TCVN 9736:2013 - Phần 18

F.2. Tăng nhiệt độ trong buồng làm kín

F.2.1. Quy định chung

Nhiệt độ chất lỏng trong buồng làm kín ở trạng thái ổn định là tính năng cân bằng nhiệt động học đơn giản. Dòng nhiệt đi vào chất lỏng buồng kín trừ dòng nhiệt ra khỏi buồng kín tạo ra dòng nhiệt mạng lưới. Nhiệt độ chất lỏng tăng hoặc giảm phụ thuộc vào dòng nhiệt mạng lưới dương hay âm. Điều này tưởng là đơn giản. Nhưng trong những ứng dụng thực tế, các dòng nhiệt vào và ra của chất lỏng trong buồng kín thực sự phức tạp.

Có một số nguồn dòng nhiệt đi vào chất lỏng. Các nguồn này bao gồm cả nhiệt được sinh ra do ma sát và sự cắt chất lỏng tại các bề mặt làm kín, nhiệt được sinh ra do sự bay chếch (hay sự chảy rối) do tổ hợp làm kín quay, và nhiệt được dẫn từ bơm qua buồng làm kín và trục (hay sự ngấm nhiệt dương). Cũng có một số nguồn nhiệt ngoài buồng làm kín. Một số nguồn này gồm nhiệt được dẫn ngược vào bơm qua buồng làm kín hoặc trục (hay sự ngấm nhiệt âm) và nhiệt bị biến mất vào không khí nhờ sự đối lưu và bức xạ.

Trong một số trường hợp, các giả thiết có thể được thực hiện làm đơn giản hóa mô hình. Ví dụ, hãy xem xét một cụm làm kín có sơ đồ hệ thống ống 11, 12, 13 hoặc 31. Với những sơ đồ hệ thống ống này, chất lỏng được bơm vào trong buồng làm kín tại nhiệt độ bơm và sự ngấm nhiệt có thể không xảy ra. Trừ khi bơm tại nhiệt độ rất cao, sự mất nhiệt cho khí quyển cũng có thể không xảy ra. Ngoại trừ trong trường hợp các cụm làm kín lớn ở tốc độ cao, sự sản sinh nhiệt do sự bay chếch thường không đáng kể và có thể bỏ qua. Việc tăng nhiệt độ khi đó có thể tính được nếu biết được những biến sau đây:

Q sự sinh nhiệt tại các bề mặt làm kín, tính bằng kilôwat;

q_inj tốc độ bơm vào, tính bằng lít trên phút;

d độ ẩm tương đối (trọng lượng riêng) của chất lỏng được bơm ở nhiệt độ của bơm;

c_p nhiệt dung riêng của chất lỏng được bơm ở nhiệt độ của bơm, tính bằng jun trên kilôgam kelvin. Nhiệt độ chênh, DT ( kelvin), có thể tính toán được bằng công thức sau đây:

Trong những ứng dụng mà sử dụng sơ đồ đường ống 21, 22, 32, hoặc 41, Chất lỏng được bơm vào trong buồng làm kín có thể tại nhiệt độ thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ bơm. Nếu đây là trường hợp, có thể có dòng nhiệt đáng kể hoặc sự ngấm nhiệt đáng kể trong buồng làm kín từ bơm. Việc tính toán sự ngấm nhiệt là một vấn đề phức tạp, đồi hỏi sự phân tích chi tiết hoặc sự thử nghiệm và một kiến thức sâu rộng về kết cấu bơm đặc biệt và đặc tính sản phẩm được bơm. Nếu số liệu này không có giá trị, độ nhiệt ngấm [Q_{nhiệt ngấm} (kW)] có thể được tính bằng công thức:

Q_{nhiệt ngấm} = U x A x D_b X DT (F.11)

trong đó:

U hệ số đặc tính vật liệu;

A vùng truyền nhiệt;

D_b đường kính cân bằng cụm làm kín, tính bằng milimét;

DT độ lệch giữa nhiệt độ bơm và nhiệt độ buồng kín mong muốn, tính bằng kelvin.

Một giá trị tiêu biểu cho (U X A) mà có thể được dùng để ước tính những mục đích có ống lót bằng thép không gỉ và kết cấu miếng đệm kín và kết cấu bơm bằng thép là 0,00025. Giá trị này nhìn chung sẽ tạo ra sự tính toán an toàn nhiệt ngấm.

F.2.2. Ví dụ ước tính Q_{nhiệt ngấm}

U x A = 0,00025

D_b = 55 mm (đường kính cân bằng cụm làm kín)

Nhiệt độ bơm = 175 °C

Nhiệt độ buồng làm kín mong muốn = 65 °C

DT = 175 - 65 = 110K

Q_{nhiệt ngấm} = 25 X 55 X 110 = 1,5 kW

Nếu biết được nhiệt ngấm, sự tăng nhiệt độ (DT, tính bằng kelvin) có thể tính toán được bằng công thức sau đây

Trong các công thức trước, sự tăng nhiệt độ là sự tăng nhiệt độ trung bình của chất lỏng trong buồng làm kín. Trong phạm vi buồng làm kín, có những vùng mà nóng hơn và lạnh hơn nhiệt độ chất lỏng trong buồng làm kín. Việc bơm có hiệu quả cụm làm kín cần đảm bảo rằng vùng xung quanh bề mặt làm kín được làm lạnh hiệu quả. Ví dụ, việc bơm nên được bơm trực tiếp tại mặt phân cách làm kín hoặc sự bơm ở nhiều lỗ có thể được sử dụng.

Trong một số ứng dụng, cần phải xác định rõ lượng giải phóng nhiệt cần để duy trì nhiệt độ buồng làm kín dưới mức nhất định. Trong trường hợp này, sự tăng nhiệt độ lớn nhất cho phép được tính bằng bớt đi nhiệt độ lớn nhất cho phép trong buồng làm kín từ nhiệt độ giải phóng nhiệt. Để tính năng làm kín được tốt, sự tăng nhiệt độ lớn nhất nên được duy trì tại 2,8 K đến 5,6 K. Khi đó nó trở nên đơn giản trong việc bố trí lại công thức (F.10), (F.11) and (F.12) để giải quyết cho lưu tốc giải phóng nhiệt.

Đối với Sơ đồ đường ống 11,12,13, hoặc 31, công thức:

Đối với Sơ đồ đường ống 21,22, 32, hoặc 41, công thức:

Sự tăng nhiệt độ được dùng trong những phép tính này là sự tăng nhiệt độ buồng làm kín. Sự tăng nhiệt độ tại bề mặt làm kín sẽ lớn hơn sự tăng nhiệt độ buồng làm kín. Nếu các công thức (F.13) và (F.14) được dùng để tính lưu tốc nhỏ nhất dựa vào nhiệt độ buồng làm kín, các bề mặt làm kín có thể quá nhiệt và làm việc kém. Hệ số thiết kế ít nhất là hai nên được ứng dụng cho lưu tốc. Việc bơm giải phóng nhiệt cũng phải trực tiếp tại mặt phân cách làm kín để đảm bảo làm lạnh được chính xác.

F.2.3. Ví dụ tính toán DT

F.2.3.1. Được đưa ra

Q = 0,9 kW

q_inj = 11 l/min

d = 0,75

c_p =2300 J/kg.K

F.2.3.2. Tính toán

Công thức (F.10) đưa ra:

F.2.4. Ví dụ tính toán q_{được bơm}

F.2.4.1. Được đưa ra

Q = 0,9 kW

D T_max = 5 K

d = 0,90

c_p = 2 593 J/kg.K

F.2.4.2. Tính toán

Công thức (F.13):

Với hệ số thiết kế là hai, lưu tốc bơm giải phóng nhiệt nhỏ nhất phải là 9,2 l/min.

PHỤ LỤC G

(quy định)

CÁC SƠ ĐỒ DÒNG CHỨC NĂNG TIÊU CHUẨN VÀ PHẦN CỨNG PHỤ TRỢ

Phụ lục này có các hình vẽ (Các Hình G.1 đến Hình G.31) của các sơ đồ dòng chức năng tiêu chuẩn và phần cứng phụ trợ đã được sử dụng trong công nghiệp. Trong khi không phải tất cả các sơ đồ này được tham chiếu trong tiêu chuẩn, chúng có thể có các ứng dụng trong các trường hợp đặc biệt với sự chấp thuận của khách hàng.

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo             b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN

1 vòi điều khiển vào;

2 làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

3 buồng làm kín.

Sự tuần hoàn kín (bên trong) toàn bộ là từ vòi điều khiển xả của bơm đến cụm làm kín. Được đề nghị chỉ dành cho bơm năng suất sạch. Việc bảo dưỡng phải thực hiện để đảm bảo rằng sự tuần hoàn kín toàn bộ là đủ để duy trì các điều kiện bề mặt ổn định.

Hình G.1 - Sơ đồ 01 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo        b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

các mối nối đã được bịt kín đối với chất lỏng tuần hoàn tương lai có thể có;

lỗ thông hơi (V), nếu được yêu cầu;

vòi điều khiển vào gia nhiệt/làm mát (HI hoặc Cl), vòi điều khiển ra gia nhiệt/làm mát (HO hoặc CO);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

Buồng làm kín tận cuối không có tuần hoàn của chất lỏng được xối.

^a Các cấu trúc tự thông gió được ưu tiên trên các bơm trục ngang (Xem 6.1.2.20).

Hình G.2 - Sơ đồ 02 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo       b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ vòi điều khiển xả của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín.

Tuần hoàn kín từ vòi điều khiển xả của bơm qua một vòi điều khiển điều khiển lưu lượng đến cụm làm kín. Dòng chảy đi vào buồng làm kín sát ngay các bề mặt cụm làm kín cơ khí, xối vào các bề mặt, và chảy ngang qua cụm làm kín quay lại vào bên trong bơm.

Hình G.3 - Sơ đồ 11 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo            b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ vòi điều khiển xả của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín.

Tuần hoàn kín từ vòi điều khiển xả của bơm qua một bộ lọc và vòi điều khiển điều khiển lưu lượng đến cụm làm kín. Sơ đồ này là tương tự như Sơ đồ 11 nhưng với việc bổ sung một bộ lọc để loại bỏ các hạt ngẫu nhiên. Các bộ lọc không thường được đề nghị bởi vì sự tắc bộ lọc sẽ gây ra hư hỏng cụm làm kín.

CHÚ THÍCH: Sơ đồ này đã không chứng minh để đạt được tuổi thọ vận hành 3 năm.

Hình G.4 - Sơ đồ 12 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo          b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

đến vòi điều khiển hút của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín.

Tuần hoàn kín từ buồng làm kín của bơm qua một vòi điều khiển điều khiển lưu lượng và quay lại vòi điều khiển hút của bơm.

Hình G.5 - Sơ đồ 13 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo        b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

đến vòi điều khiển hút của bơm;

từ vòi điều khiển xả của bơm;

cửa vào của dòng chức năng (FI);

cửa ra của dòng chức năng (FO);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín.

Tuần hoàn kín từ cửa xả của bơm qua một cửa điều khiển lưu lượng đến cụm làm kín và đồng thời từ buồng làm kín qua một cửa điều khiển (nếu được yêu cầu) đến cửa hút của bơm. Điều này cho phép chất lỏng đi vào buồng làm kín và cung cấp làm mát trong khi liên tục thông áp và giảm áp suất trong buồng làm kín này. Sơ đồ 14 là sự kết hợp của Sơ đồ 11 và Sơ đồ 13.

Hình G.6 - Sơ đồ 14 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo       b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ cửa xả của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Tuần hoàn kín từ cửa xả của bơm qua một cửa điều khiển lưu lượng và bộ làm lạnh, sau đó đi vào buồng làm kín.

Hình G.7 - Sơ đồ 21 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo         b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ cửa xả của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Tuần hoàn kín từ cửa xả của bơm qua một bộ lọc, một cửa điều khiển lưu lượng và bộ làm mát và đi vào buồng làm kín. Các bộ lọc không thường được đề nghị bởi vì sự tắc bộ lọc sẽ gây ra hư hỏng cụm làm kín.

CHÚ THÍCH: Sơ đồ này đã không chứng minh để đạt được tuổi thọ vận hành 3 năm.

Hình G.8 - Sơ đồ 22 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo         b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

cửa ra của dòng chức năng (FO);

cửa vào của dòng chức năng (Fl);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

thông hơi;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Tuần hoàn kín từ một vòng bơm trong buồng làm kín qua bộ làm mát và quay lại vào buồng làm kín. Sơ đồ này có thể được sử dụng trên các ứng dụng nóng để giảm thiểu tải trọng nhiệt trên bộ làm mát bằng cách làm mát chỉ một lượng nhỏ của chất lỏng được tái tuần hoàn.

Hình G.9 - Sơ đồ 23 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo              b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ cửa xả của bơm;

đến cửa hút của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín.

Tuần hoàn kín từ cửa xả của bơm qua một bộ tách kiểu xoáy dẫn chất lỏng sạch đến buồng làm kín. Các chất rắn được dẫn đến đường phần hút của bơm.

Hình G.10 - Sơ đồ 31 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo

b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ nguồn ngoài;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

Fl Bộ chỉ thị dòng;

Pl bộ chỉ thị áp suất;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Dòng chức năng được giải phóng nhiệt vào bên trong khoang làm kín từ một nguồn bên ngoài. Việc bảo dưỡng phải được thực hiện trong việc lựa chọn một nguồn thích hợp của dòng chức năng của cụm làm kín để loại trừ khả năng bay hơi của chất lỏng được giải phóng nhiệt vào và để tránh nhiễm bẩn của chất lỏng được bơm với dòng chức năng được giải phóng nhiệt vào.

^a các hạng mục bên trái của đường kẻ này phải được cung ứng bởi nhà cung cấp; các hạng mục bên phải là trách nhiệm của khách hàng.

^b Tùy chọn.

Hình G.11 - Sơ đồ dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn 32

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo          b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ cửa xả của bơm;

đến cửa hút của bơm;

dòng chức năng (F);

làm lạnh đột ngột/xả (Q/D);

buồng làm kín;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Tuần hoàn kín từ cửa xả của bơm qua một bộ tách kiểu xoáy dẫn chất lỏng sạch đến một bộ làm mát cụm làm kín và sau đó đến buồng làm kín. Các chất rắn được dẫn đến đường phần hút của bơm.

Hình G.12 - Sơ đồ 41 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo              b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

bình chứa;

làm lạnh đột ngột (Q);

lỗ xả (D), đã bít;

dòng chức năng (F);

buồng làm kín.

Bình chứa bên ngoài cung cấp một lớp bảo vệ tận cuối cho chất lỏng đến mối nối làm lạnh đột ngột của tấm nắp cụm làm kín.

Hình G.13 - Sơ đồ 51 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo

b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

Bình chứa ngoài cung cấp chất lỏng đệm cho cụm làm kín ngoài của cụm làm kín Cấu trúc 2. Trong quá trình hoạt động bình thường, sự tuần hoàn được duy trì bởi một vòng bơm nội bộ. Bình chứa thường được thông áp liên tục đến một hệ thống khôi phục hơi và được duy trì ở áp suất thấp hơn áp suất trong buồng làm kín.

^a các hạng mục phía trên đường kẻ này là trách nhiệm của khách hàng; các hạng mục phía dưới đường kẻ này phải được cung cấp bởi nhà cung cấp.

^b Thường mở.

^c Nếu được quy định.

Hình G.14 - Sơ đồ 52 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo

b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

Bình chứa chất lỏng ngăn phía ngoài có áp suất cao cung cấp chất lỏng sạch đến buồng làm kín. Sự tuần hoàn là nhờ một vòng bơm nội bộ. Áp suất bình chứa lớn hơn áp suất quá trình được làm kín. Sơ đồ này được sử dụng với cụm làm kín Cấu trúc 3.

^a các hạng mục phía trên đường kẻ này là trách nhiệm của khách hàng; các hạng mục phía dưới đường kẻ này phải được cung cấp bởi nhà cung cấp.

^b Thường mở.

^c Nếu được quy định.

Hình G.15 - Sơ đồ 53A dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo               b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

Chất lỏng ngăn bổ sung;

bình tích dạng túi khí;

đầu nối phụ tải túi khí;

dòng chức năng (F);

đầu ra màng ngăn chất lỏng (LBO);

đầu vào màng ngăn chất lỏng (LBI);

buồng làm kín;

thông hơi;

Pl bộ chỉ thị áp suất;

PSL mức thấp của bộ chuyển mạch áp suất;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Đường ống bên ngoài cung cấp chất lỏng cho cụm làm kín ngoài của một cấu trúc làm kín kép có áp suất. Bình tích dạng túi khí có áp suất trước cung cấp áp suất đến hệ thống tuần hoàn. Dòng chảy được duy trì bởi một vòng bơm nội bộ. Nhiệt được tách ra từ hệ thống tuần hoàn bởi một bộ trao đổi nhiệt làm lạnh bằng không khí hoặc làm lạnh bằng nước. Sơ đồ này được sử dụng với cụm làm kín Cấu trúc 3.

^a Nếu được quy định.

Hình G.16 - Sơ đồ 53B dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo          b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

Chất lỏng ngăn bổ sung;

bình tích dạng piston;

dòng chức năng (F);

đầu ra màng ngăn chất lỏng (LBO);

đầu vào màng ngăn chất lỏng (LBI);

buồng làm kín;

thông hơi;

LI bộ chỉ thị mức;

LSL mức thấp của bộ chuyển mạch mức;

Pl bộ chỉ thị áp suất;

PRV van an toàn áp suất;

PSL mức thấp của bộ chuyển mạch áp suất;

TI bộ chỉ thị nhiệt độ.

Đường ống bên ngoài cung cấp chất lỏng cho cụm làm kín ngoài của một cấu trúc làm kín kép có áp suất. Đường dẫn từ buồng làm kín đến một bình tích dạng pit tông cung cấp áp suất đến hệ thống tuần hoàn. Dòng chảy được duy trì bởi một vòng bơm nội bộ. Nhiệt được tách ra từ hệ thống tuần hoàn bởi một bộ trao đổi nhiệt làm lạnh bằng không khí hoặc làm lạnh bằng nước .

^a Nếu được quy định.

Hình G.17 - Sơ đồ 53C dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo            b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

từ nguồn ngoài;

đến nguồn ngoài;

dòng chức năng (F);

đầu ra màng ngăn chất lỏng (LBO);

đầu vào màng ngăn chất lỏng (LBI);

buồng làm kín.

Bình chứa chất lỏng ngăn phía ngoài có áp suất cao hoặc hệ thống cung cấp chất lỏng sạch đến buồng làm kín. Sự tuần hoàn là nhờ một bơm phía ngoài hoặc hệ thống áp suất. Áp suất bình chứa lớn hơn áp suất quá trình được làm kín. Sơ đồ này được sử dụng với cụm làm kín Cấu trúc 3.

Hình G.18 - Sơ đồ 54 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

a) Sơ đồ đường ống và thiết bị đo            b) Các chi tiết buồng làm kín

CHÚ DẪN:

làm lạnh đột ngột (Q), đã bít

lỗ xả (D), đã bít

dòng chức năng (F)

buồng làm kín

Mở, khóa van và bít các đầu nối để khách hàng sử dụng thuận tiện. Sơ đồ đặc trưng này được sử dụng khi khách hàng cung cấp chất lỏng (như hơi nước, khí, hoặc nước) đến một thiết bị làm kín bên ngoài.

Hình G.19 - Sơ đồ 61 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

CHÚ DẪN:

làm lạnh đột ngột (Q);

lỗ xả (D);

dòng chức năng (F);

buồng làm kín.

Nguồn ngoài cung cấp một bộ làm lạnh đột ngột. Bộ làm lạnh đột ngột có thể được yêu cầu để ngăn chặn các chất rắn tích tụ bên cạnh không khí của cụm làm kín. Được sử dụng điển hình với một bộ tiếp hợp điều chỉnh khe hở-khít.

Hình G.20 - Sơ đồ 62 dòng chức năng cụm làm kín tiêu chuẩn

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn