Чиллер для винтового компрессора: расчёт по мощности

Чиллер для компрессора с водяным охлаждением считают по мощности двигателя: почти вся энергия, которую потребляет винтовой компрессор, превращается в тепло масла и сжатого воздуха и уходит в воду. Калькулятор считает холодопроизводительность по мощности и числу одновременно работающих компрессоров, а расход воды — по её нагреву.

Откуда берётся тепло

• Сжатие воздуха. Работа сжатия переходит в тепло. В маслозаполненном компрессоре масло впрыскивают в винтовую пару, оно забирает это тепло и отдаёт его в маслоохладителе — это бóльшая часть нагрузки.
• Горячий сжатый воздух. Из винтового блока воздух выходит горячим, его охлаждают в концевом охладителе перед осушителем. Если концевой охладитель водяной, его тепло тоже идёт в воду.
• Безмасляный компрессор. У него воздух охлаждают между ступенями и после них, плюс масло редуктора, и все охладители обычно водяные: доля тепла в воду такая же, как у маслозаполненного с двумя водяными охладителями.
• Двигатель и корпус. Потери двигателя и тепло корпуса — несколько процентов мощности — уходят в воздух помещения, а не в воду; их считают в расчёте тепловыделений от электродвигателей, если нужно охлаждать и компрессорную.

Формула

Q_в = N × n × d

Q = Q_в × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × Δt)

Q_в — тепло, которое компрессоры отдают воде, кВт; N — мощность двигателя одного компрессора, кВт; n — число компрессоров, работающих одновременно; d — доля мощности, уходящая в воду; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды в компрессоре, °C; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C).

Считают по мощности на валу при полной загрузке: в пиковую смену компрессор работает без разгрузки, и чиллер должен снять всё его тепло. Расход и допустимую температуру воды на входе берут из паспорта компрессора. Серийные чиллеры дают воду 5–15 °C; если компрессору нужна вода теплее, чиллер подбирают индивидуально — так же, как для охлаждения масла гидростанции.

Пример расчёта

Маслозаполненный винтовой компрессор с двигателем 90 кВт, маслоохладитель и концевой охладитель водяные, вода на компрессор 15 °C, нагрев 10 °C, запас 15 %. Расход считают как в расчёте мощности по расходу и температурам.

1. Тепло в воду: Q_в = 90 × 1 × 0,95 = 85,5 кВт.
2. Холодопроизводительность: Q = 85,5 × 1,15 = 98,325, округлённо 98,3 кВт.
3. Расход воды: G = 98,325 / (1,163 × 10) = 8,45 м³/ч.

Как выглядит установка на 98,3 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 100 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать только маслоохладитель. Если концевой охладитель тоже водяной, его тепло теряется из расчёта: в примере вышло бы 82,8 кВт вместо 98,3 кВт, и в жаркую смену компрессор остановится по перегреву масла.
• Брать среднюю загрузку компрессора. Средняя за сутки загрузка ниже полной, но в пиковые часы компрессор работает непрерывно, и чиллер, подобранный по средней, не удержит температуру воды. Пиковые часы сглаживает бак-аккумулятор, но только короткие.
• Забыть второй компрессор. Если в пиковую смену включаются два компрессора, считают оба; резервный, который стоит выключенным, не считают. Водокольцевые вакуумные насосы считают похоже, по мощности двигателя, — задача о чиллере для вакуумного насоса.
• Пускать в компрессор грязную оборотную воду. Маслоохладитель зарастает отложениями, масло перегревается. Компрессор подключают к закрытому контуру чиллера; если на площадке есть только грязная оборотная вода, ставят промежуточный теплообменник — об этом справочник о теплообменниках чиллера.