курсовик

3.6 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:

ṫ_кi=0,5(t^,_ki+ t^,,_ki)

ṫ_нi=0,5(t^,_Hi+ t^,,_Hi)

t_кi=

t_нi=

3.8 Для каждого теплового насоса рассчитывается разность средних температур воды в конденсаторе и испарителе:

t_i=ṫ_к–ṫ_н .

t_i =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:

1. Рабочий агент.

2. Схема теплового насоса.

3. Тепловая нагрузка конденсатора Q_к=493кВт

4. Средняя температура охлаждаемой воды в испарителе

ṫ_к,I=57,65°C

5. Средняя температура нагреваемой воды в конденсаторе

ṫ_и,l=20.05°C

6. Температура воды входе в маслоохладитель t^,_мо=53°C

4.1 Температура кипения и конденсации фреона:

t_и=t₅=t₆=ṫ_и–ṫ_и=26,05-5=21,05

t_к=t₃=ṫ_к–ṫ_к=57,65+ 5=62,65

где ṫ_к,ṫ_и - средний температурный напор в испарителе и конденсаторе.

4.2 Давление кипения Р_и, Мпа, и давление конденсации Р_к находят по известным температурам t_и и t_к с помощью Ph – диаграммы для фреона R-134_а, а энтальпию h₆ кДж/кг – по давлению Р_и и температуре t₆ . Р_и=0,76МПа,Р_к=1,8МПа, h₆=470кДж/кг

4.3 Степень повышения давления в конденсаторе:

= 2,37

4.4 Температура пара на входе в компрессор:

t₁=t₆+t_пе,

где -t_пе перегрев пара в регенеративном теплообменнике, принимаются -t_пе=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-134_а

При давлении Р_к и температуре масла на выходе из компрессора t_м^,, , 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:

g_к= 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):

G_м = G(h₂ '-h₂)= 2.88(540,6-521,3) 55,6

4.12 Расход масла, подаваемого в компрессор, м³ /кг:

V_м = _;

Где q_м – удельная теплоемкость и плотность масла.

V_м = = 8.7810^-4 м³/кг

4.13 Относительный массовый расход масла:

q_м == = 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:

q_м= 0,09375-0,025²;

q_м= 0,253

Расхождение 8% - расчет верен.

4.15 Удельная внутренняя работа компрессора:

l_i =h₂^'' –h₁= 540.6-480=60.6

4.16 N_i = GI_i = 2.8860.6 = 175кВт

4.17 Мощность электродвигателя для привода компрессора;

N_э= ;

Где N_эм – электромеханический КПД принимается _эм = 0,9.

N_э = = 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:

q_и =h₆-h₅ =470-340 =130

4.22 Тепловая нагрузка испарителя:

Q_и = G q_и= 2,88130 = 374,4

4.23 Тепловая нагрузка регенератора теплообменника:

Q_рто =G(h₃ –h₄) = 2,88(350-340) =28,8 кВт

4.24 Для контроля расчета составляет энергетический баланс установки:

Q_и +N_I = Q_к +Q_м ;

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 d_н/d_в = 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 W_мт = 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:

1. Тепловая нагрузка теплообменника Q_пт = 420кВт

2. Расход воды в трубном пространстве V_т = V_гв =0,0033м³/с

3. Расход воды в межтрубном пространстве V_мт = V_нп =0,018м³/с

4. Температура воды в трубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t´_т = t_хв =5 и t´´_т = t_пт = 30проходного сечения межтрубного

5. Температура воды в межтрубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t´_мт =t_нп =37 и t´´_мт =t_иI =30.1

5.1.1 Для принятой скорости воды в межтрубном пространстве оценивается площадь проходного сечения межтрубного пространства :

f_мт =

f_мт == 0,012

По полученному значению f_мт выбирается типоразмер подогревателя , для которого выписываются основные параметры: число трубок n_т , площадь поверхности нагрева секции F_с , внутренний диаметр корпуса D_в , площадь проходного сечения трубок f_т и межтрубного пространства f_мт . 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

2. Скорость воды в трубах и между трубами:

W_т = ,

W_мт =

W_т = =0,58

W_мт = =1,48

2. Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:

d_э = = = 0,198м

2. Средняя температура воды в трубках и между трубками:

ṫ_т=0,5(t^,_т+ t^,,_т)=0,5(5+30)=175

ṫ_мт=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 ṫ_мт -0,04 ṫ_мт^-2)

d^0,2_n

_т=(1630+21 ṫ_мт -0,04 ṫ_мт^-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(d_и- d_в);

_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 V_ов= 160м³/ч = 0,044м³/с

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

3.Требуемый напор у потребителя Н_тр=25…35 м вод. ст,-для технологических потребителей.

4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе w_наг= 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 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 =0,109

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

Н_пр=λ* =4,81

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

Н= (1,2…1,3)Н_пр + Н_тр =1,2 х 4,81+ 95 = 40,8

7.2.7. 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 , ɳ_н – КПД насоса [1];ɳ_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=0,04414/4=0,011

N_эд=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:

1. Объемный расход воды по участкам V_гв=0,0033

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

3. Требуемый напор у потребителя Н_тр=10…15 м вод.ст.-для систем горячего водоснабжения.

4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе w_наг=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 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 =0,028

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

Н_пр=λ* =8,15

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

Н= (1,2…1,3)Н_пр + Н_тр =24,8

7.3.7. 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 , ɳ_н – КПД насоса [1];ɳ_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=0,0038/2=0,00165

N_эд=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:

1. Объемный расход воды по участкам V_г=0,026

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

3. Требуемый напор у потребителя Н_тр=25…35 м вод.ст.-для технологических потребителей.

4. Скорость воды в нагнетательном трубопроводе w_наг=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 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 =0,022

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

Н_пр=λ* =1,62

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

Н= (1,2…1,3)Н_пр + Н_тр =1,2х 1,62+35=36,9

7.3.7. 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 , ɳ_н – КПД насоса [1];ɳ_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=0,026/3=0,009

N_эд=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.