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        壓力容器

        熱泵的設計計算
        發布時間:2021-11-19 15:27:57瀏覽次數:
        引    言

        熱泵即熱壓縮,由熱泵抽吸二次蒸汽提高其溫度及壓力作為加熱熱源,可以起到節能的作用,屬於熱力壓縮,采用熱泵的蒸發器又稱為TVR蒸發器。

        TVR蒸發器.jpg


        組 成

        主要由噴嘴、混合室、擴散管、保溫層及外包等組成。

        理論計算

        熱泵的理論計算主要包括噴射係數和熱泵結構尺寸計算兩部分。

        熱泵.jpg

        1:噴射係數μ

        噴射係數為吸入蒸汽G1與工作蒸汽量G0的比值,用μ表示,即

        μ=G1/G0

        含義為用1kg高壓蒸汽能抽取多少kg的二次蒸汽進行再壓縮。那麼μ值越大說明越節能。

        噴射係數過小則蒸汽耗量會加大,可能導致蒸發係統熱不平衡,噴射係數過大則蒸汽耗量變小,可能導致生產能力不足也就是會導致蒸發量下降。

        噴射係數的計算可以查下表進行插值計算。

        熱泵噴射係數.png

        壓縮比σ=P4/P1,膨脹係數β=P0/P1

        2:結構尺寸

        (1)  噴嘴喉部直徑d0

        喉部直徑計算公式.png

        對於飽和蒸汽可以用下式計算:

        喉部直徑簡化計算公式.png

        式中:

        d0:噴嘴喉部直徑,mm

        G0:工作蒸汽量,kg/h

        P0:工作蒸汽壓力,Mpa

        V0:工作蒸汽再壓力P0下的比體積,m3/kg

        (2)  噴嘴出口直徑d1

        對於飽和蒸汽:

        當β≤500時:

        噴嘴直徑小於500飽和蒸汽.png

        當β>500時:

        噴嘴直徑大於500飽和蒸汽.png

        對於過熱蒸汽:

        當β≤100時:

        噴嘴直徑小於100過熱蒸汽.png

        當β>100時:

        噴嘴直徑大於100過熱蒸汽.png

        (3)  擴散管喉部直徑d3

        擴散管喉部直徑.png

        式中:

        d3:擴散管喉部直徑,mm

        G1:被抽混合物中空氣量,Kg/h

        G2:被抽混合物中水蒸汽量,Kg/h

        G2:從泵外漏入的空氣量,Kg/h

        G4:混合式冷凝器冷卻水析出的空氣量,Kg/h

        校核大反壓力:

        大反壓力.png

        需使Pfm=P4,如果Pfm<P4,則可適當增大d0

        (4)  其它尺寸

        按下表計算或選取:

        熱泵尺寸.png

        A值的計算

        a. 自由噴射流長度Ic

        當噴射係數μ>0.5時:

        Ic=(0.37+μ)d1/(4.4α)

        式中:

        Ic:噴射流長度,mm

        α:實踐常數,在0.01~0.09之間選取,μ值較大時取較大值。

        當噴射係數μ≤0.5時:

        Ic=(0.083+0.76μ-0.29)d1/(2α)

        b. 在Ic處擴散管直徑Dc

        Dc=d3+0.1(L4-Ic)

        c. 自由噴射流在距離噴嘴出口截麵積Ic處dc的值:

        當噴射係數μ>0.5時:

        dc=1.55d1(1+μ)

        如果Dc>dc,則A=0

        當噴射係數μ≤0.5時:

        dc的值.png

        噴嘴出口與擴散管入口在同一斷麵上。如果Dc<dc,則A=0,噴嘴離開擴散管距離為A,則

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

        由上式可得A的值。一般情況下A值在0~36範圍內變化。

        實例

        1200型雙效降膜蒸發器,蒸汽都為飽和蒸汽。

        蒸汽狀態參數如下表:

        1200雙效降膜蒸發蒸汽參數.png

        1.  噴射係數計算

        壓縮比σ=P4/P1

        P4=0.07149Mpa,P1=0.03463則

        σ=P4/P1=0.07149/0.03463=2.06

        膨脹係數β=P0/P1

        P0=0.6302Mpa,P1=0.03463則

        β=P0/P1=0.6302/0.03463=18.2

        由壓縮比與膨脹係數查表進行差值計算得到噴射係數為

        μ=0.78

        2.  熱泵結構尺寸

        由熱平衡公式

        G0+μG0=D

        G0=D/(1+μ)

        G0為飽和生蒸汽的耗量,kg/h

        D為一效蒸發器所需得加熱蒸汽總量,這裏為850Kg/h

        則可以計算得G0=477.53kg/h

        喉部直徑d0:

        喉部直徑簡化計算公式.png

        得到d0=13.93mm

        噴嘴出口直徑d1:

        當β≤500時:

        噴嘴直徑小於500飽和蒸汽.png

        得到d1=27.17mm

        擴散管喉部直徑d3:

        擴散管喉部直徑.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約等於P4=0.07149Mpa

        其它尺寸按尺寸計算選用表來計算或選取。

        自由噴射流長度Ic

        Ic=90.53mm

        在Ic處擴散管直徑:

        Dc=73.96mm

        自由噴射流在距離噴嘴出口截麵積Ic距離處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

        至此就完成了熱泵尺寸的設計計算,需要確定的數據有點多,同樣可以編寫一個計算表格來完成這些計算,同時以後可以重複利用。
        結束語
        熱泵能節能,但是一個主要問題是噪音比較大,一般的噪聲範圍85~96dB(A),有的甚至超過100 dB(A)。主要的降噪措施有:
        1.提高加工精度
        2.保證熱泵內部的光潔度
        3.設置消聲孔
        4.保溫層也可一定程度上降低噪音,厚度不小於50mm