книги / Проектирование вентиляционных установок
..pdfНа основании проделанных построений находим: конечная тем
пература воздуха по мокрому термометру t# = 14,6° С; конечная температура воды t" = 11,3° С.
Пример 25.
Воздух охлаждается в двухступенчатой прямоточной ороситель ной камере форсуночного воздухоохладителя.
Начальная |
температура |
воздуха |
по мокрому термометру t'M= |
-= 21° С; |
|
воды f |
|
начальная |
температура |
= 6° С; |
коэффициент орошения 5 = 0,9; коэффициент полезного действия каждой ступени т] = 0,8.
Определить конечные температуры воздуха и воды при выходе из камеры.
Решение.
В полной аналогии с примером 24 находим, что при заданных условиях (рис. 31):
конечная температура воздуха по мокрому термометру t'M= 14,6° С; конечная температура воды после первой ступени г = 11,3° С.
Параметры воздуха и воды после первой ступени являются начальными для второй ступени.
Соответственно с этим по рис. 31 находим:
конечная температура воздуха по мокрому термометру tM= 13° С;
конечная температура воды после выхода из камеры f* = 12,4° С. При определении значения коэффициента орошения S двух ступенчатой прямоточной камеры следует эту камеру рассматривать как одноступенчатую, принимая значение т] = 0,8 + 0,8 *0,2 = = 0,96. Дальнейшее решение поставленной задачи совершенно ана логично тому, как это делалось в примере 24. Значение т|, как ука
зывалось, следует принять равным 0,96.
При определении коэффициента орошения S двухступенчатой противоточной камеры рассматриваемая задача должна решаться методом подбора, сущность которого в данном случае заключается в следующем.
Предположим, что во вторую ступень противоточной камеры воздух входит в состоянии, характеризуемом точкой F (рис. 32) и соответственно этому при г\ = 0,8, находим точку С' Кроме того, определяем температуру воды, выходящей из второй ступени и иду щей на орошение в первую ступень. Знание этой температуры дает возможность в tM— /-диаграмме, по аналогии с примером 23 при г] = 0,8, найти положение точки С. Если линии В'С и ВС' окажут ся параллельными, то это значит, что положение точки F было принято правильно. В противном случае следует задаться иным положением точки F и, повторив описанные выше операции, до биться необходимого условия, т. е. параллельности линии В'С и ВС'.
Рис. 31. ^ — /-диаграмма (к примеру 24)
_ |
_ |
г» . |
С ь |
— |
—к |
—ъ |
*ч |
\ ) |
1Чэ |
N3 N3 N a |
N a |
-Xs- |
<07 O î |
|
гчо C-О |
XN |
C»r, O i N i Cto ^ |
^ |
— |
г ч э С ^ о ^ ч |
|
25) примеру (к диаграмма-/ — tM .32 .Рис
После этого, проводя из точки О луч параллельной линии В'С, или, что то же самое, линии ВС', на кривой значений S, находим искомое нами значение коэффициента орошения 5 .
Пример 26.
Воздух охлаждается в двухступенчатой противоточной камере форсуночного воздухоохладителя. Условия задачи те же, что и в при мере 24. Определить конечные температуры воздуха и воды при вы ходе из камеры.
Решение.
Начальная температура воды, поступившей в первую ступень, неизвестна, так как в первую ступень поступает вода, отработанная во второй ступени. Для определения температуры этой воды необ ходимо знать температуру воздуха, поступающего во вторую ступень, т. е. необходимо знать температуру воздуха, выходящего из первой ступени. Не зная температуры воды, поступающей в первую сту пень, нельзя определить температуру выходящего из первой ступени воздуха. Вследствие этого данная задача может быть решена только методом подбора, сущность которого в данном случае заключается в следующем.
Предположим, что во вторую ступень воздух входит в состоянии, характеризуемом точкой F' (рис. 32). В соответствии с условием за
дачи находим точку |
В. Через эту точку проводим прямую В С , |
соответствующую коэффициенту орошения S = 0,9. На линии В С |
|
находим точку Я ', |
удовлетворяющую заданному значению il = |
D T j r
== 0,8. Точка Я ' определяет значение температуры воды,
выходящей из второй ступени и идущей на орошение воздуха в пер вой ступени. Значение этой температуры дает возможность опре делить в tM— /-диаграмме положение точки В', проводя через ко торую линию ВС, соответственно заданному значению коэффициента
орошения 5 = 0,9, на кривой воздуха находим точку С. На линии
DU'
D СI = 0,8. Если точки F, И и В окажутся на одной вертикальной линии, то это значит, что положение точки F' было выбрано правильно. В про тивном случае следует задаться иным положением точки F' и, по вторив описанные выше операции, добиться необходимого условия.
Решение этой задачи для условий данного примера приведено на рис. 32, согласно которому:
температура воздуха, выходящего из первой ступени (точка F), по мокрому термометру t„ = 15,9° С;
температура воды, выходящей из первой ступени (точка Я), f =
=13,5°С; температура воздуха, выходящего из второй ступени по мокрому
термометру (точка F'), |
t"M= 11,3°С; |
температура воды, |
выходящей из первой ступени (точка Я '), |
Г = 9,2° С. |
|
Из сопоставления результатов решения примеров 24 и 25 видно, что при одинаковых исходных данных в двухступенчатой противоточной камере получена более низкая температура воздуха.
2 . Сухие воздухоохладит ели
Охлаждение воздуха достигается при контакте его с холодными поверхностями. В периодически действующих установках для этой цели используется лед. Лед закладывается в специальные металли ческие коробки, внешние поверхности которых являются охлажда ющими поверхностями. Эти коробки должны иметь сток для удале ния воды, образующейся при таянии льда.
Несмотря на кажущуюся простоту таких устройств широкого распространения они не получили вследствие больших трудностей при получении льда в летний период.
Более рациональным типом сухих воздухоохладителей следует признать устройства, в которых по трубчатым змеевикам протекает холодная вода или рассол. Внешняя поверхность этих труб омывает ся охлаждаемым воздухом. Для увеличения поверхности теплооб мена трубки могут снабжаться ребрами.
Необходимая поверхность теплообмена сухого воздухоохлади теля может быть определена по выражению
|
F = |
Q |
(6,16) |
|
|
||
где |
Q — тепло, отнимаемое от воздуха при его охлаждении, вт; |
||
h |
и t2 — начальная и конечная температура воздуха, |
°С; |
|
Ï и /" — начальная и конечная температура воды, |
°С; |
||
|
k — коэффициент теплопередачи, кв!лг-град. |
|
Для охлаждения воздуха сухим путем можно использовать также и обычные калориферы, пропуская через них холодную воду.
При наличии достаточно холодной воды, используя калориферы для целей охлаждения воздуха, можно добиться снижения темпера туры его на 4—5° С.
При расчете калориферов, используемых для охлаждения воз духа, можно применять методику, приведенную в разделе Б данной главы. В этом случае величину коэффициента теплопередачи k следует принимать на 10— 15% ниже соответствующих значений этого коэффициента принимаемых при нагревании воздуха.
3 . Получение холодной воды для воздухоохладит елей
К числу наиболее совершенных методов, которые могут быть применены для охлаждения воды или в соответствующих случаях рассола, следует отнести машинное охлаждение, в котором исполь зуются соответствующие холодильные машины.
Холодильные машины делят на три основные вида: а) компрессионные; б) абсорбционные; в) пароэжекторные.
Компрессионная холодильная машина состоит из четырех основ ных элементов: компрессор, конденсатор, испаритель и регулятор.
В качестве рабочих веществ (хладагентов) в компрессионных холодильных машинах наибольшее распространение получили угле кислота и аммиак, но для вентиляционных установок применение этих хладагентов нерационально вследствие того, что работа с углекислотой требует высокого давления, а работа с аммиаком сопровождается чрезвычайно вредными и дурно пахнущими выделе ниями аммиака. Наиболее рациональным в установках по охлажде нию воздуха для целей вентиляции следует признать фреон-12 вследствие того, что он абсолютно безвреден и работа с ним не требу ет высокого давления (700 кн/м2). Фреон не оказывает коррозиру ющего влияния на металлы и сплавы, за исключением сплавов, со держащих магний.
В абсорбционных холодильных машинах роль компрессора в из вестном смысле выполняет агрегат, состоящий из кипятильника, абсорбера-поглотителя, насоса и регулирующего вентиля.
Работа компрессора в компрессионной холодильной машине связана с расходом большого количества механической энергии, а в абсорбционной же холодильной машине работа вышеуказанного агрегата, выполняющего роль компрессора, сопровождается по треблением тепла.
Широкому распространению в вентиляционной технике абсорб ционных холодильных машин препятствует, во-первых, ядовитость хладагента (аммиака) и, во-вторых, необходимость затраты тепла.
Иногда с целью выравнивания графика тепловых нагрузок тепло электроцентралей может представиться целесообразным устройство охлаждения в летнее время с помощью абсорбционных машин. На личие в достаточном количестве отработанного пара может также оправдать применение абсорбционных холодильных машин.
Следует отметить, что ядовитость паров аммиака препятствует широкому применению в вентиляционной технике абсорбционных холодильных машин.
Безвредность воды и отсутствие необходимости создавать высо кое давление обусловливают возможность широкого применения в вентиляционной технике пароэжекторных холодильных машин
ввоздухоохладительных установках.
Впароэжекторных холодильных машинах необходимое давление пара определяется в 400-^500 кн/м2, но это не исключает возмож
ности использовать пар и более высокого давления.
Уместно отметить, что первоначальные затраты на пароэжектор ные холодильные установки примерно на 40% ниже, чем перво-
106
начальные затраты на устройство компрессионных холодильных машин. Значительно ниже и эксплуатационные расходы (до 50%).
Указанная в каталогах заводов СССР холодопроизводительность компрессоров относится к некоторым совершенно определенным условиям, характеризуемым определенными значениями темпера тур хладагентов. Эти нормальные условия соответствуют следующим
значениям температур: |
|
температура испарения t„ = — 10° С; |
|
температура перед регулирующим вентилем t0 = |
15° С; |
температура конденсации tK= 25° С. |
|
Рабочая холодопроизводительность холодильной установки оп' |
|
ределяется из условия |
|
Qp= 4186,8 U7 (/' — /"), |
(6,17) |
где Qp — рабочая хладопроизводительность холодильной установ |
|
ки, вт\ |
|
W — количество охлаждаемой воды, кГ!сек\ |
|
V — начальная температура охлаждаемой воды, |
°С; |
t" — конечная температура охлаждаемой воды, |
°С. |
Значения температур f и t" принимаются в соответствии с зада нием, однако температуру охлаждаемой воды t" принимать ниже чем 4—5° С не следует. Если по условиям охлаждения воздуха эта тем пература будет высока, то в подобных случаях вместо воды следует употреблять рассолы, например, хлористый натрий, хлористый кальций и др.
Холодопроизводительность компрессора при нормальных усло виях и холодопроизводительность при заданных рабочих условиях связаны между собой зависимостью
(6,18)
где Q„ и Qp — холодопроизводительность при нормальных и рабо чих условиях, вт;
qn и <7р — теплота фазового превращения хладагента при нор мальных и рабочих условиях, кдж!м3\
и Хр — коэффициенты подачи при нормальных и рабочих условиях.
В среднем можно принять значения Хн и Хр равным 0,75. Вообще эти значения колеблются в пределах 0,6—0,85, причем нижний пре дел относится к малым тихоходным компрессорам с большим вред ным пространством, а верхний предел — к большим быстроходным компрессорам с небольшим вредным пространством.
Значения q„ некоторых хладагентов при нормальных условиях приведены в табл. 22.
Т а б л и ц а 22
Теоретическая теплота |
фазового |
превращения qH при нормальных |
|
условиях |
|
Хладагент |
Ян |
Аммиак |
2822 |
Углекислота |
14 243 |
Фреон-12 |
17 375 |
Хлорметил |
1563 |
Поверхность теплообмена конденсатора может быть опре делена по формуле
Fк |
1.3 Qp |
(6,19) |
Ьк
где FK— омываемая водой по верхность конденсато ра, м2;
kK— коэффициент теплопе редачи от хладагента к охлаждающей воде,
вт/м2-град\
t\ — начальная температура охлаждающей воды, °С;
t2 — конечная температура охлаждающей воды, °С. Вместо формулы (6,19) можно пользоваться формулой
|
Fк |
i.3Q p |
|
(6,23) |
|
Кк |
’ |
||
|
|
|
||
где /Ск — поверхностная плотность теплового потока |
при средней |
|||
|
разности температур хладагента и воды около 5° С, вт/м2. |
|||
Значения k Kи К к приведены в табл. 23. |
|
|||
|
|
|
Т а б л и ц а 23 |
|
|
Значения kK и Кк |
|
||
|
Тип конденсатора |
|
|
*к |
Погруженные |
|
840— 1050 |
4200— 5250 |
|
Противоточные: |
|
|
16 750—21 000 |
|
а) |
из двойных труб |
|
3350—4200 |
|
б) |
из элементов |
|
3350—4200 |
16750—21 000 |
Кожухотрубчатые |
|
2930—3770 |
14 650— 18 850 |
|
Оросительные: |
|
|
4200— 5250 |
|
а) с верхним подводом паров |
|
840— 1050 |
||
б) с нижним подводом паров |
|
2930—3350 |
14 650— 16750 |
|
в) с промежуточным отводом жидкости |
3350—4200 |
16 750—21 000 |
||
г) |
с вертикальными трубами |
|
1670—2090 |
8350— 10 450 |
Количество проходящей охлаждающей воды через конденсатор |
||||
определяется из выражения |
|
|
|
|
|
|
12 — 1\ |
(6>21) |
где WK— количество охлаждающей воды, проходящей через кон денсатор, кПсек.
Вода в конденсатор обычно поступает из городского водопро вода и поэтому температуру уходящей из конденсатора воды можно в среднем принять равной 25° С.
Поверхность теплообмена испарителя может быть определена
по формуле |
|
|
|
К = |
, , . h |
-------г . |
(6,22) |
|
Ли ( - Ц — |
-<■.) |
|
где F„ — омываемая водой поверхность теплообмена испарителя, ж2; k n— коэффициент теплопередачи от охлаждаемой воды к хлад
агенту, вт/м2-град;
f — начальная температура охлаждаемой воды, |
°С; |
|
t" — конечная температура охлаждаемой воды, |
°С. |
|
Вместо формулы (6,22) можно пользоваться также |
формулой |
|
= |
|
(6,23) |
где Ки— поверхностная плотность теплового потока при средней разности температур воды и хладагента около 5° С, вт/м2.
Значения kn и К н приведены в табл. 24.
|
|
Т а б л и ц а |
24 |
|
|
Значения /ги и |
/С„ |
|
|
|
Тип испарителей |
*и |
к » |
|
Погруженные: |
|
|
|
|
а) |
цилиндрические |
750— 840 |
3780— 4200 |
|
б) сундучные |
750— 840 |
3780— 4200 |
||
Интенсивные |
1890—2100 |
9450— 10500 |
||
Кожухотрубчатые: |
|
|
|
|
а) |
однопроходные |
1050— 1470 |
5250— 7350 |
|
б) |
многопроходные |
1260—2100 |
6300— 10 500 |
|
Противоточные |
1260— 1680 |
6 3 0 0 - |
8400 |
Для абсорбционной холодильной машины пар требуется низкого давления 30—70 кн1м2. Для этой же цели могут быть использованы отходящие дымовые газы, а также горячая вода достаточно высокой температуры. Подогрев раствора в кипятильнике абсорбционной машины может осуществляться и при помощи электронагревателя.
Л Осушна воздуха
Под осушкой воздуха понимается уменьшение его влагосодержания. Этого можно достигнуть следующими путями:
1) охлаждением воздуха до температуры более низкой, чем точка росы, соответствующая данному состоянию воздуха;
2) контактом осушаемого воздуха с веществами, обладающими большой влагопоглощающей способностью.
Осушка воздуха в мокрых воздухоохладителях произойдет только в том случае, когда температура воды будет ниже точки росы воз духа. При этом условии, одновременно с понижением температуры воздуха будет уменьшаться и его влагосодержание, а относительная влажность будет увеличиваться.
Влагосодержание d. г/кг
Рис. 33. Изображение в / — d-диаграмме процесса осушки воздуха в мокром воздухоохл адителе
На рис. 33 в / — d-диаграмме показан процесс изменения со стояния воздуха в мокром воздухоохладителе. Точка А соответ ствует начальному состоянию воздуха, а точка В — конечному. Точка С соответствует средней температуре воды. Начальная тем пература воды соответствует точке D.
Значение коэффициента орошения S = W обеспечивающего со
ответствующий эффект осушки, может быть определено из выраже ния
о |
М (tc - t Dy |
(6,24) |
|
||
|
|
где 5 — коэффициент орошения, кГ/кГ.