2.8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

В зависимости от фазового состояния теплоносителя, для которого рассматривалось потеря давления в теплообменнике, нужно выбрать насос (для жидкого теплоносителя) или вентилятор (для газов).

Насосы. В промышленности широко применяются лопастные (центробежные, осевые, вихревые) и обычные (поршневые, шестеренчатые, винтовые и др.) насосы. Выбор типоразмера насоса из числа стандартных осуществляется по значениям расхода G перемещающейся жидкости и преодолеваемого напора H. Напор определяется по формуле

м,

где Δp_па ­– падение давления теплоносителя в аппарате, Па; Н_г – геометрическая высота подъема жидкости, м; h_п – потери напора во всасывающей и линиях, м.

Затрачиваемая на перемещение жидкости мощность

, Вт.

Мощность на валу насоса должна быть выше. С учетом коэффициентов полезного действия насоса η_н и передачи η_пер при установившемся режиме работы данная мощность

Если к. п. д. насоса неизвестен, можно руководствоваться следующими пример­ными значениями его:

Насос	Центробежный	Осевой	Поршневой
К.п.д.	0,4 – 0,7 (малая и средняя подача) 0,7 – 0,9 (большая подача)	0,7 – 0,9	0,65 – 0,85

К. п. д. передачи зависит от способа передачи усилия. В центробежных и осевых насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях η_пер ≈ 1. В поршневых насосах чаще всего используют зубчатую передачу; при этом η_пер = 0,93 - 0,98.

При расчете затрат энергии на перекачивание необходимо учитывать, что мощ­ность N_дв, потребляемая двигателем от сети, больше номинальной вследствие потерь энергии в самом двигателе:

где η_ДВ - коэффициент полезного действия двигателя.

Если к. п. д. двигателя неизвестен, его можно выбирать в зависимости от номиналь­ной мощности:

NН, кВт	0,4-1	1-3	3-10	10-30	30-100	100-200	>200
ηДВ	0,7-0,78	0,78-0,83	0,83-0,87	0,87-0,9	0,9-0,92	0,92-0,94	0,94

Двигатель к насосу устанавливается несколько большей мощности, чем потребляемая мощность, с запасом на возможность перегрузки:

.

Коэффициент запаса мощности β берётся в зависимости от величины N_ДВ: при N_ДВ< 1 кВт β = 2 – 1,5; при N_ДВ= 1 - 50 кВт β = 1,5 – 1,15; при N_ДВ> 50 кВт β = 1,1.

Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота вса­сывания Н_ВС не должна превышать значения, вычисленного по формуле

,

где p₁ - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей темпера­туре; ω_ВС - скорость жидкости во всасывающем патрубке насоса; h_{П ВС} - потеря напора во всасывающей линии; h₃ - запас напора, необходимый для исключения кавитации (в центробежных насосах) или предотвращения отрыва поршня от жидкости вслед­ствие сил инерции (в поршневых насосах).

Для центробежных насосов

где n – частота вращения вала, с^-1.

Для поршневых насосов при наличии воздушного колпака на всасывающей линии

где l - высота столба жидкости во всасывающем трубопроводе, отсчитываемая от сво­бодной поверхности жидкости в колпаке; f₁ и f₂ - площади сечения соответственно поршня и трубопровода; и - окружная скорость вращения, м/с; r - радиус кривошипа, м.

При известных значениях G, H и N_уст по каталогам или по таблицам в литературе [3] (с. 38 - 42), [4] (с. 92, табл. 2.5), [6] (с. 28, табл. 3.1) выбирается типоразмер насоса. Подробные сведения о насосах приведены в [12] (с. 475 - 827), где даны необходимые их рабочие характеристики, габаритные и размеры, представлены разрезы стандартных насосов выпускаемых промышленностью.

Численные примеры расчета и выбора насоса приведены в [3] (с. 21 -23), в [4] (с. 90 - 91), в [6] (с. 33 - 34).

Вентиляторы. Вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее распространены цен­тробежные и осевые вентиляторы. В зависимости от давления, создаваемого вентиля­торами, их подразделяют на три группы: низкого давления - до 981 Па, среднего - от 981 до 2943, высокого - от 2943 до 11 772 Па. Центробежные вентиляторы охваты­вают все три группы, осевые вентиляторы - преимущественно низкого давления, в очень редких случаях - среднего.

Поскольку повышение давления в вентиляторах невелико, изменением термодина­мического состояния газа в них можно пренебречь, и к ним применима теория машин для несжимаемой среды, т. е. насосов.

Мощность, потребляемую вентиляторами, рассчитывают по тем же формулам, что и для насосов. Требуемый напор вентилятора (в м столба газа) определяют по формуле

где Δр - потеря давления теплоносителя в аппарате; h_п - суммарные потери напора во всасывающей и нагнета­тельной линиях.

К. п. д. центробежных вентиляторов обычно составляет η_н = 0,6 - 0,9, осевых η_н = 0,7 – 0,9. При непосредственном соединении валов вентиляторов и двигателя η_пер = 1, при клиноременной передаче η_пер = 0,98.

По значениям расхода газа и требуемого напора выбирается по каталогам или по таблицам в литературе [3] (с. 42), [12] (с. 866 – 901, с. 950 - 961) марка вентилятора и тип электродвигателя к нему.

Численный пример расчета и выбора вентилятора приведен в [3] (с. 23 -24).

Конденсатоотводчики. Теплообменник, где греющим теплоносителем является пар, должны оснащаться конденсатоотводчиком. Конденсатоотводчик устанавливается на конденсатоприводе за выпускным патрубком теплообменника. Его назначение – автоматически пропускать конденсат и задерживать пар, не теплообменном аппарате. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только из-за неудачной конструкции конденсатоотводчиков и не правильной их эксплуатации могут достигать в среднем до 25% количества потребляемого пара.

По принципу действия конденсатоотводчики подразделяются на следующие основные типы:

1. конденсатоотводчики с гидравлическим затвором;

2. конденсатоотводчики с гидравлическим сопротивлением;

3. конденсатоотводчики с механическим затвором.

Конденсатоотводчики относят к трубопроводной арматуре, т. е. к устройствам, устанавливаемым на трубопроводах, аппаратах, ёмкостях для управления потоков рабочих сред. Некоторые сведения по трубопроводной арматуре и по её выбору приведены в [1] (с. 303 - 313), [13] (с. 177 – 199).