04414/4=0,011
Nэд=1,1 = 8,3
Выбираем насос типоразмера К- 80-50-200
Характеристика центробежного насоса консольного типа
Типоразмер |
Подача V,м3/ч |
Напор Н,м |
КПД ɳн% |
Мощность электродвигателя Nэд,кВт |
Габаритные размеры, мм |
|
В плане |
высота |
|||||
К-80-50-200 |
50 |
50 |
65 |
15 |
1127х458 |
485 |
Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет 45%. Требуется замена электродвигателя.
7.3. Подбор насосов НЗ
Исходные данные и параметры для расчета:
-
Объемный расход воды по участкам Vгв=0,0033
2. Расстояние до потребителей L, принимается L= 50…100 м.
3. Требуемый напор у потребителя Нтр=10…15 м вод.ст.-для систем горячего водоснабжения.
4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе wнаг=1,5…2,5м/с.
7.3.1. Оценивается внутренний диаметр ,м:
d в= =0,053
Полученный внутренний диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного размера [1].
Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3сп)
Условный проход d у, мм |
Наружный диаметр d н, мм |
Номинальный внутренний диаметр d в, мм |
Площадь сечения по внутреннему диаметру f ,м2 |
50 |
57 |
50 |
0,00196 |
7.3.2. По выбранному диаметру трубы уточняется скорость воды:
v = =1,08
7.3.3. Число Рейнольдса:
Re =,
где v – кинематическая вязкость воды.
Re = 175892,11
7.3.4. Коэффициент сопротивления трения для турбулентного режима течения:
λ = 0,11(+)0,25,
где Кэ – абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода ,м. Для стальных трубопроводов в условиях нормальной эксплуатации ( с незначительной или умеренной коррозией) Кэ= (0,2…0,4)х10-3м.
λ =0,028
7.3.5. . Снижение напора на прямых участках ,м вод.ст.:
Нпр=λ* =8,15
7.3.6. Напор , развиваемый насосом , м вод.ст.:
Н= (1,2…1,3)Нпр + Нтр =24,8
7.3.7. Для проверки возможности использования комплектного электродвигателя насоса рассчитывается потребная мощность электродвигателя, кВт:
Nэд= Кзап ,
где Vн – объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме , ɳн – КПД насоса [1];ɳэд –КПД электродвигателя , равный 0,8…0,9; Кзап- коэффициент запаса , равный 1,1.
Объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме:
Vн= ,
где nр- количество рабочих насосов
Vн=0,0038/2=0,00165
Nэд=1,1 = 0,76
Выбираем насос типоразмера К- 65-50-160
Характеристика центробежного насоса консольного типа
Типоразмер |
Подача V,м3/ч |
Напор Н,м |
КПД ɳн% |
Мощность электродвигателя Nэд,кВт |
Габаритные размеры, мм |
|
В плане |
высота |
|||||
К-65-50-160 |
25 |
32 |
64 |
5,5 |
865х340 |
376 |
Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет 86,1%. Требуется замена электродвигателя.
7.4. . Подбор насосов Н4
Исходные данные и параметры для расчета:
-
Объемный расход воды по участкам Vг=0,026
2. Расстояние до потребителей L, принимается L= 50…100 м.
3. Требуемый напор у потребителя Нтр=25…35 м вод.ст.-для технологических потребителей.
4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе wнаг=1,5…2,5м/с.
7.4.1 Оценивается внутренний диаметр ,м:
d в= =0,149
Полученный внутренний диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного размера [1].
Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3сп)
Условный проход d у, мм |
Наружный диаметр d н, мм |
Номинальный внутренний диаметр d в, мм |
Площадь сечения по внутреннему диаметру f ,м2 |
150 |
159 |
150 |
0,0177 |
7.4.2 По выбранному диаметру трубы уточняется скорость воды:
v = =1,47
7.3.3. Число Рейнольдса:
Re =,
где v – кинематическая вязкость воды.
Re = 461938,9
7.4.4. Коэффициент сопротивления трения для турбулентного режима течения:
λ = 0,11(+)0,25,
где Кэ – абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода ,м. Для стальных трубопроводов в условиях нормальной эксплуатации ( с незначительной или умеренной коррозией) Кэ= (0,2…0,4)х10-3м.
λ =0,022
7.4.5. Снижение напора на прямых участках ,м вод.ст.:
Нпр=λ* =1,62
7.4.6. Напор , развиваемый насосом , м вод.ст.:
Н= (1,2…1,3)Нпр + Нтр =1,2х 1,62+35=36,9
7.3.7. Для проверки возможности использования комплектного электродвигателя насоса рассчитывается потребная мощность электродвигателя, кВт:
Nэд= Кзап ,
где Vн – объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме , ɳн – КПД насоса [1];ɳэд –КПД электродвигателя , равный 0,8…0,9; Кзап- коэффициент запаса , равный 1,1.
Объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме:
Vн= ,
где nр- количество рабочих насосов
Vн=0,026/3=0,009
Nэд=1,1 = 6,11
Выбираем насос типоразмера К- 80-50-200
Характеристика центробежного насоса консольного типа
Типоразмер |
Подача V,м3/ч |
Напор Н,м |
КПД ɳн% |
Мощность электродвигателя Nэд,кВт |
Габаритные размеры, мм |
|
В плане |
высота |
|||||
К-80-50-200 |
50 |
50 |
65 |
15 |
1127х458 |
485 |
Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет 59%. Требуется замена электродвигателя.