курсовик

7.5. Подбор насосов Н5

Исходные данные и параметры для расчета:

1. Объемный расход воды по участкам V_Би=0,0227

2. Расстояние до потребителей L, принимается L= 50…100 м.

3. Требуемый напор у потребителя Н_тр=0 м вод.ст.

4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе w_наг=1,5…2,5м/с.

7.5.1. Оценивается внутренний диаметр ,м:

d _в= =0,12

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 ,м^2
125	133	125	0,0122

7.5.2 По выбранному диаметру трубы уточняется скорость воды:

v = =1,85

7.5.3. Число Рейнольдса:

Re =,

где v – кинематическая вязкость воды.

Re = 229870,78

7.5.4. Коэффициент сопротивления трения для турбулентного режима течения:

λ = 0,11(+)^0,25,

где К_э – абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода ,м. Для стальных трубопроводов в условиях нормальной эксплуатации ( с незначительной или умеренной коррозией) К_э= (0,2…0,4)х10^-3м.

λ =0,043

7.5.5. Снижение напора на прямых участках ,м вод.ст.:

Н_пр=λ* =6

7.5.6. Напор, развиваемый насосом, м вод.ст.:

Н = (1,2…1,3) Н_пр + Н_тр =

7.5.7. Для проверки возможности использования комплектного электродвигателя насоса рассчитывается потребная мощность электродвигателя, кВт:

N_эд = К_зап ,

где V_н – объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме, η_н – КПД насоса [1]; η_эд – КПД электродвигателя, равный 0,8…0,9; К_зап – коэффициент запаса, равный 1,1.

Объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме:

V_н = ,

где n_р – количество рабочих насосов.

V_н =

N_эд =

Выбираем насос типоразмера К-100-80-160.

Характеристика центробежного насоса консольного типа

Типоразмер	Подача V, м^3/ч	Напор Н, м	КПД ηн, %	Мощность электродвигателя Nэд, кВт	Габаритные размеры, мм
					в плане	высота
К-100-80-160	100	32	77	15	1245*458	485

Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет _____ %. Требуется замена электродвигателя.

7.6. Подбор насосов Н6

Исходные данные и параметры для расчета:

1. Объемный расход воды по участкам V_бк =

2. Расстояние до потребителей l, принимается l = 50…100 м.

3. Требуемый напор у потребителя Н_тр = 0 м вод.ст.

4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе w_пог = 1,5…2,5 м/с

7.6.1. Оценивается внутренний диаметр, м:

d_в = =

Полученный внутренний диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного размера [1].

Характеристики стальных бесшовных труб (материал Ст.3 сп)

Условный проход dу, мм	Наружный диаметр dн, мм	Номинальный внутренний диаметр dв, мм	Площадь сечения по внутреннему диаметру f, м^2
100	108	100	0,00785

7.6.2. По выбранному диаметру трубы уточняется скорость воды:

𝑤 = =

7.6.3. Число Рейнольдса:

Re = ,

где ν – кинематическая вязкость воды.

Re =

7.6.4. Коэффициент сопротивления трения для турбулентного режима течения:

λ = 0,11 ,

где К_э – абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода, м. Для стальных трубопроводов в условиях нормальной эксплуатации ( с незначительной или умеренной коррозией) К_э = (0,2…0,4) 10^-3 м.

λ =

7.6.5. Снижение напора на прямых участках, м вод.ст.:

Н_пр = ξ =

7.6.6. Напор, развиваемый насосом, м вод.ст.:

Н = (1,2…1,3)Н_пр + Н_тр =

7.6.7. Для проверки возможности использования комплектного электродвигателя насоса рассчитывается потребная мощность электродвигателя, кВт:

N_эд = К_зап ,

где V_н – объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме; η_н – КПД насоса [1]; η_эд – КПД электродвигателя, равный 0,8…0,9; К_зап – коэффициент запаса, равный 1,1.

Объемная подача рабочего насоса в расчетном режиме:

V_н = ,

где n_р – количество рабочих насосов.

V_н =

N_эд =

Выбираем насос типоразмера К-80-65-160.

Характеристика центробежного насоса консольного типа

Типоразмер	Подача V, м^3/ч	Напор Н, м	КПД ηн, %	Мощность электродвигателя Nэд, кВт	Габаритные размеры, мм
					в плане	высота
К-80-65-160	50	32	70	7,5	942*390	428

Расхождение между рассчитанной мощностью электродвигателя насоса и номинальной мощностью составляет _____ %. Требуется замена электродвигателя.

8. Разработка принципиальной схемы системы водоснабжения

Принципиальная схема водоснабжения предназначена для того, чтобы дать полное представление о составе оборудования и его взаимном соединении, служит основанием для разработки других конструкторских документов, например компоновки оборудования.

При построении схемы были решены следующие вопросы: сбор и хранение теплой оборотной воды, ее очистка и охлаждение, подача охлажденной воды потребителю, наиболее полная утилизация теплой оборотной воды, размещение основного оборудования.

С целью уменьшения энергозатрат на приготовление горячей воды перед испарителями тепловых насосов установлен предварительный теплообменник. Для подачи оборотной воды и воды в контурах тепловых насосов применяются центробежные консольные насосы.

Применены байпасные линии конденсатора и испарителя для обеспечения номинального расхода воды в системе.

Дополнительные технические решения, разрабатываемые на принципиальной схеме системы водоснабжения

Цель разработки	Техническое решение
Выполнение требований озонобезопасности по предотвращению эмиссии фреона в атмосферу и воду питьевого качества	Применение агрегатированных тепловых насосов полной заводской готовности, установка разделительного теплообменника
Повышение теплопроизводительности тепловых насосов	Использование теплоты масла тепловых насосов
Снижение затрат на нагрев воды	Установка предварительного теплообменника
Гибкость в работе	Устройство обводных линий с запорными вентилями
Повышение надежности	Предусматриваются: резерв оборудования, обратные клапаны, грязевики, фильтры, обратная подача оборотной воды в бак теплой воды
Пополнение потерь воды	Прокладка трубопроводов подпитки свежей водой к градирне и расширительному баку
Поддержание температуры воды в системе горячего водоснабжения в периоды минимального водоразбора	Устройство линии циркуляции с насосом
Облегчение запуска и предотвращение кавитации насоса промежуточного контура	Установка расширительного бака выше уровня установки насоса
Выпуск воздуха из системы	Предусматриваются воздушники на насосах и коллекторах воды

9. Компоновка оборудования теплонасосной установки

В помещении машинного отделения располагаются теплообменники, гидравлические и тепловые насосы.

Определяем строительную площадь машинного отделения, м²:

F_стр = ,

где f₁ – площадь, занимаемая i-м элементом оборудования, м²;

k₁ – коэффициент, учитывающий дополнительную площадь для обслуживания оборудования, устройства подсобных и бытовых помещений.

Значение коэффициента k₁ принимается в зависимости от площади в плане единице оборудования: 4 – при f₁ < 2м²; 3,5 – при 2 < f₁ < 4м²; 3 – при 4 < f₁ < 6м²; 2,5 – при 6 < f₁ < 10м²; 2 – при f₁ > 10м².

F_стр =

Для машинного отделения предусматривают одноэтажное, отдельно стоящее здание или пристройку к производственному зданию. Высота основных помещений должна быть кратной 0,6 м, но не менее 4,8 м, чтобы можно было смонтировать грузоподъемные средства. Ширина поперечного пролета здания принимается кратной 3 м (6, 12, 15 и т.д.), шаг колонн по длине здания – 6 м.

Конструкция и толщина наружных стен: кирпичная кладка 380 мм. Конструкция внутренних стен: кирпичная кладка 250 мм. Конструкции перегородок: кирпичная кладка 65 мм.

Кроме основных помещений, предусматриваются вспомогательные и подсобно-бытовые помещения, необходимые для функционирования машинного отделения и обеспечения санитарно-бытовых условий обслуживающего персонала. Помещения размещают с одной или с двух сторон здания. Вход в эти помещения должен быть через отдельный коридор, имеющий вход снаружи и связанный дверью с машинным отделением. Эта часть здания может выполняться в два этажа, с высотой помещений 3 м, и должна иметь наименьшую ширину: прохода – 1 м, дверей – 0,8 м, коридора – 1,4 м, марша лестницы – 1,05 м, лестничной клетки – 2,15 м.

Здание машинного отделения должно иметь не менее двух выходов, максимально удаленных друг от друга. Один из выходов должен быть непосредственно наружу.

Оборудование размещают компактно по ходу движения оборотной и горячей воды, в соответствии с принципиальной схемой, группируя машины и аппараты по их функциональному назначению.

10. Расчет показателей экономичности теплонасосной установки

10.1. Эксергетический КПД теплонасосной установки:

η_с = Э_вφ,

где Э_в – удельный расход электроэнергии в идеальном тепловом насосе.

Э_в = 1 – =

η_с =

10.2. Годовой расход условного топлива на конденсационной электростанции, ту.т./год.

В_тн = 86,4 ,

где τ₃ – продолжительность отопительного периода, сут.; τ_л – продолжительность летнего периода, сут.; Q_н^р – удельная низшая теплота сгорания условного топлива, кДж/кг; η_ст – КПД электростанции; η_лэп – КПД линии электропередачи; φ – значение коэффициента трансформации, полученное в результате расчета термодинамического цикла теплового насоса.

В_тн =

10.3. Годовой расход условного топлива в котельной установке, которую замещает ТНУ, ту.т./год:

В_к = 86,4 ,

где η_к – КПД нетто котельной установки, принимается η_к = 0,8.

В_к =

10.4. Годовая экономия условного топлива (в процентах):

ΔВ = 100%

ΔВ =

Выводы

Спроектирована оборотная система технического водоснабжения промышленного предприятия с использованием теплоты оборотной воды в тепловых насосах для нужд низкотемпературного отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Был произведен расчет режима работы теплонасосной установки и сделан выбор теплового насоса. Для улучшения энергетических показателей теплонасосной установки используются две байпасных линии. Одна при последовательной схеме включения конденсатора тепловых насосов по нагреваемой воде, а вторая при последовательном включении испарителей при противоточной схеме движения охлажденной воды.

В качестве предварительного и разделительного теплообменников применяем водяные секционные подогреватели типоразмеров 9-168*2000-Р и 11-219*2000-Р.

В качестве водоохлаждающего устройства используем градирню.

Трубопроводы являются связующим звеном в системе водоснабжения. В ходе проектирования определены диаметры и сделан выбор по сортаменту всех трубопроводов воды, как внутренних, так и внешних, соединяющих теплонасосную установку и градирни с потребителями, а также произведен подбор насосов Н1…Н6 и насосов байпасных линий.

Разработана принципиальная схема системы технического водоснабжения промышленного предприятия, предназначена для того, чтобы дать полное представление о составе оборудования и его взаимном соединении. Сделана компоновка оборудования теплонасосной установки. Оборудование размещено компактно по ходу движения оборотной и горячей воды, в соответствии с принципиальной схемой, группируя машины и аппараты по их функциональному назначению. При этом соблюдены правила техники безопасности и обеспечения удобства обслуживания.

Годовая экономия топлива от применения тепловых насосов для утилизации теплоты оборотной воды составляет _____ %. Таким образом применение оборотной системы водоснабжения на промышленном предприятии является экономически выгодным решением и обеспечивает нормальную работу предприятия.