Содержание
С.
Введение
1. Технико-экономическоеобоснование................……………………………………………………………… 5
2. Основные виды пищеварочныхкотлов…...................................………………………………………….……6
2.1 Устройство и принцип действияэлектрических и газовых пищеварочных котлов………………..….…….6
2.2 Устройство и принцип действиятвердотопливных и паровых пищеварочных котлов……………..…….15
3. Тепловой расчет котла……………………………………………………………………………..…………..19
3.1 Расход тепла на разогревконструкций котла, парообразование в пароводяной рубашке, испарение
содержимогокотла……………………………………………………………………………………………..19
3.2 Потери тепла в окружающуюсреду………………………………………………………………………...…21
Заключение...................................................................……………………………………………………...……….26
Список использованныхисточников.................………………………………………………………….……… 27
Введение.
Варочное оборудованиешироко применяется не только на предприятиях массового питания, но и на предприятияхмясной, молочной и консервной промышленности. Варка – один из основных видовтепловой обработки пищевых продуктов. Это процесс гидротермической обработкипищевых продуктов в жидкой среде: воде, бульоне, молоке, соусе и т. п.
Варка ряда пищевыхпродуктов протекает в специфических условиях теплообмена, что особенно яркопроявляется на примере варки каш. В этом случае нагреваемая среда представляетсобой двухкомпонентную систему из крупы и воды.
В процессе нагрева крупанабухает и поглощает значительное количество воды и в этом случае создаетсявозможность неравномерного нагрева массы продукта по обмену. Здесь необходимоограничить перепад температур между грелкой и нагреваемой средой в периодкипения до 10…12 оС.
Для этого в рубашечныхаппаратах давление в рубашке поддерживается на уровне не более чем 50 кПапревышающее давление в рабочей камере.
По температурным решениямпроцесс варки может быть осуществлен при температурах ниже 100 оС,при 100 оС, и выше 100 оС.
Конструкции варочныхаппаратов должны соответствовать технологическим требованиям конкретного процессаварки пищевого продукта или кулинарного изделия в целом.
Основные технологическиетребования, предъявляемые к конструкциям варочных аппаратов сводятся к получениювысококачественного готового продукта с максимальным сохранением пищевых(белков, жиров, углеводов), минеральных, экстрактивных веществ, витаминов приминимальных затратах теплоты.
В настоящее время вотечественном и зарубежном торговом машиностроении наблюдается тенденция к разработкемодульных тепловых технологических аппаратов с применением рядовпредпочтительных чисел при определении основного параметра аппарата и в целяхмаксимальной унификации конструкций основных узлов.
В последние годынаметилась тенденция на использование в конструкциях аппаратов греющихэлементов, состоящих из унифицированных листоканильных панелей.
Такое конструктивноерешение создает оптимальные условия для унификации основных узлов, уменьшения металлоемкости,улучшает технологические и эргономические показатели и улучшает условия трудаобслуживающего персонала.
Типоразмерный рядаппаратов при использовании листоканальных панелей может быть существенно расширен,при этом все аппараты вписываются в унифицированные габариты модульных линий.
Однако при подобномконструктивном решении возникают новые задачи расчетного и экономическогохарактера.
1. Технико-экономическое обоснование.
Анализ конструктивных иэксплутационных особенностей таких серийно выпускаемых аппаратов массовогопроизводства, как пищеварочные котлы, позволяет сделать вывод о чрезмернойразнотипности их конструкций, которая приводит к тому, что аппараты имеют малообщих узлов и деталей в пределах своего типоразмерного ряда.
Например, котлы емкостью40 и 60 литров на электрическом обогреве имеют несколько модификаций и кореннымобразом отличаются от котлов емкостью 100, 160 и 250 л.
Еще большие различиянаблюдаются при изготовлении аппаратов одного и того же техническогоназначения, но при использовании разных видов обогрева: пар, газ,электроэнергия и твердое топливо.
Это обстоятельство сводитк минимуму возможность унификации, уменьшения металлоемкости и упрощения изготовленияаппаратов.
Принцип модулированияприобрел широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. Современныегорячие цеха оснащаются модульными аппаратами, скомплектованными в линии.
Однако этот принциптребует нового конструктивного оформления аппарата, оказывает влияние на его выходныепараметры с технико-экономические показатели. Расчеты показывают, чем большемодуль, тем труднее конструировать аппарат, но тем больше возможность унификацииузлов и деталей.
Оценивая серийныетепловые аппараты, сконструированные не по модульному принципу, можно выявитьследующие недостатки:
- малая степеньунификации;
- усложненнаятехнология изготовления;
- низкие эргономическиепоказатели;
- увеличеннаяпроизводственная площадь.
При сопоставленииметаллоемкости серийных котлов за сравнительную единицу принимают массу котла,отнесенную к единице его емкости – кг/дм3.
Расчеты показывают, чтопри использовании листоканальных панелей средний коэффициент уменьшенияудельной металлоемкости панельного котла по отношению к серийному составляетР=0,55.
Как показывает анализ,панельные котлы превосходят серийные по следующим показателям: металлоемкости,технологичности при изготовлении, эргономичности благодаря приспособленности кфункциональной таре, возможности унификации в результате применения одинаковыхпанельных эффектов, надежности в следствии жесткости панельных систем, к.п.д.
Следует также отметить,что панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов,перспективен при создании новых аппаратов периодического действия итрансформаторов; дает возможность по меньшей мере на 50% улучшить качествоаппаратов, включая такие их показатели, как металлоемкость, степень унификации,технологичность, эргономичность, упрощает заводскую оснастку и производство.
В таблице 1 приведенысредние показатели материалоемкости котлов.
Таблица 1№ п/п Тип котла
Масса котла, отнесенная к полезной емкости, кг/дм3 Масса узла «варочный сосуд – греющая полость» 1. Серийные отечественные (электрические) 1,72 0,43 2. Серийные зарубежные (электрические) 2,06 – 3. Панельные (электрические) 1,48 0,14
Из данных таблицы 1следует, что коэффициент уменьшения массы узла «варочный сосуд – греющая полость»у панельных котлов составляет к1=0,14/0,43=0,325, а для массы котлав целом к2=1,48/1,72=0,860.
2. Основные виды пищеварочных котлов.
На предприятиях массовогопитания эксплуатируются котлы различных типов, отличающиеся способом обогрева,вместимостью, формой варочных сосудов и видом энергоносителей.
В зависимости от давленияв варочном сосуде все котлы классифицируются на пищеварочные, работающие приатмосферном или незначительном избыточном давлении, и автоклавы, работающие приповышенном давлении (200…250 кПа).
В зависимости отисточника теплоты котлы подразделяются на твердотопливные, газовые,электрические и паровые.
По способу установкикотлы бывают неопрокидывающиеся, опрокидывающиеся и со съемным варочнымсосудом.
По способу обогреваразличают котлы с косвенным и непосредственным обогревом. Котлы с косвеннымобогревом получили наибольшее распространение. В качестве промежуточноготеплоносителя в таких котлах используется вода (кипяченая илидистиллированная).
По конструктивному оформлениюкотлы классифицируются на немодульные, секционные модульные и секционныемодульные с функциональными емкостями. Котлы имеют буквенно-цифровуюиндексацию. Например, индекс котла КПЭ-160 расшифровывается так: К – котел; П –пищеварочный; Э – электрический; 160 – вместимость (в дм3).
2.1. Устройство ипринцип действия электрических и газовых пищеварочных котлов.
Принципиальнаяконструктивная схема котла показана на примере электрического котла (рис. 2.1).
Котел состоит изварочного сосуда 6 и корпуса (наружного котла) 4, соединенных между собойсваркой. Пространство между ними образует греющую камеру — пароводяную рубашку2. В нижней части рубашки располагается парогенератор 1, в которомвырабатывается водяной пар, заполняющий рубашку котла. Наружный котелпокрывается тепловой изоляцией 3, которая сверху покрывается кожухом 5. Сверхукотлы имеют крышку 7.
/>
Рис. 2.1.Принципиальная конструктивная схема электрического котла
Наряду с котлами,имеющими герметически закрываемую крышку, выпускаются неопрокидывающихся котловс негерметизированной крышкой. Эти котлы обозначаются КПЭ-100НГ, КПЭ-160НГ,КПЭ-250НГ.
В настоящее времявыпускаются электрические пищеварочные котлы КПЭ емкостью 40, 60, 100, 160 и250 л; котлы с газовым обогревом КПГ емкостью 40, 60, 160 и 250 л;твердотопливные КПТ емкостью 160 л и паровые пищеварочные котлы КПП емкостью100, 160 и 250 л. Котлы емкостью 40 и 60 л выпускаются опрокидывающимися, аемкостью 100, 160 и 250 л- неопрокидывающимися.
Пищеварочные котлы скосвенным обогревом снабжены контрольно-измерительными приборами и арматурой. Кним относятся: двойной предохранительный клапан 9, манометр 10 (дляэлектрических котлов — электроконтактный), наполнительная воронка 11, крануровня 12, клапан-турбинка 8.(рис. 2.1)
Двойной предохранительныйклапан (рис. 2.2) соединен с рубашкой котла и имеет, корпус 5, в которомразмещены два клапана: верхний 4 (паровой) и нижний 7 (вакуумный). Паровойклапан служит для сброса давления пара из греющей камеры при повышении егодавления выше 49 кПа (0,5 кгс/см2). При повышении давления сверхдопустимой величины пар приподнимает клапан, преодолевая усилие груза 3определенной массы, и излишек пара с шумом выделяется в помещение. Испытывают иклеймят клапаны на заводе-изготовителе. Вакуумный клапан служит для поступлениявоздуха в рубашку при понижении давления пара в ней ниже атмосферного, чтоможет происходить при остывании котла.
Для более надежной работыпредохранительного клапана (чтобы паровой клапан не прикипал к седлу)рекомендуется перед началом работы котла нажать на рукоятку рычага 6.
В конструкциипредохранительного клапана предусмотрен воздушный клапан 1 для выпуска воздухавручную из рубашки котла при его разогреве. Некоторые предохранительные клапаныне имеют воздушного клапана. В этом случае для выпуска воздуха из рубашки передначалом варки служит кран наполнительной воронки. Предохранительные клапанымогут быть и пружинными. Сверху предохранительный клапан закрыт кожухом 2.
/>
Рис. 2.2.Двойной предохранительный клапан
Манометр устанавливаетсяна арматурной стойке котла для контроля за давлением в пароводяной рубашке.Предельное давление на манометре должно быть отмечено красной или жирной чернойчертой. Электроконтактный манометр является датчиком- импульсов и позволяетустанавливать верхний и нижний пределы давления пара в рубашке.
Наполнительная воронкапредназначена для заполнения водой парогенератора до уровня контрольного крана.Воронка имеет запорный кран и фильтрующую сетку. Сверху воронка закрываетсякрышкой. При работе запорный кран должен быть закрыт. Контрольный кран уровняустановлен так, чтобы определять предельно допустимый уровень воды в парогенераторе.
Клапан — турбинка (рис.2.3) устанавливается на котлах с герметически закрывающейсякрышкой 1 в центральной части ее.
/>
Рис. 2.3.Клапан-турбинка
Клапан-турбинка состоитиз корпуса 5, вертикального шпинделя 2 с кольцом в верхней части, за котороеприподнимают турбинку, когда нужно выпустить пар из котла. На нижнем концешпинделя установлена турбинка 7 с винтовыми канавками. В корпусе расположеныверхний клапан 4, нижний клапан 9, фиксатор 3, штуцер 6-для подсоединения кпароотводу. На внутренней стороне крышки 1 имеется отражатель 8,предназначенный для защиты от засорения клапана-турбинки мелкими частицамипищи. Когда давление под крышкой котла повышается, пар приподнимает турбинку иприводит ее во вращение, проходя по винтовым канавкам. В результате этого частьпара выходит сверху в окружающую среду, а часть — через пароотвод.
Выход пара изклапана-турбинки сигнализирует о начале кипения содержимого котла. Ежедневно поокончании варки турбинку промывают, просушивают и устанавливают на место. Вынимаюттурбинку из гнезда, потянув головку фиксатора на себя.
Принцип работы. Вода в парогенераторе нагревается докипения, образующийся пар поступает в пароводяную рубашку, соприкасается состенками и дном котла, конденсируется, отдавая теплоту парообразования, за счеткоторой через дно и стенки котла нагревается его содержимое. Конденсат стекаетобратно в парогенератор и снова превращается в пар.
Неопрокидывающиесяпищеварочные котлы типа КПЭ.
Котел типа КПЭ-100(КПЭ-160, КПЭ-250) с косвенным обогревом (рис. 2.4) имеет наружный корпус 21 излистовой стали и варочный сосуд 2 из нержавеющей стали, соединенные между собойтак, что образуется замкнутое герметичное пространство, которое являетсяпароводяной рубашкой 4. Пароводяная рубашка во время работы котла заполняетсяводяным паром, который образуется в парогенераторе с помощью шести тэнов,смонтированных на специальной крышке 1 и помещенных в парогенератор. Последнийвыполнен в виде прямоугольной стальной коробки, расположенной под днищемнаружного котла. Парогенератор заполняется водой до определенного уровня.
/>
Рис. 2.4.Неопрокидывающийся электрический пищеварочный котел КПЭ-100 (КПЭ-160, КПЭ-250)
Между наружным корпусом иоблицовкой помещена теплоизоляция 3. Для облицовки применяют стальные листы,покрытые светлой эмалью. Котел установлен на постаменте 22.
Сверху варочный сосудзакрывается откидной на шарнире двустенной крышкой 18, между двойными стенкамикоторой находится воздушная прослойка. В пазу нижней части крышки имеетсяпрокладка из термостойкой пищевой резины, с помощью которой обеспечиваетсяплотность прилегания. ее к котлу, когда завертываются прижимные болты 19.Крышка уравновешивается пружинным противовесом 8, позволяющим фиксировать еепри открывании в любом положении.
Для слива воды припромывке варочного сосуда в нижней части его предусмотрен сливной, кран 20. Дляпредохранения крана от засорения внутри котла устанавливается сетка-фильтр изнержавеющей стали. Пищеварочные котлы снабжены трубопроводами холодного игорячего водоснабжения и трубопроводом для промывки пароотвода. Трубопроводырасположены под облицовкой котла, наружу выводится только смесительная трубка,на конце которой имеется поворотный патрубок 7, при закрывании крышки котла онавтоматически отводится в сторону. Водозапорные вентили также скрыты подоблицовкой. Рукоятки вентилей подачи холодной воды 12, подачи горячей воды 13 идля промывки пароотводной трубки 10 выводятся над облицовкой. Вентиль 11 служитдля отвода паров кипения в процессе работы котла.
Каждый котел с косвеннымобогревом оснащается контрольно-измерительными приборами и арматурой:клапаном-турбннкой 6 с отражателем 17, двойным предохранительным клапаном 15,электроконтактным манометром 16, наполнительной воронкой 14 с краном,контрольным краном уровня 9. Манометр, наполнительная воронка и двойнойпредохранительный клапан смонтированы в один узел.
При закрытой крышке вкотлах в процессе кипения избыточное давление должно быть не более 2,5 кПа(0,025 кгс/см2). Для того чтобы давление не было больше этойвеличины, в центральной части крышки устанавливают клапан-турбинку.
Электрокотлы имеютавтоматическое управление тепловым режимом работы котла, и защиту тэнов от«сухого хода». Регулирование нагрева осуществляется с помощью элетроконтактногоманометра при изменении величины давления пара в рубашке. Котлы имеют дварежима работы. При первом режиме сначала котел работает на полной мощности,после повышения давления в рубашке до заданного верхнего предела переключаетсяна слабый нагрев (1/6 мощности, а в последних конструкциях котлов 1/9 мощности).Когда давление понижается до нижнего заданного предела, котел вновь включаетсяна полную мощность. Этот режим работы используется при варке супов, борщей идругих первых блюд.
При втором режиме котелработает на полной мощности до тех пор, пока давление в рубашке не достигнетверхнего заданного предела. После этого нагреватели котла отключаются. Довариваютсяпродукты за счет аккумулированного тепла без расхода электроэнергии. Второй,режим используется при кипячении молока, варке киселей, овощей.
Защита тэнов от «сухогохода» осуществляется с помощью реле уровня с электродами в парогенераторе.Рядом с котлом находится станция управления 5, в которой смонтированыэлектрические аппараты автоматического регулирования и защиты котла.
Электрическая схема котлаизображена на рис. 2.5. В силовой цепи имеется шесть трубчатыхэлектронагревателей (тэнов), которые включаются двумя магнитными пускателями.Пять тэнов включаются контактами первого 1П магнитного пускателя, а один — второго2П магнитного пускателя. В цепи управления, изображенной на рисунке тонкимилиниями, находятся реле уровня, обмотки магнитных пускателей иэлектроконтактный манометр с двумя электромагнитными реле. С помощью релеуровня, состоящего из трансформатора Тр, электрода Э и электромагнитного релеРУ, осуществляется защита от «сухого хода». С помощью электроконтактногоманометра и двух электромагнитных реле осуществляется автоматическоерегулирование работой котла
/>
Рис. 2.5.Электрическая схема котла КПЭ-100 (КПЭ-160, КПЭ-250)
В цепи управления имеютсятакже четыре сигнальные лампы, две кнопочные станции («Пуск», «Стоп») ипереключатель ПК, За исключением одной кнопочной станции, все они расположенына станции управления. Лампа ЛСс.х включается при «сухом ходе» и сигнализируетоб отключении электронагревателей котла из-за «сухого хода». Лампа 1ЛС работаетпри нормальном уровне воды в парогенераторе и сигнализирует о подаче напряженияна вводные клеммы котла, т. е. о том, что замкнуты контакты пускового аппаратацехового электрощита. Лампа 2ЛС сигнализирует о подключении одного тэна к сетиконтактами магнитного пускателя 2П. Лампа ЗЛС сигнализирует о подключении ксети пяти тэнов контактами магнитного пускателя 1П.
Если одновременно,включены лампы 1ЛС, 2ЛС и ЗЛС, то в котле работают все шесть тэнов. Есливключены лампы 1ЛС и 2ЛС, то работает один тэн. Один тэн работает в режиме 1 (автоматическаяработа) после того, как давление в пароводяной рубашке достигает верхнегозаданного предела.
Когда контакты пусковогоаппарата цехового щита замкнуты и на вводные клеммы котла подано напряжение,ток проходит по первичной обмотке трансформатора. Если уровень воды впарогенераторе котла нормальный, то от вторичной обмотки трансформатора токчерез воду проходит по обмотке реле РУ. При этом вода выполняет рольвыключателя, замыкающего цепь между корпусом и электродом Э. Замыкающиеконтакты РУ включают сигнальную лампу 1ЛС и подготавливают цепь обмотки 2Пвторого магнитного пускателя. Размыкающий контакт РУ отключает сигнальную лампуЛСс. х.
Нажатием на одну изкнопок «Пуск» включается обмотка 2П второго магнитного пускателя. Магнитныйпускатель 2П срабатывает и его замыкающие контакты включают сигнальную лампу2ЛС, один тэн и обмотку 1П первого магнитного пускателя. Магнитный пускатель 1Псрабатывает и замыкающими контактами включает пять тэнов и сигнальную лампуЗЛС. Работают все шесть нагревательных элементов.
После прекращения нажатияна кнопку «Пуск» ток по обмотке 2П проходит через контакт ПК, и в зависимостиот заданного режима через замыкающий контакт 2П или 1П. Когда задан режим II(разогрев), ток проходит через Контакт 1П, а когда режим I (автоматическая работа)- через контакт 2П.
Шесть нагревательныхэлементов нагревают воду парогенератора и содержимое варочного сосуда. Черезнекоторое время образующийся в парогенераторе пар нагревает содержимоеварочного сосуда настолько, что давление пара в пароводяной рубашке начинаетповышаться и подвижный контакт (с показывающей стрелкой) отходит отнеподвижного контакта, с помощью которого задан нижний предел давления.Изменений в работе электрических элементов при этом не происходит. Когда давлениев пароводяной рубашке достигает верхнего заданного предела, подвижный контактЭКМ входит в соприкосновение с неподвижным верхнего предела. При этомзамыкается цепь реле 1Р. Реле 1Р срабатывает и размыкающим контактом отключаетобмотку магнитного пускателя 1П. Замыкающие контакты 1П отключают пятьэлектронагревателей, лампу ЗЛС и, если задан режим II (разогрев), обмоткумагнитного пускателя 2П. Тогда отключается еще один тэн и цепь регулированиянагрева. Нагрев полностью прекращается.
Если задан режим 1, тообмотка магнитного пускателя 2П, не отключается и котел продолжает работать содним включенным- тэном. Цепь регулирования нагрева также остается подключеннойк электрический сети. Давление, в пароводяной рубашке понижается, но, когдазамыкание подвижного контакта ЭКМ с неподвижным верхнего предела прекратится,обмотка реле 1Р не отключается. По ней проходит ток через замыкающий контакт 1Ри размыкающий 2Р. Когда давление уменьшится до нижнего заданного предела, подвижныйконтакт замкнется с неподвижным нижнего предела и включит обмотку реле 2Р. Реле2Р сработает и размыкающим контактом отключит обмотку реле 1Р. Размыкающимконтактом 1Р включается обмотка магнитного пускателя 1П. Магнитный пускатель 1Псрабатывает и замыкающими контактами включает пять нагревательных элементов илампу ЗЛС. Размыкающие контакты 1Р размыкаются и отключают обмотку реле 2Р.Реле 1Р остается отключенным до тех пор, пока давление в пароводяной рубашке неповысится до верхнего заданного предела. Далее работа схемы повторяется.
В котлах снегерметизированной крышкой в отличие от описанных выше отсутствуютклапан-турбинка с пароотводной трубкой, вентиль и трубопровод промывки.
Опрокидывающиеся пищеварочные котлы типа КПЭСМ-60М, КПЭ-40, КПЭ-60,КПГ-40М, КПГ-60М.
Котел КПЭСМ-60М (рис.2.6, а, б) секционный модульный опрокидывающийся представляет собой варочныйсосуд 1 из нержавеющей стали, подвешенный на тумбах 8 и 11. С внешней стороны кнему приварена обечайка, к которой герметично крепится съемное днище. В днищесмонтированы три тэна и электрод защиты тэнов от «сухого хода». Замкнутоепространство между обечайкой с днищем и варочным сосудом заполняется водой ипаром, образуя пароводяную рубашку. Рубашка соединена патрубком с узломконтрольно-измерительных приборов: электроконтактным манометром 15, двойнымпредохранительным клапаном 13, наполнительной воронкой 14. Котел снабжен краномуровня 10.
Варочный сосуд закрепленв кожухе и снабжен теплоизоляцией. Сверху варочный сосуд закрывается крышкой 16с приспособлением для подъема 17 и фрикционом, фиксирующим ее в любомположении. Тумбы представляют собой сварную раму, установленную на четырёхрегулируемых ножках 9 и покрытую облицовками. В тумбах помещены чугунныекронштейны подшипников скольжения, на которые опирается котел с помощьюпустотелых цапф. Сверху тумбы закрыты столом из нержавеющей стали.
Котел имеет поворотныймеханизм 12, расположенный в правой тумбе и представляющий собой червячнуюпару. Червячное колесо с помощью шпонки насажено на цапфу котла, соединенную сего корпусом. В зацеплении с червячным колесом входит червяк, на выступающемконце которого крепится маховичок с рукояткой.
Защита от «сухого хода»не допускает включение котла, если тэны не полностью покрыты водой; отключаетсякотел от электросети в случае понижения уровня воды до определенного предела ипри опрокидывании котла. При недостаточном уровне воды в парогенераторезагорается сигнальная лампа 2.
Вода в котел подается изколонки водоснабжения с помощью поворотной трубки.
В левой тумбе установленапанель с электроаппаратурой. На лицевую сторону выведены: кнопка «Пуск» 6(черная), кнопка «Стоп» 5 (красная), сигнальные лампы «Сильно» 4, «Слабо» 3, «Нетводы» 2 и переключатель 7 для установки режима работы котла.
/>
Рис. 2.6.Электрический секционный модульный котел КПЭСМ-60:
а — общий вид;б — схема котла
Котел работает при двухрежимах, как и КПЭ. Вместе с котлом должен устанавливаться местныйвентиляционный отсос, который крепится на котле болтами и соединяется с общейсистемой вентиляции. Конструкция котла позволяет устанавливать его втехнологические линии с пристенным или островным расположением оборудования.
Электрокотлы КПЭ-40 иКПЭ-60 (рис. 2.7., а, б) устанавливаются на чугунной вилкообразной станине 10 спомощью двух полых цапф 8 и 16, соединенных с наружным кожухом котла 15. Поворотныймеханизм 9 имеет такое же устройство, как у котла КПЭСМ-60. Для заполненияварочного сосуда водой к левой стойке станины с внешней стороны прикрепленаводопроводная труба 17, снабженная вентилем 18, водоразборным патрубком 20 икронштейном 19 для подвешивания крышки. Варочный котел с установленным на немснаружи обтекателем 2 закрывается легкосъемной крышкой 3. Крышка имеет ручку вцентре и стальной крючок с внутренней стороны, с помощью которого ее вешают накронштейн. К арматуре котла относятся: электроконтактный манометр 4, двойнойпредохранительный клапан 6, наполнительная воронка 5, установленная наарматурной стойке 7, и кран уровня 11. Пар вырабатывается в нижней частирубашки с помощью 3 тэнов 13, смонтированных на на съемном днище 14 котла.Котел снабжен болтом заземления 12.
Котлы имеют два режимаработы и снабжены автоматикой регулирования теплового режима и защиты от«сухого хода». Последняя осуществляется с помощью электрода, вмонтированного всъемное днище 14 котла.
Устройство и принципдействия газовых пищеварочных котлов
Газовые котлы КПГ-40М,КПГ-60М (рис. 2.8.) конструктивно выполнены как КПЭ-40, КПЭ-60, т. е. варочныйсосуд 1 установлен в наружном корпусе 2, покрытом теплоизоляцией 3. иоблицовкой. Между варочным сосудом и наружным корпусом находится пароводянаярубашка 4. Отличительная особенность котлов КПГ-40М и КПГ-60М — наличие скобына кожухе котла, с помощью которой при опрокидывании прекращается подача газа вгорелку 8, установленную в постаменте 7, так как скоба нажимает на рукояткукрана и поворачивает ее.
/>
Рис. 2.7Электрический опрокидывающийся пищеварочный котел:
а — общийвид; б — в разрезе.
Парогенератор 5 котла игазогорелочная камера такие же, как в газовых котлах КПГ-160, КПГ-250. Длялучшего использования тепла отходящих продуктов сгорания увеличиваетсяповерхность нагрева за счет установки в газоходах ребер — кольцевых пластин,приваренных к карманам парогенератора. Дымовой патрубок 6 опрокидывающихсякотлов состоит из подвижной и неподвижной частей. Подвижный патрубок крепится ккотлу. При опрокидывании котла он поворачивается вместе с ним… К арматурекотлов относятся: манометр 10, наполнительная воронка 11, кран уровня 12,двойной предохранительный клапан. Варочный котел заполняется водой с помощьюповоротной головки 9.
/> />
Рис. 2.8. Газовыйопрокидывающийся котел КПГ- 40М (КПГ-60М)
Котлы опрокидывающиесяимеют газовую автоматику регулирования и безопасности типа 2АРБ-1. Блокавтоматики 14 устанавливается на коллекторе котла, датчики — в регулируемойсреде.
В настоящее время начатвыпуск газовых секционных модульных котлов типа КПГСМ-60. Парогенератор такихкотлов выполнен в виде двух цилиндрических каналов различной высоты. Наружныестенки этих карманов образуют топочное пространство и два кольцевых газохода. Втопке установлена инжекционная горелка с кольцевой насадкой и запальник.Котел типа КПГСМ-60 (рис. 2.9.) Котел выполнен в видепараллелепипеда. Он состоит из внутреннего цилиндрического варочного сосуда,наружного корпуса и малоемкого парогенератора.
/>
Рис. 2.9. Котелпищеварочный газовый секционный модульный КПГСМ-60:
1 — дымоход; 2 — наружный корпус; 3 — варочный сосуд; 4-арматурный узел; 5-крышка; 6-кран уровня; 7 — маховичок; 8 — дверца; 9 — ножки, регулируемые по высоте; 10-рама; 11-патрубок; 12-кожух;13 — горелка; 14 — топка; 15 — кольцевые газоходы; 16 — парогенератор; 17 — наружнаяоблицовка котла
Парогенератор выполнен ввиде двух цилиндрических карманов разной высоты, наружные стенки которыхобразуют топку и два кольцевых газохода. Цилиндрическая внешняя стенка второгогазохода не экранирована. Она переходит в нижнюю коническую торцевую стенкукольцевых газоходов. Наружный корпус котла покрыт теплоизоляцией и облицованплоскими эмалированными панелями. Под топкой в специальном цилиндрическомкожухе установлена газовая горелка с кольцевой насадкой и запальником. Дляподсоса вторичного воздуха в днище топочной камеры имеются специальныеотверстия.
Между задней стенкойкотла и облицовочным листом установлен вертикальный дымоход прямоугольногосечения, обеспечивающий отвод продуктов сгорания.
В правой стойке котласмонтированы опрокидывающее устройство и подводящий газопровод. В левой — расположенытрубопроводы горячей и холодной воды.
Котел снабжен газовойавтоматикой безопасности и регулирования 2АРБ и контрольно-измерительнойарматурой, аналогичной арматуре котла КПГ-60М.Котел типа КПГСМ-250
Котел пищеварочныйгазовый секционный модульный КПГСМ-250. Котел (рис. 2.10) выполнен в видепрямоугольного параллелепипеда и имеет варочный сосуд в форме горизонтальногополуцилиндра. Форма варочного сосуда предопределяет коридорную форму топки ищелевых газоходов. Топку образуют три кармана парогенератора. Средний карманразделяет топку на две части, что увеличивает радиационную поверхность нагревацентрального кармана, который облучается пламенем с двух сторон. В топочнойкамере между карманами располагается двухтрубная горелка. Горелка имеетмалогабаритный многосопловый смеситель с периферийной подачей газа. Продуктысгорания из открытых торцевых окон расходятся, поворачиваясь на 180° по двумпрямолинейным газоходам, образованным наружными стенками двух основных карманови стенками газохода. Для увеличения поверхности нагрева по всей длине газоходарасположены два дополнительных кармана, высота которых меньше высоты основногогазохода.
/> />
Рис. 2.10. Котел пищеварочный газовыйсекционный модульный КПГСМ-250:
1 — облицовка;2 — изоляция; 3 — крышка;4-варочный сосуд; 5- наружный корпус; 6-11 — прямолинейные карманыпарогенератора; 7 — топка; 8 — горелка; 9 — короб; 10 — нижний дымоход; 12 — подвесные прямолинейные карманы парогенератора; 13 — стенки газохода; 14 — газоход.Стрелками указано направление движения продуктов сгорания газа
Таким образом, триосновных кармана и два дополнительных создают компактный парогенератор с малымзаполнением его водой (около 26 л) и развитой поверхностью нагрева (2,1 м2).Из газоходов продукты сгорания через короба выводятся в нижний дымоход. Снизудвухтоннельные газоходы и топка закрываются листом с щелевыми отверстиями дляустановки горелки и подсоса вторичного воздуха.
Котел снабжен газовойавтоматикой безопасности и регулирования 2АРБ, контрольно-предохранительнойарматурой и тепловой изоляцией.
2.2. Устройство ипринцип действия твердотопливных и паровых пищеварочных котлов
Котел пищеварочныйтвердотопливный (рис. 2.11) состоит из трех основных частей: варочного сосуда,парогенератора с рубашкой и наружного корпуса. Парогенератор котла представляетсобой два концентрично расположенных кольцевых кармана, сообщающихся черезотверстия в верхней части с рубашкой котла, и служит для получения насыщенногопара с давлением 140...150 кПа.
Кипяченая илидистиллированная вода в парогенератор заливается через специальную воронку доуровня, определенного контрольным краном уровня.
/>
/>
Рис. 2.11.Котел пищеварочный твердотопливный КПТ-160:
1 — варочный сосуд; 2 — пароводянаярубашка; 3 — сферическое дно корпуса; 4 — корпус с парогенератором; 5 — тепловая изоляция; 6,7 — кольцевые карманы; 8-топочная камера; 9 — зольниковаякоробка; 10 — колосниковая решетка; 11 — ящик для сбора золы; 12 — дверца сжалюзи; 13 — горловина топки; 14 — топочная дверца; 15 — наполнительная воронка;16-клапан-турбинка; 17-розетка-отражатель; 18-двухстенная крышка; 19 — дымоотводный патрубок; 20 — поворотная заслонка; 21 — кольцевой газоход; 22 — лючки для очистки газоходов; 23 — трубопроводы горячего и холодного водоснабжения;24 — соединительный патрубок; 25 — сливная трубка.
Внутренняя стенкавнутреннего кармана парогенератора образует топочную камеру, сводом которойслужит сферическое дно варочного сосуда. В нижней части топочной камерыразмещена колосниковая решетка. Под топочной камерой размещена зольниковаякамера, в которой установлен выдвижной ящик для сбора золы. Для регулированияподачи воздуха под колосниковой решеткой рядом с зольником смонтирована дверцас жалюзи.
Горловина загрузочногоокна топки закрывается топочной дверцей. Через стенки первого (внутреннего)кольцевого кармана проходит патрубок, концы которого вварены в стенки цилиндра.Кольцевое пространство между внутренними и наружными карманами являетсягазоходом. Патрубок во внутреннем кармане служит для соединения топочной камерыс этим кольцевым газоходом. Последний через дымоотводный патрубок, снабженныйповоротной заслонкой, с помощью которой регулируют тягу в процессе горениятоплива, сообщается с дымовой трубой.
Такая конструкциятопочной камеры и парогенератора снижает температуру уходящих продуктовсгорания и уменьшает потери теплоты, что приводит к увеличению кпд котла.Кольцевой газоход образует сложный конвективный тракт, по которому перемещаютсяпродукты сгорания. При этом поток продуктов сгорания турбулизируется, чтоприводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. За счет наличия кольцевогогазохода существенно удлиняется путь движения топочных газов, а конструкцияпарогенератора в виде двух карманов увеличивает его теплопередающую поверхность.Все это в совокупности способствует более полному использованию теплотыуходящих продуктов сгорания. При горении топлива в топочной камере пламя игорячие продукты сгорания обогревают внутреннюю стенку внутреннего карманапарогенератора. Далее продукты сгорания через патрубок во внутреннем кармане устремляютсяв кольцевой газоход и, двигаясь по нему, обогревают наружную стенку внутреннегокармана и внутреннюю стенку наружного кармана (направление движения топочныхгазов показано на рис. 8.10 стрелками). Пройдя по кольцевому газоходу-,остывшие продукты сгорания удаляются из котла через дымоход в окружающую среду.
В целях очисткикольцевого газохода от золы и сажи в боковой стенке второго кольцевого цилиндраимеются три лючка с крышками. Для наполнения котла водой служит поворотныйкран, соединенный с трубопроводами горячего и холодного водоснабжения, которыескрыты под облицовкой каркаса. Между облицовкой и стенками наружного корпусаразмещен слой тепловой изоляции.
На крышке котласмонтирован клапан-турбинка, а на арматурной стойке установлены заливочнаяворонка, двойной предохранительный клапан и манометр.
Полезная вместимость 160л, продолжительность нагрева его содержимого до температуры кипения — 75...80мин при расходе 11 кг полусухих дров или 6 кг антрацита, кпд котла в процессенагрева до кипения равен 30 %, в процессе «тихого» кипения — 49...55%.
Повторное использованиекотла сокращает время нагрева его содержимого до кипения на 15…20 мин,уменьшает расход топлива и повышает кпд до 47%. Габариты котла, мм: длина –1210, ширина – 1190, высота – 1110. Объем парогенератора 63 дм3,площадь греющей поверхности котла – 2,6 м2.
Котел КПТ-100 имеетаналогичную конструкцию.
Устройство и принцип действия паровыхпищеварочных котлов
На предприятиях общественногопитания используются паровые пищеварочные котлы КПП-100, КПП-160 и КПП-250. Ониимеют аналогичную конструкцию и различаются только размерами. Отнеопрокидывающихся электрических и газовых котлов они отличаются тем, что пар,обогревающий варочный сосуд, образуется не в самом котле, а поступает в паровуюрубашку по паропроводу извне.
/>
Рис. 2.12.Котел пищеварочный паровой КПП-100:
а — общий вид; б — сливной кран; в — изменение толщины пленки конденсатора и коэффициентатеплоотдачи вдоль вертикальной стенки; 1 — варочный сосуд; 2 — наружный корпус;3 — основание; 4 — вентиль; 5 — конденсатоотводчик; 6 — кран; 7 — мановакуумметр; 8 — перекидной кран; 9 — крышка; 10 — клапан-турбина; 11 — отражательклапана-турбинки; 12 - — резиновый уплотнитель; 13 — накидной рычаг- 14 — двойной предохранительный клапан; 15 — рычаг; 16- сливной кран; 17 — тепловаяизоляция; 18 — облицовка.
Котел КПП-100 (рис. 2.12.а, б) состоит из варочного сосуда и наружного котла, покрытого изоляцией.Пространство между варочным сосудом и наружным котлом представляет собойпаровую рубашку, в которую подается по паропроводу пар. Количество подаваемогопара регулируется с помощью парозапорного вентиля. Варочный сосуд герметичнозакрывается откидной крышкой с резиновым уплотнителем. На крышкеустанавливается клапан-турбинка. Котел снабжен двойным предохранительнымклапаном, манометром, воздушным клапаном, конденсатоотводчиком и продувочнымкраном. Двойной предохранительный клапан и манометр, показывающий давление парав паровой рубашке, установлены на арматурной стойке. Конденсатоотводчик ипродувочный кран расположены в полости между дном паровой рубашки и днищемоблицовочного кожуха и предназначены для отвода из паровой рубашки конденсата.
Нагрев варочного сосудапарового котла осуществляется за счет теплоты парообразования. Пар, попадая врубашку котла, соприкасается с холодными стенками варочного сосуда и наружногокотла и конденсируется. При этом выделяется скрытая теплота парообразования,которая идет на нагрев содержимого котла.
Паровые котлы обладаютцелым рядом преимуществ перед другими типами котлов. Использованиецентрализованно приготовленного пара как теплоносителя позволяет упроститьконструкцию котлов (отсутствие парогенератора). Коэффициент теплоотдачи отконденсирующего пара довольно высок, что также повышает эксплуатационныепоказатели парового котла.
3. Тепловой расчет котла
Исходные данные
Расчет производится длярежима нагревания до кипения и режима тихого кипения содержимого котла.
Полезная емкость котла250 л.
Диаметр защитного кожуха(от наружных стенок) Dзк=760 мм.
Диаметр наружного котла (от внутренних стенок) Dнк=655 мм.
Диаметр внутреннегокотла (от внутренних стенок) Dвк=605 мм.
Высота постамента, Нп=500мм.
Высота расчетнаянаружного котла, Ннк=530 мм.
Высота кожуха котла, Нзк=505мм.
Высота внутреннего котла,Нвк=510 мм.
Толщина стенкивнутреннего котла, 3 мм.
Толщина стенки наружногокотла, 4 мм.
Толщина стенки кожухакотла, 1,5 мм.
Рабочее давление пара в пароводянойрубашке котла, 0,5 атм.
Изоляция теплоизолирующегокожуха – мятая алюминиевая фольга.
Тепло, выделенноенагревателями котла, расходуется на следующие статьи:
Q=Q1+Q2+ Q3+ Q4+ Q5,
Где Q1 – тепло, идущее на разогрев воды во внутреннем котле, кДж;
Q2 – тепло,израсходованное на нагревание конструкции котла, кДж;
Q3 – тепло,расходуемое на парообразование в пароводяной рубашке, кДж;
Q4 – тепло,расходуемое на испарение воды содержимого котла, кДж;
Q5 – потеритепла наружными поверхностями котла в окружающую среду, кДж.
Определяем полезно использованноетепло:
Q1=СG·(tк — tн)=49406,6кДж;
Где С=4,187 –теплоемкость жидкого содержимого котла кДж/(кг°С);
G=125 кг – вессодержимого котла, кг;
tк, tн –конечная и начальная температура содержимого котла, °С.
В процессе слабогокипения (варки) тепло расходуется только на испарение содержимого при кипении ина потери в окружающую среду.
3.1 Определяем расход тепла наразогрев конструкций, парообразование в пароводяной рубашке, и на испарениесодержимого котла.
Q2= Q2м+Q2из,
Где Q2м– тепло, затраченное на нагревание металлоконструкций котла, кДж;
Q2м=СG(tк — tн)
Где С=0,5 – теплоемкостьметаллоконструкций котла, кДж/(кг°С);
G=125 кг – весметаллоконструкций котла, кг;
tк=100°С – средняя температура нагреваметаллоконструкций котла, °С
tн=20°С – начальная температураметаллоконструкций котла, °С.
Q2м=5024,4кДж.
Определяем расход теплана нагревание изоляции:
Q2из=СизGиз (tк — tн)
Где Сиз –теплоемкость изоляции, Сиз=0,2кДж/(кг°С);
Gиз – весизоляции, G=2 кг (по опытным данным);
tк =( tвн+ tкож)/2,
tвн –температура частей изоляции, касающихся наружного котла;
tкож –температура частей изоляции, касающихся кожуха;
tк =( 100 +50)/2=75 °С;
tн – начальнаятемпература альфоли, равная температуре окружающей среды, tн =20 °С;
Q2из=11,5кДж.
Q2= Q2м+Q2из=5037 кДж.Расход тепла напарообразование в пароводяной рубашке
Тепло, израсходованное нанагревание воды в парогенераторе до кипения:
Qп=СG (tк — tн)=3977 кДж.
Объем пароводянойрубашки:
V=0,07 м3.
Удельный вес пароводянойсмеси: g=0,8 кг/м3, тогда веспароводяной смеси:
G3=V·g=0,07·0,8=0,056 кг.
Теплосодержание пара придавлении 0,5 атм i”=2692,6 кДж/кг.
Расход тепла напарообразование и нагревание воды:
Q3’=G3·i’’=146,5кДж;
Q3=Qп+ Q3’=4124,2кДж.Расход тепла наиспарение содержимого котла
А) в процессеразогрева:
Количество испарившейся водыпринимаем, по опытным данным, равным 0,5% от веса воды в котле
Мисп=125·0,5/100=0,625 кг/час
Qнагр=Мисп·r=1423,6кДж/час
В) в процессе варки:
Количество испарившейся водыпринимаем, по опытным данным, равным 1,5% от веса воды в котле
Мкип=125·1,5/100=1,88 кг/час
Qкип=Мкип·r=4270,7кДж/часОпределение потерь тепла в окружающую среду
Потери тепла происходят с боковойповерхности кожуха, неизолированной шейки котла, крышки, нижней части кожуха,дна котла и парогенератора.
Отдача тепла воздухупроисходит конвекцией и лучеиспусканием.3.2 Потери тепла в окружающую среду
Определяем размеры боковойповерхности кожуха котла:
Fкож=3,14·Dзк·Hзк=3,14·0,76·0,5= 12м2, а также tст –
Среднюю расчетную температуру кожуха,которая в начале нагревания была 20 °С, а в момент кипения 50°С:
tст =(50+20)/2=35 °С.
Перепад температур при нагревании икипении, равен при нагревании:
Dt1 = tст — tв=35-20=15°С.
При кипении:
Dt2 = tст — tв=50-20=30°С.
определяем коэффициент отдачи теплалучеиспусканием:
/>/>
С – коэффициент пропорциональности,С=4,9;
e – коэффициент черноты эмалированнойстали, e=0,88;
tст – средняя температурастенки кожуха, °С;
tв – температураокружающего воздуха, °С;
/>
aл нагр=20,8кДж/м3час°С,
/>
aл кип=22 кДж/м3час°С
Определяем коэффициент теплоотдачиконвекцией: средняя температура воздуха, соприкасающегося с автоклавом:
tрасч нагр =(tср + tв)/2=(35+20)/2= 27,5 °С,
tрасч кип =(50 + 20)/2=35 °С.
Имеем коэффициентытеплопроводности для воздуха:
l=9,2·10-2 кДж/м час, °С, при t°=27,5 °С и
l=9,4·10-2 кДж/м час, °С, при t°=35 °С.
Соответственнокоэффициент кинематической вязкости:
n=16,3·10-6 м2/сек при t°=27,5 °С и
n=17,1·10-6 м2/сек, при t°=35 °С.
Для определениякоэффициента теплоотдачи конвекцией необходимо знать величины критериевПрандтля, Грасгофа и Нуссельта.
Критерий Прандтля (Pr)является безразмерным физическим параметром теплоносителя, в данном случаевоздуха. Величина этого параметра зависит от физической природы, температуры идавления воздуха.
Для температуры 25-35 °С принимают Pr=0.722.
Критерий подобия Грасгофа(Gr) является критерием кинематического подобия для процессов теплоотдачи присвободном движении воздуха.
Критерий Нуссельта (Nu) содержитискомую величину коэффициента теплоотдачи и является критерием тепловогоподобия.
Gr=(gbd3Dt)/n2,
Где g – ускорение силытяжести, g=9,81 м/сек2;
b – коэффициент объемного расширениявоздуха, 1/°С.
b=1/( tст+273)= 1/(35+273)=1/308 для периода кипения;
b=1/( tст+273)= 1/(50+273)=1/300,5 для периода нагрева.
Dt = tст — tв –разность температур стенок кожуха и воздуха;
d3=Dзк3=0,763– наружный диаметр котла, м.
Grнагр=(9,81·1·0,763·15)/(300,5·(16,3·10-6)2)=8,1·108,
Grкип=(9,81·1·0,763·30)/(308·(17,1·10-6)2)=14,3·108.
Для определениякоэффициента теплоотдачи конвекцией определяем критерий Нуссельта:
Nu=C(Pr·Gr)n,
Где С=0,135 – коэффициентпропорциональности;
n=1/3 – показательстепени;
Pr·Grнагр=0,722· 8,1·108=584·106,
Pr·Grкип=0,722· 14,3·108=1030·106, тогда
/>
/>
Коэффициент отдачи теплаконвекцией:
aк нагр=Nu·lк/Dз к=13,7 кДж/м3час°С,
aк кип=Nu·lк/Dз к=17 кДж/м3час°С.
Отсюда потери тепла вокружающую среду кожухом:
Q5 зк нагр=(aл +aк)·Fкож·Dt=598,7 кДж
Q5 зк кип=(aл +aк)·Fкож·Dt=1398,4 кДж.Потери тепла в окружающую среду шейкой котла
Боковая поверхность шейкикотла
Fш=0,42 м2.
За период нагрева от комнатнойтемпературы до кипения температура шейки в среднем:
tш=(100+20)/2=60 °С, в период кипения tш=100°С.
Перепад температуры между tши температурой воздуха для периода нагревания:
Dt=60-20=40 °С, а в период кипения Dt=100-20=80 °С.
Расчетная температура воздуха,соприкасающегося с шейкой котла:
В период нагревания: t°р=(60+20)/2=40 °С;
В период кипения: t°р=(100+20)/2=60 °С.
Коэффициент теплоотдачилучеиспусканием от шейки котла:
/>
/>
aл нагр=13,5кДж/м3час°С,
/>
aл кип=16,3кДж/м3час°С.
Определяем коэффициент отдачи теплаконвекцией от шейки котла. При нагревании:
l=9,5·10-2кДж/м час °С;
n=17,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/313.
При кипении:
l=10,1·10-2 кДж/м час °С;
n=19,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/383.
Gr=(gbDt dш3)/n2,
Grнагр=(9,81·40·0,623·1012)/(313·(17,62)=970·106,
Grкип=(9,81·80·1,0·0,623·1012/(383·(19,62)=1460·106, отсюда:
/>
/>
Коэффициент отдачи тепла:
aк нагр=Nu·l/dш=18,5кДж/м3час°С,
aк кип=Nu·lк/dш=22,7 кДж/м3час°С.
Потери тепла от шейки котлалучеиспусканием:
Qнагр=aл·Fш·Dt=192,6 кДж;
Q кип=aл·Fш·Dt=469 кДж.
Потери тепла от шейки котлаконвекцией:
Q4 нагр=aл·Fш·Dt=305,7 кДж;
Q4 кип=aл·Fш·Dt=441,1 кДж.
Потери тепла в окружающуюсреду:
Q4 ш нагр= Qл+Qк=498 кДж;
Q4 ш кип= Qл+ Qк=1210кДж.
Потери тепла крышкой котла
Поверхность крышки Fк=p·D2к/4=3,14·0,6382/4=0,36м2.
Выпуклостью крышки при определенииповерхности пренебрегаем ввиду незначительности кривизны.
Принимаем, что при кипениитемпература крышки 95 °С.
В период нагревания температуравозрастает с 20°Сдо 95°С.
Средняя температура:
tк=(95+20)/2=57,5 °С.
Перепад температуры междутемпературой крышки и температурой воздуха, соприкасающегося с крышкой:
tв=(57,5+20)/2=38,7 °С;
Для периода кипения перепадтемператур: Dt=95-20=70 °С, а расчетная температура воздуха:
tв=(95+20)/2=57,5 °С.
Коэффициент лучеиспускания равен:
/>
/>
aл нагр=13,2кДж/м3час°С,
/>
aл кип=15,5кДж/м3час°С.
Определяем коэффициент отдачи теплаконвекцией:
При нагревании:
l=9,5·10-2кДж/м час °С;
n=17,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/311,7.
При кипении:
l=4,1·10-2 кДж/м час °С;
n=19,6·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/383.
Gr=(gbDt dкр3)/n2,
Grнагр=(9,81·37,5·1,0·0,643·1012)/(311,7·(17,62)=950·106,
Grкип=(9,81·75·1,0·0,643·1012/(383·(19,62)=1430·106, отсюда:
Pr·Grнагр=0,722· 9,5·108=685·106,
Pr·Grкип=0,722· 14,3·108=1030·106, тогда
/>
/>
Коэффициент отдачи тепла:
aк нагр=Nu·l/dкр=17,2 кДж/м3час°С,
aк кип=Nu·lк/dкр=22,2 кДж/м3час°С.
Потери тепла крышкой лучеиспусканием:
Qл нагр=aл·Dt·Fк =178 кДж/час;
Qл кип=aл·Dt·Fк =418,7 кДж/час.
Потери тепла крышкой конвекцией:
Qл нагр=aк·Dt·Fк =232 кДж/час;
Qл кип=aк·Dt·Fк =599 кДж/час.
Потери тепла в окружающуюсреду:
Q5 нагр= Qл+Qк=410 кДж/час;
Q5 кип= Qл+ Qк=1017кДж/час.
Потери тепла в окружающую средукожухом постамента и парогенератором котла
Поверхность постамента равна:
Fп=3,14·Dп·Hп=3,14·0,6·0,5=1,16 м3.
Поверхность дна парогенератораравна:
Fд=pd2/4=3,14·0,762/4=0,45 м2.
Ввиду быстрого нагревания воды впарогенераторе проводим общий расчет: для режима нагревания и режима кипения.
Температуру стенки парогенераторапринимаем 108 °С.
Перепад температур между температуройстенки и температурой воздуха: Dt=108-20=88 °С.
Средняя расчетная температура:
tср=(108+20)/2=64 °С.
Коэффициент лучеиспускания равен:
/>
/>
aл =28,5/м3час°С,
Определяем коэффициент отдачи теплаконвекцией:
l=9,8·10-2кДж/м час °С;
n=20,1·10-6 м2/сек;
Pr=0.722 b=1/381.
Находим критерий Грасгофа:
Gr=(gbDt dЭ3)/n2,
Gr=(9,81·88·1,0·0,763·1012)/(381·(20,12)=1335·106,
Pr·Gr=0,722· 13,35·108=964·106, тогда
/>
Коэффициент отдачи теплаконвекцией:
aк =Nu·l/dэ=133·2,38·10-2/0,76=21,5кДж/м3час°С.
Потери тепла от парогенераторапроходят вниз (на пол) и в стороны (на постамент и облицовку), отсюда теплорассеивается в окружающую среду. Поверхность парогенератора Fп=0,2м2.
Qл =aл·Dt·Fк = 4036 кДж/час;
Qк=aк·Dt·Fк = 3040 кДж/час.
Учитывая, что теплоотдача отпарогенератора, закрытого облицовкой постамента затруднена, по опытным даннымвводим коэффициент Кr=0,16, тогда потери тепла составят:
Q5= Кr·(Qл+ Qк)=1151кДж/час.
Общее количество тепла,расходуемое на потери в окружающую среду кожухом, шейкой, крышкой ипарогенератором, составят:
Q5 нагр= Qзк+ Qк +Qш+ Qп=2658 кДж/час;
Q5 кипр= Qз к+Qк +Qш+ Qп=4777 кДж/час.
Сводим результаты теплового расчета:Расход тепла (в кДж/час) На нагрев На кипение 1 нагревание воды 47800 – 2 нагревание конструкции 4812 – 3 парообразование в рубашке 3980 – 4 испарение 1360 – 5 потери тепла в окружающую среду 2570 4200 Итого: 58734 4320
Находим полную мощность электронагревательныхэлементов при нагреве в течении 1 часа:
Рmax=SQ/860=16 кВт.
Мощность, необходимая для поддержанияслабого кипения:
Рmin=2161/860=2,5 кВт.
Принимаем шесть ТЭНа, мощностькаждого Рэ=16/6=2,67 кВт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
1. Пищеварочные котлы превосходят серийныепо следующим показателям:
- технологичностипри изготовлении;
- эргономичностиблагодаря приспособленности к функциональной таре;
- возможностиунификации в результате применения одинаковых панельных элементов;
- надежностивследствие жесткости панельных систем;
- коэффициентуполезного действия.
2. Для улучшения металлоемкости вертикально-циллиндрическихкотлов серийного типа при сохранении жесткости и устойчивости узла «варочныйсосуд – греющая рубашка» к варочному сосуду присоединяется панель толщиной 1 ммс выштампованными паровыми клапанами размером 10х80 мм и межкапельной полосойшириной 20 мм (с помощью точечной или роликовой сварки). При этомметаллоемкость серийных котлов типа емкостью 250 л уменьшается в 1,5…2 раза.
4. Панельный принципприменим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при созданииновых аппаратов периодического действия и трансферавтоматов; дает возможностьпо меньшей мере на 50 % улучшить качество аппаратов, включая такие показатели,как металлоемкость, степень унификации, технологичность, эргономичность,позволяет унифицировать ряд важных деталей тепловых аппаратов с разными видамиобогрева и различного технологического назначения; упрощает заводскую оснасткуи производство.
СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
1. Вышелесский А.Н. Тепловоеоборудование предприятий общественного питания. Учебник для технол. фак. торг.вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., Экономика. – 1976. – 399 с.
2. Технологическое оборудование пищевыхпроизводств/Б.М. Азаров, Х. Аурих и др. Под ред. Б.М. Азарова. – М.:Агропромиздат, 1988. – 465 с.
3. Оборудование предприятийобщественного питания. В 3-х томах. Т.3, Беляев М.И. Тепловое оборудование:Учебн. для технол. фак. торг. вузов. М.: Экономика, 1990. – 553 с.
4. Тепловое оборудование предприятийобщественного питания / Н.Н. Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов. – М.: Колос,1994 – 431 с.
5. Расчет и конструированиеторгово-технологического оборудования. Учебн. пособие для студентов вузов,обучающихся по специальности «Машины и аппараты пищевых производств»/ Л.И.Гордон, Т.А. Корнюшко, И.И. Лангербах и др. Под общ. ред. В.Н. Шувалова и С.В.Харламова. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1985. – 335 с.
6. Лабораторные работы по оборудованиюпредприятий общественного питания. Учебн. пособие для технол. фак. торг. вузов.М.: Экономика, 1991. – 192 с.
7. Лоусен Ф. Предприятия общественногопитания. (Проектирование и строительство). Пер с англ. Н.Н. Черниной; под ред.В.В. Вержбицкого. – М.: Стройиздат, 1987. – 200 с.
8. Гордон Л.И. Панельное тепловоеоборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1982. – 128 с.
9. Кокурин В.Ф. и др. Секционноеоборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1969. – 134 с.
10. Белобородов В.В., Гордон Л.И.Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Учебн. пособие длятехнол. фак. торг. вузов… М.: Экономика, 1983. – 304 с.
11. Лощинский А.А., Толчинский А.Р.Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. Справочник. – М.: 1963.– 367 с.