4.Розрахунок та вибір обладнання теплових пунктів.

До основного обладнання теплових пунктів відносяться центр обіжні та водоструйні (елеватори) насоси, водо-водяні підігрівачі, грязевікі, баки-акумулятори, деаератори.

4.1 Розрахунок підігрівачів для опалення та гарячого водопостачання.

В сучасних теплових пунктах дуже часто використовуються пластинчаті підігрівачі. Ці теплообмінні апарати являють собою рамну конструкцію на яку набирається задана теплообмінна поверхня:

Рисунок 17.Схема пластинчатого теплообмінного апарату.

1,2,11,12 – штуцери; 3 – передня стійка; 4 – верхній кутовий отвір; 5 – кільцева резинова прокладка; 6 – гранична пластина; 7 – штанга; 8 – нажимна плита; 9 – задня стійка; 10 – винт; 13 – велика резинова прокладка; 14 – нижній кутовий отвір; 15 – теплообмінна пластина.

Основним елементом цих теплообмінних апаратів є пластини, які відштамповані зазвичай з нержавіючої сталі. Їх встановлюють та закріпляють на станіні, і вони утворюють „пакет”. Поверхня пластин має виступи, які утворюють канали між пластинами. По пластинам тонкими шарами протікають теплоносії. Шари теплоносіїв (що гріє та що нагрівається) чередуються між собою:

Рисунок 18. Умовна схема руху теплоносіїв через теплообмінник.

Тому теплообмін відбувається через обидві обмежуючі поверхні. Група пластин, що утворює систему паралельних каналів, в яких кожний теплоносій рухається в одному напрямку, складає пакет.

Рисунок 19.Елемент зварного пластинчатого теплообмінного апарату (пакет).

Таблиця 4.1 Основні розміри пластин теплообмінних апаратів.

Параметри	Поверхня теплообміну, м2
	0,2	0,3	0,5	0,6	1,3
Габаритні розміри, мм довжина ширина товщина	650 650 1,2	1370 300 1,0	1370 500 1,0	1375 660 1,0	1392 640 2,0
Еквівалентний діаметр каналу, м Поперечний переріз каналу, м2 Приведена довжина каналу, м Вага, кг	0,0076 0,0016 0,45 5,0	0,0080 0,0011 1,12 4,04	0,0080 0,0018 1,15 6,42	0,0074 0,00262 0,893 7,67	0,0115 0,00368 1,91 14,35

В загальному випадку розрахункова продуктивність водо-водяного підігрівача визначається на основі рівняння теплового балансу, без врахування втрат теплоти:

,

де G_п, G_м – витрата первинної (мережної) та вторинної (місцевої) води кг/с;

с_п, с_в – теплоємності первинної (мережної) та вторинної (місцевої) води Кдж/(кгК);

- температури первинної води на вході та на виході з підігрівача, °С;

- температури вторинної води на вході та на виході з підігрівача, °С;

Поверхня нагріву теплообмінного апарату визначається за формулою:

(4.1)

де Δt – середньо логарифмічний температурний напір, °С;

k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К).

Середньо логарифмічний температурний напір при прямот оці чи противотоці розраховується за формулою:

(4.2)

де Δt_б та Δt_м – більша та менша різниці температур мережної та місцевої води на кінцях підігрівача.

Коефіцієнт теплопередачі теплообмінного підігрівача можна визначити за формулою:

(4.3)

де β₁ – поправочний коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу поля швидкостей у прохідному перерізі (приймається β₁=0,92...0,95).

β₂ – поправочний коефіцієнт, що враховує забруднення поверхні теплообміну (приймається за графіком на рисунку 20).

α_п – коефіцієнт тепловіддачі від первинної води до пластини, Вт/(м²К);

α_в – коефіцієнт тепловіддачі від пластини до вторинної води, Вт/(м²К);

δ_ст – товщина пластини, мм;

λ_ст – теплопровідність пластини, Вт/(мК).

Рисунок 20. Поправочний коефіцієнт β₂.

На графіку - термічний опір забруднення.

Коефіцієнти тепловіддачі α_п,α_в можна розрахувати за слідуючою формулою:

(4.4)

де А – температурний добуток, (визначається по таблиці 4.2.);

ω – швидкість води у каналі, м/с;

d_е – еквівалентний діаметр, м.

Таблиця 4.2 Значення величина А для різних температур

Температура води, °С	Площа поверхні пластини, м2
	0,3	0,6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100	2678 2991 3308 3600 3854 4092 4326 4517 4712 4912 5086	3615 4038 4466 4850 5203 5524 5840 6120 6361 6631 6866

Для більш точнішого розрахунку коефіцієнта тепловіддачі запропоновано формулу визначення критерію Нуссельта, що враховує особливості гофрировки пластин:

(4.5)

де d – визначальний розмір каналу, м ( ;

φ – кут нахилу гофра до направлення потоку робочого середовища (зазвичай лежить в межах від 100 до 160 °);

Re – число Рейнольдса для середовища, що рухається всередині каналу;

Pr – число Прандтля для середовища, що рухається всередині каналу;

Pr_ст – число Прандтля для середовища, що рухається всередині каналу, при температурі рівній температурі стінки.

Поверхня нагріву однієї пластини приймається по табл. 4.1. тоді число теплопередаючих пластин підігрівача буде дорівнювати:

(4.6)

де F – розрахункова площина теплообмінного апарату, м²;

F_пл – площина однієї пластини, м².