2.2.2 Обоснование технологических и технических параметров на лабораторный и опытный образцы струйного теплового модуля

Обоснование основных технологических параметров струйного теплового модуля. Обоснование основных технологических параметров струйного теплового модуля выполнено по выше приведённой методике по исходным данным, принятым на основании существующих аналогов – электрических котлов (ТЭНов): объём нагреваемой воды – 60 и 100 дм , температура нагреваемой воды: начальная – 14 С, конечная – 40…70 С [5,37,38]. Принимаем для расчёта технологических параметров: объём нагреваемой воды V = 100 дм , начальная температура нагреваемой воды Ɵ_н = 14 С, конечная Ɵ_к = 60 С, время нагрева воды t = 2,5 ч и 5 ч.

Основными технологическими параметрами теплового модуля являются: мощность затраченная Р₃, напор насоса Н_р, расход воды ( подача насоса) Q_H и КПД теплового модуля Ƞ_тм, которые определяются по выше приведённым формулам (1.62) – (1.68) методики.

Мощность затраченная Р₃ определяем по формуле (1.62) :

= 1000·9,81·0,0035·37,5/0,66 =1951 Вт;

При Н_р =25м и Q_H =0,0052м³/с Р_З = 1932 Вт;

При Н_р =37,5м и Q_H =0,007м³/с Р_З = 2601 Вт;

где = 1000 кг/м³ – плотность нагреваемой воды;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

Q_H – подача насоса теплового модуля, м³/с (при рабочем напоре Н_р =25м и 37,5м);

Н_р – рабочий напор насоса (принимается м), м;

КПД используемого насоса в тепловом модуле ( =0,66).

Подача насоса теплового модуля Q_H определяется по формуле (1.63)

= 1288/1000·9,81·37,5 = 0,0035м³/с ;

При Н_р =25м и Р_п =1288 Вт Q_H =0,0052м³/с ;

При Н_р =25м и Р_п =2576 Вт Q_H =0,0104м³/с

При Н_р =37,5м и Р_п =2576 Вт Q_H =0,007м³/с ;

где - полезная мощность , Вт (по формуле (1,64)):

При t =2,5ч = 2576 Вт;

где Q_Т – количество теплоты, полученной при нагреве воды,по формуле (1.65), кКал:

= 1,0·120·46 =5520 кКал,

где С – удельная теплоемкость, кКал/кг·град (для воды С=1 кКал/кг·град);

m – масса нагреваемой воды, определяется по формуле (1.66), кг:

=0,120·1000 =120 кг,

где V – объем нагреваемой воды, м³;

повышение температуры нагрева воды, определяется по формуле (1.67), ⁰С :

= 60 – 14 =46⁰С,

где температура нагреваемой воды начальная и конечная, ⁰С; ( по опытным данным =46⁰С );

А – механический эквивалент теплоты (А=4,2 Дж/Кал, или 0,427 кГм/Кал или 427 кГм/кКал или 4200 Нм/кКал);

t – продолжительность нагрева воды (работы теплового модуля), с ( по опытным данным t=2,5-5ч).

КПД теплового модуля определяется по формуле (1.68):

.

При t=2,5ч, = 1288 Вт и Р_З=1951 Вт η_тм=0,66.

При t=5ч, = 2576 Вт и Р_З=2601 Вт η_тм=0,99.

где Р_П, P_З – полезная и затраченная мощности теплового модуля, Вт.

Q_НВ –расход воды непосредственно на её нагрев ( по опытным данным Q_НВ =2/3Q_Н).

Обоснование технических параметров основных узлов струйного теплового модуля. Основными техническими параметрами струйного теплового модуля являются: подача насоса , необходимая для выполнения технологического процесса нагрева воды и теплоснабжения; внутренний диаметр напорного трубопровода ; потребное избыточное давления воды (напор ), необходимое для эжектора и системы теплоснабжения Н_р; параметры эжектора: внутренние диаметры активного и дополнительного пассивного d_дпс сопел и смесительной камеры , площадь щелевых отверстий внутри активного и пассивного сопел, внутренние диаметры впускных патрубков: для дополнительного пассивного d_дпс и активного d_дас сопел.

Потребная подача насоса для выполнения технологического процесса нагрева воды и теплоснабжения определяется по формуле (1.63).

Внутренний диаметр напорного трубопровода определяется по формуле (1.69):

,

При Q_Н =0,0035м³/с d_Н =0,038м,

где м/с – допустимая скорость воды в нагнетательном трубопроводе;

- коэффициент расхода воды в трубах.

Таким образом, внутренний диаметр нагнетательного трубопровода равен d = 38…54 мм.

Подходит водогазопроводная труба по ГОСТ 3262 – 75 условного диаметра 32 и 50 мм с внутренним диаметром 35 и 53 мм.

Принимаем трубу с dн = 35 мм.

Потребное избыточное давление воды (напор ) для эжектора определяется по форме (9):

, м

где - напор насоса, м ;

, - скорость воды на входе и выходе напорного трубопровода, м/с;

h_vн – потери напора в напорном трубопроводе, м ( которые задаются или определяются по известной формуле [ 34,35 ].

При м Н_Э = 25 – 0,05·25 = 24м;

При Н_р =37,5м Н_Э =37,5 – 0,05·37,5 = 35м.

Для упрощения расчёта принимаем и потери напора от , m.e. Таким образом, потребный напор воды для эжектора составил .

Параметры эжектора:

Внутренний диаметр активного сопла определяется по формуле (1.71):

м,

при м /с м,

где определяется по формуле (1.76):

м/с,

где H_gc=35м и H_ac=1,9м м/с.

Таким образом, диаметр активного сопла составил

мм.

Внутренний диаметр дополнительного пассивного сопла по (1.71):

м,

где по (1.73): м /с

где кг/м ,

по (1.80): м/с.

Расчётный внутренний диаметр дополнительного сопла составил мм.

Внутренний диаметр смесительной камеры по (1.71):

м,

где определяется по формуле (1.75): м /с,

по (1.82): м/с,

где - перепад напора на входе и выходе смесительной камеры определяется из уравнения (1.77 и 1.78), м.

Расчётный внутренний диаметр смесительной камеры составил мм. Площади щелевых отверстий внутри активного и пассивного сопел по (1.83)и (1.84):

,

где для упрощения расчета принимаем

где dk и dac определены выше по (10): м,

м.

Внутренние диаметры воздуховпускных патрубков:

- дополнительного пассивного сопла по (1.85):

- пассивного сопла по (1.86):

м.

Расчётные внутренне диаметры воздуховпускных патрубков:

дополнительного пассивного сопла , пассивного сопла .

Выводы по разделу

1) На основании выполненных теоретических исследований по технологии нагрева воды с использованием струйного теплового модуля, получены теоретические основы, по которым при реализации проекта определялись основные технологические и технические параметры для разработки лабораторного и опытного образцов струйного теплового модуля и проведения экспериментальных исследований и лабораторных испытаний.

2) Дана методика и обоснованы основные технологические и технических параметров теплового модуля и основных его узлов, которые составили: мощность полезная Р_П = 1,29-2,65 кВт, мощность затраченная Р_З = 1,95 – 2,58 кВт, напор насоса Н_р =25 – 37,5м , расход воды ( подача насоса) Q_H =0,0035 – 0,007м³/с, потребный напор воды в эжекторе Нэ =24-35м, количество полученной теплоты от нагрева воды Q_Т =5520кКал, КПД теплового модуля Ƞ_тм =0,66- 0,99, внутренние диаметры отверстий: напорного трубопровода-35 – 53мм, активного сопла эжектора – 17 – 23мм, пассивного сопла – 24 – 65мм, дополнительного сопла – 35мм, смесительной камеры – 28 – 72мм и воздуховпускных патрубков – 17 -38 мм.

3 Разработка нового струйного теплового модуля для автономного теплоснабжения, очистки воздуха и технологических процессов на объектах АПК

3.1 Разработка технических заданий на лабораторный и опытный образцы струйного теплового модуля

3.1.1 Методика разработки технических заданий на струйный тепловой модуль

Разработка технического задания на лабораторный образец теплового модуля выполнялась на основании разработанной конструктивно-технологической схемы и обоснованных параметров [37 ] в соответствии с ГОСТ Р.15-201-2000 [ 38] .

Техническое задание должно отражать следующие основные требования: наименование и область применения; основание для разработки; технические требования – состав продукции и требования к конструктивному устройству, показатели назначения, требования к надёжности, технологичности, уровню стандартизации и унификации, требования безопасности, требования эстетические и эргономические, требования к патентной чистоте, требования к составным частям продукции, сырью и исходным и эксплуатационным материалам; условия эксплуатации; требования к маркировке и упаковке, требования к транспортировке и хранению; экономические показатели; стадии и этапы разработки; порядок контроля и приемки; приложение – конструктивно-технологическая схема насосной установки, устройство и технологический процесс.

Разработанное техническое задание на лабораторный образец теплового модуля в соответствии с указанными требованиями утверждалось Проректором по науке и международным связям КазНАУ.