Курсовая работа (т): Технологический, тепловой и аэродинамический расчёт лесосушильной камеры

,(45)

где  - удельная теплота парообразования, кДж/кг (=2322кДж/кг).

 = 124кг/ч.

Максимальный расход горячей воды на сушку Q кг/ч, составит:

, (46)

где t₁ - температура горячей воды на входе в калориферы, ⁰С, 95⁰С;

t₁^" - температура горячей воды на выходе из калориферов, ,⁰С, 75⁰С.

 = 66589 кг/ч

.7 Подбор калориферов

Агент сушки нагревают в рекуперативных поверхностных нагревателях, именуемых калориферами. Они относятся к основному виду теплового оборудования и во многом определяют энергетические и экономические показатели лесосушильных камер.

Ранее в камерах довольно широко применялись калориферы из гладких (обычных и биметаллических) труб, а также труб с накатными алюминиевыми ребрами. Однако в последние годы наиболее широко применяются стандартные металлические пластинчатые калориферы.

Коэффициент теплопередачи калорифера (при водяном обогреве) К, Вт/(м²град), отнесенный к полной внешней поверхности нагрева:

К=А(р₂w₂)ⁿw^m₁,(47)

где р₂w₂ - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(мс);

w₁ - скорость воды в трубках, м/с

А - коэффициент, величина которого указана в таблице (А=17,8)

n,m - показатели степени, величины которых даны в таблице (n=0,32; m=0,13)

К=17,8·8^0,320,0149^0,13 = 20,05 Вт/(м² ·град)

Скорость воды в трубках калорифера, м/с, вычисляют как

₁=, (48)

где ρ_в - плотность воды, кг/м³, можно принять ρ_в = 1000 кг/м³;_{ж.с.к.(тепл)}-площадь живого сечения калорифера по теплоносителю.

w₁= = 0,0149 м/с

Аэродинамическое сопротивление h_k , Па, калориферов может быть определено по формуле:

h_k = 1,5(р₂w₂)^1,69(49)

h_k = 1,5·8^1,69 = 50,39 Па.

Необходимую поверхность нагрева калорифера F_к, м², определяют по формуле

_к= , (50)

где - температура теплоносителя, ⁰С ( для воды ⁰C);

t_c - температура среды в камере (по сухому термометру), ⁰С.

F_к= = 110,5 м²

Далее, приняв ориентировочную массовую скорость сушильного агента в живом сечении калорифера р₂w₂=4...12 кг/(м²град), опеределяют необходимую площадь живого сечения калорифера, м²:

₂=, (51)

где G₂ - количество нагреваемого сушильного агента, кг/ч (G₂=G_шт).

f₂= = 4,75 м²

По таблицам технических характеристик модели калорифера, намеченной к установке, подбирают номер, величины F_к и f₂, которые максимально приближены к соответствующим расчетным значениям. Если калорифера с такими параметрами нет, то его составляют из нескольких калориферов, которые будут установлены параллельно. Затем подсчитывают действительную массовую скорость сушильного агента в живом сечении калорифера р₂w_2, кг/м²град):

(р₂w₂)_д=, (52)

где f_ф - фактическая площадь живого сечения калорифера, м².

(р₂w₂)_д= = 3,07 м²

. Аэродинамический расчет камеры

.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

Основным требованием, предъявляемым к лесосушильным установкам, является обеспечение равномерного просыхания древесины по всему объему сушильного пространства. Для выполнения этого требования необходимы равномерное распределение сушильного агента по высоте и длине сушильного штабеля, а также значительные скорости сушильного агента по материалу, способствующие достаточно равномерному просыханию древесины по ходу движения агента сушки.

Аэродинамическая схема лесосушильной камеры определяет взаимное расположение элементов внутреннего пространства: калориферов, вентиляторов, экранов рециркуляционных каналов, приточно-вытяжных каналов, а также размеры элементов циркуляционного контура. Поэтому от аэродинамической схемы зависят качество сушки и затраты на ее осуществление.

Исходными данными для аэродинамического расчета являются:

) количество циркулирующего воздуха и его характеристика;

) конструкция и сопротивление калорифера.

Рис. 2. Расчетная схема камеры с вертикально-поперечной циркуляцией агента сушки:

- вентилятор; 2 - калорифер; 3, 13 - поворот под углом 90 ⁰; 4 - сужение потока при входе в боковой канал; 5, 11 - прямой участок переменного сечения; 6, 10 - повороты под углом 90 ⁰; 7 - вход в штабель (сужение потока); 8- штабель; 9 - выход из штабеля (расширение потока); 12 - расширение потока при выходе из бокового канала; 14 - прямой участок.

Определяется (согласно расчетной схеме) скорость циркуляции на отдельных участках ω_уч, м/с:

ω_уч =, (53)

где  - количество циркулирующего агента сушки, м³/ч (V_в=V_шт);

F_кан - площадь канала, м².

ω_уч = = 6,46 м/с

Для определения скорости циркуляции агента сушки по каждому участку вычислим поперечные сечения каналов, свободные для прохода агента сушки.

1)  Вентиляторная перегородка:

= n , (54)

где Dв - диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному в камерах;- число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае n = 4.

= 4 = 3,14 м²

ω_уч = = 2,69 м/с

) Пластинчатые калориферы:

В тепловом расчете было определено к установке 2 пластинчатых калорифера КВС - II:

= , (55)

= 2·1,239 = 2,48 м²

ω_уч = = 3,41 м/с

); 4); 8); 9); Повороты под углом 90°

= , (56)

= 0,5 · 6,5 = 3,25 м² =

ω_уч = = 2,6 м/с

) Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель)

= , (57)

= 2 · 8,45 = 16,9 м² =

ω_уч = = 0,5 м/с

) Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеле)

= = 16,9 м², (58)

ω_уч = = 0,5 м/с

Затем производится расчет потерь давления на каждом участке ∆h_уч, Па:

∆h_уч = ξ , (59)

где  - плотность воздуха, кг/м³;

_уч - скорость воздуха на участках, м/с;

ξ - коэффициент сопротивления на участках.

∆h_уч=  · 1,1 = 4,78 Па.

∆h_уч=  · 0,27 = 0,04 Па.

∆h_уч=  · 0,56 = 3,9 Па.

Сопротивление перегородок, в которых монтируются осевые вентиляторы ∆h_пер , Па, определяют по формуле:

∆h_уч = ξ_пер , (60)

где ω_вент - скорость воздуха перед кожухом вентилятором, м/с;

ξ_пер - коэффициент местного сопротивления (для вентиляторов на поперечных валах ξ_пер = 0,8).

∆h_уч = 0,8 = 3,47 Па.

Сопротивление калорифера определяется по формуле:

h_k = 1,5(р₂w₂)^1,69, (61)

h_k = 1,5·4,26^1,69 = 17,37 Па.

Рабочее давление вентилятора Н_раб, Па, определяется как сумма величин сопротивлений движения воздуха:

Н_раб = h_i, (62)

Весь расчет сопротивлений сведен в таблицу.

Таблица 7

Подсчет сопротивлений

Поскольку характеристики вентиляторов составляют для воздуха при стандартных условиях (t = 20°C, ρ = 1,2 кг/м³) , расчетный напор пересчитывают характеристически Н_хар , Па:

Н_хар=  , (63)

где ρ - фактическая плотность воздуха, кг/м³.

Н_хар=  = 26,6 Па

.2 Подбор вентилятора

В лесосушильных камерах наибольшее распространение получили осевые вентиляторы. Это объясняется тем, что их можно устанавливать внутри циркуляционного канала и обеспечивать циркуляцию агента сушки.

Кроме того, производительность и КПД осевых вентиляторов аналогичных размеров выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных.

Существенным преимуществом осевых вентиляторов также является реверсивность, т.е. изменение направления вращения рабочего колеса.

Основным элементом осевого вентилятора (рис. 3) является рабочее колесо, состоящее из втулки и лопастей, закрепленных на ней под углом к плоскости вращения. Рабочее колесо размещено внутри цилиндрического кожуха, называемого обечайкой. Колесо устанавливается на приводном вентиляторном валу или непосредственно на валу электродвигателя в зависимости от конструкции камеры.

Рис. 3 Осевой вентилятор серии У - 12:

а - лопасть; б - рабочее колесо; в - поперечный разрез колеса и обечайки; г - развертка установки лопастей нереверсивного колеса; д - развертка установки лопастей реверсивного колеса

Размер осевого вентилятора соответствует его номеру, который обозначается числом дециметров диаметра рабочего колеса. Так, колесо диаметром 1000 мм, или 10 дм, будет № 10.

Определение номера вентилятора и частоты его вращения наиболее просто производить по графикам аэродинамической характеристики вентиляторов (рис. 3).

Задаваясь величиной полного давления (которое в первом приближении равно характеристическому напору Нхар) и величиной производительности вентилятора (количество циркулирующего агента сушки Vвент), выбирают номер вентилятора (считая ближайший справа). Если номер вентилятора не соответствует размеру циркуляционного канала камеры, можно принять вентилятор меньшего диаметра, но с большей частотой вращения.

Мощность N_в, кВт, необходимую на привод вентилятора, определяют по формуле:

N_в=, (64)

где V_сек - производительность вентилятора, м³/с;

Н_расч - расчетное давление вентилятора, Па;

η_в - КПД вентилятора (можно принять в расчетах η_в=0,6);

η_n - КПД передачи;

К_з - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

К_t - коэффициент, учитывающий влияние температуры среды t_с.

N_в= = 1,6 кВт