Чиллер для кабельной линии: расчёт охлаждающей ванны

Чиллер для кабельной линии рассчитывают по двум потокам тепла в охлаждающей ванне: изоляция или оболочка остывает с 180–230 °C, а металлическая жила отдаёт тепло подогрева или нагрева в головке. Калькулятор считает холодопроизводительность по килограммам полимера и жилы в час, прибавляет запас и показывает расход воды на ванну.

Откуда берётся тепло

• Изоляция и оболочка. Полимер остывает в ванне до 40 °C, и у ПВХ-пластиката на это уходит вдвое меньше тепла, чем у полиэтилена: полиэтилен кристаллизуется, а пластикат нет.
• Жила. Медь или алюминий перед головкой подогревают до 100–150 °C, чтобы изоляция легла без пор; без подогрева жила всё равно входит в ванну с температурой около 70 °C после головки. При большом сечении тепло жилы сравнимо с теплом полимера.
• Экструдер и привод. Горловина, редуктор и вулканизационная труба на линиях сшитого полиэтилена охлаждаются отдельно; их считают по задаче о чиллере для экструдера.

Формула

Q_п = G_п × q / 3600

Q_ж = G_ж × c_ж × (t_ж − 40) / 3600

Q = (Q_п + Q_ж) × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_п — тепло полимера, кВт; G_п — расход полимера, кг/ч; q — тепло остывания полимера до 40 °C, кДж/кг: ПВХ-пластикат 280, полиэтилен 620–720, полипропилен 600, полиамид 650.
• Q_ж — тепло жилы, кВт; G_ж — масса жилы, кг/ч; c_ж — теплоёмкость металла: медь 0,385, алюминий 0,90 кДж/(кг·°C); t_ж — температура жилы на входе в ванну, °C; 40 — температура кабеля на выходе, °C.
• k — запас по холодопроизводительности, доля; V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды в ванне, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Масса жилы в час — это скорость линии, умноженная на массу погонного метра: медная жила 2,5 мм² весит 22 г/м, при скорости 400 м/мин это 530 кг/ч. Если линия даёт разные сечения, считают по самому тяжёлому.

Пример расчёта

Линия наложения изоляции из ПВХ-пластиката, 150 кг/ч полимера, медная жила 500 кг/ч с подогревом до 120 °C, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло полимера: Q_п = 150 × 280 / 3600 = 11,67 кВт.
2. Тепло жилы: Q_ж = 500 × 0,385 × (120 − 40) / 3600 = 500 × 30,8 / 3600 = 4,28 кВт.
3. С запасом: Q = (11,67 + 4,28) × 1,15 = 18,34 кВт, округлённо 18,3 кВт.
4. Расход воды: V = 18,34 / (1,163 × 5) = 3,15 м³/ч.

Типовые ошибки

• Не считать жилу. На силовом кабеле с алюминиевой жилой 95–240 мм² металла в час проходит в тонны, и его тепло больше тепла оболочки; чиллер по одному полимеру не вытянет ванну, кабель выйдет тёплым и оболочка сомнётся на приёмнике.
• Холодная вода в первой секции. Полиэтилен, резко охлаждённый с 200 °C, трескается и даёт усадочные пустоты у жилы; первую секцию ванны держат на 50–70 °C подмесом обратки, холодную воду подают в хвост — схема в справочнике о чиллере на две температуры.
• Открытая ванна на проточной воде. Летом водопровод даёт 20 °C и выше, скорость линии приходится снижать; сравнение затрат — в расчёте «проточная вода или чиллер».
• Жёсткая вода в ванне. На горячем кабеле вода испаряется, соли оседают на оболочке и в форсунках; ванну заполняют подготовленной водой — требования в справочнике о воде для чиллера.

Если на линии несколько ванн и экструдеров, их нагрузки складывают и сглаживают буферным баком — расчёт объёма бака-аккумулятора.