Для расчета системы охлаждения автомобильного или тракторного двигателя исходной величиной является количество отводимого от него в единицу времени тепла Q охл . Это количество может быть определено из уравнения теплового баланса:
где q охл – доля количества тепла, отводимого от двигателя. Для бензиновых ДВС q охл = 800–1300 КДж/КВт? с, для дизельных ДВС q охл = 1100–1150 КДж/КВт? с.
Определив величину Q охл , находят затем количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени,
,
где С ж – теплоемкость циркулирующей жидкости.
Для воды С ж = 4.22 КДж/кг? К, для этиленгликолевых смесей С ж = 2–3.8 КДж/кг? К;
t выхж, t вхж – температуры выходящей из радиатора жидкости и входящей в него, °С.
Для радиаторов автомобильных и тракторных двигателей значение t выхж – t вхж = 5–10 ? С.
Систему охлаждения двигателя обычно рассчитывают для двух режимов работы двигателя: при номинальной мощности и максимальном крутящем моменте.
Величина поверхности охлаждения радиатора (м 2) определяется по формуле:
,
где k – полный коэффициент теплопередачи через стенки радиатора,
t охлж – средняя температура охлаждающей жидкости в радиаторе, °С;
,
где t вх охлж = 90 ? С – температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор;
t вых охлж = 80–85 ? С – температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора;
t охлв – средняя температура проходящего через радиатор воздуха, °С,
,
где t вх охлв = 40 ? С – температура воздуха на входе в радиатор;
t вых охлв = 60–70 ? С – температура воздуха на выходе из радиатора.
Коэффициент k зависит от многих факторов: материала охлаждающей решетки, формы и состояния ее внутренней и наружной поверхностей, характера движения воздушного потока и т. д. Теплопередача радиатора значительно ухудшается при образовании в нем накипи, ржавчины или при покрытии грязью.
Величина k может быть определена по формуле:
,
где? 1 = 8500–14500 КДж/м 2 ? ч? К – коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенкам радиатора;
? – коэффициент теплопроводности металла стенок (трубок) ра- диатора. Для латуни значение? = 300–450 КДж/м? ч? К, для алюминия – ? = 300–350 КДж/м? ч? К, для нержавеющей стали – ? = 35–70 КДж/м? ч? К;
? – толщина стенки трубки, м;
? 2 – коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора (трубок) к воздуху, ? 2 = 150–1100 КДж/м 2 ? ч? К.
Коэффициент? 2 в основном зависит от скорости воздуха ? воз , проходящего через радиатор, и выражается зависимостью:
Для предварительных расчетов площади радиатора системы охлаждения можно использовать формулу:
,
где f – удельная площадь охлаждения, м 2 /КВт.
Для легковых автомобилей f = 0.14–0.3, для грузовых автомобилей f = 0.2–0.4, для тракторов f = 0.4–0.55.
Емкость системы жидкостного охлаждения л. (Ne в КВт) изменяется в следующих пределах: для легковых автомобилей – (0.13–0.35)?Ne, для грузовых автомобилей – (0.27–0.8)?Ne, для тракторов – (0.5–1.7)?Ne.
Размеры вентилятора автомобильного или тракторного двигателя должны быть таковы, чтобы обеспечить подачу воздуха в количестве, необходимом для охлаждения жидкости в радиаторе.
Тип вентилятора определяют по условному коэффициенту быстроходности:
,
где V воз – производительность вентилятора,м 3 /с.
,
где? воз = 1.07 кг/м 3 – плотность воздуха;
С воз = 1 КДж/кг? К – теплоемкость воздуха;
Н – напор вентилятора. Н = 600–1000 Па.
При n усл = 15–100 используют центробежные вентиляторы, при n усл = 80–300 – осевые одноступенчатые вентиляторы.
Толщину стенки сопла берем равной 10 мм (обычно она равна 8-12 мм).
Принимаем угол наклона сопел к вертикальной оси равным 20° при размещении сопел на торцевой части головки в один ряд.
По полученным данным о размерах сопел, а также угла наклона их к оси фурмы путем графических построений определяем размеры и проектируем конструкцию коллектора и торцевой части головки фурмы.
В соответствии с полученными размерами выбираем необходимые диаметры кислородоподводящей (Дк) разделительной (Др) и наружной (Дн) труб фурмы по ГОСТ 8732-58 на стальные бесшовные трубы, выпускаемые нашей промышленностью. При этом учитывается необходимость обеспечения достаточного расхода воды на охлаждение фурмы, а также соотношение сечений каналов для подвода и отвода воды.
В данном случае Дк =325·8 мм, Др = 377·9 мм, Дн = 426·9 мм.
На основании данных о расстоянии от уровня спокойного металла в конвертере до фурменного окна в камине, а также крайнего верхнего положения каретки закрепления фурмы определяем длину последней в 23 м.
С учетом удаления патрубков фурмы от стационарных точек подвода кислорода и воды к агрегату выбираем длину гибкого металлического рукава в 23 м.
Потери тепла (Qф) на охлаждение кислородной фурмы определяют по формуле:
Qф = 3,14 · Dн (q1 · ln.к. + q2 · lн.к.),
Где q1, q2 - соответсвенно величина удельного теплового потока для участка фурмы, наводящейся в полости конвертера и для участка, расположенного над конвертером, МДж/м2·ч;
ln.к., lн.к. - соответственно длина участка фурмы, находящейся в полости конвертера и над ним, м;
Dн - наружный диаметр фурмы, м.
При наружном диаметре фурмы 0,426 м и глубине опускания ее в конвертер на 6,0 (глубина опускания определяется разностью между расстояние от уровня спокойной ванны до среза горловины конвертера и рабочей высоты фурмы над ванной) потери тепла во время продувки при q1 = 2500 и q2 = 3750 МДж/м2·ч составит:
Qф = 3,14 · 0,426 (2500·6 + 375·17) = 28592,06 МДж/ч или 28599,06·103 кДж/ч.
При этом весовой расход охлаждающей воды будет равен:
где С - теплоемкость воды (4,19 кДж/кг·К);
Твых, Твх - температура воды на выходе и входе в фурму, К.
Обычный расход воды на охлаждение фурмы
QH2O = GH2O / сH2O = 454925,3 / 1000 = 454,9 м3/ч.
Вначале определяем давление технического кислорода на входе в фурму по формуле:
где Рв.ф. - давление технического кислорода при входе в фурму, атм;
Dк - внутренний диаметр кислородоподводящей трубы, см;
с0 - плотность технического кислорода при нормальных условиях кг/м3;
V0 - расход технического кислорода, м3/с;
Р1 - давление технического кислорода на входе в сопло (выше принято равным 14 атм);
лф - коэффициент трения, принятый для металлической трубы равным 0,05;
lф - длина фурмы, м (выше была принята 23 м).
После подстановки необходимых величин в уравнение получаем:
По аналогии с вышеприведенным расчетом определяем давление технического кислорода перед гибким шлангом фурмы. Давление кислорода перед гибким шлангом определяется по аналогичному выражению:
где лш - коэффициент трения для металлорукавов, принятый равным 0,1;
Dш - внутренний диаметр металлорукава, см.
Таблица 22 - Основные размеры и эксплуатационные данные проектируемой фурмы
|
Наименование |
Условное обозначение |
Единица измерения |
Величина |
|
1. Давление кислорода перед гибким шлангом |
|||
|
2. Давление кислорода перед соплами |
|||
|
3. Расход кислорода |
|||
|
4. Расход воды на охлаждение фурмы |
|||
|
5. Количество сопел в фурме |
|||
|
6. Диаметр сопла в критическом сечении |
|||
|
7. Диаметр сопла на выходе |
|||
|
8. Длина сопла, в том числе: длина докритической части длина закритической части |
|||
|
9. Угол раскрытия сопла |
|||
|
10. Угол наклона сопел к вертикали |
2.1.1 Определение расхода охлаждающей воды
Расход охлаждающб ей воды G в (в кг/с) определяем из теплового баланса конденсатора:
где – энтальпия пара в барометрическом компенсаторе, кДж/кг;
– теплоёмкость воды, кДж/(кг К);
С в =4190 кДЖ/(кгК);
Начальная температура охлаждающей воды, ºС;
t н = 10 20 ºС
Конечная температура смеси воды и конденсата, ºС.
Разность температур между паром и жидкостью на выходе из конденсатора составляет 3 ÷ 5 град., поэтому конечную температуру воды принимают на 3 ÷ 5 град. ниже температуры конденсации паров:
2.1.2 Расчет диаметра барометрического конденсатора
Диаметр барометрического конденсатора ‚ определяем из уравнения расхода
, (2.2)
где – плотность пара, кг/м 3 выбираемая по давлению пара в конденсаторе P бк;
– скорость пара, м/с, принимаемая в пределах 15 ÷ 25 м/с.
По нормалям НИИХИММАШа подбираем барометрический конденсатор диаметром d бк = 600 мм с диаметром трубы d бт = 150 мм.
2.1.3 Расчет высоты барометрической трубы
Скорость воды в барометрической трубе
Высота барометрической трубы
, (2.3)
где В – вакуум в барометрическом конденсаторе, Па;
– сумма коэффициентов местных сопротивлений;
– коэффициент трения в барометрической трубе;
– высота и диаметр барометрической трубы, м;
0,5 – запас высоты на возможное изменение барометрического давления.
где – коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубу и на выходе из неё.
Коэффициент трения зависит от режима движения воды в барометрической трубе. Определим режим течения воды в барометрической трубе:
где – вязкость воды, Па∙с, определяемая по номограмме при температуре воды t ср.
Для гладких труб при Re = 123250,
2.2 Расчёт производительности вакуум – насоса
Производительность вакуум-насоса G возд определяется количеством воздуха, который необходимо удалять из барометрического конденсатора:
где 2,5∙10 -5 – количество газа, выделяющегося из 1 кг воды; 0,01 – количество газа, подсасываемого в конденсатор через уплотнения на 1 кг паров. Тогда
Объёмная производительность вакуум-насоса
, (2.5)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль К);
M в – молекулярная масса воздуха, кг/кмоль;
t в – температура воздуха, ºС;
Р в – парциальное давление сухого воздуха в барометрическом конденсаторе, Па.
Температура воздуха
давление воздуха
, (2.6)
где Р п – давление сухого насыщенного пара при t в, Па. При температуре воздуха 27,07ºС, Р п = 0,038∙9,8∙10 4 Па.
Зная объёмную производительность воздуха и остаточное давление в конденсаторе Р бк, по каталогу подбираем вакуум-насос типа ВВН – 3 мощность на валу .
Удельный расход энергии на тонну упариваемой воды, ,
Этих факторов должно учитываться при технико-экономическом сравнении аппаратов и выборе оптимальной конструкции. Ниже приводятся области преимущественного использования выпарных аппаратов различных типов. Для выпаривания растворов небольшой вязкости ~8 10-3 Па с, без образования кристаллов чаще всего используются вертикальные выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией. Из них...
Его нормализуют после сгущения водой, обезжиренным молоком или сливками. Вода должна быть кипяченой и очищенной. 4. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки с термокомпрессором для изготовления сгущенного молока с разработкой выпарного аппарата. Исходные данные: Производительность по испаренной влаге: W=2000; Давление рабочего пара: ...
Расход теплоносителя, м3/сек; G – массовый расход теплоносителя, кг/ч; γ – плотность пара, кг/м3; w – скорость пара, м/сек. Скорость пара принять 20 м/сек. Расчеты сводим в табл. Таблица расчетов штуцеров выпарной установки Наименование штуцера Расход пара, кг/ч Давление пара, ат Плотность, кг/м3 Секундный расход, м3/с Скорость пара, м/с Диаметр, мм расчетный принятый...
Жидкости в трубах, а также от интенсивности парообразования Поэтому в аппаратах с принудительной циркуляцией выпаривание эффективно протекает при малых полезных разностях температур,. не превышающих 3-5 °С и при значительных вязкостях растворов Одна из конструкций выпарного аппарата с принудительной циркуляцией показана на рис 16. Аппарат имеет выносную вертикальную нагревательную камеру...
Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения. При оборотной системе водоснабжения одна и та же вода используется множество раз, мало загрязняясь. Различные потери воды в жидкой форме и в виде пара компенсируются дополнительной подпиткой.
Общая убыль воды и системы оборотного водоснабжения в единицу времени или на единицу продукции складывается из следующих расходов:
Безвозвратных потерь – уноса с продуктом или отходами……... Q б.п. ;
Расходов на полив полов, проездов, насаждений ……..…..……Q пол. ;
Испарений в охладителе оборотной воды …………….……..…Q исп. ;
Унос с воздухом из охладителя ……………..…………………..Q ун. ;
Естественного испарения с водной поверхности…………..….... Q исп.ест;
Транспирации растительностью водоема ……………....…….….Q транс. ;
Фильтрации из системы водоснабжения в почву………..……… Q ф. ;
Сброса воды в водоемы для освежения оборотной воды (продувка)…………………………………………….… Q прод. ;
Сброса сточных вод в водоем ……………………..…….…....Q сбр.ст.
Безвозвратное потребление и потери воды на производстве в местах ее использования равно
где – количество воды, уносимое с продуктом;
– количество воды, уносимое с отходами.
Расход воды на полив полов, проездов и насаждений определяется по СНиП II-31-74. Объем поливочно-моечного стока за год, м 3 , рассчитывается по формуле
где а – площадь дорожных покрытий, % (обычно около 20%);
b – количество дней, в течение которых производится мойка (для средней полосы России около 150).
Потери воды на испарение при охлаждении Q исп , определяемые по формуле
где Δt = t 1 – t 2 – перепад температуры воды в градусах, определяемый как разность температур воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн или градирню), t 1 и охлажденной воды t 2 ;
Q охл – расход оборотной воды;
К исп – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру) по табл. 7, а для водохранилищ (прудов)-охладителей – в зависимости от естественной температуры в водотоке по табл. 8.
Таблица 7-Значения К исп в зависимости от температуры воздуха
Таблица 8 - К исп в зависимости от естественной температуры в водотоке
Потери воды на унос из системы в виде капель Q ун. (если вода используется в качестве теплоносителя) зависят от типа, конструкции и размеров охладителя, а для открытых охладителях – от скорости ветра и др.
где K ун – коэффициент потерь воды на унос:
Таблица 9- Значения коэффициента потерь воды на унос (K ун):
Потери воды на испарение с водной поверхности естественных водоемов , а также на транспирацию воды растительностью следует определять по инструкции «Указания по расчету испарения с водной поверхности водоемов».
Потери воды на фильтрацию определяются специальным расчетом. Эти потери незначительны при водонепроницаемых основаниях и слабофильтрующих ограждениях, при хорошо фильтрующих основаниях, состоящих из галечника и песка, размер этих потерь может достигать десятков процентов от притока воды.
Расчетный расход продувочной воды составляет
где j доп – допустимый коэффициент упаривания воды в системе оборотного охлаждения, зависящий от состава исходной воды и способа обработки добавочной или оборотной воды; в градирнях j доп варьируется от 1 до 6.
Количество отбираемой из природного источника воды
……………………………………………………… м 3 /сут
Количество выпускаемой продукции..……...Q вып =16800 т/сут
Влажность продукции……………………..…. α=1%
Количество отходов …………….……………..Q отх =58 м 3 /сут
Влажность осадка………………….………..…. β=96%
Коэффициент рециркуляции………….………. λ=0,49
Площадь территории для полива……………... F=0,5 га
Температура воды, поступающей на охладитель….…. Т 1 =43,6 ºС
Температура охлажденной воды………..….…37,3 ºС
Температура воздуха………………….............. Т возд =20 ºС
Допустимый коэффициент упаривания воды в системе
оборотного охлаждения……………………. φ доп = 2
