|
Основные расчётные формулы |
Прокрутить Предыдущий Верхний Следующий Больше |
Расчёт водоводянного теплообменника
Исходными данными для расчёта являются: теплопроизводительность, температуры греющей и нагреваемой воды в градусах.
В программе принята следующая методика расчета:
1) Определяется средняя разность температур - DТ :
(Т1-ТМ1)-(Т2-ТМ2)/2, если (Т1-ТМ1)-(Т2-ТМ2)=0;
(Т1-ТМ1)(Т2-ТМ2)/2.3*LG(Т1-ТМ1)/(Т2-ТМ2) ,
если (Т1-ТМ1)-(Т2-ТМ2) ^= 0 ;
Т1,Т2-температуры греющей воды на входе и на выходе теплообменника;
ТМ2,ТМ1-то же нагреваемой воды.
2) Средняя температура греющей и нагреваемой воды:
Т=0.5(Т1+Т2) ;
ТМ=0.5(ТМ1+ТМ2).
3) Вычисляются промежуточные коэффициенты:
В=1210+18ТМ-0.038ТМ**2 ;
J=1210+18Т-0.038Т**2 ;
Q- теплопроизводительность в гкал/ч.,
4) Скорость нагреваемой воды
Wм = Gм/3600*Fтр м/сек
Gм-расход нагреваемой воды
Gм=Q 10**3/(ТМ1-ТМ2); т/ч
F тр- площадь живого сечения трубок в м2
5) Скорость греющей воды,м/сек:
Wт= Gт/3600*F тр ;
Gт -расход греющей воды,т/час:
Gт= Q 10**3/(Т1-Т2) ;
Fм.тр-площадь живого сечения межтрубного пространства в м2.
6) Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к нагреваемой воде, ккал/м2 ч град:
А1=В W **0.8/0.0145**0.2 * FI ;
7) Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок, ккал/м2 ч град:
А2 =J*W**0.8/D экв**0.2 * FI ;
D экв- эквивалентный диаметр межтрубного пространства в м.
При определении коэффициентов теплоотдачи А1 и А2 вводится понижающий коэффициент (FI) в случае переходного режима (при значении числа Rе от 2300 до 10000)-формула выведена из данных табл.5-5 л.[5] :
FI=0,464*LоG(Rе)-3,28;
8) Коэффициент теплопередачи, ккал/м2 ч град:
К=0.95/(1/А1+1/А2+Y),
где
Тнак
Y = ------- + 0.000011;
тепл.Пр.
Тнак - толщина накипи, м, принимаемая на основании эксплуатационных данных для конкретного района с учётом качества воды, при отсутствии данных принимается равной 0.0005м.
Тепл.пр - теплопроизводительность слоя накипи, равная 2 ккал/(м.ч.град)
0.00001 - величина, полученная в результате деления толщины стенки трубы
(0.001м) на теплопроводность материала стенки трубы (90 ккал/(м.ч.град).
9) Расчётная поверхность нагрева,м2:
F=Q*1000000/Dт/к ;
10) Количество секций водоподогревателя
N= F/Fс ;
Fс- поверхность нагрева одной секции в м2.
11) Потеря напора в трубках
Н тр=К*W тр**2*N ;
W тр- скорость воды в трубках в м/сек.
Водонагреватель для систем отопления:
К= 775-для теплообменников длиной 4м
480-для теплообменников длиной 2м
Водонагреватель для горячего водоснабжения:
К= 3000-для теплообменников длиной 4м
1600-для теплообменников длиной 2м
12) Потеря напора в межтрубном пространстве
НМ =А*Wм**2 N 1000
WМ - скорость воды в межтрубном пространстве в м/сек.
А - коэффициент гидравлического сопротивления выбирается из технических данных для каждого типа водонагревателя.
Расчёт пароводяного теплообменника.
Исходными данными для расчёта пароводяных теплообменников являются: теплопроизводительность в гкал/час, температуры насыщенного пара и нагреваемой воды в градусах.
Вычисления ведутся по следующим формулам:
1) Средняя температура стенки трубок
Тм ср=0.5 (ТН+ТН);
Тн -температура насыщенного пара в град,
Тм -средняя температура нагреваемой воды в град,
Тм =0.5(тм1+тм2);
2) Промежуточные коэффициенты
&=4320+47.54 Тн-0.14 Тн**2;
В=121 +18ТМ-0.038Тм**2;
3) Средняя разность температур
DТМ ср=(Тн-Тм1)-(Тн-Тм2)/2.3*LG(Тн-Тм1)/(Тн-Тм2)
4) Скорость нагреваемой воды,м/сек:
Wм = Gм/3600* Fтр ;
Gм-расход нагреваемой воды в т/ч,
Fтр-площадь живого сечения трубок в м2.
5) Коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубок, расположенных горизонтально,ккал/м2 ч град:
А1=&/((Тн-Тм ст)*м*0.016)**0.25;
м-среднее количество трубок в вертикальном ряду.
6) Определение коэффициента теплоотдачи от стенок трубок к нагреваемой воде см. Раз.1 "расчёт параллельной схемы", п.6.
7) Величина Тм ст сравнивается с новым значением, определяемым по формуле:
Тм'ст=Тн*А1+Тм*А2/(А1+А2) если (ТМ ст-ТМ'ст) >=0.5, то ТМ ст
Присваевается значение Тм'ст и определяются новые А1 и А2 вычисления прекращаются при выполнении неравенства.
8) Коэффициент теплопередачи,ккал/м2 ч град:
К=1/(1/А1+1/А2+0.000011) ;
9) расчетная поверхность нагрева,м2:
F=&/К ;
10) Потеря напора в трубках
Н=В*WМ**2
В-коэффициент принимается:
-2690-для 4- ходовых,
-1360-для 2-х ходовых с длиной секции 3м.
-1070-для 2-х ходовых с длиной секции 2м.
Расчёт пароводяной бойлерной установки
Комплекс пароводяной бойлерной, как узел тепловой схемы состоит из пароводяного теплообменника (охладителя
конденсата), регулятора уровня конденсата, обвязочных трубопроводов.
Тепловая схема пароводяной бойлерной представлена на рис. 1а.
Исходными данными являются: теплопроизводительность установки в гкал/час, температуры насыщенного
пара, конденсата и нагреваемой воды в градусах, теплосодержание насыщенного пара в ккал/кг.
1) Расход нагреваемой воды
Gм =(Q 1000/(Тм1-Тм2))*(Т/4)
Q- теплопроизводительность в гкал/час.
Тм1,Тм2- температуры нагреваемой воды в градусах на выходе и на входе в бойлерную установку.
2) Расход пара
GТ =(Q 1000/0.95(I''-Тм к))*(Т/4)
0.95-коэффициент запаса
I''-теплосодержание насыщенного пара в ккал/кг,
Тм к-температура конденсата в градусах.
3) Для определения температуры слоя конденсата на поверхности трубок используется метод последовательных приближении.
Задаемся первым приближением:
тау пр =Тн-10;
Тн -температура пара в градусах.
Определяем температуру нагреваемой воды на выходе охладителя конденсата:
Тм'1=Тм1-Gт/Gм(I''-тау пр) 0.95;
среднюю температуру нагреваемой воды:
Тм =(Т1+Т'1)/2;
среднюю температуру стенки:
Тм ст=(Тм +Тн)/2;
температуру слоя конденсата на поверхности трубок:
тау ок=(Тн+Тм ст)/2
полученные значения тау пр и тау ок сравниваются.
В случае, если тау пр>тау ок к значению тау пр прибавляется 0.5 град с,а если тау пр<тау ок,от значения
тау пр вычитается 0.5 град с.
Расчёт повторяется при новом значении тау пр до тех пор, пока разница между тау пр и тау ок будет не >0.5 град.
4) Теплопроизводительность пароводяного теплообменника
Q=GМ*(Тм1-Тм'1)*10**-3; ккал/час
5)Теплопроизводительность водоводяного теплообменника
Q=Gм (Тм'1-Тм2) 10**-3; гкал/час;
по вычисленным значениям теплопроизводительности и температуры нагреваемой воды на выходе из водоводяного теплообменника (Тм'1) можно рассчитать пароводяной и водоводяной теплообменники следуя методике,приведенной в пунктах"1" и "2" настоящего раздела.
Расчёт двухступенчатой последовательной схемы
В двухступенчатой последовательной схеме водоподогреватели первой и второй ступени включены последовательно с системой отопления (рис. 1б).
Исходными данными являются: расходы тепла на горячее водоснабжение и отопление в гкал/час., температуры воды в системе отопления в переходный период и при нормальном отопительном графике и температуре нагреваемой воды в градусах.
1) Расход нагреваемой воды:
Gм=(Qгв*1000/(Тм1-Тм2))*(Т/4);
Qгб-балансовый часовой расход тепла на горячее водоснабжение в гкал/час;
2) Дополнительный расход теплофикационной воды на горячее водоснабжение:
Gгб=1.2*Qгв*1000(Тм1-Тмр)/(тау1-тау20)(Тм1-Тм2) ;
Тмр=тау20-t температура нагреваемой воды после I ступени. Обычно t=8 °С
параметр t вынесен в исходные данные.
3) Расход воды на отопление и вентиляцию
G0=Q0*1000/(Тм10-Тм20);
Тм10,Тм20- температуры воды в системе в системе отопления при нормальном отопительном графике, °С.
4) Расчётный (балансовый) расход сетевой воды
Gб=Gгб+G0
5) Теплопроизводительность 1 ступени при балансовой нагрузке:
Q1б=Qгб*1000(Тмр-Тм2)/(Тм1-Тм2);
6) Температура сетевой воды в обратной линии ввода:
Т2б=тау 20-Q1б/Gб ;
7) Среднелогарифмическая разность температур в подогревателе 1 ступени:
Dтср.1б=(Т2б-Тм2)-(тау20-Тмр)/2.3LG(Т2б-Тм2)/(тау20-Тмр)
8) Суммарный период температур сетевой воды в подогревателях 1 и 2 ступени:
Т2=Qгв/1.1Gб;
Gм=1.1*Gб;
9) расчетный коэффициент смешения элеватора:
Qм=Т1-Тм1/(тау10-тау20);
10) коэффициент смешения элеватора:
Qм'=(1+Qм)/псиD-1,где пси=G1D/G10
11) безразмерная характеристика отопительной системы:.
Е0=1/((0.5+Qм')/(1+Qм')+пси м(Тмпр-18)/(Т1-тау20),
где пси м=1,1*G1б/Gо
тм пр=0.5*(тау20+51,1);
12) Безразмерная характеристика подогревателя 1 ступени:
при Dт <Тм1-Тм2
е1=1/(0.35+0.65(Тм1-Тм2)/Dт2+0.95DТср.1б*(Тм1-Тм2)/
Dт2(Тм п.д.-Тм2)*(1/1.2)**0.5
при Dт>Тм1-Тм2
е1=1/((0.65+0.35(Тм1-Тм2)/Dт2+0.95Dтм ср1 д*
*(Тм1-Тм2)/дт2(тмп.Д.-Тм2))*(1/1.2)**0.5;
13) Температура воды после системы отопления:
тм20 м=((Т1-ДТ2-Е1*Тм2)(1-Е0)+18Е0)/(1-Е0(1-Е0)
14) Производительность подогревателей 1 и 2 ступени:
Q1=Q гв (Тм20 м-Тм2)/DТ2;
Q2=Q гв-Q1
15) Температура сетевой воды перед системой отопления.
Т10м=Т1-Q2/1.1G1D
16) Температура сетевой воды в оборотной линии ввода:
Т2м=Тм20 м-Q1/1.1G1D
17) Температура местной воды после подогревателя 1 ступени:
тп.М.=Тм2+Q1/G1м
По вычисленным значениям теплопроизводителей и температур греющей и нагреваемой воды можно рассчитать 1 и 2
ступени бойлерной, следуя методике пункта '1' настоящего раздела.
Расчет двухступенчатой смешанной схемы.
В смешанной схеме первая ступень водоподогревателей включена последовательно системе отопления,а вторая - параллельно .Исходные данные те же, что и при расчёте двухступенчатой последовательной схемы.
1) Расход нагреваемой воды,т/час:
G1м=Qг.В.*1000/(Тм1-Тм2) ;
2) Производительность 2 ступени,гкал/час:
Q2=G1м(Тм1-Тмр) 10**-3 ,где Тмр=тау20-t;
Тмр=тау20-t температура нагреваемой воды после I ступени. Обычно принимается t=12 °С
параметр t вынесен в исходные данные.
3) Производительность 1 ступени,гкал/час:
Q1=Qг.В.-Q2;
4) Расход воды на отопление и вентиляцию,т/чс:
G10= Q2*1000/(Тм10-Тм20)
5) Расход греющей воды во второй ступени,т/час:
G12.1=Q*1000/(тау10-тау20)
6) Расход греющей воды в 1 ступени:
G12.1=G10+G12.2; [т/ч]
7) Температура греющей воды после 1 ступени,град:
Тау2=тау20-Q1*1000/G12.1 ;
По вычисленным значениям теплопроизводителей температуры греющей и нагреваемой воды можно расчитать 1 и
2 ступени бойлерной горячего водоснабжения,следуя методике пункта '2.1' настоящего раздела.
Расчет двухступенчатой смешанной с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод схем присоединения водонагревателей горячего водоснабжения скоростных кожухотрубных с блоком опорных перегородок (по ГОСТ 27590-88)
Зав.сектором МНИИТЭН В.Ливчак, к.т.н.
Методика расчета, изложенная в "Руководство по проектированию тепловых пунктов", М.Стройиздат 1983, неудобна для перевода на компьютерный расчет. Она основана на косвенном методе, по которому производительность первой ступени водонагревателей определяется балансовой нагрузкой горячего водоснабжения, а второй ступени - по разнице нагрузок максимальночасовой на всю установку и первой ступени. При этом не соблюдается принцип непрерывнрсти: температура нагреваемой воды на выходе из водонагревателя первой ступени не совпадает с температурой той же воды на входе во вторую ступень.
Поэтому предлагается новая методика расчета более логичная для двухступенчатой смешанной схемы с ограничением.
1. Расход греющей воды через водонагреватель G г.макс,кг/ч принимается исходя из того, что в час максимального водоразбора
возможно прекращение подачи тепла на отопление и вся вода поступает
- на горячее водоснабжение:
- для тепловых пунктов без вентиляционной нагрузки:
одинаковым для I и II ступени и равным максимальному расходу воды при ограничении, т.е большему из расчетного расхода воды из тепловой сети на горячее водоснабжение G г.в.макс., либо на отопление Gо при регулировании по совмещенной нагрузке, или Gо + К; G г.в.ср. при регулировании по отопительной нагрузке (все расходы определяются по СНИП 2.04.07-86).
G г.в.макс.=0.55*Qг.в.макс.*3.6/С(t1`-t2`); (1)
где: t`2 и t2` - соответственно температуры воды в подающем трубопроводе после системы отопления в точке излома центрального температурного графика отпуска тепла;
Q г.в.макс. - максимальный часовой расход тепла на гор.водоснабжении, Вт;
Gо = Qо*3.6/С(t1 -t2 ); (2)
где: Qо - расчетный расход теплоты на отопление, Вт;
t1 и t2 - то же, что и в формуле (1), но при расчётной для проектирования отопления наружной температуре;
С - теплоемкость воды, С=4,19 кдж/(кг.град).
При этом проверяется температура сетевой воды покидающая 1 ступень:
t2` = t2` - Qг.в.макс * 3,6/(С * G г.макс.) ;
если она получилась ниже 15 гр.С, то принимается t1` = 15гр.С,
задается расчетная G г.макс.=3,6 * Q г.в.макс./[(t1`-15)*C].
- для тепловых пунктов с вентиляционной нагрузкой:
расход греющей воды принимается равным для II ступени: G г.в.макс.,
а для I ступени:
Gг.в.макс.+ Gо ;
2. Расход нагреваемой воды через обе ступени водонагревателя исходя из максимальночасовой нагрузки системы горячего водоснабжения Q г.в.макс., и нагрева воды до 60 гр.С во второй ступени:
G н.макс.= Qг.в.макс. * 3,6 /(С*(60-tх)); (3)
В первой ступени этот расход воды нагревается до температуры на 5гр.С ниже температуры воды в обратном трубопроводе системы
отопления (либо после водонагревателя отопления при независимом присоединении) в точке излома температурного графика
tп = t1 - 5 ;
3. Тогда расчетная производительность водонагревателя I-ой и II-й ступеней будет:
I ,
Qг.в. = G н.макс.(tп-tх) * С/3,6; (4)
II
Qг.в. = G н.макс.(60-tп) * С/3,6; (5)
4. Температура греющей воды на выходе из водонагревателя горячего водоснабжения II-ой ступени на входе в водонагреватель I-ой ступени t11 находится из уравнения:
t2 = t1 = t2 - Qг.в. * 3.6/(Gг.макс.*С) ; (6)
5. Температура сетевой воды после водонагревателя I-ой ступени :
t2 = t1 - Qг.в. * 3,6 /( Gг.макс. * С) ; (7)
6. Далее определяется температурный напор водонагревательной установки каждой ступени, гр.С (если Dtб=Dtm, то Dt = Dtб = Dtm):
Dt=(Dtб-Dtm) / Ln(Dtб/Dtm) (8)
где Dtб и Dtm- большая и меньшая разность температур на входе или на выходе водонагревателя.
7. По оптимальной скорости воды в трубках,по которым протекает нагреваемая вода системы горячего водоснабжения, (порядка 1 м/с) выбираем требуемый типоразмер водонагревателя и, зная его характеристики (см.табл.1), находим истиные скорости воды в трубках и межтрубном пространстве в м/с:
W тр= G н.макс./(3600*fтр); W мтр=G г.макс./(3600*fм.тр); (9)
где fтр и fм.тр - соответственно площадь сечения трубок и межтрубного пространства из табл.1, при двухпоточной установке водонагреваелей - увеличивать вдвое.
8. Зная скорости воды и среднюю температуру греющего tгр. и нагреваемого t н. теплоносителей, находим коэффициенты теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы ALo и тепловосприятия от стенки к нагреваемой воде ALв, вт/(кв.м.*град.С);
9. Затем определяется коэффициент теплопередачи каждой ступени водонагревателя, Вт/(м.кв. гр.С)
10. Требуемая площадь поверхности нагрева, м.кв.:
F = Qя1 (К*Dt);я (12)
и число секций водонагревателя, округляя до целой величины в большую сторону при получении более 0,15 секций,
п=F : f cек ; (13)
11. Потери давления DР, кПа водонагревателей длиной 4 м составят для прохождения нагреваемой воды (по трубкам) при расчетном ее расходе (секундном, а не максимальночасовом):
DРн=7,5*Wтр.р.2*п (14) греющей воды
DРтр=Ш*Wм.кв.тр.*п (15)
где п - число секций по ходу воды;
Ш - коэффициент, равный 30 для типоразмера
57,76 и 89 мм;
25 для типоразмера 114,168 мм и
20 для типоразмера219,273 и 325 мм
(из эксперимента).
Для водонагревателей длиной 2м в ф-ле (14) вместо 7,5 представлять 5, а в ф-ле (15) Ш принимать 25 для типоразмеров 76 и 89 мм, 18 для 114 мм и 11 для 168,219,273 и 325 мм. гр.С.
Таблица 1
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОВОДЯНЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ
ГОСТ 27590-88
(трубный пучок из гладких труб с каркасом опорно-направляющих
перегородок)
+================================================================
1Наруж!Чис-!Живое !Живое !Эквива!Поверхнос!Расчет.теплов!Масса!
1диаме!ло !сечение!сечение!диамет!нагрева, !производ.кВт !одной!
1корпу!тру-!трубок !межтруб!межтру!м,к.при !при длине !4м се!
1са !бок ! !ного пр!бного !длине сек!секции !кции !
1 ! ! !остранс!простр!-----------!-----------! !
1Дн,мм! шт !м.кв. ! м.кв ! мм !2м ! 4м ! 2м ! 4м ! кг. !
1===============================================================!
1 57 ! 4 !0,00062!0,00116!0,0129!0,37 !0,75 ! 8 ! 17 ! 37 !
1 76 ! 7 !0,00108!0,00233!0,0164!0,65 !1,32 ! 13 ! 28 !52,4 !
1 89 ! 10 !0,00154!0,00327!0,0172!0,93 !1,88 ! 18 ! 40 !64,2 !
1 114 ! 19 !0,00293!0,005 !0,0155!1,79 !3,58 ! 40 ! 85 !97,1 !
1 168 ! 37 !0,00570!0,0122 !0,019 !3,49 !6,98 ! 75 ! 150 !193,8!
1 219 ! 61 !0,00939!0,02139!0,0224!5,75 !11,51! 115 ! 240 !301,3!
1 273 ! 109!0,01679!0,03077!0,0191!10,28!20,56! 240 ! 480 !461,7!
1 325 ! 151!0,02325!0,04464!0,0208!14,24!28,49! 300 ! 630 !594,4!
================================================================
Примечание:
Рабочее давление - 1 МПа.Теплопроизводительность определена при скорости воды внутри труб - 1 м/сек, равенстве расходов теплообменивающихся средств и температурном напоре 10 гр.С. При этом гидравлическое сопротивление в трубах не более 0,004 МПа при длине секции 2 м и 0,006 МПа при длине секции 4 м; в межтрубном пространстве соответственно 0,007 и 0,009 МПа.
