Реферат: Котел пищеварочный типа КПГСМ-250

Котел имеет поворотный механизм 12, расположенный в правой тумбе и представляющий собой червячную пару. Червячное колесо с помощью шпонки насажено на цапфу котла, соединенную с его корпусом. В зацеплении с червячным колесом входит червяк, на выступающем конце которого крепится маховичок с рукояткой.

Защита от «сухого хода» не допускает включение котла, если тэны не полностью покрыты водой; отключается котел от электросети в случае понижения уровня воды до определенного предела и при опрокидывании котла. При недостаточном уровне воды в парогенераторе загорается сигнальная лампа 2.

Вода в котел подается из колонки водоснабжения с помощью поворотной трубки.

В левой тумбе установлена панель с электроаппаратурой. На лицевую сторону выведены: кнопка «Пуск» 6 (черная), кнопка «Стоп» 5 (красная), сигнальные лампы «Сильно» 4, «Слабо» 3, «Нет воды» 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 двух режимах, как и КПЭ. Вместе с котлом должен устанавливаться местный вентиляционный отсос, который крепится на котле болтами и соединяется с общей системой вентиляции. Конструкция котла позволяет устанавливать его в технологические линии с пристенным или островным расположением оборудования.

Электрокотлы КПЭ-40 и КПЭ-60 (рис. 2.7., а, б) устанавливаются на чугунной вилкообразной станине 10 с помощью двух полых цапф 8 и 16, соединенных с наружным кожухом котла 15. Поворотный механизм 9 имеет такое же устройство, как у котла КПЭСМ-60. Для заполнения варочного сосуда водой к левой стойке станины с внешней стороны прикреплена водопроводная труба 17, снабженная вентилем 18, водоразборным патрубком 20 и кронштейном 19 для подвешивания крышки. Варочный котел с установленным на нем снаружи обтекателем 2 закрывается легкосъемной крышкой 3. Крышка имеет ручку в центре и стальной крючок с внутренней стороны, с помощью которого ее вешают на кронштейн. К арматуре котла относятся: электроконтактный манометр 4, двойной предохранительный клапан 6, наполнительная воронка 5, установленная на арматурной стойке 7, и кран уровня 11. Пар вырабатывается в нижней части рубашки с помощью 3 тэнов 13, смонтированных на на съемном днище 14 котла. Котел снабжен болтом заземления 12.

Котлы имеют два режима работы и снабжены автоматикой регулирования теплового режима и защиты от «сухого хода». Последняя осуществляется с помощью электрода, вмонтированного в съемное днище 14 котла.

Устройство и принцип действия газовых пищеварочных котлов

Газовые котлы КПГ-40М, КПГ-60М (рис. 2.8.) конструктивно выполнены как КПЭ-40, КПЭ-60, т. е. варочный сосуд 1 установлен в наружном корпусе 2, покрытом теплоизоляцией 3. и облицовкой. Между варочным сосудом и наружным корпусом находится пароводяная рубашка 4. Отличительная особенность котлов КПГ-40М и КПГ-60М - наличие скобы на кожухе котла, с помощью которой при опрокидывании прекращается подача газа в горелку 8, установленную в постаменте 7, так как скоба нажимает на рукоятку крана и поворачивает ее.

Рис. 2.7 Электрический опрокидывающийся пищеварочный котел:

а - общий вид; б - в разрезе.

Парогенератор 5 котла и газогорелочная камера такие же, как в газовых котлах КПГ-160, КПГ-250. Для лучшего использования тепла отходящих продуктов сгорания увеличивается поверхность нагрева за счет установки в газоходах ребер - кольцевых пластин, приваренных к карманам парогенератора. Дымовой патрубок 6 опрокидывающихся котлов состоит из подвижной и неподвижной частей. Подвижный патрубок крепится к котлу. При опрокидывании котла он поворачивается вместе с ним.. К арматуре котлов относятся: манометр 10, наполнительная воронка 11, кран уровня 12, двойной предохранительный клапан. Варочный котел заполняется водой с помощью поворотной головки 9.

Рис. 2.8. Газовый опрокидывающийся котел КПГ- 40М (КПГ-60М)

Котлы опрокидывающиеся имеют газовую автоматику регулирования и безопасности типа 2АРБ-1. Блок автоматики 14 устанавливается на коллекторе котла, датчики - в регулируемой среде.

В настоящее время начат выпуск газовых секционных модульных котлов типа КПГСМ-60. Парогенератор таких котлов выполнен в виде двух цилиндрических каналов различной высоты. Наружные стенки этих карманов образуют топочное пространство и два кольцевых газохода. В топке установлена инжекционная горелка с кольцевой насадкой и запальник.

Котел типа КПГСМ-60 (рис. 2.9.)

Котел выполнен в виде параллелепипеда. Он состоит из внутреннего цилиндрического варочного сосуда, наружного корпуса и малоемкого парогенератора.

Рис. 2.9. Котел пищеварочный 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 - наружная облицовка котла

Парогенератор выполнен в виде двух цилиндрических карманов разной высоты, наружные стенки которых образуют топку и два кольцевых газохода. Цилиндрическая внешняя стенка второго газохода не экранирована. Она переходит в нижнюю коническую торцевую стенку кольцевых газоходов. Наружный корпус котла покрыт теплоизоляцией и облицован плоскими эмалированными панелями. Под топкой в специальном цилиндрическом кожухе установлена газовая горелка с кольцевой насадкой и запальником. Для подсоса вторичного воздуха в днище топочной камеры имеются специальные отверстия.

Между задней стенкой котла и облицовочным листом установлен вертикальный дымоход прямоугольного сечения, обеспечивающий отвод продуктов сгорания.

В правой стойке котла смонтированы опрокидывающее устройство и подводящий газопровод. В левой - расположены трубопроводы горячей и холодной воды.

Котел снабжен газовой автоматикой безопасности и регулирования 2АРБ и контрольно-измерительной арматурой, аналогичной арматуре котла КПГ-60М.

Котел типа КПГСМ-250

Котел пищеварочный газовый секционный модульный КПГСМ-250. Котел (рис. 2.10) выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда и имеет варочный сосуд в форме горизонтального полуцилиндра. Форма варочного сосуда предопределяет коридорную форму топки и щелевых газоходов. Топку образуют три кармана парогенератора. Средний карман разделяет топку на две части, что увеличивает радиационную поверхность нагрева центрального кармана, который облучается пламенем с двух сторон. В топочной камере между карманами располагается двухтрубная горелка. Горелка имеет малогабаритный многосопловый смеситель с периферийной подачей газа. Продукты сгорания из открытых торцевых окон расходятся, поворачиваясь на 180° по двум прямолинейным газоходам, образованным наружными стенками двух основных карманов и стенками газохода. Для увеличения поверхности нагрева по всей длине газохода расположены два дополнительных кармана, высота которых меньше высоты основного газохода.

Рис. 2.10. Котел пищеварочный газовый секционный модульный КПГСМ-250:

1 - облицовка;2 - изоляция; 3 - крышка; 4-варочный сосуд; 5- наружный корпус; 6-11 - прямолинейные карманы парогенератора; 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, три основных кармана и два дополнительных создают компактный парогенератор с малым заполнением его водой (около 26 л) и развитой поверхностью нагрева (2,1 м2). Из газоходов продукты сгорания через короба выводятся в нижний дымоход. Снизу двухтоннельные газоходы и топка закрываются листом с щелевыми отверстиями для установки горелки и подсоса вторичного воздуха.

Котел снабжен газовой автоматикой безопасности и регулирования 2АРБ, контрольно-предохранительной арматурой и тепловой изоляцией.

2.2. Устройство и принцип действия твердотопливных и паровых пищеварочных котлов

Котел пищеварочный твердотопливный (рис. 2.11) состоит из трех основных частей: варочного сосуда, парогенератора с рубашкой и наружного корпуса. Парогенератор котла представляет собой два концентрично расположенных кольцевых кармана, сообщающихся через отверстия в верхней части с рубашкой котла, и служит для получения насыщенного пара с давлением 140...150 кПа.

Кипяченая или дистиллированная вода в парогенератор заливается через специальную воронку до уровня, определенного контрольным краном уровня.

Рис. 2.11. Котел пищеварочный твердотопливный КПТ-160:

1 - варочный сосуд; 2 - пароводяная рубашка; 3 - сферическое дно корпуса; 4 - корпус с парогенератором; 5 - тепловая изоляция; 6,7 - кольцевые карманы; 8-топочная камера; 9 - зольниковая коробка; 10 - колосниковая решетка; 11 - ящик для сбора золы; 12 - дверца с жалюзи; 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 стенка внутреннего кармана парогенератора образует топочную камеру, сводом которой служит сферическое дно варочного сосуда. В нижней части топочной камеры размещена колосниковая решетка. Под топочной камерой размещена зольниковая камера, в которой установлен выдвижной ящик для сбора золы. Для регулирования подачи воздуха под колосниковой решеткой рядом с зольником смонтирована дверца с жалюзи.

Горловина загрузочного окна 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 является газоходом. Патрубок во внутреннем кармане служит для соединения топочной камеры с этим кольцевым газоходом. Последний через дымоотводный патрубок, снабженный поворотной заслонкой, с помощью которой регулируют тягу в процессе горения топлива, сообщается с дымовой трубой.

Такая конструкция топочной камеры и парогенератора снижает температуру уходящих продуктов сгорания и уменьшает потери теплоты, что приводит к увеличению кпд котла. Кольцевой газоход образует сложный конвективный тракт, по которому перемещаются продукты сгорания. При этом поток продуктов сгорания турбулизируется, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. За счет наличия кольцевого газохода существенно удлиняется путь движения топочных газов, а конструкция парогенератора в виде двух карманов увеличивает его теплопередающую поверхность. Все это в совокупности способствует более полному использованию теплоты уходящих продуктов сгорания. При горении топлива в топочной камере пламя и горячие продукты сгорания обогревают внутреннюю стенку внутреннего кармана парогенератора. Далее продукты сгорания через патрубок во внутреннем кармане устремляются в кольцевой газоход и, двигаясь по нему, обогревают наружную стенку внутреннего кармана и внутреннюю стенку наружного кармана (направление движения топочных газов показано на рис. 8.10 стрелками). Пройдя по кольцевому газоходу-, остывшие продукты сгорания удаляются из котла через дымоход в окружающую среду.

В целях очистки кольцевого газохода от золы и сажи в боковой стенке второго кольцевого цилиндра имеются три лючка с крышками. Для наполнения котла водой служит поворотный кран, соединенный с трубопроводами горячего и холодного водоснабжения, которые скрыты под облицовкой каркаса. Между облицовкой и стенками наружного корпуса размещен слой тепловой изоляции.

На крышке котла смонтирован клапан-турбинка, а на арматурной стойке установлены заливочная воронка, двойной предохранительный клапан и манометр.

Полезная вместимость 160 л, продолжительность нагрева его содержимого до температуры кипения - 75...80 мин при расходе 11 кг полусухих дров или 6 кг антрацита, кпд котла в процессе нагрева до кипения равен 30 %, в процессе «тихого» кипения - 49...55%.

Повторное использование котла 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 имеет аналогичную конструкцию.

 Устройство и принцип действия паровых пищеварочных котлов

На предприятиях общественного питания используются паровые пищеварочные котлы КПП-100, КПП-160 и КПП-250. Они имеют аналогичную конструкцию и различаются только размерами. От неопрокидывающихся электрических и газовых котлов они отличаются тем, что пар, обогревающий варочный сосуд, образуется не в самом котле, а поступает в паровую рубашку по паропроводу извне.

Рис. 2.12. Котел пищеварочный паровой КПП-100:

а - общий вид; б - сливной кран; в - изменение толщины пленки конденсатора и коэффициента теплоотдачи 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 - отражатель клапана-турбинки; 12 -  - резиновый уплотнитель; 13 - накидной рычаг- 14 - двойной предохранительный клапан; 15 - рычаг; 16- сливной кран; 17 - тепловая изоляция; 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 собой паровую рубашку, в которую подается по паропроводу пар. Количество подаваемого пара регулируется с помощью парозапорного вентиля. Варочный сосуд герметично закрывается откидной крышкой с резиновым уплотнителем. На крышке устанавливается клапан-турбинка. Котел снабжен двойным предохранительным клапаном, манометром, воздушным клапаном, конденсатоотводчиком и продувочным краном. Двойной предохранительный клапан и манометр, показывающий давление пара в паровой рубашке, установлены на арматурной стойке. Конденсатоотводчик и продувочный кран расположены в полости между дном паровой рубашки и днищем облицовочного кожуха и предназначены для отвода из паровой рубашки конденсата.

Нагрев варочного сосуда парового котла осуществляется за счет теплоты парообразования. Пар, попадая в рубашку котла, соприкасается с холодными стенками варочного сосуда и наружного котла и конденсируется. При этом выделяется скрытая теплота парообразования, которая идет на нагрев содержимого котла.

Паровые котлы обладают целым рядом преимуществ перед другими типами котлов. Использование централизованно приготовленного пара как теплоносителя позволяет упростить конструкцию котлов (отсутствие парогенератора). Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара довольно высок, что также повышает эксплуатационные показатели парового котла.

3. Тепловой расчет котла

Исходные данные

Расчет производится для режима нагревания до кипения и режима тихого кипения содержимого котла.

Полезная емкость котла 250 л.

Диаметр защитного кожуха (от наружных стенок) Dзк=760 мм.

Диаметр наружного котла  (от внутренних стенок) Dнк=655 мм.

Диаметр внутреннего котла  (от внутренних стенок) Dвк=605 мм.

Высота постамента, Нп=500 мм.

Высота расчетная наружного котла, Ннк=530 мм.

Высота кожуха котла, Нзк=505 мм.

Высота внутреннего котла, Нвк=510 мм.

Толщина стенки внутреннего котла, 3 мм.

Толщина стенки наружного котла, 4 мм.

Толщина стенки кожуха котла, 1,5 мм.

Рабочее давление пара в пароводяной рубашке котла, 0,5 атм.

Изоляция  теплоизолирующего кожуха ­– мятая алюминиевая фольга.

Тепло, выделенное нагревателями 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 –  потери тепла наружными поверхностями котла в окружающую среду, кДж.

Определяем полезно использованное тепло:

Q1=СG·(tк - tн)=49406,6 кДж;

Где С=4,187 – теплоемкость жидкого содержимого котла кДж/(кг°С);

G=125 кг – вес содержимого котла, кг;

tк , tн – конечная и начальная температура содержимого котла, °С.

В процессе слабого кипения (варки) тепло расходуется только на испарение содержимого при кипении и на потери в окружающую среду.

3.1 Определяем расход тепла на разогрев конструкций, парообразование в пароводяной рубашке, и на испарение содержимого   котла.

Q2= Q2м+ Q2из,

Где Q2м – тепло, затраченное на нагревание металлоконструкций котла, кДж;

Q2м=СG(tк - tн)

Где С=0,5 – теплоемкость металлоконструкций котла, кДж/(кг°С);

G=125 кг – вес металлоконструкций котла, кг;

tк=100°С – средняя температура нагрева металлоконструкций котла, °С

 tн=20°С – начальная температура металлоконструкций котла, °С.

Q2м=5024,4 кДж.

Определяем расход тепла на нагревание изоляции:

Q2из=Сиз Gиз (tк - tн)

Где Сиз – теплоемкость изоляции, Сиз=0,2кДж/(кг°С);

Gиз – вес изоляции, 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 – начальная температура альфоли, равная температуре окружающей среды, tн =20 °С;

Q2из=11,5 кДж.

Q2= Q2м+ Q2из=5037 кДж.

Расход тепла на парообразование в пароводяной рубашке

Тепло, израсходованное на нагревание воды в парогенераторе до кипения:

Qп=С G (tк - tн)=3977  кДж.

Объем пароводяной рубашки:

V=0,07 м3.

Удельный вес пароводяной смеси: g=0,8 кг/м3, тогда вес пароводяной смеси:

G3=V·g=0,07·0,8=0,056 кг.

Теплосодержание пара при давлении 0,5 атм  i”=2692,6 кДж/кг.

Расход тепла на парообразование и нагревание воды:

Q3’=G3·i’’=146,5кДж;

Q3= Qп+ Q3’=4124,2кДж.

Расход тепла на испарение содержимого котла

А) в процессе разогрева:

Количество испарившейся воды принимаем, по опытным данным, равным 0,5% от веса воды в котле

Мисп=125·0,5/100=0,625 кг/час

Qнагр= Мисп·r=1423,6 кДж/час

В) в процессе варки:

Количество испарившейся воды принимаем, по опытным данным, равным 1,5% от веса воды в котле

Мкип=125·1,5/100=1,88 кг/час

Qкип= Мкип·r=4270,7 кДж/час

Определение потерь тепла в окружающую среду

Потери тепла происходят с боковой поверхности кожуха, неизолированной шейки котла, крышки, нижней части кожуха, дна котла и парогенератора.

Отдача тепла воздуху происходит конвекцией и лучеиспусканием.

3.2 Потери тепла в окружающую среду

Определяем размеры боковой поверхности 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 и кипении, равен при нагревании:

Dt1 = tст- tв=35-20=15 °С.

При кипении:

Dt2 = tст- tв=50-20=30 °С.

определяем коэффициент отдачи тепла лучеиспусканием:

С – коэффициент пропорциональности, С=4,9;

e – коэффициент черноты эмалированной стали, e=0,88;

tст – средняя температура стенки кожуха, °С;

tв  – температура окружающего воздуха, °С;

aл нагр=20,8кДж/м3час°С,

aл кип=22 кДж/м3час°С

Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией: 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 коэффициенты теплопроводности 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.

Соответственно коэффициент 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 определения коэффициента теплоотдачи конвекцией необходимо знать величины критериев Прандтля, Грасгофа и Нуссельта.

Критерий Прандтля (Pr) является безразмерным физическим параметром теплоносителя, в данном случае воздуха. Величина этого параметра зависит от физической природы, температуры и давления воздуха.

Для температуры 25-35 °С принимают Pr=0.722.

Критерий подобия Грасгофа (Gr) является критерием кинематического подобия для процессов теплоотдачи при свободном движении воздуха.

Критерий Нуссельта (Nu) содержит искомую величину коэффициента теплоотдачи и является критерием теплового подобия.

Gr=(gbd3Dt)/n2,

Где g – ускорение силы тяжести, g=9,81 м/сек2;

b – коэффициент объемного расширения воздуха, 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 определения коэффициента теплоотдачи конвекцией определяем критерий Нуссельта:

Nu=C(Pr·Gr)n,

Где С=0,135 – коэффициент пропорциональности;

 n=1/3 – показатель степени;

Pr·Grнагр=0,722· 8,1·108=584·106,

Pr·Grкип=0,722· 14,3·108=1030·106, тогда

Коэффициент отдачи тепла конвекцией:

aк нагр=Nu·lк/Dз к=13,7 кДж/м3час°С,

aк кип=Nu·lк/Dз к=17 кДж/м3час°С.

Отсюда потери тепла в окружающую 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 шейки котла

Fш=0,42 м2.

За период нагрева от комнатной температуры до кипения температура шейки в среднем:

tш=(100+20)/2=60 °С, в период кипения tш=100 °С.

Перепад температуры между tш и 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 теплоотдачи лучеиспусканием от шейки котла:

aл нагр=13,5 кДж/м3час°С,

aл кип=16,3 кДж/м3час°С.

Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией от шейки  котла. При нагревании:

 l=9,5·10-2 кДж/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 котла лучеиспусканием:

Q нагр=aл·Fш·Dt=192,6 кДж;

Q  кип=aл·Fш·Dt=469 кДж.

Потери тепла от шейки котла конвекцией:

Q4 нагр=aл·Fш·Dt=305,7 кДж;

Q4  кип=aл·Fш·Dt=441,1 кДж.

Потери тепла в окружающую среду:

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 определении поверхности пренебрегаем ввиду незначительности кривизны.

Принимаем, что при кипении температура крышки 95 °С.

В период нагревания температура возрастает с 20°С до 95°С.

Средняя температура:

tк=(95+20)/2=57,5 °С.

Перепад температуры между температурой крышки и температурой воздуха, соприкасающегося с крышкой:

tв=(57,5+20)/2=38,7 °С;

Для периода кипения перепад температур: Dt=95-20=70 °С, а расчетная температура воздуха:

tв=(95+20)/2=57,5 °С.

Коэффициент лучеиспускания равен:

aл нагр=13,2 кДж/м3час°С,

aл кип=15,5 кДж/м3час°С.

Определяем коэффициент отдачи тепла конвекцией:

При нагревании:

 l=9,5·10-2 кДж/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 окружающую среду:

Q5 нагр= Qл+ Qк=410 кДж/час;

Q5 кип= Qл+ Qк=1017 кДж/час.

Потери тепла в окружающую среду кожухом постамента и парогенератором котла

Поверхность постамента равна:

Fп=3,14·Dп·Hп=3,14·0,6·0,5=1,16 м3.

Поверхность дна  парогенератора равна:

Fд=pd2/4=3,14·0,762/4=0,45 м2.

Ввиду быстрого нагревания воды в парогенераторе проводим общий расчет: для режима нагревания и режима кипения.

Температуру стенки парогенератора принимаем 108 °С.

Перепад температур между температурой стенки 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 тепла конвекцией:

 l=9,8·10-2 кДж/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 тепла конвекцией:

aк =Nu·l/dэ=133·2,38·10-2/0,76=21,5 кДж/м3час°С.

Потери тепла от парогенератора проходят вниз (на пол) и в стороны (на постамент и облицовку), отсюда тепло рассеивается 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 от парогенератора, закрытого облицовкой постамента затруднена, по опытным данным вводим коэффициент Кr=0,16, тогда потери  тепла составят:

Q5= Кr·(Qл+ Qк)=1151 кДж/час.

Общее количество тепла, расходуемое на потери в окружающую среду кожухом, шейкой, крышкой и парогенератором, составят:

Q5 нагр= Qз к+ Qк +Qш+ Qп=2658 кДж/час;

Q5 кипр= Qз к+ Qк +Qш+ Qп=4777 кДж/час.

Сводим результаты теплового расчета:

Находим полную мощность электронагревательных элементов при нагреве в течении 1 часа:

Рmax=SQ/860=16 кВт.

Мощность, необходимая для поддержания слабого кипения:

Рmin=2161/860=2,5 кВт.

Принимаем шесть ТЭНа, мощность каждого Рэ=16/6=2,67 кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1.    Пищеварочные котлы превосходят серийные по следующим показателям:

-      технологичности при изготовлении;

-      эргономичности благодаря приспособленности к функциональной таре;

-      возможности унификации в результате применения одинаковых панельных элементов;

-      надежности вследствие жесткости панельных систем;

-      коэффициенту полезного действия.

2.    Для улучшения металлоемкости вертикально-циллиндрических котлов серийного типа при сохранении жесткости и устойчивости узла «варочный сосуд – греющая рубашка» к варочному сосуду присоединяется панель толщиной 1 мм с выштампованными паровыми клапанами размером 10х80 мм и межкапельной полосой шириной 20 мм (с помощью точечной или роликовой сварки). При этом металлоемкость серийных котлов типа емкостью 250 л уменьшается в 1,5…2 раза.

4. Панельный принцип применим к достаточно широкому кругу тепловых аппаратов, перспективен при создании новых аппаратов периодического действия и трансферавтоматов; дает возможность по 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 видами обогрева и различного технологического назначения; упрощает заводскую оснастку и производство.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

1.    Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания. Учебник для технол. фак. торг. вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., Экономика. – 1976. – 399 с.

2.    Технологическое оборудование пищевых производств/Б.М. Азаров, Х. Аурих и др. Под ред. Б.М. Азарова. – М.: Агропромиздат, 1988. – 465 с.

3.    Оборудование предприятий общественного 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 предприятий общественного питания / Н.Н. Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов. – М.: Колос, 1994 – 431 с.

5.    Расчет и конструирование торгово-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 оборудованию предприятий общественного питания. Учебн. пособие для технол. фак. торг. вузов. М.: Экономика, 1991. – 192 с.

7.    Лоусен Ф. Предприятия общественного питания. (Проектирование и строительство). Пер с англ. Н.Н. Черниной; под ред. В.В. Вержбицкого. – М.: Стройиздат, 1987.  – 200 с.

8.    Гордон Л.И. Панельное тепловое оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1982. – 128 с.

9.    Кокурин В.Ф. и др. Секционное оборудование предприятий общественного питания. М.: Экономика, 1969. – 134 с.

10.   Белобородов В.В., Гордон Л.И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Учебн. пособие для технол. 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.