热泵的设计计算

原创 胡伟明  2019-08-04 17:20:48  阅读 411 次 评论 1 条
摘要:

热泵即热压缩,由热泵抽吸二次蒸汽提高其温度及压力作为加热热源,可以起到节能的作用,属于热力压缩,采用热泵的蒸发器又称为TVR蒸发器。



引    言
热泵即热压缩,由热泵抽吸二次蒸汽提高其温度及压力作为加热热源,可以起到节能的作用,属于热力压缩,采用热泵的蒸发器又称为TVR蒸发器。


TVR蒸发器.jpg


组 成

主要由喷嘴、混合室、扩散管、保温层及外包等组成。

理论计算

热泵的理论计算主要包括喷射系数和热泵结构尺寸计算两部分。

热泵.jpg

1:喷射系数μ

喷射系数为吸入蒸汽G1与工作蒸汽量G0的比值,用μ表示,即

μ=G1/G0

含义为用1kg高压蒸汽能抽取多少kg的二次蒸汽进行再压缩。那么μ值越大说明越节能。

喷射系数过小则蒸汽耗量会加大,可能导致蒸发系统热不平衡,喷射系数过大则蒸汽耗量变小,可能导致生产能力不足也就是会导致蒸发量下降。

喷射系数的计算可以查下表进行插值计算。

热泵喷射系数.png

压缩比σ=P4/P1,膨胀系数β=P0/P1

2:结构尺寸

(1)  喷嘴喉部直径d0

喉部直径计算公式.png

对于饱和蒸汽可以用下式计算:

喉部直径简化计算公式.png

式中:

d0:喷嘴喉部直径,mm

G0:工作蒸汽量,kg/h

P0:工作蒸汽压力,Mpa

V0:工作蒸汽再压力P0下的比体积,m3/kg

(2)  喷嘴出口直径d1

对于饱和蒸汽:

当β≤500时:

喷嘴直径小于500饱和蒸汽.png

当β>500时:

喷嘴直径大于500饱和蒸汽.png

对于过热蒸汽:

当β≤100时:

喷嘴直径小于100过热蒸汽.png

当β>100时:

喷嘴直径大于100过热蒸汽.png

(3)  扩散管喉部直径d3

扩散管喉部直径.png

式中:

d3:扩散管喉部直径,mm

G1:被抽混合物中空气量,Kg/h

G2:被抽混合物中水蒸汽量,Kg/h

G2:从泵外漏入的空气量,Kg/h

G4:混合式冷凝器冷却水析出的空气量,Kg/h

校核最大反压力:

最大反压力.png

需使Pfm=P4,如果Pfm<P4,则可适当增大d0

(4)  其它尺寸

按下表计算或选取:

热泵尺寸.png

A值的计算

a. 自由喷射流长度Ic

当喷射系数μ>0.5时:

Ic=(0.37+μ)d1/(4.4α)

式中:

Ic:喷射流长度,mm

α:实践常数,在0.01~0.09之间选取,μ值较大时取较大值。

当喷射系数μ≤0.5时:

Ic=(0.083+0.76μ-0.29)d1/(2α)

b. 在Ic处扩散管直径Dc

Dc=d3+0.1(L4-Ic)

c. 自由喷射流在距离喷嘴出口截面积Ic处dc的值:

当喷射系数μ>0.5时:

dc=1.55d1(1+μ)

如果Dc>dc,则A=0

当喷射系数μ≤0.5时:

dc的值.png

喷嘴出口与扩散管入口在同一断面上。如果Dc<dc,则A=0,喷嘴离开扩散管距离为A,则

Dc=d3+0.1[L4-(Ic-A)]=dc

由上式可得A的值。一般情况下A值在0~36范围内变化。

实例

1200型双效降膜蒸发器,蒸汽都为饱和蒸汽。

蒸汽状态参数如下表:

1200双效降膜蒸发蒸汽参数.png

1.  喷射系数计算

压缩比σ=P4/P1

P4=0.07149Mpa,P1=0.03463则

σ=P4/P1=0.07149/0.03463=2.06

膨胀系数β=P0/P1

P0=0.6302Mpa,P1=0.03463则

β=P0/P1=0.6302/0.03463=18.2

由压缩比与膨胀系数查表进行差值计算得到喷射系数为

μ=0.78

2.  热泵结构尺寸

由热平衡公式

G0+μG0=D

G0=D/(1+μ)

G0为饱和生蒸汽的耗量,kg/h

D为一效蒸发器所需得加热蒸汽总量,这里为850Kg/h

则可以计算得G0=477.53kg/h

喉部直径d0:

喉部直径简化计算公式.png

得到d0=13.93mm

喷嘴出口直径d1:

当β≤500时:

喷嘴直径小于500饱和蒸汽.png

得到d1=27.17mm

扩散管喉部直径d3:

扩散管喉部直径.png

假定G1=1Kg/h

G2=D-G0=850-477.53=372.47kg/h

G3=1kg/h

G4=0kg/h

得到d3=55.21mm

校核Pfm=0.0714Mpa约等于P4=0.07149Mpa

其它尺寸按尺寸计算选用表来计算或选取。

自由喷射流长度Ic

Ic=90.53mm

在Ic处扩散管直径:

Dc=73.96mm

自由喷射流在距离喷嘴出口截面积Ic距离处dc得值

dc=76.45

Dc<dc所以A>0

Dc= d3+0.1[L4-(Ic-A)]

令Dc=dc得到

A=24.93mm

至此就完成了热泵尺寸的设计计算,需要确定的数据有点多,同样可以编写一个计算表格来完成这些计算,同时以后可以重复利用。
结束语
热泵能节能,但是一个主要问题是噪音比较大,一般的噪声范围85~96dB(A),有的甚至超过100 dB(A)。主要的降噪措施有:
1.提高加工精度
2.保证热泵内部的光洁度
3.设置消声孔
4.保温层也可一定程度上降低噪音,厚度不小于50mm




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