Чиллер для экструзии алюминия: расчёт охлаждения профиля и масла

Чиллер для экструзии алюминия считают по двум нагрузкам: охлаждению профиля, который выходит из пресса при 500–550 °C и на выходном столе должен остыть до 60 °C, и маслу гидравлики пресса. Первая зависит от производительности в килограммах в час и способа закалки, вторая — от мощности привода насосов. Калькулятор посчитает холодопроизводительность и расход воды.

Откуда берётся тепло

• Профиль. Тонна алюминия, остывая с 520 до 60 °C, отдаёт около 115 кВт·ч тепла. Сколько из него снимет вода, зависит от закалки: при воздушной всё уходит в цех, при водо-воздушной (спрей, туман) — около половины, при водяной ванне или кольцевом душе — почти всё.
• Гидравлика пресса. Насосы главного цилиндра и вспомогательных приводов греют масло на 25–35 % своей мощности, и маслоохладитель стоит на воде, как в задаче о чиллере для гидростанции.
• Нагрев заготовок и матриц. Индукционный или газовый нагрев столбов и печь матриц греют воздух цеха; индукционные нагреватели с водяным охлаждением индуктора считают отдельно по задаче об индукционном нагревателе.
• Пила и правильно-растяжная машина. Их приводы невелики, и тепло уходит в воздух.

Формула

Q_п = G × 0,9 × (t₁ − 60) / 3600 × k_з

Q_м = 0,3 × N

Q = (Q_п + Q_м) × (1 + k / 100)

G_в = Q / (1,163 × 5)

G — производительность пресса, кг/ч; 0,9 — теплоёмкость алюминия, кДж/(кг·°C); t₁ — температура профиля на выходе из матрицы, °C; 60 — температура после закалки, °C; k_з — доля тепла профиля, которую снимает вода, по таблице; Q_п — нагрузка от профиля, кВт; N — мощность привода насосов гидравлики, кВт; 0,3 — доля мощности, уходящая в масло; Q_м — нагрузка от масла, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G_в — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Вода для закалки и для маслоохладителя нужна тёплая, 20–30 °C: холоднее не надо ни профилю, ни маслу, а чиллер на тёплой воде работает экономнее и большую часть года обходится фрикулингом — расчёт экономии от фрикулинга. Вода теплее 15 °C выходит за серийный ряд, и чиллер подбирают индивидуально, в исполнении до +30 °C.

Пример расчёта

Пресс на 1500 кг/ч, профиль выходит при 520 °C, закалка водо-воздушная, привод гидравлики 300 кВт, вода 25 °C, запас 15 %.

1. Нагрузка от профиля: 1500 × 0,9 × (520 − 60) / 3600 × 0,5 = 172,5 × 0,5 = 86,25 кВт.
2. Нагрузка от масла: 0,3 × 300 = 90,0 кВт.
3. Сумма: 86,25 + 90,0 = 176,25 кВт.
4. Холодопроизводительность: 176,25 × 1,15 = 202,69 кВт, округлённо 202,7 кВт.
5. Расход воды: 202,69 / (1,163 × 5) = 34,9 м³/ч.

Как выглядит установка на 202,7 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 200 кВт; температуру воды 25 °C там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать профиль по среднему выпуску за сутки. Пресс работает циклами, но на выходном столе тепло идёт непрерывно во время прессования; между заготовками пауза короткая. Считают по часовой производительности в работе, а суточные простои не усредняют.
• Открытый бак закалки на градирне. Летом вода в баке доходит до 35–40 °C, спрей не даёт закалки, и профиль не набирает прочность. Чиллер с водой 25 °C держит режим в любую погоду; как устроен такой контур, рассказано в справочнике о чиллере для охлаждения воды.
• Масло и закалка на одной воде без бака. Нагрузка закалки скачет с каждым циклом, и температура масла гуляет вслед за ней. Между контурами ставят бак-аккумулятор, а маслоохладитель запитывают через свой терморегулирующий клапан.
• Грязь из бака закалки в чиллере. Вода ванны несёт окалину и смазку матриц; её не пускают в испаритель, а охлаждают через разборный промежуточный теплообменник.