Тепло- и холодопроизводительность СТОН

Для обеспечения заданного теплового режима потребителей определяются необходимая тепло- и холодопроизводительность системы, количество парокомпрессионных машин и нагнетателей, мощность электронагревательных установок и достаточность поверхности теплообмена воздухоохладителей. В рассматриваемой системе термостатирования используются освоенные в производстве и проверенные в эксплуатации агрегаты и оборудование.

Производительность холодильных машин определяется из условия выполнения осушки воздуха до температуры точки росы t_p = - 30°С при двухступенчатом охлаждении: конденсационным способом от t_в1=+50°С до t_в2=+5°С и вымораживанием от t_в2 до t_в3 = - 20°С . Для охлаждения влажного воздуха до t_в2 теплоноситель R11 на входе в воздухоохладитель ВОЗ должен иметь температуру t_s1= -10° С, а для охлаждения влажного воздуха до -20° С теплоноситель R11 на входе в воздухоохладители В04 (В05) должен иметь температуру t_s2= -30°С.

Холодопроизводительность системы для работы блока осушки

Q_ХМ = Q_ХМ1+ Q_ХМ2

где Q_ХМ1 и Q_ХМ2 - тепловая нагрузка на холодильные машины I-го и II-го контуров, т.е. работающих на ВОЗ и В04 (В05).

Q_ХМ1 = Q₁ +Q₂ +Q₃,

где Q₁, Q₂, Q₃ - затраты энергии на охлаждение потока воздуха, на компенсацию тепловыделений насосов и на компенсацию внешних теплопритоков к оборудованию I-го контура циркуляции R11 .

Q_ХМ2 = Q₄ +Q₅ +Q₆,

где Q₄, Q₅, Q₆ - аналоги тепловых потерь Q₁, Q₂, Q₃, но для II-го контура охлаждения.

Тепловая нагрузка на холодильную машину при охлаждении влажного воздуха в ВОЗ:

, кВт,

где G - максимальный расход воздуха, кг/ч;

- удельные энтальпии воздуха на входе и выходе из ВОЗ.

Энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухого воздуха i_с и энтальпии пара i_п:

i_в = i_с + i_п

где i_c= с_с t_в; i_п = (r + с_п t)d_в;

с_с = 1,006 кДж/кг -- удельная теплоёмкость сухого воздуха;

с_п = 1,87 кДж/кг - удельная теплоёмкость пара;

r = 2501 кДж/кг - теплота фазового перехода пара;

d_в, г/кг сух.возд. - влагосодержание воздуха при температуре t_в,

Тогда

i_c = 1,006 t_в; i_п = (2501+1,87 t_в) d_в;

, кДж/кг с.в.;

, кДж/кг с.в.;

где , , кг/кг с.в. - влагосодержание воздуха при температурах

, и давлении за нагнетателем ( в данном случае Р_абс= 2,79 кг/см² = 0,279 МПа).

Количество холода, затрачиваемое на компенсацию тепловыделений насосов для R11

Q₂ = n_нас. N_нас, кВт,

где n_нас - количество одновременно работающих насосов;

N_нас , кВт- потребляемая мощность одним насосом. Здесь принимается допущение, что вся потребляемая мощность тратится на нагрев жидкости.

Количество холода, затрачиваемое на компенсацию тепловых потерь через изоляцию элементов n_об оборудования контура R11, трубопроводов, ёмкости, воздухоохладителя ВОЗ и испарителя холодильной машины

где К »0.86...0,90 Вт/м²К - среднее значение коэффициента теплопередачи через стенки и тепловую изоляцию элементов оборудования, установленное на основании опыта эксплуатации аналогичных видов конструкций;

F, м² - поверхность теплообмена;

Δt - разность температур холодного теплоносителя R11 и окружающей среды.

Аналогично определяется тепловая нагрузка на холодильные машины II- го контура охлаждения:

, кВт,

где

, кДж/кг с.в.;

энтальпия, температура и влагосодержание воздуха на выходе из воздухоохладителя В04 (В05) при давлении нагнетателя. Режим работы холодильной машины определяется температурой кипения хладагента t₀ и температурой конденсации t_к. Температура t_D принимается на (5...8)°С ниже температуры охлаждаемого теплоносителя на выходе из испарителя t_s, если он жидкий и на (10.. .20)°С ниже, если теплоноситель газообразный.

Для I-го контура охлаждения

Для II-ro контура охлаждения

В рассматриваемой системе термостатирования принято в I контуре t₀ = -15°С и во II контуре t₀ = -35°С.

Температура конденсации принимается на (5...8)°С выше средней температуры воды, поступающей в конденсатор на охлаждение и конденсацию паров хладагента (R12) и на (10...20) °С выше температуры наружного воздуха, если он используется да охлаждения паров хладагента.

Максимальная температура воды, подаваемая в конденсаторы холодильных машин I-го и II-го контуров + 28° С. Следовательно,

Температура t_К принимается равной + 35°С для всех холодильных машин I- го и II-го контуров.

По характеристикам холодильных машин Q₀ =Q₀(t₀,t_к) (рис. 3.15) для принятых значений t₀ и t_к находятся холодопроизводительности Q₀ I- го и II-го контура и , а и по ним - необходимое число холодильных машин:

Значения дробных чисел округляются до ближайшего большего значения и одна ХМ добавляется в качестве резервной, включаемой в работу по скользящему графику, чтобы ресурс всех машин вырабатывался равномерно.

Количество нагнетателей зависит от общего одновременного потребного расхода воздуха G и производительности каждого нагнетателя G_нг. Величина G_нг зависит от температуры воздуха на входе в нагнетатель: чем температура ниже, тем больше производительность нагнетателя. Охлаждение воздуха с + 50°С до +35°С в В01 перед нагнетателем позволяет повысить eго производительность. Потребное количество нагнетателей

где дробное число округляется до такого количества нагнетателей, которое достаточно для обеспечения расхода G при нормальных условиях эксплуатации, т.е. при +20°С наружного воздуха. Дополнительный нагнетатель необходим для обеспечения расхода при крайней температуре +50°С и для резервирования других нагнетателей.

Теплопроизводительность системы термостатирования складывается из теплопроизводительностей одновременно поступающих тепловых потоков к каждому отсеку носителя (потребителю):

где G_i - поток воздуха или азота к i- ому потребителю, кг/ч;

- температура газа на выходе из блока осушки с учётом изменения температуры в трассовом трубопроводе;

- заданная температура газа на входе к каждому потребителю;

n_пот - количество одновременно термостатируемых потребителей.

Соответственно мощность электронагревателей N_пот = Q_т. Теплопроизводительность каждой нагревательной установки

…………………………….

Выполняется поверочный расчёт выбранных серийных конструкций теплообменников на пригодность выполнения функций BO1, B02 и т.д. При известных геометрических размерах теплообменника, расходах сред, их теплофизических свойствах и температурах определяется расчётная поверхность теплообмена F_расч. и сравнивается с имеющейся F_то. Должно выполнятся условие

F_расч.< F_то.

И запас по поверхности F_расч - F_то должен гарантировать достаточный тепло- и массообмен. Расчётное значение F_расч:

где Q - тепловая нагрузка на ТО;

К - коэффициент теплопередачи между средами, учитывающий вид оребрения, влаговыпадение и вымораживание влаги;

- логарифмическая разность температур между средами.

Концевые аппараты В04 (В05) рассчитываются на режим оттайки слоя инея. Время на восстановление исходного состояния воздухоохладителя складывается из времени на плавление инея (льда и снега) - собственно оттайки, времени нагрева металлоконструкций от начальной температуры ( ) до конечной температуры входа воздуха в аппарат (+ 5°С ) и времени нагрева теплоносителя. Время на восстановление ТО должно быть меньше времени работы В0 на окончательную осушку воздуха.

Приближённо определяется время работы аппарата на осушку воздуха, через которое автоматика должна переключать аппарат на режим оттайки. Критерием заполнения аппарата инеем можно принять повышение перепада давления воздуха между входом и выходом до допустимой величины. С нарастанием слоя инея т только ухудшается теплообмен, но и сокращается живое сечение аппарата по воздуху и возрастает его аэродинамическое сопротивление.

Цикл работы В04 (В05) складывается из времени на осушку воздуха (2ч.) и времени на восстановление плюс временная пауза (также 2ч.).

Проверяется время охлаждения системы - время выхода воздушной системы на рабочий режим: с момента включения нагнетателей до момента подачи сухого воздуха потребителям.

В состав проектного задания на систему термостатирования входят расчёты:

на прочность воздуховодов и теплообменных аппаратов как сосудов, работающих под давлением;

надёжности системы и сравнение полученных результатов с требованиями технического задания;

уровня стандартизации и унификации и их эффективности;

количественного состава ЗИПа; стоимости системы.

Контрольные вопросы к разд.3.9

1. Что собой представляет циклограмма потребления воздуха и азота для обеспечения термостатирования отсеков носителя и какие параметры в ней указываются ?

2. Из каких частей состоит система термостатирования отсеков носителя ?

3. Из каких частей состоит оборудование для подачи воздуха и какие функции они выполняют ?

4. Какими способами можно обеспечить подачу большого количества воздуха и азота порядка (5...20) 10³ м³/ч при небольших избыточных давлениях по длинным воздуховодам ?

5. Что собой представляет роторный нагнетатель ? До какого давления он сжимает воздух и на сколько градусов при сжатии нагревается воздух ?

6. Что такое «помпаж», возникающий в лопаточных машинах ? Каким образом избегают этого явления ? В чем заключается противопомпажная защита ?

7. По каким причинам может уменьшится потребление воздуха сетью до величины близкой к критической ?

8. Какие функции выполняют воздухоохладители В01,...,В04 (В05) ?

9. Почему на выходе из воздухоохладителя ВОЗ температура воздуха не должна быть ниже 0°С ?

10. В чем заключается цикл осушки воздуха вымораживанием и технология оттайки воздухоохладителей В04 (В05) ?

11. Какие основные элементы входят в состав контуров хладоносителя R11и какими параметрами настройки должны отличаться в них ПКХМ ?

12. Каким образом регулируется охлаждение воздуха до заданной температуры в воздухоохладителе ВОЗ ?

13. Каким способом контролируются расходы воздуха и азота в СТОН?

14. В каких случаях термостатирование отсеков воздухом следует заменить на термостатирование газообразным азотом ?

15. Для охлаждения каких потребителей в СТОН используется вода из системы оборотного водоснабжения ?

16. Каким образом определяется холодопроизводительность контура охлаждения и осушки влажного воздуха в теплообменном аппарате ?

17. Каким образом определяется необходимое количестве известных холодильных машин для любого контура охлаждения ?

18. Из каких условий определяются режимы работы холодильных машин ?