Калориферы КПСк. Расчет и подбор паровых калориферов КПСк - Т.С.Т.

Поиск
Перейти к содержимому

Главное меню

Калориферы КПСк. Расчет и подбор паровых калориферов КПСк

Расчет и подбор паровых калориферов КПСк осуществляется в следующей последовательности:   1. подсчет необходимой тепловой мощности для нагрева воздуха,   2. расчет фронтального сечения для прохода воздуха и подбор подходящих калориферов,   3. нахождение массовой скорости выбранного парового теплообменника,   4. определение расхода пара,   5. определение температурного потока,   6. вычисление коэффициента теплопередачи,   7. нахождение теплопроизводительности калорифера или установки,   8. установление запаса по площади поверхности нагрева,   9. расчет аэродинамического сопротивления.

Все действия по подбору паровых воздухонагревателей выложены в пошаговых расчетах. Прилагаются таблицы показателей, конвертеры используемых единиц, чертежи, пояснения и примеры к каждому вычислению.

Raschet i podbor parovyh kaloriferov kpsk
 
Plotnost vozduha pri raznyh temperaturah

1. Находим тепловую мощность для нагрева необходимого объема воздуха. Шаг-1 делится на два подпункта.
а)  Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) = L х р
L - объемное количество нагреваемого воздуха, м3/час
p - плотность воздуха при средней температуре (таблица показателей плотности представлена выше), кг/м3 - температура воздуха на входе и выходе из калорифера суммируется и делится пополам.
б)  Определяем расход теплоты для нагревания воздуха
Q (Вт) = G х c х (t кон - t нач)
G -
массовый расход воздуха, кг/час
с - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•K), (показатель берется по температуре входящего воздуха, смотреть ниже - по таблице)
t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С
t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-1

Задача: подобрать паровой калорифер КП-Ск для нагрева приточного воздуха объемом 4500 м3/час с температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
1. Определить тепловую мощность, необходимую для нагрева 4500 м3/час с температуры -27°С до +25°С.
а)  Определяем массовый расход нагреваемого воздуха
G (кг/ч) =4500 х 1.29 = 5805 кг/час
4500 - объемное количество нагреваемого воздуха, м3/час
1.29 - плотность воздуха при температуре -1°С (температура воздуха на входе в калорифер + температура воздуха на выходе делится пополам)   (-27+25)/2 = -2/2 = -1
б)  Определяем расход теплоты для нагревания воздуха
Q (Вт) = (5805/3600) х 1008 х (25 - (-27)) = 84521 Вт
5805 - массовый расход воздуха, кг/час
1008 - удельная теплоемкость при температуре входящего воздуха -20°С, Дж/(кг•K)
+25 - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С
-27 - температура воздуха на входе в теплообменник, °С

Sredniaia raschetnaia temperatura holodnoj piatidnevki gorodov-1

При подборе калориферов или их компоновки в установки, расчетную температуру для проектирования отопления можно принять, исходя из показателей средней температуры наиболее холодных пятидневок. Данные с этими значениями для разных городов представлены в 3-х таблицах справа. Если в таблице отсутствует ваш город, следует принять показатели близлежащего населенного пункта.

Teploemkost' vozduha - pri raznyh temperaturah
 

2. Подбор и расчет паровых калориферов - этап второй. Определившись с необходимой тепловой мощностью для обогрева требуемого объема, находим фронтальное сечение для прохода воздуха. Фронтальное сечение - рабочее внутреннее сечение с теплоотдающими трубками, через которое непосредственно проходят потоки нагнетаемого холодного воздуха.
f (м2) = G / v
G - массовый расход воздуха, кг/час
v - массовая скорость воздуха - для спирально-накатных калориферов принимается в диапазоне 3 - 5 (кг/м2•с). Допустимые значения - до 7 - 8 кг/м2•с

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-2

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С.  Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
2. Расчет фронтального сечения для прохода воздуха. Подбираем необходимую площадь сечения под массовый расход воздуха 5805 кг/час. Принимаем массовую скорость - 3.6 кг/м2•с.
f (м2) = (5805/3600) / 3.6 = 0.448 м2
5805 - массовый расход воздуха, кг/час
3.6 - массовая скорость воздуха, кг/м2•с

Из расчета получилась требуемая площадь фронтального сечения для прохода воздуха -
0.448 м2. Далее, ориентируясь на данные из нижевыложенной таблицы, подбираем калорифер, подходящий под это сечение. Наиболее подходящие модели КПСк 3-8 и КПСк 4-8 (площадь фронтального сечения этих теплообменников - 0.392 м2) и модели КПСк 3-5 и 4-5 (площадь - 0.430 м2).

Что делать, если при расчете, мы получаем требуемую площадь сечения, а в таблице для подбора калориферов КПСк, нет моделей с таким показателем. Тогда мы принимаем два или несколько калориферов одного номера, чтобы сумма их площадей соответствовала или приближалась к нужному значению. Например: при расчете у нас получилась требуемая площадь сечения - 1.240 м2. Паровых воздухонагревателей с таким значением в таблице нет. Принимаем два теплообменника КПСк 3-10 или КПСк 4-10 с площадью 0.581 м2 (в сумме это дает 1.162 м2) и монтируем их по воздуху и теплоносителю параллельно. В итоге мы получаем нужную нам площадь фронтального сечения - комплектацией из двух паровых воздухонагревателей.
При выборе трех или четырех рядной модели (одинаковые номера калориферов - имеют одну и ту же площадь фронтального сечения), ориентируемся на то, что теплообменники КПСк4 (четыре ряда) при одной и той же входящей температуре и производительности по воздуху, нагревают его в среднем на восемь-двенадцать градусов больше, чем КПСк3 (три ряда тепло несущих трубок). Соответственно двухрядная модель КПСк2 предназначена для нагрева воздуха на небольшую разницу температур.

Sredniaia raschetnaia temperatura holodnoj piatidnevki gorodov-2

Ниже представлена таблица с данными воздухонагревателей типа КПСк. В таблице приводятся основные технические характеристики всех моделей данного теплообменника: площадь поверхности нагрева и фронтального сечения, присоединительных патрубков, коллектора и живого сечения для прохода теплоносителя, длина нагревательных элементов, число ходов и рядов, вес.

Tablica podbora parovyh kaloriferov kpsk3 kpsk4 kpsk2
 

3. Находим действительную массовую скорость для выбранного одного или нескольких калориферов.
v (кг/м2с) = G / f
G - массовый расход воздуха, кг/час
f - площадь действительного фронтального сечения, берущегося в расчет, м2

Пример подбора и расчета парового калорифера КПСк. Шаг-3

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
3. Задача - найти действительную массовую скорость тех теплообменников, что мы подобрали. Принимаем калорифер КПСк 3 8, имеющий приближенное значение по фронтальному сечению для прохода воздуха (0.392 м2).
v (кг/м2•с) = (5805/3600) / 0.392 = 4.11 кг/м2•с
5805 - массовый расход воздуха, кг/час
0.392 - площадь фронтального сечения КПСк 3-8 принимаемого в расчет, м2


4. Рассчитываем расход пара.
Gп (кг/сек) = Q / rп
Q - расход тепла для нагрева воздуха, Вт
rп - скрытая теплота парообразования, Дж/кг (принимается по нижевыложенной таблице свойств насыщенного водяного пара - для давления используемого теплоносителя)

Пример подбора и расчета парового калорифера КПСк. Шаг-4

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
4. Подсчет расхода пара. Рассчитывается потребление теплоносителя (сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа) для нагрева приточного воздуха объемом 4500 м3/час от -27°С до +25°С.
Gп (кг/сек) = 84521 / 2257510 = 0.037 кг/сек
84521 - расход тепла для нагрева воздуха, Вт
2257510 - скрытая теплота парообразования (Дж/кг) сухого насыщенного пара, давлением 0.1 МПа - принимается по таблице (2257.51 кДж/кг = 2257510 Дж/кг)


Скрытая теплота парообразования (конденсации) - количество энергии или тепла, которое расходуется для превращения одного килограмма кипящей воды (при данном давлении) в килограмм пара. Такое же количество тепла высвобождается при конденсации килограмма пара в килограмм воды. С увеличением давления температура вскипания воды
увеличивается, а скрытая теплота парообразования наоборот уменьшается.

Sredniaia raschetnaia temperatura holodnoj piatidnevki gorodov-3
svojstva para v zavisimosti ot temperatury
 

5. Расчет коэффициента теплопередачи (теплотехнической эффективности), выбранного калорифера
Коэффициент теплоотдачи выбранного теплообменника, можно узнать двумя способами. Первый - рассчитать по формуле (использовав коэффициенты и показатели степеней данного вида воздухонагревателей). Второй - воспользоваться готовой таблицей, с данными при разных показателях массовой скорости воздуха. Табличные данные можно посмотреть на странице сайта:
Калориферы КПСк. Коэффициент теплопередачи калориферов КПСк.

v - действительная массовая скорость воздуха, кг/м2•с
L - длина теплоотдающего элемента принятого воздухонагревателя, м - (принимается по таблице)
B, n, r - значение модуля и степеней из таблицы

Расчетные значения для подсчета коэффициентов теплопередачи

Индекс парового калорифера

B

n

r

КПСк 2 (двухрядная модель)

34.3

0.357

- 0.072

КПСк 3 (трехрядная модель)

30.3

0.405

- 0.066

КПСк 4 (четырехрядная модель)

26.1

0.476

- 0.036

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-5

Подобрать подходящий паровой калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
5. Задача - подсчитать коэффициент теплоотдачи воздухоподогревателя КПСк 3 8 при массовой скорости в фронтальном сечении 4.11 кг/м2•с

4.11 - действительная массовая скорость воздуха, кг/м2•с
0.780 - длина одного теплоотдающего элемента (в свету), м - (принята по таблице подбора для калорифера КПСк 3 8)
30.3, 0.405, - 0.066 - значение модуля и степеней из таблицы

 

6. Расчет температурного напора. Ниже представлены формулы для определения среднего логарифмического температурного напора. Если задача по вычислению этого показателя вызовет у вас затруднения, то можно воспользоваться альтернативным методом подсчета с нахождением среднеарифметического температурного напора (представлен ниже). При соблюдении определенных условий это значение будет выведено с небольшой долей погрешности.

Принцип работы парового калорифера построен на теплообмене двух сред. Первичный теплоноситель - сухой насыщенный пар, вторичный - воздух. Поэтому этот теплообменник называют еще и паровоздушным. Нагрев воздуха происходит за счет отдачи тепла, выделяемого при конденсации пара. То есть условно мы можем разделить теплообменные среды на два потока или контура.
Первый контур - греющая сторона - теплоноситель пар,    второй контур - нагреваемая сторона - теплоноситель воздух.
Чем больше разница температур потоков, тем эффективней происходит теплообмен.
Средний температурный напор рассчитывается по формуле:

t s - температура пара при соответствующем давлении, °С
t нач - температура воздуха на входе в теплообменник, °С
t кон - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

Натуральный логарифм ln  — это логарифм по основанию e, где e — иррациональная константа, равная приблизительно 2,718281828.
Обозначение -
ln(x)  показатель степени, в которую нужно возвести число 2,718281828, чтобы получить x.

Formuly dlia rascheta temperaturnogo napora v kaloriferah

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-6

Подобрать подходящий паровой калорифер КП-Ск для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
6. Задача - подсчитать средний температурный напор с давлением теплоносителя 0.1 МПа, температурой входящего-выходящего воздуха -27°С - +25°С

99.6 - температура пара при давлении 0.1 МПа, °С
- 27 - температура воздуха на входе в теплообменник, °С
25 - температура нагретого воздуха на выходе из теплообменника, °С

126.6 - большая разность температур, °С (расчет: от температуры пара 99.6°С при давлении 0.1 МПа отнимаем температуру входящего воздуха -27°С)
74.6 - меньшая разность температур, °С (расчет: от температуры пара 99.6°С при давлении 0.1 МПа отнимаем температуру выходящего из калорифера воздуха +25°С)
ln(x) - показатель степени, в которую нужно возвести число 2,718281828, чтобы получить число 1.6971. Значение 1.6971 получается при делении показателя большей разности температур (126.6) на меньшую разность температур (74.6)
0.529 - полученный показатель степени. Если число 2.718281828 возвести в степень 0.529 получится 1.6971. Вычисления проводятся с помощью калькулятора с функцией нахождения логарифма.

Formula dlia rascheta srednego temperaturnogo napora
 

7. Подсчет фактической тепловой мощности подобранных калорифера (ов).
q (Вт) = K х F х Δt
K - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•°C)
F - площадь поверхности нагрева выбранного парового калорифера (принимается по таблице подбора), м2
Δt - значение температурного напора, °С

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-7

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
7. Расчет фактической теплопроизводительности воздухоподогревателя КПСк 3-8 при заложенных и подсчитанных значениях.
q (Вт) = 54.596 х 20.1 х 98.3 = 107872 Вт   -  108 кВт
54.596 - коэффициент теплоотдачи калорифера, Вт/(м2•°C)
20.1 - площадь поверхности нагрева воздухонагревателя КПСк 3-8, м2
98.3 - значение подсчитанного температурного напора, °С

 

8. Определяем запас тепловой производительности принятого калорифера (ов)
((q - Q) / Q) х 100
q - фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт
Q - расчетная тепловая мощность, Вт

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-8

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
8. Осуществляем подсчет расхождения фактической и расчетной тепловой мощности подобранного теплообменника
((107872 - 84521) / 84521) х 100 = 27.6%
107872 - фактическая тепловая мощность подобранного теплообменника, Вт
84521 - расчетная тепловая мощность, Вт
27.6% - запас теплопроизводительности выбранного калорифера КПСк 3-8

Фактическая тепловая производительность принятого калорифера должна быть больше, чем расчетная. Диапазон допустимого процентного соотношения фактической и расчетной мощности, по разным источникам, может составлять от 96 до 120 (от - 4 до 20) %. В любом случае, нужно стремиться к максимально приближенному равенству мощностей (фактическая производительность = 100 - 110 % от расчетной). Если при подсчете, разница составила большее значение, чем вышеупомянутые цифры, следует произвести перерасчет.
В данном случае мы имеем запас тепловой мощности выбранного парового теплообменника - 27
.6%. Требуется перерасчет и замена КПСк 3-8 на модель с меньшей площадью поверхности теплообмена.

Перерасчет подбора парового калорифера для нагрева воздуха объемом 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.

Принимаем калорифер КПСк 3-7
с данными из таблицы подбора (площадь фронтального сечения для прохода воздуха - 0.329 м2, поверхности теплоотдачи - 16.9 м2, длина теплоотдающего элемента - 0.655 м).
1. Определяем массовую скорость воздуха:
v (кг/м2•с) = G / f           v (кг/м2•с) = (5805/3600) / 0.329 = 4.90 кг/м2•с
5805 - массовый расход воздуха, кг/час
0.329 - площадь фронтального сечения КПСк 3-7 принимаемого в расчет, м2
2. Рассчитываем коэффициент теплопередачи:     
4.90 - действительная массовая скорость воздуха, кг/м2•с
0.655 - длина одного теплоотдающего элемента (в свету), м - (принята по таблице подбора для калорифера КПСк 3 7)
30.3, 0.405, - 0.066 - значение модуля и степеней из таблицы
3. Подсчитываем тепловую мощность:
q (Вт) = K х F х Δt                 q (Вт) = 59.305 х 16.9 х 98.3 = 98522 Вт   -  99 кВт
59.305 - коэффициент теплоотдачи калорифера, Вт/(м2•°C)
16.9 - площадь поверхности нагрева воздухонагревателя КПСк 3-7, м2
98.3 - значение подсчитанного температурного напора, °С
4.
Выводим запас площади поверхности:
((q - Q) / Q) х 100                ((98522 - 84521) / 84521) х 100 = 16.6%
98522 - фактическая тепловая мощность подобранного теплообменника, Вт
84521 - расчетная тепловая мощность, Вт
16.6% - запас теплопроизводительности выбранного калорифера КПСк 3-7

Принимаем паровой калорифер КПСк 3-7, как удовлетворяющий требованиям подбора. Запас поверхности теплонагрева - 16.6%.

 

9. Подсчитываем фактический расход пара.
Gп (кг/сек) = q / rп
q - фактическая тепловая мощность подобранных калориферов, Вт
rп - скрытая теплота парообразования, Дж/кг (принимается по таблице свойств насыщенного водяного пара - для давления используемого теплоносителя)

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-9

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
9. Задача - уточнить реальный расход пара в выбранном теплообменнике.
Gп (кг/сек) = 98522 / 2257510 = 0.044 кг/сек    - 158 кг/час
98522 - фактическая тепловая мощность подобранного калорифера, Вт
2257510 - скрытая теплота парообразования (Дж/кг) сухого насыщенного пара, давлением 0.1 МПа - принимается по таблице (2257.51 кДж/кг = 2257510 Дж/кг)




10. Расчет аэродинамического сопротивления. Величину потерь по воздуху можно узнать двумя способами. Первый - подсчитать по формуле, используя коэффициент и значения степеней подобранного калорифера. Второй - путем подбора - по таблице , используя данные при разной массовой скорости воздуха. Посмотреть таблицы с данными аэродинамических сопротивлений паровых калориферов КПСк.

v - действительная массовая скорость воздуха, кг/м2•с
B, r - значение модуля и степеней из таблицы

Расчетные значения для подсчета аэродинамического сопротивления

Индекс парового теплообменника

B

r

КПСк2 (два ряда теплообменных трубок по ходу воздуха)

4.23

1.832

КПСк3 (три ряда теплообменных трубок по ходу воздуха)

6.05

1.832

КПСк4 (четыре ряда теплообменных трубок по ходу воздуха)

8.63

1.833

При установке паровых калориферов последовательно по ходу движения воздуха, полученное значение аэродинамического сопротивления умножаем на количество рядов теплообменников.

Пример подбора и расчета калорифера КПСк. Шаг-10

Подобрать подходящий калорифер КПСк для нагрева 4500 м3/час от температуры -27°С до +25°С. Теплоноситель - сухой насыщенный пар давлением 0.1 МПа.
10. Задача - выяснить аэродинамическое сопротивление подобранного калорифера, при работе с заданными условиями.

4.90 - действительная массовая скорость воздуха, кг/м2•с
6.05, 1.832 - значение модуля и степени из таблицы

 

Заключение. В результате расчета и подбора парового калорифера для нагрева входящего воздуха от -27°С до +25°С объемом 4500 м3/час, с использованием теплоносителя - сухого насыщенного пара давлением 0.1 МПа, был выбран воздухонагреватель КП-Ск 3-7 трехрядный, одноходовой. Полученные данные:   1. тепловая мощность для нагрева воздуха - 99 кВт,   2. массовая скорость в фронтальном сечении - 4.90 кг/м2с,   3. расход пара - 158 кг/час,   4. коэффициент теплопередачи - 59.305 Вт/(м2•°C),   6. температурный напор - 98.3°C,  7. запас площади поверхности нагрева - 16.6 %,   8. воздушное сопротивление - 111 Па.

Konvertery edinic dlia rascheta kaloriferov kpsk


Перейти на страницу сайта:
Калориферы КПСк. Производство паровых теплообменников. На странице представлены чертежи, фотографии, описание и таблицы с теплотехническими характеристиками, габаритными размерами паровых оребренных теплообменников данного типа.

  По всем техническим вопросам вы можете обратиться по телефону 8-961-737-83-14 ( без выходных )  Киляков Вадим Анатольевич
Контакты для связи:    электронная почта: zao_tst@mail.ru        телефон / факс +7(3846)682324 (пн - пт 9:00-17:00)
Юридический адрес нашего предприятия : г. Новосибирск, ул. Титова, 21     Почтовый адрес: Кемеровская область, г. Киселевск, ул. Юргинская,1
ЗАО (с 16.01.2015 ООО) Т.С.Т. - производство отопительного и теплообменного оборудования

города Новокузнецк, Кемерово
Промышленность России на портале PromPortal.su: компании, товары и услуги, объявления
Яндекс.Метрика
Назад к содержимому | Назад к главному меню